构造辅助函数求解导数问题对于证明与函数有关的不等式，或已知不等式在某个范围内恒成立求参数取值范围、讨论一些方程解的个数等类型问题时，常常需要构造辅助函数，并求导研究其单调性或寻求其几何意义来解决；题目本身特点不同，所构造的函数可有多种形式，解题的繁简程度也因此而不同，这里是几种常用的构造技巧．技法一：“比较法”构造函数[典例] (2017·广州模拟)已知函数f(x)＝e x－ax(e为自然对数的底数，a为常数)的图象在点(0,1)处的切线斜率为－1．(1)求a的值及函数f(x)的极值；(2)证明：当x＞0时，x2＜e x．[解] (1)由f(x)＝e x－ax，得f′(x)＝e x－a．因为f′(0)＝1－a＝－1，所以a＝2，所以f(x)＝e x－2x，f′(x)＝e x－2，令f′(x)＝0，得x＝ln 2，当x＜ln 2时，f′(x)＜0，f(x)单调递减；当x＞ln 2时，f′(x)＞0，f(x)单调递增．所以当x＝ln 2时，f(x)取得极小值，且极小值为f(ln 2)＝e ln 2－2ln 2＝2－ln 4，f(x)无极大值．(2)证明：令g(x)＝e x－x2，则g′(x)＝e x－2x．由(1)得g′(x)＝f(x)≥f(ln 2)＞0，故g(x)在R上单调递增．所以当x＞0时，g(x)＞g(0)＝1＞0，即x2＜e x．[方法点拨]在本例第(2)问中，发现“x2，e x”具有基本初等函数的基因，故可选择对要证明的“x2＜e x”构造函数，得到“g(x)＝e x－x2”，并利用(1)的结论求解．[对点演练]已知函数f (x )＝xex ，直线y ＝g (x )为函数f (x )的图象在x ＝x 0(x 0＜1)处的切线，求证：f (x )≤g (x )．证明：函数f (x )的图象在x ＝x 0处的切线方程为y ＝g (x )＝f ′(x 0)(x －x 0)＋f (x 0)．令h (x )＝f (x )－g (x )＝f (x )－f ′(x 0)(x －x 0)－f (x 0)， 则h ′(x )＝f ′(x )－f ′(x 0)＝1－xe x－1－x 0e 0x＝?1－x ?e 0x －?1－x 0?e xe 0＋x x．设φ(x )＝(1－x )e 0x －(1－x 0)e x ， 则φ′(x )＝－e 0x －(1－x 0)e x ，∵x 0＜1，∴φ′(x )＜0，∴φ(x )在R 上单调递减，又φ(x 0)＝0，∴当x ＜x 0时，φ(x )＞0，当x ＞x 0时，φ(x )＜0， ∴当x ＜x 0时，h ′(x )＞0，当x ＞x 0时，h ′(x )＜0，∴h (x )在区间(－∞，x 0)上为增函数，在区间(x 0，＋∞)上为减函数， ∴h (x )≤h (x 0)＝0， ∴f (x )≤g (x )．技法二：“拆分法”构造函数[典例] 设函数f (x )＝ae x ln x ＋bex －1x，曲线y ＝f (x )在点(1，f (1))处的切线为y ＝e (x －1)＋2．(1)求a ，b ； (2)证明：f (x )＞1．[解] (1)f ′(x )＝ae x ⎝ ⎛⎭⎪⎫ln x ＋1x ＋be x －1?x －1?x 2(x ＞0)， 由于直线y ＝e (x －1)＋2的斜率为e ，图象过点(1,2)，所以⎩⎨⎧f ?1?＝2，f ′?1?＝e ，即⎩⎨⎧b ＝2，ae ＝e ，解得⎩⎨⎧a ＝1，b ＝2.(2)证明：由(1)知f (x )＝e x ln x ＋2ex －1x (x ＞0)，从而f (x )＞1等价于x ln x ＞xe －x －2e． 构造函数g (x )＝x ln x ，则g ′(x )＝1＋ln x ，所以当x ∈⎝⎛⎭⎪⎫0，1e 时，g ′(x )＜0，当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ，＋∞时，g ′(x )＞0， 故g (x )在⎝⎛⎭⎪⎫0，1e 上单调递减， 在⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ，＋∞上单调递增， 从而g (x )在(0，＋∞)上的最小值为g ⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ＝－1e ．构造函数h (x )＝xe －x －2e，则h ′(x )＝e －x (1－x )．所以当x ∈(0,1)时，h ′(x )＞0； 当x ∈(1，＋∞)时，h ′(x )＜0；故h (x )在(0,1)上单调递增，在(1，＋∞)上单调递减， 从而h (x )在(0，＋∞)上的最大值为h (1)＝－1e．综上，当x ＞0时，g (x )＞h (x )，即f (x )＞1． [方法点拨]对于第(2)问“ae xln x ＋be x －1x＞1”的证明，若直接构造函数h (x )＝ae xln x ＋be x －1x－1，求导以后不易分析，因此并不宜对其整体进行构造函数，而应先将不等式“ae x ln x ＋be x －1x＞1”合理拆分为“x ln x ＞xe －x－2e”，再分别对左右两边构造函数，进而达到证明原不等式的目的．[对点演练]已知函数f (x )＝a ln x x ＋1＋bx，曲线y ＝f (x )在点(1，f (1))处的切线方程为x ＋2y －3＝0．(1)求a ，b 的值；(2)证明：当x ＞0，且x ≠1时，f (x )＞ln xx －1．解：(1)f ′(x )＝a ⎝⎛⎭⎪⎫x ＋1x －ln x ?x ＋1?2－bx2(x ＞0)．由于直线x ＋2y －3＝0的斜率为－12，且过点(1,1)，故⎩⎨⎧f ?1?＝1，f ′?1?＝－12，即⎩⎨⎧b ＝1，a 2－b ＝－12.解得⎩⎨⎧a ＝1，b ＝1.(2)证明：由(1)知f (x )＝ln x x ＋1＋1x(x ＞0)， 所以f (x )－ln x x －1＝11－x 2⎝ ⎛⎭⎪⎫2ln x －x 2－1x ． 考虑函数h (x )＝2ln x －x 2－1x(x ＞0)，则h ′(x )＝2x －2x 2－?x 2－1?x 2＝－?x －1?2x 2．所以当x ≠1时，h ′(x )＜0．而h (1)＝0， 故当x ∈(0,1)时，h (x )＞0，可得11－x2h (x )＞0；当x∈(1，＋∞)时，h(x)＜0，可得11－x2h(x)＞0．从而当x＞0，且x≠1时，f(x)－ln xx－1＞0，即f(x)＞ln x x－1．技法三：“换元法”构造函数[典例] 已知函数f(x)＝ax2＋x ln x(a∈R)的图象在点(1，f(1))处的切线与直线x＋3y＝0垂直．(1)求实数a的值；(2)求证：当n＞m＞0时，ln n－ln m＞mn－nm．[解] (1)因为f(x)＝ax2＋x ln x，所以f′(x)＝2ax＋ln x＋1，因为切线与直线x＋3y＝0垂直，所以切线的斜率为3，所以f′(1)＝3，即2a＋1＝3，故a＝1．(2)证明：要证ln n－ln m＞mn－nm，即证ln nm＞mn－nm，只需证lnnm－mn＋nm＞0．令nm＝x，构造函数g(x)＝ln x－1x＋x(x≥1)，则g′(x)＝1x＋1x2＋1．因为x∈[1，＋∞)，所以g′(x)＝1x＋1x2＋1＞0，故g(x)在(1，＋∞)上单调递增．由已知n＞m＞0，得nm＞1，所以g ⎝ ⎛⎭⎪⎫n m ＞g (1)＝0，即证得ln n m －m n ＋n m＞0成立，所以命题得证． [方法点拨]对“待证不等式”等价变形为“ln n m －m n ＋nm ＞0”后，观察可知，对“n m”进行换元，变为“ln x －1x＋x ＞0”，构造函数“g (x )＝ln x －1x＋x (x ≥1)”来证明不等式，可简化证明过程中的运算．[对点演练]已知函数f (x )＝x 2ln x ． (1)求函数f (x )的单调区间；(2)证明：对任意的t ＞0，存在唯一的s ，使t ＝f (s )；(3)设(2)中所确定的s 关于t 的函数为s ＝g (t )，证明：当t ＞e 2时，有25＜ln g ?t ?ln t ＜12． 解：(1)由已知，得f ′(x )＝2x ln x ＋x ＝x (2ln x ＋1)(x ＞0)， 令f ′(x )＝0，得x ＝1e．当x 变化时，f ′(x )，f (x )的变化情况如下表：所以函数f (x )的单调递减区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫0，1e ，单调递增区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ，＋∞．(2)证明：当0＜x≤1时，f(x)≤0，∵t＞0，∴当0＜x≤1时不存在t＝f(s)．令h(x)＝f(x)－t，x∈[1，＋∞)．由(1)知，h(x)在区间(1，＋∞)上单调递增．h(1)＝－t＜0，h(e t)＝e2t ln e t－t＝t(e2t－1)＞0．故存在唯一的s∈(1，＋∞)，使得t＝f(s)成立．(3)证明：因为s＝g(t)，由(2)知，t＝f(s)，且s＞1，从而ln g?t?ln t＝ln sln f?s?＝ln sln?s2ln s?＝ln s2ln s＋ln?ln s?＝u2u＋ln u，其中u＝ln s．要使25＜ln g?t?ln t＜12成立，只需0＜ln u＜u2．当t＞e2时，若s＝g(t)≤e，则由f(s)的单调性，有t＝f(s)≤f(e)＝e2，矛盾．所以s＞e，即u＞1，从而ln u＞0成立．另一方面，令F(u)＝ln u－u2，u＞1，F′(u)＝1u－12，令F′(u)＝0，得u＝2．当1＜u＜2时，F′(u)＞0；当u＞2时，F′(u)＜0．故对u＞1，F(u)≤F(2)＜0，因此ln u＜u2成立．综上，当t＞e2时，有25＜ln g?t?ln t＜12．技法四：二次(甚至多次)构造函数[典例] (2017·广州综合测试)已知函数f (x )＝e x ＋m－x 3，g (x )＝ln(x＋1)＋2．(1)若曲线y ＝f (x )在点(0，f (0))处的切线斜率为1，求实数m 的值； (2)当m ≥1时，证明：f (x )＞g (x )－x 3． [解] (1)因为f (x )＝e x ＋m －x 3， 所以f ′(x )＝e x ＋m －3x 2．因为曲线y ＝f (x )在点(0，f (0))处的切线斜率为1， 所以f ′(0)＝e m ＝1，解得m ＝0．(2)证明：因为f (x )＝e x ＋m －x 3，g (x )＝ln(x ＋1)＋2， 所以f (x )＞g (x )－x 3等价于e x ＋m －ln(x ＋1)－2＞0． 当m ≥1时，e x ＋m －ln(x ＋1)－2≥e x ＋1－ln(x ＋1)－2． 要证e x ＋m －ln(x ＋1)－2＞0， 只需证明e x ＋1－ln(x ＋1)－2＞0．设h (x )＝e x ＋1－ln(x ＋1)－2，则h ′(x )＝e x ＋1－1x ＋1． 设p (x )＝e x ＋1－1x ＋1，则p ′(x )＝e x ＋1＋1?x ＋1?2＞0， 所以函数p (x )＝h ′(x )＝e x ＋1－1x ＋1在(－1，＋∞)上单调递增． 因为h ′⎝ ⎛⎭⎪⎫－12＝e 12－2＜0，h ′(0)＝e －1＞0，所以函数h ′(x )＝ex ＋1－1x ＋1在(－1，＋∞)上有唯一零点x 0，且x 0∈⎝ ⎛⎭⎪⎫－12，0． 因为h ′(x 0)＝0，所以ex 0＋1＝1x 0＋1， 即ln(x 0＋1)＝－(x 0＋1)．当x∈(－1，x0)时，h′(x)＜0，当x∈(x0，＋∞)时，h′(x)＞0，所以当x＝x0时，h(x)取得最小值h(x0)，所以h(x)≥h(x0)＝ex0＋1－ln(x0＋1)－2＝1x0＋1＋(x0＋1)－2＞0．综上可知，当m≥1时，f(x)＞g(x)－x3．[方法点拨]本题可先进行适当放缩，m≥1时，e x＋m≥e x＋1，再两次构造函数h(x)，p(x)．[对点演练](2016·合肥一模)已知函数f(x)＝ex－x ln x，g(x)＝e x－tx2＋x，t ∈R，其中e为自然对数的底数．(1)求函数f(x)的图象在点(1，f(1))处的切线方程；(2)若g(x)≥f(x)对任意的x∈(0，＋∞)恒成立，求t的取值范围．解：(1)由f(x)＝ex－x ln x，知f′(x)＝e－ln x－1，则f′(1)＝e－1，而f(1)＝e，则所求切线方程为y－e＝(e－1)(x－1)，即y＝(e－1)x＋1．(2)∵f(x)＝ex－x ln x，g(x)＝e x－tx2＋x，t∈R，∴g(x)≥f(x)对任意的x∈(0，＋∞)恒成立等价于e x－tx2＋x－ex＋x ln x≥0对任意的x∈(0，＋∞)恒成立，即t≤e x＋x－ex＋x ln xx2对任意的x∈(0，＋∞)恒成立．令F(x)＝e x＋x－ex＋x ln xx2，则F′(x)＝xe x＋ex－2e x－x ln xx3＝1x2⎝⎛⎭⎪⎫e x＋e－2e xx－ln x，令G(x)＝e x＋e－2e xx－ln x，则G′(x)＝e x－2?xe x－e x?x2－1x＝e x?x－1?2＋e x－xx2＞0对任意的x∈(0，＋∞)恒成立．∴G(x)＝e x＋e－2e xx－ln x在(0，＋∞)上单调递增，且G(1)＝0，∴当x∈(0,1)时，G(x)＜0，当x∈(1，＋∞)时，G(x)＞0，即当x∈(0,1)时，F′(x)＜0，当x∈(1，＋∞)时，F′(x)＞0，∴F(x)在(0,1)上单调递减，在(1，＋∞)上单调递增，∴F(x)≥F(1)＝1，∴t≤1，即t的取值范围是(－∞，1]．。