本题导读

本题考查分段函数模型下的函数单调性证明与对数运算。核心在于利用差分判定增加量的单调性,并通过对数运算反解参数。

📌【题干】

Question

(2009年上海卷(理)) 有时可用函数 描述学习某学科知识的掌握程度,其中 表示某学科知识的学习次数(), 表示对该学科知识的掌握程度,正实数 与学科知识有关.

(1) 证明:当 时,掌握程度的增加量 总是下降;

(2) 根据经验,学科甲、乙、丙对应的 的取值区间分别为 ,,. 当学习某学科知识 6 次时,掌握程度是 ,请确定相应的学科.

🔍【思路分析】

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  1. 第一问:当 时, 与 均大于 ,故 。设增加量 ,求出 的表达式,再比较 与 的差,证明其恒为负。
  2. 第二问:由 且 ,代入分段函数第一段得对数方程 ,反解出 的近似值,再对照三个区间确定学科。

✅【答案】

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(1) 证明见解析

(2) 学科乙、丙

✍【详细解析】

Abstract

(1) 第一问证明

当 时, 和 都大于 ,因此 令 ,则 于是 所以当 时,掌握程度的增加量总是下降。


(2) 第二问求解

由题意 ,且 ,故 即 解得 因此 ,相应的学科为乙、丙。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:分段函数在应用问题中的建模,利用差分判定数列(函数)单调性,对数方程的反解与近似计算。
  2. 核心方法:
  • 差分法:把“增加量总是下降”转化为 ,通分后由各因式符号直接判定。
  • 对数反解:由 逐步化简得 ,再估算取值区间。
  1. 避坑指南:
  • 分段选择: 落在第一段(),代入时必须选 ,不可误用第二段。
  • 区间端点: 同时落在 与 内,应取交集,学科为乙、丙两个。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:本题以“学习次数—掌握程度”为背景,考查分段函数与对数函数的实际应用,属于新课标强调的“数学建模”素养导向的应用题。
  2. 结论推广:对于形如 ()的函数,其差分 ,且 关于 单调递减,体现“边际效益递减”的普遍规律,可迁移到各类增长型应用题。

🔗【关联脉络】

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