一类对数型函数的若干单调性

【摘要】 本文从一道例题的求解,悟出了一类含参的对数型函数的若干单调性,并通过证明获得其正确性,进而应用该性质求解与此类问题相关的一些题目,体现了该性质的简洁性和实用性.也给此类对数型函数在参数设定范围的前提下,当函数有意义时的单调性作了定性.

【关键词】 对数型函数;单调性;应用

数学的实质就是揭示一定范畴内事物的数学规律,并利用规律解决数学问题的学科,而发现规律大多是从一些事例中归纳演绎产生的,事物的规律是事物的特性.函数的单调性是函数的重要性质之一,利用函数的单调性解题证题是常用的数学思想方法,本文从一例题的求解过程中,想到了三种解法,经分析对比知,利用函数思想求解方法简洁明了,属优选法,悟出了含参的对数型函数的若干单调性,并给出了证明.利用其进行求解求证,特别是此类数值的大小比较,复合型函数的单调区间计算等效果颇佳,也给此类函数的性质结果作了清晰的结论,为解决一类问题提供了理论依据.

例 比较大小:log23与log34

根据题目结构特征,如果我们知道了函数y=logx(x+1)的单调性,问题就极易获解.

下证:函数f(x)=logx(x+1)在 (1,+∞)上是单调减函数.

证法1:设x>1,则x>1x+1>x>1ln(x+1)>lnx>0.

因为f(x)=lnx(x+1)= ln(x+1) lnx ,f′(x)= xlnx-(x+1)ln(x+1) x(x+1)(lnx)2 ,又因为x+1>x>1ln(x+1)>lnx>0 (x+1)lnx>xlnx(x+1)lnx-xlnx>0,

所以f′(x)= xlnx-(x+1)ln(x+1) x(x+1)(lnx)2

大小显而易见,由此产生了解法一.这里我们约定(1,+∞)是为了使结论充分成立,进而在进行探究.

证法2:作差,判定符号易知数列 an=logn(n+1)是递减数列.由此产生解法二.

利用放缩法也可以获解:因为 log23>log32 2 = 3 2 =log33 3 >log34.

即log23>log34由此产生解法三.但这样的放缩法证题解题,思维隐蔽,难以切入.

不难看出,如果对数型函数f(x)=logx(x+1)的单调性已知,此类问题的求解就简洁明了,答案易于获得.下面我们对这一类对数型函数在参数一定的范围内,当函数有意义的条件下,对其若干单调性进行探究并进行证明和应用.

一类对数型函数的若干单调性:

性质1 函数f(x)=logx(x+a),若a>0,则 在x∈ 0, 1 e 上是单调增函数;在x∈ 1 e ,+∞ 上是减函数.

证明: f(x)=logx(x+a)= ln(x+a) lnx f′(x)= xlnx-(x+a) ln(x+a) x(x+a)(lnx)2

令g(x)=xlnx,则有 g ′(x)=(xlnx)′=lnx+1 即x∈ 0, 1 e 时,g′(x)0,所以x(x+a)ln(x+a),即有f′(x)>0,所以f(x)为增函数;

当x∈( 1 e ,+∞)时,g ′(x)>0,g(x)为增函数函数,a>0,所以x

性质2 函数f(x)=logx(ax+b),若a>1,b>1,则该函数在x∈(1,+∞)

上是单调递减函数.

性质3 函数f(x)=logx(ax+b),若,0

性质4 函数f(x)=logx(ax+b),若,a>1,b>1,则该函数在x∈(0,1)上是单调减函数.

例1 比较大小:log35与log46.

解 因为f(x)=logx(x+2)在a>0时,x∈ 1 e ,+∞ 上是减函数(对数型函数的性质1),x1=3,x2=4,所以log3(3+2)>log4(4+2).

即有log35>log46

例2 把下列一组数按从小到大的顺序排列并进行证明: log 1 3 7 3 ,log 1 4 9 4 ,log 1 4 3.

解 因为:log 1 3 7 3 =log 1 3 1 3 +2,log 1 4 9 4 =log 1 4 1 4 +2,而f(x)=logxx+2在x∈ 0, 1 e 上是单调增函数(对数型函数的性质1),而 1 e > 1 3 > 1 4 >0,所以log 1 3 7 3 >log 1 4 9 4 ;又因为函数f(x)=log 1 4 x是单调减函数,所以log 1 4 9 4

我们把对数函数中,底数和真数中都有变量时,定义该函数为对数型函数.对于对数型函数的单调性,可按参数的范围进行分类,先利用换底公式,再利用导数的性质进行探究,从而得到了其若干单调性,又对其进行了举例应用,特别是此类数的大小比较,利用该对数函数型的单调性进行求解,简洁明了,易于获得答案,不失是一个好办法,供同仁参考.

一类对数型函数的若干单调性

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