(正文出现大量数学符号是因为剧情需要,主人公解题思路,启发读者,删除将不能保证作品的完整性)
数学周考的试卷安静地躺在桌面上,散发着油墨和紧张混合的气息。凌凡一路过关斩将,前面的题目虽偶有磕绊,但都在他掌控之中。时间还剩三十五分钟,他的目光,如同最终抵达险峰的攀登者,不可避免地投向了试卷最后那片孤悬的、分值高达15分的领地——压轴题。
题目映入眼帘的瞬间,凌凡感觉自己的思维像是撞上了一堵无形的、柔软却极具韧性的墙壁。
【题目】已知函数 f(x) = e^x - ax - 1 (a ∈ R)。
(1)讨论函数 f(x) 的单调性;
(2)若对任意 x > 0,不等式 f(x) > (1 - a)x - 1\/2 x2 恒成立,求实数 a 的取值范围。
第一问是送分题,求导,f(x) = e^x - a,单调性立刻清晰。凌凡快速解决,拿到了4分的基础分。
他的全部注意力,凝聚在第二问。那行文字不长,但每一个字都像是一个复杂的符文,组合在一起,形成了一座看似无法逾越的关隘。
“对任意 x > 0,不等式 f(x) > (1 - a)x - 1\/2 x2 恒成立……”
他将不等式具体写出来:
e^x- ax - 1 > (1 - a)x - 1\/2 x2
化简,移项:
e^x- ax - 1 - (1 - a)x + 1\/2 x2 > 0
=>e^x - x - 1 + 1\/2 x2 > 0
等等!凌凡眼睛一亮,发现a被消掉了!化简后得到了一个不含参数a的不等式:
e^x - x - 1 + (1\/2)x2 > 0,对于任意 x > 0 恒成立。
“难道a可以任意取值?这不可能!”凌凡立刻否定了这个荒谬的想法。他重新检查了一遍化简过程,没错,a确实被消掉了。那问题出在哪里?
他盯着这个全新的不等式:e^x - x - 1 + (1\/2)x2 > 0 (x>0)。这似乎是一个需要独立证明的不等式。证明它?怎么证明?直接证明似乎很困难。
他尝试构造一个新函数。令 h(x) = e^x - x - 1 + (1\/2)x2,需要证明在 x>0 时,h(x) > 0。
求导?h(x) = e^x - 1 + x。h(x) 在 x>0 时显然大于0(因为 e^x > 1, x>0),所以 h(x) 在 (0, +∞) 上单调递增。而 h(0) = 1 - 0 - 1 + 0 = 0。由于单调递增,所以在 x>0 时,h(x) > h(0) = 0。
证出来了! 这个不等式居然是与a无关的恒成立!
凌凡的心猛地一沉。他意识到,自己可能走错了路,或者漏掉了什么关键条件。如果这个不等式是恒成立的,那么原题的要求“对任意 x>0,f(x) > (1-a)x - 1\/2 x2 恒成立”就变成了一个无条件恒成立的结论,与a无关。这显然不符合压轴题的风格,第二问求a的取值范围也就失去了意义。
茫然。
一种深沉的、冰冷的茫然感从心底升起。
他感觉自己像一个在迷宫里转了一圈又回到起点的人,手里拿着一个看似正确的钥匙,却打不开任何一扇门。时间在一分一秒地流逝,周围的同学笔尖沙沙作响,更衬托出他思维的凝滞。
他重新审题,逐字逐句地读。“若对任意 x > 0,不等式 f(x) > (1 - a)x - 1\/2 x2 恒成立”,条件给的是 f(x) 和另一个关于x的式子比较。他之前是直接将两者作差。难道……方向错了?
他尝试另一种思路。能否将原不等式进行变形,构造一个关于a的不等式?或者,将问题转化为函数的最值问题?
他设 g(x) = [f(x) - ((1-a)x - 1\/2 x2)] \/ x (x>0)?似乎很复杂。
或者,考虑函数 φ(x)= f(x) - [(1-a)x - 1\/2 x2] = e^x - ax - 1 - (1-a)x + 1\/2 x2 = e^x - x - 1 + 1\/2 x2 - a(x - x)?不对,这里a的系数又没了。
思路再次陷入僵局。几种尝试都指向了那个“恒成立”的结论,这让他无比困惑,甚至开始怀疑题目的正确性。汗水从额角渗出,他能清晰地听到自己心脏快速跳动的声音。
这就是压轴题吗?不仅仅是对知识的考察,更是对心理素质、应变能力和在陌生情境下探索解题路径能力的极致考验。它让你在第一步就陷入茫然,逼迫你跳出常规思维,去寻找那隐藏的、唯一的突破口。
凌凡强迫自己冷静下来。他回想起陈老和李老师都说过,压轴题往往需要“洞察本质”和 “创造性转化” 。他盯着原不等式,目光在 f(x) 和右边那个式子之间来回移动。
忽然,一个念头如同黑暗中划过的闪电,照亮了他的脑海!
右边那个式子 (1 - a)x - 1\/2 x2,像不像某个函数的泰勒展开式?
e^x 在 x=0 处的泰勒展开是:1 + x + (1\/2)x2 + (1\/6)x3 + ...
那么 e^x- 1 = x + (1\/2)x2 + (1\/6)x3 + ...
而右边是(1-a)x - 1\/2 x2。
如果……如果把原不等式重新理解一下呢?题目要求的是 f(x) = e^x - ax - 1 > (1-a)x - 1\/2 x2。
移项得:e^x- 1 > (1-a)x - 1\/2 x2 + ax = x - a x + a x - 1\/2 x2?不对,这样又绕回去了。
他换一个角度。将不等式改写为:
e^x - 1 > x - a x + a x - 1\/2 x2?这明显不对。
等等!关键在于对 (1-a)x 的理解!它是不是可以拆开?
原式:e^x- a x - 1 > (1-a)x - 1\/2 x2
=>e^x - 1 > a x + (1-a)x - 1\/2 x2
=>e^x - 1 > x - 1\/2 x2
出来了!
化简后,竟然是e^x - 1 > x - (1\/2)x2 对任意 x>0 恒成立!
原来,a再次被消掉了!之前他移项时符号处理出现了微妙错误,导致得到了那个错误的“恒成立”结论。而这一次,他得到了一个具体的不等式:e^x - 1 > x - (1\/2)x2 (x>0)。
现在,需要证明这个不等式恒成立。
令 ψ(x) = (e^x - 1) - (x - 1\/2 x2) = e^x - 1 - x + 1\/2 x2。
求导:ψ(x)= e^x - 1 + x。
ψ(x)= e^x + 1 > 0,所以 ψ(x) 单调递增。
ψ(0)= 1 - 1 + 0 = 0,所以在 x>0 时,ψ(x) > 0,故 ψ(x) 在 (0, +∞) 单调递增。
又 ψ(0)= 1 - 1 - 0 + 0 = 0,所以 x>0 时,ψ(x) > 0。
即 e^x- 1 > x - 1\/2 x2 恒成立!
所以,无论a取何值,原不等式恒成立!
那么,a的取值范围是?全体实数 R!
这个结论让凌凡感到一丝荒谬,但又无懈可击。他仔细回顾了整个过程,逻辑链条是完整的。这竟然是一道“伪装”成参数范围问题的恒成立证明题!它的难点,不在于复杂的分类讨论,而在于代数变形中的洞察力和消除参数干扰,直指问题核心的能力。
当凌凡最终写下“a ∈ R”这个答案时,交卷的铃声也响了。他长长地吁了一口气,感觉像是进行了一场高强度的脑力搏击,虽然最终解出,但过程中那最初的、长时间的茫然,以及几次走入死胡同的经历,让他心有余悸。
他第一次真切地体会到,压轴题的可怕之处,不仅在于其难度,更在于它对你思维惯性和自信心的摧毁与重建。
“压轴题……这就是深水区的味道吗?”凌凡看着被收走的试卷,眼神复杂。有后怕,有疲惫,但更多的,是一种被挑战后、见识到更广阔天地后的兴奋与渴望。
“不服?”他舔了舔有些干涩的嘴唇,眼中重新燃起火焰,“这才只是初体验。等着吧,我会摸清你的套路,把你彻底征服!”
压轴题,这座数学试卷上的珠穆朗玛峰,已然进入了凌凡的征服清单。
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逆袭心得·第203章:
压轴题初体验,常始于“读题后的茫然” 。其恐怖不在于计算繁复,而在于 “思维惯性被打破” 与 “常规方法失效” 。需具备 “逆境心态” ,冷静面对困惑。核心突破点在于 “洞察本质” 与 “创造性转化” ,如识破伪参数、进行关键代数变形、联想特殊公式(如泰勒展开)等。首次接触,重在体验其思维强度,理解其 “设障” 方式,无需为一时无法解出而沮丧。将此茫然视为升级思维模式的必经阵痛。