2022 新高考Ⅰ卷 - 第07题 (单选题)

经典放缩与导数单调性
前置知识回顾:公式与定理 (点击展开)
  • 经典放缩不等式四大金刚: 当 \( x > -1 \) 且 \( x \neq 0 \) 时,\( \ln(1+x) < x \);当 \( x \neq 0 \) 时,\( \text{e}^x > x + 1 \)。
  • 构造辅助函数法: 欲证 \( A > B \),构造差函数 \( f(x) \),通过导数 \( f'(x) \) 判定其在区间的单调性,借助端点极值论证大小。

7. 设 \( a = 0.1\text{e}^{0.1} \),\( b = \frac{1}{9} \),\( c = -\ln 0.9 \),则 (  )

  • A. \( a < b < c \)
  • B. \( c < b < a \)
  • C. \( c < a < b \)
  • D. \( a < c < b \)
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思路与规范推导

破题思路全景图

统一结构:c = -ln(9/10) = ln(10/9) = ln(1 + 1/9)
由 ln(1+x) < x 取 x = 1/9 得 ln(10/9) < 1/9,即 c < b
构造切线放缩 e^x > 1 + x 验证 a 与 b:0.1e^0.1 < 1/9 得 a < b
构造函数 g(x) = xe^x + ln(1-x) 证明 a > c
综合得出严格大小:c < a < b 锁定 C

最优解法深度剖析

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【解析详解】

第一步:比较 \( b \) 与 \( c \)

注意 \( c = -\ln 0.9 = -\ln\frac{9}{10} = \ln\frac{10}{9} = \ln\left(1 + \frac{1}{9}\right) \)。

构造函数 \( f(x) = \ln(1 + x) - x \,(x > -1) \),则导数 \( f'(x) = \frac{1}{1+x} - 1 = -\frac{x}{1+x} \)。

当 \( x > 0 \) 时,\( f'(x) < 0 \),故 \( f(x) \) 在 \( (0, +\infty) \) 上单调递减。

因为 \( f(0) = 0 \),取 \( x = \frac{1}{9} \),有 \( f\left(\frac{1}{9}\right) < 0 \implies \ln\left(1 + \frac{1}{9}\right) - \frac{1}{9} < 0 \),所以:

\[ c = \ln\frac{10}{9} < \frac{1}{9} = b \implies c < b \]

第二步:比较 \( a \) 与 \( b \)

由 \( f\left(-\frac{1}{10}\right) < f(0) = 0 \implies \ln\frac{9}{10} + \frac{1}{10} < 0 \implies \frac{9}{10} < \text{e}^{-\frac{1}{10}} \)。

两边同乘 \( \frac{1}{9}\text{e}^{\frac{1}{10}} \) 可得:\( \frac{1}{10}\text{e}^{0.1} < \frac{1}{9} \implies a < b \)。

第三步:比较 \( a \) 与 \( c \)

设 \( g(x) = x\text{e}^x + \ln(1 - x) \,(0 < x < 1) \),求导:

\[ g'(x) = (x + 1)\text{e}^x - \frac{1}{1 - x} = \frac{(1 - x^2)\text{e}^x - 1}{1 - x} \]

令 \( h(x) = (1 - x^2)\text{e}^x - 1 \),易证当 \( x \in (0, 0.1] \) 时,\( h(x) > 0 \implies g'(x) > 0 \),因此 \( g(x) \) 在 \( (0, 0.1] \) 单调递增。

所以 \( g(0.1) > g(0) = 0 \implies 0.1\text{e}^{0.1} + \ln 0.9 > 0 \implies 0.1\text{e}^{0.1} > -\ln 0.9 \implies a > c \)。

综上所述,严格大小关系为:\( c < a < b \)。

故选 C

干扰项排雷

误选 A: 以为 \( a = 0.1\text{e}^{0.1} \) 最小,忽略了二阶泰勒逼近中 \( a \) 明显大于 \( c \)。

误选 D: 虽比对了 \( b \) 最大,但误将 \( a < c \) 颠倒。

最终答案核对

解析阅读完毕,点击核对最终答案
正确答案:C

核心模型与结论

泰勒展开极速定序模型:\( \text{e}^x \approx 1 + x + \frac{x^2}{2} \),\( -\ln(1-x) \approx x + \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} \)。遇到 0.1 这样的小量,泰勒多项式秒杀一切!

易错警示与避坑

直接盲目估算容易翻车!因为 \( a \approx 0.1105 \),\( c \approx 0.1054 \),两者十分接近,必须借由严格单调性或二阶精度定夺。

高分技法与秒杀

二阶泰勒极速秒杀法:令 \( x = 0.1 \)。
• \( a = 0.1(1 + 0.1 + 0.005) = 0.1105 \)
• \( b = \frac{1}{9} \approx 0.1111 \)
• \( c = -\ln(1 - 0.1) \approx 0.1 + \frac{0.01}{2} + \frac{0.001}{3} \approx 0.1054 \)
一目了然:\( 0.1054 < 0.1105 < 0.1111 \implies c < a < b \),5秒锁定 C!

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