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快速求解选择题“比大小”问题的三种方法

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方法选择

我们可以根据题干的表述,选择上述三种方法,快速解题,小题小做。

直接做商法

何时及如何使用?

对于几个确定的数,如果这几个数均具有相同的形式(如都使用log 表示),那么我们可以直接做商得到大小关系,或和选取的基准数比较大小。详见例题。

  1. (2020年全国II卷文科第10题)已知a = log32, b = log53, $c=\dfrac{2}{3}$,则

    $\begin{align} \text{A.} a<c<b \quad &\text{B.}a<b<c\\ \text{C.}b<c<a \quad &\text{D.}c<a<b \end{align}$

    解析

    $\dfrac{a}{c}=\dfrac{3\ln2}{2\ln3}=\dfrac{\ln8}{\ln9}<1$

    $\dfrac{b}{c}=\dfrac{3\ln3}{2\ln5}=\dfrac{\ln27}{\ln25}>1$

    ∴ b > c > a

  2. (2021年新高考II卷第7题)已知a = log52, b = log83, $c=\dfrac{1}{2}$,则下列判断正确的是

    $\begin{align} \text{A.} c<b<a \quad &\text{B.} b<a<c\\ \text{C.} a<c<b \quad &\text{D.} a<b<c \end{align}$

    解析

    $\begin{aligned}&a=\log_{5}2=\dfrac{\ln2}{\ln5}<\dfrac{\ln2}{\ln4}=\dfrac{1}{2}\\&b=\log_{8}3=\dfrac{\ln3}{\ln8}>\dfrac{\ln3}{\ln9}=\dfrac{1}{2}\\&\therefore a<c<b\end{aligned}$

  3. (2020年全国III卷理科第12题)已知55 < 84 < 134 < 85。设a = log53, b = log85, c = log138,则

    $\begin{align} \text{A.} a<b<c \quad &\text{B.} b<a<c\\ \text{C.} b<c<a \quad &\text{D.} c<a<b \end{align}$

    解析

    55 < 84b = log85,得5b = log855 < log884 = 4,从而$b<\dfrac{4}{5}$

    134 < 85c = log138,则4 = log13134 < log1385 = 5c,所以$c>\dfrac{4}{5}$。所以$c>\dfrac{4}{5}>b$

    a = log53 > 0$b=\dfrac{1}{\log_{5}8}>0$,所以$\dfrac{a}{b}$ = log53 ⋅ log58$<\left(\dfrac{\log_{5}3+\log_{5}8}{2}\right)^{2}$$=\dfrac{(\log_{5}24)^{2}}{4}$$<\dfrac{(\log_{5}25)^{2}}{4}=1$,所以a < b

    综上,a < b < c

  4. (2019年全国I卷第3题)已知a = log20.2, b = 20.2, c = 0.20.3

    $\begin{align} \text{A.} a<b<c \quad &\text{B.} a<c<b\\ \text{C.} c<a<b \quad &\text{D.} b<c<a \end{align}$

    解析

    a < 0 < c < 0.20 = 1 = 20 < b

泰勒展开法

我为什么建议你记泰勒公式

  1. 熟记的情况下,泰勒公式做“比大小”的题比常规方法快,无需复杂计算,且可以三个数一起比较,而无需两两单独比较。详见例题。
  2. 高考曾多次以泰勒公式为背景命题,试题涵盖多种类型。除了本文中的应用,泰勒公式还可用于函数导数题目,详见此前推送。
  3. 高中本科衔接。无论是985还是211大学,大部分理工科专业的培养方案均包含《高等数学》,而泰勒公式作为其中的基础内容,一般会在大一上学期的通识课中正式介绍。

何时及如何使用?

对于几个确定的数,如果这几个数均具有不同的形式(如,有log ,指数/幂,三角函数),那么我们可以直接对该数进行泰勒展开。

x → 0时(如x = ±0.1±0.01±0.02,等等),

  • $e^{x}=1+x+ \dfrac{x^{2}}{2!}+ \dfrac{x^{3}}{3!}+ \cdots$

  • $\ln \left(1+x\right)=x- \dfrac{1}{2}x^{2}+ \dfrac{1}{3}x^{3}- \dfrac{1}{4}x^{4} \cdots$

  • $(1+x)^{}= 1 + x $$+\dfrac { \alpha ( \alpha - 1 ) } { 2 ! } x ^ { 2 }$$+ {3!} x ^ { 2 } + $

  • $\sin x=x- \dfrac{x^{3}}{3!}+ \dfrac{x^{5}}{5!} \cdots$

  • $\cos x=1- \dfrac{x^{2}}{2!}+ \dfrac{x^{4}}{4!}- \dfrac{x^{6}}{6!} \cdots$

  • $\tan x=x+ \dfrac{x^{3}}{3}+ \dfrac{2}{15}x^{5}+o\left(x^{5}\right)$

其中,exln (1 + x)(1 + x)αsin x这四个函数的展开式最为常用,需熟练使用。cos x的展开可通过sin x的展开求导得到,无需单独记忆。tan x在高中阶段较少涉及,可选择记忆。

一般来说,展开到第3项即可得出答案。具体的使用方法,参见第1题解析。

  1. (2022年新高考I卷第7题)设a = 0.1e0.1, $b=\dfrac{1}{9}$, c = −ln 0.9,则

    $\begin{aligned} \text{A.} a<b<c \quad &\text{B.} c<b<a\\ \text{C.} c<a<b \quad &\text{D.} a<c<b \end{aligned}$

    详细解析、说明及注释

    对于a,我们取x = 0.1,展开e0.1

    $\begin{aligned} a&=0.1\:e^{0.1}\\ &=0.1(1+0.1+\dfrac{0.1^2}{2!})\\ &=0.1+0.01+\dfrac{0.001}{2}+\cdots \end{aligned}$

    对于c,我们取x = −0.1,展开ln (1 − 0.1)

    $\begin{aligned} c&=-\ln0.9=-\ln(1-0.1)\\ &=-\left((-0.1)-\dfrac{(-0.1)^2}{2}+\cdots\right)\\ &=0.1+\dfrac{0.01}{2}+\cdots \end{aligned}$

    对于b,由于分母为9,我们直接将循环小数展开(此处不需要泰勒公式):

    $b=\dfrac{1}{9}=0.\dot{1}=0.1+0.01+0.001+\cdots$

    接下来比较大小。为了方便观察,我们先在草稿纸上对齐了写一遍:

    $\begin{alignat}{4} a&=0.1+&&0.01+&&&\dfrac{0.001}{2}+&&&&\cdots\\ b&=0.1+&&0.01+&&&0.001+&&&&\cdots\\ c&=0.1+&&\dfrac{0.01}{2}+&&&\cdots&&&& \end{alignat}$

    对于ac,第一项0.1相同,比较第二项:

    $\because0.01>\dfrac{0.01}{2},\therefore a>c$.

    对于ab,第一、二项相同,比较第三项:

    $\because0.001>\dfrac{0.001}{2},\therefore b>a$.

    综上,b > a > c.

    【说明】比较时,从展开式的第一项开始比较,只要遇到大小不相同的项,即可判断原数大小。

    换句话说,考生无需考虑“即使该项较小,但后面加的会不会使原数更大”的问题——答案是必然不会,因为后一项比前一项小得多(规范表述为:后一项是前一项的高阶无穷小),所以后一项及之后的影响可忽略不计。

    例如,若比较1 + 0.1 + 0.005 + ⋯1 + 0.3 + 0.002 + ⋯,我们只需比较0.10.3即知后者大。因为0.0050.002太小了,它俩谁大谁小已不重要。

    【注】有学生问,“这几个数看上去没啥关系,但按计算器发现数值上很接近,命题组是怎么想到的这三个数?”本源就在这里。无论是指对幂还是三角函数,统统都可以用泰勒公式展开成多项式相加的形式。命题时,只要保证展开式的前一或两项相同,最后的得数就接近。知道了这一点,相信你也可以出类似的题吧?(毕竟先射箭后画靶,还是不难的)快来评论区分享你出的题吧!

  2. (2022年全国甲卷12题)已知$a=\dfrac{31}{32}$, $b=\cos\dfrac{1}{4}$, $c=\sin\dfrac{1}{4}$,则()

    $\begin{align} \text{A.} c>b>a \quad &\text{B.} b>a>c\\ \text{C.} a>b>c \quad &\text{D.} a>c>b \end{align}$

    解析

    $a=1-\dfrac{1}{32}$

    $\begin{aligned} b&=\cos\dfrac{1}{4}=1-\dfrac{(\frac{1}{4})^{2}}{2!}+\dfrac{(\frac{1}{4})^{4}}{4!}+\cdots\\ &=1-\frac{1}{32}+\frac{1}{4^{4}\times4!}+\cdots \end{aligned}$

    $\begin{aligned} c&=4\sin\dfrac{1}{4}=4\left(\dfrac{1}{4}-\dfrac{1}{4^{3}\times3!}+\cdots\right) \\ &=1-\frac{1}{96}+\cdots \end{aligned}$

    $\because\dfrac{1}{4^{4}\times4!}>0,\therefore b>a$

    $\because-\dfrac{1}{96}>-\dfrac{1}{32},\therefore c>b$

    综上,c > b > a.

  3. (2021年全国乙卷第12题)设a = 2ln 1.01, b = ln 1.02, $c=\sqrt{1.04}-1$,则

    $\begin{align} \text{A.} a<b<c \quad &\text{B.} b<c<a\\ \text{C.} b<a<c \quad &\text{D.} c<a<b \end{align}$

    解析

    $\begin{aligned} a&=2\ln1.01=2\ln(1+0.01)\\ &=2(0.01-\frac{0.01^{2}}{2}+\cdots) \\ &=0.02-0.0001+\cdots \end{aligned}$

    $\begin{aligned} b&=\ln1.02=\ln(1+0.02) \\ &=0.02-0.0002+\frac{8}{3}\times10^{-6}+\cdots \end{aligned}$

    $\begin{aligned} c&=\sqrt{1.04}-1=(1+0.04)^{\frac{1}{2}}-1\\ &=0.02-0.0002+4\times10^{-6}+\cdots \end{aligned}$

    ∴ a > c > b.

构造函数法

何时及如何使用?

如果题干给的就是隐函数的表达形式,我们直接根据题干构造函数。

  1. (2020年全国I卷理科第12题)若2a + log2a = 4b + 2log4b,则

    $\begin{align} \text{A.} a>2b \quad &\text{B.} a<2b\\ \text{C.} a>b^{2} \quad &\text{D.} a<b^{2} \end{align}$

    解析

    f(x) = 2x + log2x

    因为2x(0, + ∞)上单调递增,log2x(0, + ∞)上单调递增,

    所以f(x) = 2x + log2x(0, + ∞)上单调递增。

    2a + log2a = 4b + 2log4b = 22b + log2b < 22b + log2(2b)

    所以f(a) < f(2b)

    所以a < 2b。故选B.

  2. (2020年全国II卷第11题)若2x − 2y < 3x − 3y,则:

    $\begin{align} &\text{A.} \ln(y - x + 1)> 0 &\text{B.} \ln(y - x + 1)< 0\\ &\text{C.} \ln | x - y | > 0 &\text{D.} \ln | x - y | < 0 \end{align}$

    解析

    本题考查函数的单调性以及对数值正负的判断。

    2x − 2y < 3x − 3y

    可得2x − 3x < 2y − 3y

    f(x) = 2x − 3x

    易知f(x)上为增函数。

    f(x) < f(y),所以x < y

    y − x + 1 > 1

    所以ln (y − x + 1) > 0

    故A正确,B错误。

    而当x = 1, y = 2时,

    ln |x − y| = 0,故C,D错误。

    故选A。

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