指、对同构
在解决指对混合不等式时,如恒成立求参数或证明不等式,部分试题是命题者利用函数单调性构造出来的,如果我们能找到这个函数模型(即不等式两边对应的是同一函数),无疑会大大加快解决问题的速度.找到这个函数模型的方法,我们称为同构法,其实质还是指数、对数恒等式的变换.
几种常见变形:xex=ex+lnx;exx=ex-lnx;xex=elnx-x;x+lnx=ln(xex);x-lnx
一、指、对同构的理解
(1)(2025·扬州模拟)若2a+log2a<22b+log2b+1,则(B)
A.ln(2b-a+1)<0
B.ln(2b-a+1)>0
C.ln|a-2b|>0
D.ln|a-2b|<0
解析:(1)对已知不等式变形可得:2a+log2a<22b+log22b.令f(x)=2x+log2x,x>0.易知函数y=2x与y=log2x在(0,+∞)上均单调递增,所以函数f(x)=2x+log2x在(0,+∞)上为增函数.2a+log2a<22b+log22b即f(a)<f(2b),根据函数f(x)=2x+log2x在(0,+∞)上为增函数,可得2b>a>0,则2b-a>0.所以2b-a+1>1,则ln(2b-a+1)>ln1=0,A错,B对.无法确定|a-2b|与1的大小,故无法确定ln|a-2b|与0的大小,C、D都错.故选B.
(2)若关于a的方程aea-2=e4和关于b的方程b(lnb-2)=e3λ-1(a,b∈R+)可化为同构方程,则ab的值为(A)
A.e8 B.e
C.ln6 D.1
解析:(2)对aea-2=e4两边取自然对数,得lna+a=6①,对b(lnb-2)=e3λ-1两边取自然对数,得lnb+ln(lnb-2)=3λ-1,即lnb-2+ln(lnb-2)=3λ-3②,因为方程①②为两个同构方程,所以3λ-3=6,解得λ=3,设F(x)=lnx+x,x>0,则F(x)=1x+1>0,所以F(x)在(0,+∞)上单调递增,所以方程F(x)=6的解只有一个,所以a=lnb-2,所以ab=b(lnb-2)=e3×3-1=e8
规律方法
利用恒等式x=lnex和x=elnx,通过幂转指或幂转对进行等价变形,构造函数,然后由构造的函数的单调性进行研究.
二、和、差型同构
(1)已知x>0,y>0,且ex+lny>x+y,则下列选项正确的是(B)
A.x>y B.x>lny
C.x<y D.x<lny
解析:原不等式等价于ex-x>y-lny,等价于ex-lnex>y-lny.令g(x)=x-lnx,则不等式ex-lnex>y-lny,等价于g(ex)>g(y),因为g(x)=x-1x,所以当x∈(1,+∞)时,g(x)=x-1x>0,所以g(x)在区间(1,+∞)上单调递增,因为x>0,所以ex>1.若y∈(1,+∞),由g(ex)>g(y),有ex>y,若y∈(0,1],恒有ex>y.综上所述,ex>y,即x>ln
(2)已知函数f(x)=aex-1-lnx+lna,若f(x)≥1,试求实数a的取值范围.
解:f(x)的定义域为(0,+∞),f(x)=aex-1-lnx+lna=elna+x-1-lnx+lna≥1,
等价于elna+x-1+lna+x-1≥lnx+x=elnx+lnx.
令g(x)=ex+x,上述不等式等价于g(lna+x-1)≥g(lnx).
显然g(x)为增函数,则不等式等价于lna+x-1≥lnx,
即lna≥lnx-x+1.
令h(x)=lnx-x+1,则h(x)=1x-1=1
当x∈(0,1)时,h(x)>0,h(x)单调递增;
当x∈(1,+∞)时,h(x)<0,h(x)单调递减,
所以h(x)max=h(1)=0,所以lna≥0,
即a≥1,所以a的取值范围是[1,+∞).
规律方法
和、差型ea±a>b±lnb的两种同构方式
(1)同左构造:ea±a>elnb±lnb,构造函数f(x)=ex±x;
(2)同右构造:ea±lnea>b±lnb,构造函数f(x)=x±lnx.
三、积型同构
(1)设a,b都为正数,e为自然对数的底数,若aea<blnb,则(B)
A.ab>e B.b>ea
C.ab<e D.b<ea
解析:由已知aea<blnb,则ealnea<blnb.设f(x)=xlnx,则f(ea)<f(b).因为a>0,则blnb>0,则b>1.当x>1时,f(x)=lnx+1>0,则f(x)在(1,+∞)上单调递增,所以ea<b.故选B.
(2)(2025·长沙模拟)设实数m>0,若对任意的x∈