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高中数学_导数知识点留档

高中数学导数知识点留档

首先感谢我的数学老师

一、变化率与导数

  1. 平均变化率与瞬时变化率的关系:平均变化率的极限是瞬时变化率
  2. 割线与切线的关系:割线的极限是切线
  3. “直线与曲线只有一个交点”是“直线是曲线的切线”的:既不充分也不必要条件
  4. y=f(x)y=f(x) 在 x=x0x=x_0 处的导数: f′(x0)=lim⁡x→x0f(x)−f(x0)x−x0=lim⁡Δx→0f(x0+Δx)−f(x0)Δxf'(x_0)=\lim_{x \to x_0} \frac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0} = \lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}
  5. Δx\Delta x 的范围为:Δx≠0\boldsymbol{\Delta x \neq 0}
  6. 导数的几何意义:这一点的导数值是这点切线的斜率
  7. y=∣x∣y=|x| 在 x=0x=0 处的导数:不存在 lim⁡x→0+f(x)−f(0)x=lim⁡x→0+x−0x=1;lim⁡x→0−f(x)−f(0)x=lim⁡x→0−−xx=−1\lim_{x \to 0^+} \frac{f(x)-f(0)}{x} = \lim_{x \to 0^+} \frac{x-0}{x}=1; \quad \lim_{x \to 0^-} \frac{f(x)-f(0)}{x} = \lim_{x \to 0^-} \frac{-x}{x}=-1
  8. 某点有导数必有切线,有切线未必有导数(✓\boldsymbol{\checkmark})
  9. f′(x1)>f′(x2)f'(x_1)>f'(x_2) 反映曲线在 x=x1x=x_1 处比 x=x2x=x_2 处的瞬时变化快(×\boldsymbol{\times})(需要同号才能比,变化速率看绝对值)
  10. f(x)=x3f(x)=x^3 在原点处的切线方程为:y=0\boldsymbol{y=0}
  11. “在”与“过”求切线方程的步骤:
    1. 分清“在”与“过”:“在”处是切点,“过”时没切点
    2. 假设切点,列切线方程,验证(切点在曲线、过点在切线上)

二、导数的运算

1. 基本求导公式

(c)′=0(xα)′=αxα−1(sin⁡x)′=cos⁡x(cos⁡x)′=−sin⁡x(c)'={0}\quad (x^\alpha)'={\alpha x^{\alpha-1}}\quad (\sin x)'={\cos x}\quad (\cos x)'={-\sin x}(ax)′=axln⁡a(ex)′=ex(log⁡ax)′=1xln⁡a(ln⁡x)′=1x(a^x)'={a^x \ln a}\quad (e^x)'={e^x}\quad (\log_a x)'={\frac{1}{x \ln a}}\quad (\ln x)'={\frac{1}{x}}(xln⁡x)′=ln⁡x+1(1x)′=−1x2(x)′=12x(x \ln x)'={\ln x + 1}\quad (\frac{1}{x})'={-\frac{1}{x^2}}\quad (\sqrt{x})'={\frac{1}{2\sqrt{x}}}(exf(x))′=ex(f(x)+f′(x))[f(x)ex]′=f′(x)−f(x)ex(e^x f(x))'={e^x(f(x)+f'(x))} \quad \left[\frac{f(x)}{e^x}\right]'={\frac{f'(x)-f(x)}{e^x}}

2. 四则运算法则

(f±g)′=f′±g′(f⋅g)′=f′g+fg′(f \pm g)' = {f' \pm g'}\quad (f \cdot g)' = {f'g + fg'}(fg)′=f′g−fg′g2\left(\frac{f}{g}\right)' = {\frac{f'g - fg'}{g^2}}[f(g(x))]′=f′(g(x))⋅g′(x)(f⋅g⋅h)′=f′gh+fg′h+fgh′[f(g(x))]' = {f'(g(x)) \cdot g'(x)}\quad (f \cdot g \cdot h)' = {f'gh + fg'h + fgh'}

3. 推导函数的导数

① f(x)=x3f(x)=x^3 ② f(x)=xf(x)=\sqrt{x} ③ f⋅gf \cdot g(见下面推导)

① lim⁡Δx→0(x+Δx)3−x3Δx=lim⁡Δx→0Δx[(x+Δx)2+(x+Δx)x+x2]Δx=lim⁡Δx→0(3x2+3xΔx+Δx2)=3x2\lim_{\Delta x \to 0} \frac{(x+\Delta x)^3 - x^3}{\Delta x} = \lim_{\Delta x \to 0} \frac{\Delta x[(x+\Delta x)^2+(x+\Delta x)x+x^2]}{\Delta x} = \lim_{\Delta x \to 0} (3x^2+3x\Delta x+\Delta x^2) = 3x^2
② lim⁡Δx→0x+Δx−xΔx=lim⁡Δx→0ΔxΔx(x+Δx+x)=lim⁡Δx→01x+Δx+x=12x\lim_{\Delta x \to 0} \frac{\sqrt{x+\Delta x}-\sqrt{x}}{\Delta x} = \lim_{\Delta x \to 0} \frac{\Delta x}{\Delta x(\sqrt{x+\Delta x}+\sqrt{x})} = \lim_{\Delta x \to 0} \frac{1}{\sqrt{x+\Delta x}+\sqrt{x}} = \frac{1}{2\sqrt{x}}
③ 乘积求导法则推导:

lim⁡Δx→0f(x+Δx)g(x+Δx)−f(x)g(x)Δx=lim⁡Δx→0f(x+Δx)g(x+Δx)−f(x)g(x+Δx)+f(x)g(x+Δx)−f(x)g(x)Δx=lim⁡Δx→0f(x+Δx)[g(x+Δx)−g(x)]+g(x)[f(x+Δx)−f(x)]Δx=lim⁡Δx→0[f(x+Δx)⋅g(x+Δx)−g(x)Δx]+lim⁡Δx→0[g(x)⋅f(x+Δx)−f(x)Δx]=lim⁡Δx→0f(x+Δx)⋅lim⁡Δx→0g(x+Δx)−g(x)Δx+g(x)lim⁡Δx→0f(x+Δx)−f(x)Δx=f(x)⋅g′(x)+g(x)⋅f′(x)\begin{align*} \lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x+\Delta x)g(x+\Delta x)-f(x)g(x)}{\Delta x} &= \lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x+\Delta x)g(x+\Delta x)-f(x)g(x+\Delta x)+f(x)g(x+\Delta x)-f(x)g(x)}{\Delta x} \\ &= \lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x+\Delta x)[g(x+\Delta x)-g(x)]+g(x)[f(x+\Delta x)-f(x)]}{\Delta x} \\ &= \lim_{\Delta x \to 0} \left[f(x+\Delta x) \cdot \frac{g(x+\Delta x)-g(x)}{\Delta x}\right] + \lim_{\Delta x \to 0} \left[g(x) \cdot \frac{f(x+\Delta x)-f(x)}{\Delta x}\right] \\ &= \lim_{\Delta x \to 0} f(x+\Delta x) \cdot \lim_{\Delta x \to 0} \frac{g(x+\Delta x)-g(x)}{\Delta x} + g(x) \lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x+\Delta x)-f(x)}{\Delta x} \\ &= f(x) \cdot g'(x) + g(x) \cdot f'(x) \end{align*}

4. 隐函数求导

例:x2+4y2−4=0x^2+4y^2-4=0,求导:

2x+8y⋅y′=0  ⟹  x+4y⋅y′=02x + 8y \cdot y' = 0 \implies x + 4y \cdot y' = 0

(高中阶段把yy当作y(x)y(x)处理,然后对xx求导即可)


三、应用

  1. 求单调性的步骤:①求定义域 ②求导 ③判断 f′(x)>0,f′(x)<0f'(x)>0,f'(x)<0 ④下结论
  2. f′(x)=0f'(x)=0 在某区间上恒成立,则 f(x)f(x) 在此区间上为常函数
  3. 单调性与导数的转化:
    • 已知 f(x)f(x) 在区间 DD 上单增,可转化为 f′(x)≥0\boldsymbol{f'(x) \geq 0} 在 DD 上恒成立且 f′(x)f'(x) 不恒为0
    • 已知 f(x)f(x) 的增区间为 DD,可转化为 f′(x)>0\boldsymbol{f'(x)>0} 的解集为 DD
    • 已知 f(x)f(x) 在区间 DD 上存在增区间,可转化为 f′(x)>0\boldsymbol{f'(x)>0} 在此区间上有解
  4. 导数 f′(x)f'(x) 的图象反映 f(x)f(x) 的性质:导函数正负反映原函数增减,导函数增减反映原函数凹凸(f′′(x)≥0f''(x) \geq 0 下凸,f′′(x)≤0f''(x) \leq 0 上凸)
  5. f(x)f(x) 在区间 DD 上是凸函数   ⟺  f′′(x)≤0  ⟺  f(x1+x22)≥f(x1)+f(x2)2\iff f''(x) \leq 0 \iff f\left(\frac{x_1+x_2}{2}\right) \geq \frac{f(x_1)+f(x_2)}{2}
  6. 极值与最值的区别:极值是局部概念,最值是整体概念;最值来自于极值或端点
  7. 说“点”不是“点”:极值点、零点(指函数性质,非几何点)
  8. 极小值点的定义: ① f(x)f(x) 在 x=ax=a 的函数值 f(a)f(a) 比 aa 附近的函数值都小; ② f′(a)=0f'(a)=0,且在 x=ax=a 的左侧 f′(x)<0f'(x)<0,右侧 f′(x)>0f'(x)>0,则 aa 叫极小值点
  9. 求极值的步骤:①求定义域 ②求导 ③求单调性 ④求极值
  10. 最大值的定义:① ∀x∈\forall x \in 定义域 II,都有 f(x)≤Mf(x) \leq M;② ∃x0∈I\exists x_0 \in I,使得 f(x0)=Mf(x_0)=M
  11. 求最值的步骤:①求极值 ②求端点函数值 ③比较下结论
  12. f(x)f(x) 奇偶性与 f′(x)f'(x) 奇偶性的关系:
    1. 奇函数的导数是偶函数,反之不一定(有常数项)
    2. 偶函数的导数是奇函数,反之也成立
  13. f(x)f(x) 周期与 f′(x)f'(x) 周期的关系:f(x)f(x) 周期与 f′(x)f'(x) 周期相同
  14. 已知 x0x_0 是 f(x)f(x) 的极值点,求参数的方法:① f′(x0)=0f'(x_0)=0 ②验证

四、恒成立与能成立

1. 基础结论

  1. f(x)>af(x)>a 恒成立   ⟺  a<f(x)min⁡\iff {a < f(x)_{\min}}

  2. a<f(x)a < f(x) 能成立   ⟺  a<f(x)max⁡\iff {a < f(x)_{\max}}

    Note

    从参数开始读
    恒成立:大大小小
    能成立:大小小大

  3. f(x)>g(x)f(x)>g(x) 恒成立   ⟺  [f(x)−g(x)]min⁡>0\iff {[f(x)-g(x)]_{\min} > 0}

  4. ∀x1,x2\forall x_1,x_2,有 f(x1)>g(x2)  ⟺  f(x)min⁡>g(x)max⁡f(x_1)>g(x_2) \iff {f(x)_{\min} > g(x)_{\max}}

  5. ∃x1,x2\exists x_1,x_2,有 f(x1)>g(x2)  ⟺  f(x)max⁡>g(x)min⁡f(x_1)>g(x_2) \iff {f(x)_{\max} > g(x)_{\min}}

  6. ∀x1,∃x2\forall x_1, \exists x_2,有 f(x1)>g(x2)  ⟺  f(x)min⁡>g(x)min⁡f(x_1)>g(x_2) \iff {f(x)_{\min} > g(x)_{\min}}

    Note

    双变量不等式
    一动一静
    各个击破
    找最值关系

  7. a=f(x)a=f(x) 成立   ⟺  a∈f(x)的值域\iff {a \in f(x) \text{的值域}}

  8. ∀x1,∃x2\forall x_1, \exists x_2,有 f(x1)=g(x2)  ⟺  f(x)值域⊆g(x)值域f(x_1)=g(x_2) \iff {f(x) \text{值域} \subseteq g(x) \text{值域}}

  9. ∀x1,x2\forall x_1,x_2,有 ∣f(x1)−f(x2)∣<C|f(x_1)-f(x_2)|<C 成立   ⟺  f(x)max⁡−f(x)min⁡<C\iff {f(x)_{\max}-f(x)_{\min} < C}

2. 对称性与恒成立

  • f(x)f(x) 的图象关于 x=ax=a 对称   ⟺  f(x)\iff f(x) 的图象关于 (a,0)(a,0) 对称
  • f(x)f(x) 的图象关于 (a,b)(a,b) 对称   ⟺  f(x)\iff f(x) 的图象关于 x=ax=a 对称
  • f(x)f(x) 的图象关于 x=ax=a 对称   ⟺  f(x)\iff f(x) 的图象关于 (a,t)(a,t) 对称

五、图象

1. 常见函数的图象

常见函数的图象

2. 求极值点(第7页补充)

① y=(x−1)ex=(x−1)ex−1ey=(x-1)e^x = \frac{(x-1)e^{x-1}}{e},极小值为 00(y=xexy=x e^x 变型)
② y=xex+1=xex⋅ey=x e^{x+1} = x e^x \cdot e,极小值为 −1-1(y=xexy=x e^x 变型)
③ y=exx−1=ex−1x−1⋅ey=\frac{e^x}{x-1} = \frac{e^{x-1}}{x-1} \cdot e,极小值为 22(y=exxy=\frac{e^x}{x} 变型)
④ y=ex+1x=exx⋅ey=\frac{e^{x+1}}{x} = \frac{e^x}{x} \cdot e,极小值为 11(y=exxy=\frac{e^x}{x} 变型)
⑤ y=x2ln⁡x=x2ln⁡x22y=x^2 \ln x = \frac{x^2 \ln x^2}{2},极小值为 1e\frac{1}{\sqrt{e}}(y=xln⁡xy=x \ln x 变型)
⑥ y=ln⁡xx2=ln⁡x22x2y=\frac{\ln x}{x^2} = \frac{\ln x^2}{2x^2},极大值为 e\sqrt{e}(y=ln⁡xxy=\frac{\ln x}{x} 变型)
⑦ y=ln⁡x+1x=ln⁡(ex)ex⋅ey=\frac{\ln x + 1}{x} = \frac{\ln (e x)}{e x} \cdot e,极大值为 11(y=ln⁡xxy=\frac{\ln x}{x} 变型)
⑧ y=ln⁡x−1x=ln⁡xexe⋅1ey=\frac{\ln x - 1}{x} = \frac{\ln \frac{x}{e}}{\frac{x}{e}} \cdot \frac{1}{e},极大值为 e2e^{2}(y=ln⁡xxy=\frac{\ln x}{x} 变型)

3. 画函数大致图象的步骤

奇偶性 →\to 单调性 →\to 特殊点 →\to 极值点等


六、三次函数 f(x)=ax3+bx2+cx+d (a≠0)f(x)=ax^3+bx^2+cx+d\ (a \neq 0)

f′(x)=3ax2+2bx+c,Δ=4b2−12acf'(x)=3ax^2+2bx+c, \quad \Delta=4b^2-12ac

三次函数

  1. a>0a>0 且 Δ>0\Delta>0 的大致图象
  2. a>0a>0 且 Δ<0\Delta<0 的大致图象
  3. 零点个数判定(a>0a>0 且 Δ>0\Delta>0):
    • 满足极大值×极小值>0时,f(x)f(x) 只有一个零点
    • 满足其中一个为0时,f(x)f(x) 有两个零点
    • 满足极大值×极小值<0时,f(x)f(x) 有三个零点
  4. 函数的对称中心为 (−b3a,f(−b3a))\left(-\frac{b}{3a}, f\left(-\frac{b}{3a}\right)\right),对称轴 x=−b3ax=-\frac{b}{3a}
  5. 根与系数的关系(韦达定理): x1+x2+x3=−ba,x1x2+x1x3+x2x3=ca,x1x2x3=−dax_1+x_2+x_3 = -\frac{b}{a}, \quad x_1x_2+x_1x_3+x_2x_3 = \frac{c}{a}, \quad x_1x_2x_3 = -\frac{d}{a}
  6. 过点 PP 作三次函数 f(x)=ax3+bx2+cx+d (a>0)f(x)=ax^3+bx^2+cx+d\ (a>0) 图象的切线条数: ll 为 y=f(x)y=f(x) 在其对称中心 NN 处的切线,曲线与切线将平面分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分:
    • 当 PP 在 NN 或Ⅰ、Ⅲ区时,切线有 1\boldsymbol{1} 条
    • 当 PP 在Ⅱ、Ⅳ区时,切线有 3\boldsymbol{3} 条
    • 当 PP 在曲线或 ll 上(不含 NN)时,切线有 2\boldsymbol{2} 条

三次函数切线


七、构造函数常用技巧

1◯ f′(x)g(x)+f(x)g′(x)⇔[f(x)g(x)]′2◯ f′(x)g(x)−f(x)g′(x)⇔[f(x)g(x)]′3◯ nf(x)+xf′(x)⇔[xnf(x)]′4◯ xf′(x)−nf(x)⇔[f(x)xn]′5◯ tan⁡x⋅f′(x)+f(x)=[sin⁡x⋅f(x)]′cos⁡x6◯ tan⁡x⋅f′(x)−f(x)=[sin⁡x⋅f′(x)−cos⁡x⋅f(x)]cos⁡x=[f(x)sin⁡x]′1cos⁡x7◯ f′(x)−tan⁡x⋅f(x)=[f(x)sin⁡x]′sin⁡x=[cos⁡x⋅f′(x)−sin⁡x⋅f(x)]cos⁡x=[f(x)cos⁡x]′1cos⁡x8◯ f′(x)+tan⁡x⋅f(x)=[cos⁡x⋅f′(x)+sin⁡x⋅f(x)]cos⁡x=[f(x)cos⁡x]′1cos⁡x\begin{align*} &\text{\textcircled{1}} \ f'(x)g(x)+f(x)g'(x) \quad \Leftrightarrow \quad [f(x)g(x)]' \\ &\text{\textcircled{2}} \ f'(x)g(x)-f(x)g'(x) \quad \Leftrightarrow \quad \left[\frac{f(x)}{g(x)}\right]' \\ &\text{\textcircled{3}} \ nf(x)+xf'(x) \quad \Leftrightarrow \quad [x^n f(x)]' \\ &\text{\textcircled{4}} \ xf'(x)-nf(x) \quad \Leftrightarrow \quad \left[\frac{f(x)}{x^n}\right]' \\ &\text{\textcircled{5}} \ \tan x \cdot f'(x)+f(x) = \frac{[\sin x \cdot f(x)]'}{\cos x} \\ &\text{\textcircled{6}} \ \tan x \cdot f'(x)-f(x) = \frac{[\sin x \cdot f'(x)-\cos x \cdot f(x)]}{\cos x} = \left[\frac{f(x)}{\sin x}\right]' \frac{1}{\cos x} \\ &\text{\textcircled{7}} \ f'(x)-\tan x \cdot f(x) = \left[\frac{f(x)}{\sin x}\right]' \sin x = \frac{[\cos x \cdot f'(x)-\sin x \cdot f(x)]}{\cos x} = \left[f(x)\cos x\right]' \frac{1}{\cos x} \\ &\text{\textcircled{8}} \ f'(x)+\tan x \cdot f(x) = \frac{[\cos x \cdot f'(x)+\sin x \cdot f(x)]}{\cos x} = \left[\frac{f(x)}{\cos x}\right]' \frac{1}{\cos x} \end{align*}

八、指对同构

1. 基础同构式

1◯ xex=ex+ln⁡x2◯ exx=ex−ln⁡x3◯ x+ln⁡x=ln⁡(xex)4◯ x−ln⁡x=ln⁡exx\begin{align*} &\text{\textcircled{1}} \ x e^x = e^{x+\ln x} \\ &\text{\textcircled{2}} \ \frac{e^x}{x} = e^{x-\ln x} \\ &\text{\textcircled{3}} \ x+\ln x = \ln(x e^x) \\ &\text{\textcircled{4}} \ x-\ln x = \ln\frac{e^x}{x} \end{align*}

2. 常见同构变形

① aea≤bln⁡ba e^a \leq b \ln b:令 f(x)=xexf(x)=x e^x 或 xln⁡xx \ln x 或 ln⁡x+x\ln x + x
② eaa<bln⁡b\frac{e^a}{a} < \frac{b}{\ln b}:令 f(x)=exxf(x)=\frac{e^x}{x} 或 xln⁡x\frac{x}{\ln x} 或 x−ln⁡xx-\ln x
③ ea−a≥b−ln⁡be^a - a \geq b - \ln b:令 f(x)=ex−xf(x)=e^x - x 或 x−ln⁡xx - \ln x
④ aeax>ln⁡xa e^{ax} > \ln x:令 f(x)=xexf(x)=x e^x,ax⋅eax>xln⁡xax \cdot e^{ax} > x \ln x
⑤ ex>aln⁡(ax−a)−ae^x > a \ln(ax-a)-a:令 f(x)=ex+xf(x)=e^x+x,exa>ln⁡a+ln⁡(x−1)−1  ⟹  ex−ln⁡a+x−ln⁡a>ln⁡(x−1)+x+1\frac{e^x}{a} > \ln a + \ln(x-1)-1 \implies e^{x-\ln a} + x - \ln a > \ln(x-1)+x+1


九、常用不等式

1. 基础不等式

① ex≥x+1>x>x−1≥ln⁡xe^x \geq x+1 > x > x-1 \geq \ln x
② x∈(0,π2)x \in (0,\frac{\pi}{2}):sin⁡x<x<tan⁡x\sin x < x < \tan x
③ a2+b22>a+b2>b−aln⁡b−ln⁡a(对数均值不等式)>ab>21a+1b (b>a>0)\sqrt{\frac{a^2+b^2}{2}} > \frac{a+b}{2} > \frac{b-a}{\ln b - \ln a} (\text{对数均值不等式}) > \sqrt{ab} > \frac{2}{\frac{1}{a}+\frac{1}{b}}\ (b>a>0)
证明:令ba=x\frac{b}{a}=x,然后构造即可
④ ex≥exe^x \geq e x,ln⁡x≤1ex\ln x \leq \frac{1}{e}x

2. 泰勒展开式

f(x)=f(x0)+f′(x0)1!(x−x0)+f′′(x0)2!(x−x0)2+⋯+f(n)(x0)n!(x−x0)n+Rn(x)(余项)f(x)=f(x_0)+\frac{f'(x_0)}{1!}(x-x_0)+\frac{f''(x_0)}{2!}(x-x_0)^2+\dots+\frac{f^{(n)}(x_0)}{n!}(x-x_0)^n+R_n(x) \quad (\text{余项})

x0=0x_0=0 时,麦克劳林展开式:

ex=1+x+x22!+x33!+⋯+xnn!+o(xn)ln⁡(1+x)=x−x22+x33−x44+⋯+(−1)n−1xnn+o(xn)sin⁡x=x−x33!+x55!−⋯+(−1)k−1x2k−1(2k−1)!+o(x2k)cos⁡x=1−x22!+x44!−⋯+(−1)kx2k(2k)!+o(x2k)11+x=1−x+x2−⋯+(−1)n−1xn\begin{align*} e^x &= 1+x+\frac{x^2}{2!}+\frac{x^3}{3!}+\dots+\frac{x^n}{n!}+o(x^n) \\ \ln(1+x) &= x-\frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{3}-\frac{x^4}{4}+\dots+(-1)^{n-1}\frac{x^n}{n}+o(x^n) \\ \sin x &= x-\frac{x^3}{3!}+\frac{x^5}{5!}-\dots+(-1)^{k-1}\frac{x^{2k-1}}{(2k-1)!}+o(x^{2k}) \\ \cos x &= 1-\frac{x^2}{2!}+\frac{x^4}{4!}-\dots+(-1)^k\frac{x^{2k}}{(2k)!}+o(x^{2k}) \\ \frac{1}{1+x} &= 1-x+x^2-\dots+(-1)^{n-1}x^n \end{align*}

3. 切线放缩

以核心不等式 ex≥1+x\boldsymbol{e^x \geq 1+x} 为根,完整推导链如下:


一、核心母不等式
ex≥1+x(等号当且仅当 x=0 时成立)\boldsymbol{e^x \geq 1+x} \quad (\text{等号当且仅当 } x=0 \text{ 时成立})
二、第一分支:exe^x 衍生不等式
  1. 对母式做变量替换 x→x−1x \to x-1: ex−1≥x  ⟹  ex≥ex(等号当且仅当 x=1 时成立)e^{x-1} \geq x \implies \boldsymbol{e^x \geq ex} \quad (\text{等号当且仅当 } x=1 \text{ 时成立})
  2. 对 ex≥exe^x \geq ex 做变量替换 x→ln⁡xx \to \ln x(x>0x>0): x≥eln⁡x  ⟹  ln⁡x≤1ex(等号当且仅当 x=e 时成立)x \geq e\ln x \implies \boldsymbol{\ln x \leq \frac{1}{e}x} \quad (\text{等号当且仅当 } x=e \text{ 时成立})
  3. 对 ln⁡x≤1ex\ln x \leq \frac{1}{e}x 做变量替换 x→1xx \to \frac{1}{x}(x>0x>0): −ln⁡x≤1ex  ⟹  −1ex≤ln⁡x(等号当且仅当 x=1e 时成立)-\ln x \leq \frac{1}{ex} \implies \boldsymbol{-\frac{1}{e}x \leq \ln x} \quad (\text{等号当且仅当 } x=\frac{1}{e} \text{ 时成立})
  4. 对母式做变量替换 x→−xx \to -x(x>1x>1): e−x≥1−x  ⟹  ex≥11−x (x>1)e^{-x} \geq 1-x \implies \boldsymbol{e^x \geq \frac{1}{1-x} \ (x>1)}

三、第二分支:ln⁡x\ln x 衍生不等式
  1. 对母式做变量替换 x→ln⁡xx \to \ln x(x>0x>0): x≥1+ln⁡x  ⟹  ln⁡x≤x−1(等号当且仅当 x=1 时成立)x \geq 1+\ln x \implies \boldsymbol{\ln x \leq x-1} \quad (\text{等号当且仅当 } x=1 \text{ 时成立})
  2. 对母式做变量替换 x→ln⁡(1+x)x \to \ln(1+x)(x>−1x>-1): 1+x≥1+ln⁡(1+x)  ⟹  ln⁡(1+x)≤x(等号当且仅当 x=0 时成立)1+x \geq 1+\ln(1+x) \implies \boldsymbol{\ln(1+x) \leq x} \quad (\text{等号当且仅当 } x=0 \text{ 时成立})
  3. 对 ln⁡x≤x−1\ln x \leq x-1 做变量替换 x→1xx \to \frac{1}{x}(x>0x>0): −ln⁡x≤1x−1  ⟹  ln⁡x≥1−1x(等号当且仅当 x=1 时成立)-\ln x \leq \frac{1}{x}-1 \implies \boldsymbol{\ln x \geq 1-\frac{1}{x}} \quad (\text{等号当且仅当 } x=1 \text{ 时成立})
  4. 联立 ln⁡x≤x−1\ln x \leq x-1 与 ln⁡x≥1−1x\ln x \geq 1-\frac{1}{x},得到核心双向不等式: 1−1x≤ln⁡x≤x−1(x>0,等号当且仅当 x=1 时成立)\boldsymbol{1-\frac{1}{x} \leq \ln x \leq x-1} \quad (x>0, \text{等号当且仅当 } x=1 \text{ 时成立})
  5. 对 1−1x≤ln⁡x≤x−11-\frac{1}{x} \leq \ln x \leq x-1 做变量替换 x→x+1x \to x+1(x>−1x>-1): xx+1≤ln⁡(1+x)≤x(等号当且仅当 x=0 时成立)\boldsymbol{\frac{x}{x+1} \leq \ln(1+x) \leq x} \quad (\text{等号当且仅当 } x=0 \text{ 时成立})

e^x ≥ 1+x (核心)
/ | \
/ | \
e^x ≥ 1/(1-x)(x>1) ln(1+x)≤x ln x ≤ x-1
| | |
| ↓x+1→x ↓1/x→x
| ln x ≤ x-1 ln x ≥ 1-1/x
| | |
↓x-1→x └──────────────┘
e^x ≥ ex 1-1/x ≤ ln x ≤ x-1
| |
↓ln x→x ↓x+1→x
ln x ≤ (1/e)x x/(x+1) ≤ ln(1+x) ≤ x
|
↓1/x→x
- (1/e)x ≤ ln x

十、隐零点

超越方程的两种处理方式:

  1. 观察出根,搭配单调性定解
  2. 用零点存在定理确定根的存在,但无法显性表达,采用设而不求的策略

步骤

1° 利用零点存在定理判定其零点的存在性,并结合函数的单调性确定零点的范围
2° 以零点为分界,说明 f′(x)f'(x) 的正负,判断 f(x)f(x) 的单调性
3° 将零点方程适当变形,代入需要式子化简求解


十一、极值点偏移

方法

  • 移项(两极值点之积、之和相关的不等式问题,从结论出发,反向分析)
  • 换元(常用比值、差值换元)
  • →\rightarrow 构造函数

十二、恒成立与能成立(补充)

  1. 结论

    ① 二次函数 f(x)=ax2+bx+c<0 (a>0)f(x)=ax^2+bx+c<0\ (a>0) 在 [m,n][m,n] 上恒成立,则 {f(m)<0f(n)<0\begin{cases} f(m)<0 \\ f(n)<0 \end{cases}
    ② 一次函数 f(x)=kx+b>0f(x)=kx+b>0 在 [m,n][m,n] 上恒成立,则 {f(m)>0f(n)>0\begin{cases} f(m)>0 \\ f(n)>0 \end{cases};
    在 [m,+∞)[m,+\infty) 上恒成立,则 {k>0f(m)>0\begin{cases} k>0 \\ f(m)>0 \end{cases}

  2. 优先考虑参变分离

  3. 直接法


十三、不等式证明

  1. 作差构造法
  2. 双函数构造法(直接比较复杂或无从下手时用,本质是中间变量法,慎用!)
  3. 放缩法

十四、求单调性

  1. 求定义域
  2. 求导化简(常见通分、分解因式)
  3. 含参时,从“恒正恒负”入手分类讨论