第17 讲 幂指对比较大小 · 综合测试(解析卷)
答案速查表
1
2
3
4
5
D
C
D
B
B
6
7
8
9
10
A
A
D
ACD
ACD
11
12
13
14
15
ABD
x< y < z
c<b<a
b<c<a
(1)a≤0 (2)(i)单调递增 (ii)证明见
解析
16
17
18
19
a>c>b
b>c>a
y > x
a<c<b
1.(2026·山东聊城·二模)已知正数 a,b,c 满足 logac>logbc>0,则下列说法正确的是(
)
A. c>1
B. a<b
C. a
c>b
c
D. c
b>c
a
【答案】D
【解析】由 logac>logbc>0,可得 ln c
ln a > ln c
ln b >0.若 c>1,则 ln c>0,所以 1
ln a > 1
ln b >0,即
0<ln a<ln b,所以 1<a<b;若 0<c<1,则 ln c<0,所以 1
ln a < 1
ln b <0,即 ln a>ln b,所以
0<b<a<1.对于A,c 不一定大于1,故A 错误;对于B,若 0<c<1,则 a>b,故B 错误;对于
C,若 c>1,1<a<b,则 a
c<b
c,若 0<c<1,0<b<a<1,则 a
c>b
c,故C 错误;对于D,若
c>1,1<a<b,则 c
a<c
b,即 c
b>c
a,若 0<c<1,0<b<a<1,则 c
a<c
b,即 c
b>c
a,所以无论
哪种情况,都有 c
b>c
a,故D 正确.
【点拨】本题考查对数函数的性质及底数、真数的变化规律.利用换底公式将不同底的对数转化为
同底对数,并分类讨论底数与1 的关系是比较大小的常用方法.
2.(2026·郑州四中·检测)设 a=0.2,b=3
0.2,c = log30.2,则( )
A. a<b<c
B. b<c<a
C. c<a<b
D. c<b<a
【答案】C
【解析】设 f ( x)= x -3
x,则 f
'( x)=1-3
x⋅ln3,∵ f
'( x) 在 (0,1) 上单调递减,
f
'(0)=1- ln3<0,∴ f
'( x)<f
'(0)<0,∴ f ( x) 在 (0,1) 上单调递减,∴
f (0.2)<f (0)=-1<0,∴ 0.2<3
0.2,∴ a<b;∵ a=0.2>0,c = log30.2<log31=0,∴ c<a;
综上所述:c<a<b.
【点拨】本题考查利用导数研究函数的单调性进而比较大小,同时考查了指数函数与对数函数的
性质.
3.(2026·长沙雅礼·模拟)设 a= log3.10.2,b= log0.20.3,c =0.2
-3.1,则 a,b,c 的大小关
系为( )
A. c<b<a
B. c<a<b
C. b<a<c
D. a<b<c
【答案】D
【解析】a= log3.10.2,对数函数 y = log3.1 x 在定义域内单调递增,且 0.2<1,因此
a= log3.10.2<log3.11=0,即 a<0;b= log0.20.3,对数函数 y = log0.2 x 在定义域内单调递减,且
1>0.3>0.2,因此 log0.21<log0.20.3<log0.20.2,即 0<b<1;c =0.2
-3.1=(
1
5)
-3.1
=5
3.1,指数函数
y =5
x 在定义域内单调递增,因此 5
3.1>5
1=5>1,即 c>1.综上,a,b,c 的大小关系为 a<b<c.
【点拨】本题考查利用指数函数和对数函数的单调性比较大小,寻找中间量0 和1 进行分段比较
是解题的关键.
4.若 a=(
5
3)
- 1
2,b= log 1
2
1
5,c = log37,则 a,b,c 的大小关系为( )
A. a>b>c
B. b>c>a
C. c>a>b
D. c>b>a
【答案】B
【解析】依题意,a=(
5
3)
- 1
2 <(
5
3)
0
=1,b= log 1
2
1
5 = log25>log22
2=2,而
1= log33<log37<log33
2=2,即 1<c<2,所以 a,b,c 的大小关系为 b>c>a.
【点拨】本题考查指数与对数数值的估算,通过引入媒介值1 和2 进行分段比较是常用的技巧.
5.已知 a=2
x,b= ln x,c = x
3,若 x∈(0,1),则 a、b、c 的大小关系是( )
A. a>b>c
B. a>c>b
C. c>b>a
D. c>a>b
【答案】B
【解析】取 x = 1
2,则 a=2
1
2 >1,b= ln 1
2 <0,c =(
1
2)
3
<1,所以 a>c>b.
【点拨】本题考查不同类型函数值的大小比较,对于给定范围内的变量,采用特殊值法可快速得
出结论.
6.(2025·山东名校·二模)已知 a= 1
4 ,b= ln 2
2 ,c = ln3
3 ,则 a,b,c 的大小关系为( )
A. a<b<c
B. a<c<b
C. c<b<a
D. b<c<a
【答案】A
【解析】∵ b= ln 2
2 ,c = ln3
3 ,构造函数 f ( x)= ln x
x ,x>1,则 f
'( x)= 1- ln x
x
2
,当 1< x<e 时,
f
'( x)>0;当 x>e 时,f
'( x)<0,故函数 f ( x) 在 (1,e) 上单调递增,在 (e ,+ ∞) 上单调递减,
由于 b= ln 2
2 = 2ln 2
4
= ln 4
4 = f (4 ),c = ln3
3 = f (3),且 e<3<4,则 f (3)>f (4 ),
即 c>b,又 b= ln 4
4 > 1
4 =a,所以 a<b<c.
【点拨】本题考查利用导数研究函数的单调性来比较大小,构造函数 f ( x)= ln x
x 是解决此类问
题的核心.
7.(2026·山东济南·二模)已知正实数 a,b,c 满足 ae
a=b ln b=c
3,则( )
A. a<c<b
B. c<a<b
C. b<a<c
D. a<b<c
【答案】A
【解析】由 ae
a=b ln b,且 a,b,c 为正实数,可得 b>1,则 ae
a=e
lnbln b.令
f ( x)= x e
x( x >0),则 f ( x) 在 (0,+∞) 上单调递增.因为 f (a)= f (ln b),所以 a= ln b,即
b=e
a.因为 a>0,所以 b=e
a>a+1>a,即 b>a.又 c
3=ae
a,所以 c
3-a
3=ae
a-a
3=a(e
a-a
2).
设 h( x)=e
x - x
2( x >0),则 h
'( x)=e
x -2 x,设 u( x)=e
x -2 x,则 u
'( x)=e
x -2.当 x∈(0,ln 2)
时,u
'( x)<0,h
'( x) 单调递减;当 x∈(ln 2,+∞) 时,u
'( x)>0,h
'( x) 单调递增.所以
h
'( x)≥h
'(ln 2)=2-2ln 2>0,故 h( x) 在 (0,+∞) 上单调递增,h( x)>h(0)=1>0,即
e
a>a
2 恒成立.所以 c
3-a
3=a(e
a-a
2)>0,即 c>a.又 b
3-c
3=e
3a-ae
a=e
a(e
2a-a),设
φ( x)=e
2 x - x( x >0),φ
'( x)=2e
2 x -1>1>0,所以 φ( x) 在 (0,+ ∞) 上单调递增,
φ( x)>φ(0)=1>0,即 e
2a>a 恒成立.所以 b
3-c
3=e
a(e
2a-a)>0,即 b>c.综上所述,
a<c<b.
【点拨】本题考查利用同构思想比较大小,通过构造函数 f ( x)= x e
x 得到 a 与 ln b 的关系是解
题的突破口.
8.已知 a= log 1
2
a,b= log 1
3
b,c = log 1
5
c,则 a,b,c 大小为( )
A. a<b<c
B. b<a<c
C. a<c<b
D. c<b<a
【答案】D
【解析】a= log 1
2
a 可以看成 y = x 与 y = log 1
2
x 图象的交点的横坐标为 a,b= log 1
3
b 可以看成
y = x 与 y = log 1
3
x 图象的交点的横坐标为 b,c = log 1
5
c 可以看成 y = x 与 y = log 1
5
x 图象的交
点的横坐标为 c,画出函数的图象,由图象可知,c<b<a.
【点拨】本题考查方程根的大小比较,将其转化为函数图象交点的横坐标大小比较,利用数形结
合思想可直观得出结论.
9.(2025·河北·模拟)设 a>-b>0,则下列结论正确的是( )
A. (
1
2)
a
<2
b
B. 若 a+b=1,则 1
a + 1
b 的最小值为 4
C. a
2b+ab
2<0
D. a
2k -1+b
2k -1>0(k ∈N
*)
【答案】ACD
【解析】对于 A,∵ -a<b<0,由指数函数 y =2
x 单调递增,∴ 2
-a<2
b,即 (
1
2)
a
<2
b,故 A
正确;对于 B,1
a + 1
b =(
1
a + 1
b)(a+b)=2-(- b
a - a
b)≤2-2❑√(- b
a)(- a
b)=0,等号成立条件
a=-b,由于 a+b=1,显然等式不成立,故最大值比 0 小,所以最小值不可能为 4,故 B 错误;
对于 C,由已知 ab<0,a+b>0,∴ ab(a+b)<0,即 a
2b+ab
2<0,故 C 正确;对于 D,∵
a>-b>0,由幂函数 y = x
2k -1,k ∈N
* 单调递增,∴ a
2k -1>(-b)
2k -1=-b
2k -1,即
a
2k -1+b
2k -1>0,故 D 正确.
【点拨】本题考查不等式的性质及基本不等式的应用,利用指数函数和幂函数的单调性是判断选
项A 和D 的关键.
10.若 2
a+ log2a= 4
b+2log4b,则下列结论错误的是( )
A. a>2b
B. a<2b
C. a>b
2
D. a<b
2
【答案】ACD
【解析】设 f ( x)=2
x+ log2 x,则 f ( x) 为增函数,∵ 2
a+ log2a= 4
b+2log4b=2
2b+ log2b,∴
f (a)- f (2b)=2
a+ log2a-(2
2b+ log22b)=2
2b+ log2b-(2
2b+ log22b)= log2
1
2 =-1<0,∴
f (a)<f (2b),∴ a<2b,故 B 正确;
f (a)- f (b
2)=2
a+ log2a-(2
b
2
+ log2b
2)=2
2b+ log2b-(2
b
2
+ log2b
2)=2
2b-2
b
2
- log2b,当 b=1 时,
f (a)- f (b
2)=2>0,此时 f (a)>f (b
2),有 a>b
2;当 b=2 时,f (a)- f (b
2)=-1<0,此时
f (a)<f (b
2),有 a<b
2,所以 A、C、D 均错误.
【点拨】本题考查利用函数的单调性比较大小,通过构造函数 f ( x)=2
x+ log2 x 将等式转化为函
数值的关系是解题的核心.
11.(2026·浙江联盟·模拟)已知 a,x,y ∈R,x +10=9
a,y +12=11
a,则( )
A. 当 a>log22 时,x>-6
B. 存在实数 a,使得 x = y
C. 对
任意 a>1,都有 x
2+ y
2>2 D. 当 a=lg11 时,x<0< y
【答案】ABD
【解析】对于选项 A,当 a>log22(即 a>1)时,x +10=9
a>9,所以 x>-1>-6,选项 A 正
确.对于选项 B,当 a=1 时,x = y =-1,选项 B 正确.对于选项 C,由题意,设
f (a)=(9
a-10)
2+(11
a-12)
2-2,则
f (1)=0.f
'(a)=2(9
a-10)⋅9
a⋅ln 9+2(11
a-12)⋅11
a⋅ln11,则 f
'(1)<0.故 ∃a0>1,
当 a∈(1,a0) 时,f (a) 单调递减,f ( x)<f (1)=0.故 ∃a∈(1,a0) 使 x
2+ y
2<2,故选项
C 错误.对于选项 D 由题意:x =9
a-10,因为 lg9⋅lg11<(
lg9+lg11
2
)
2
<1,所以 x =9
a-10<0,
另一方面:y =11
a-12,因为
lg10⋅lg12<(
lg10+lg12
2
)
2
=(
lg120
2 )
2
<(
lg121
2 )
2
=(
2lg11
2 )
2
=(lg11)
2,即
lg12<lg11⋅lg11=lg11
a,所以 y =11
a-12>0,选项 D 正确.
【点拨】本题考查指数函数的性质及不等式的应用,对于C 选项,通过构造函数并利用导数研究
其在 a=1 附近的单调性是判断的关键.
12.已知 x = log32,y = log43,z =(
3
4)
2
3,则 x、y、z 的大小关系为______.
【答案】x< y < z
【解析】因为 3
5=243<256= 4
4,所以 3<4
4
5,则 y = log43<log4 4
4
5 = 4
5 .因为
(
3
4)
2
-(
4
5)
3
= 9
16 - 64
125 = 9×125-16×64
16×125
= 1125-1024
16×125
>0,所以 (
3
4)
2
>(
4
5)
3
,则 z =(
3
4)
2
3 > 4
5 ,
所以 z> y.又 x = log32,y = log43,因为 log32<log3
❑√3=0.5,而 y = log43>log42=0.5,所以
x< y.综上所述,x< y < z.
【点拨】本题考查对数与指数数值的比较,通过寻找中间媒介值 4
5 和 0.5 进行放缩是解题的有
效手段.
13.(2025·郑州外国语·5 月调研)已知 13
7<21
6,34
6<21
7,设 a= log3421,b= log2113,
c = log138,则 a,b,c 的大小关系为______.
【答案】c<b<a
【解析】由 13
7<21
6,得 log2113
7<log2121
6,即 7 log2113<6,则 log2113< 6
7 ,由 34
6<21
7,
得 log3434
6<log3421
7,即 6<7 log3421,则 log3421> 6
7 ,log2113>0,log138>0,则
log2113= log138 log1321<(
log138+ log1321
2
)
2
=(log13
❑√168)
2<1,因此 log138<log2113,所以
log138<log2113<log3421,即 c<b<a.
【点拨】本题考查对数大小的比较,利用已知的不等式关系提取出对数的范围,并结合基本不等
式进行放缩是解题的关键.
14.a=2ln1.01,b= ln1.02,c = ❑√1.04 -1,则 a,b,c 的大小关系为______.
【答案】b<c<a
【解析】a=2ln1.01= ln(1+0.01)
2= ln1.0201,因为 y = ln x 在 (0,+∞) 上单调递增,且
1.0201>1.02,所以 a>b.令 f ( x)= ln(1+ x)- x + 1
2 x
2( x>0),则 f
'( x)=
1
1+ x -1+ x = x
2
1+ x >0,
所以 f ( x) 在 (0,+∞) 上单调递增,f (0.02)>f (0)=0,即
ln1.02>0.02- 1
2 ×0.02
2=0.0198.又 c = ❑√1.04 -1=(1+0.04)
1
2 -1.令
g( x)=(1+ x)
1
2 -1- 1
2 x + 1
8 x
2( x>0),则 g
'( x)= 1
2 (1+ x)
- 1
2 - 1
2 + 1
4 x,g
″( x)=- 1
4 (1+ x)
- 3
2 + 1
4 >0,
所以 g
'( x) 在 (0,+ ∞) 上单调递增,g
'( x)> g
'(0)=0,所以 g( x) 在 (0,+∞) 上单调递增,
g(0.04)>g(0)=0,所以
❑√1.04 -1>0.02- 1
8 ×0.04
2=0.0198.所以 b<c<a.
【点拨】本题考查利用泰勒展开式或构造函数比较数值大小,通过精确到足够位数的小数进行比
较是处理微小差异的有效方法.
15.(13 分)(2025·山东名校·二模)已知函数 f ( x)=( x -1)ln x -ax.
(1) 当 x ≥1,f ( x)≥0,求 a 的取值范围;
(2) 当 a=0 时.
(i) 设 g( x)= f
'( x),讨论函数 g( x) 在 (1,+∞) 上的单调性;
(ii) 证明:对任意 m,n∈(1,+ ∞),有 f (m+n)>f (m)+ f (n).
【答案】(1)a≤0 (2)(i)单调递增 (ii)证明见解析
【解析】(1) 由 x ≥1,f ( x)=( x -1)ln x -ax ≥0,则 a≤( x -1)ln x
x
,....................................2 分
令 h( x)= ( x -1)ln x
x
且 x ≥1,则 h
'( x)=
(ln x + x -1
x
)⋅x -( x -1)⋅ln x
x
2
= ln x + x -1
x
2
,........4 分
令 φ( x)= ln x + x -1 且 x ≥1,则 φ
'( x)= 1
x +1>0,即 φ( x) 在 [1,+∞) 上单调递增,
所以 φ( x)≥φ(1)=0,即 h
'( x)≥0,故 h( x) 在 [1,+∞) 上单调递增,则
h( x)≥h(1)=0,.............................................................................................................................6 分
综上,a≤0...............................................................................................................................................7 分
(2)(i) a=0 时,g( x)= f
'( x)= ln x +1- 1
x 且 x>1,则 g
'( x)= 1
x + 1
x
2 >0,......................9 分
故 g( x) 在 (1,+ ∞) 上单调递增;..................................................................................................10 分
(ii) 令 k(m)= f (m+n)- f (m)- f (n),则 k
'(m)= f
'(m+n)- f
'(m)= g(m+n)- g(m),..12 分
由 m,n∈(1,+∞),则 m+n>m>1,
由(i)知,g(m+n)> g(m),即 k
'(m)>0 在 (1,+ ∞) 上恒成立,
所以 k(m) 在 (1,+ ∞) 上单调递增,故
k(m)>k (1)= f (n+1)- f (1)- f (n)= f (n+1)- f (n),....................................................14 分
因为 g( x)>g(1)=0,所以 f ( x) 在 (1,+∞) 上单调递增,则 f (n+1)>f (n),
所以 k(m)>k (1)= f (n+1)- f (n)>0,
综上,对任意的 m,n∈(1,+∞),有 f (m+n)>f (m)+ f (n)......................................................15 分
【点拨】本题考查利用导数求参数范围及证明不等式.参变分离法是处理恒成立问题的常用手段,
构造双变量函数并固定一元是证明双变量不等式的有效策略.
16.(15 分)已知 a= ❑√3,b=2
1
4,c = log2e,比较 a,b,c 的大小,并说明理由.
【答案】a>c>b
【解析】由 a
4=9,b
4=2,可知 a>b>1,.......................................................................................3 分
又由 e
2<8,从而 e<2❑√2=2
3
2,可得 c = log2e< 3
2 <a,................................................................7 分
因为 b
4-(
6
5)
4
=2- 1296
625 <0,所以 1<b< 6
5;...............................................................................10 分
因为 e
5-2
6>2.7
5-64>0,从而 e
5>2
6,即 e>2
6
5,
由对数函数单调性可知,c = log2e>log22
6
5 = 6
5,............................................................................13 分
综上所述,a>c>b................................................................................................................................15 分
【点拨】本题考查无理数与对数数值的比较,通过乘方运算和寻找合适的有理数媒介值(如 6
5)
进行放缩是解题的关键.
17.(15 分)(2026·山东济宁·二模)设 a=e
- 4
5 ,b= ln 5
2 ,c = 3
5,比较 a,b,c 的大小,并
说明理由.
【答案】b>c>a
【解析】比较 a 与 c:令 f ( x)=e
x -( x +1),当 x≠0 时,e
x> x +1.........................................3 分
所以 e
4
5 > 4
5 +1= 9
5 =1.8.........................................................................................................................6 分
所以 e
- 4
5 < 5
9 ≈0.555.因为 5
9 < 3
5,所以 a<c.....................................................................................8 分
比较 b 与 c:令 g( x)= ln x - 2( x -1)
x +1
,当 x>1 时,g
'( x)= 1
x -
4
( x +1)
2 = ( x -1)
2
x( x +1)
2 >0,所以
g( x)>g(1)=0...............................................................................................................................11 分
所以 ln 2.5> 2(2.5-1)
2.5+1
= 3
3.5 = 6
7 ≈0.857..........................................................................................14 分
因为 6
7 > 3
5,所以 b>c.
综上所述,b>c>a................................................................................................................................15 分
【点拨】本题考查利用常见的不等式放缩比较大小,熟练掌握 e
x≥x +1 和 ln x ≥2( x -1)
x +1
是快
速解题的捷径.
18.(17 分)已知实数 x、y 满足 e
y ln x = y e
x, y >1,比较 x、y 的大小,并说明理由.
【答案】y > x
【解析】由 e
y ln x = y e
x 可得 e
y
y = e
x
ln x ,因为 y >1,e
y>0,所以 e
y
y >0,
所以 e
x
ln x >0,则 ln x>0,所以 x>1,............................................................................................3 分
令 f ( x)= x - ln x,则 f
'( x)=1- 1
x = x -1
x
,
当 x>1 时,f
'( x)>0,所以函数 f ( x) 在 (1,+∞) 上单调递增;..............................................6 分
则当 x>1 时,f ( x)>f (1),即 x - ln x>1,一定有 x - ln x>0,
所以 x>ln x>0,................................................................................................................................... 9 分
则 e
x
x < e
x
ln x ,又因为 e
y
y = e
x
ln x ,所以 e
x
x < e
y
y ,............................................................................12 分
令 g( x)= e
x
x ,则 g
'( x)= e
x( x -1)
x
2
,
当 x>1 时,g
'( x)>0,所以函数 g( x) 在 (1,+∞) 上单调递增;
因为 x>1, y >1,e
x
x < e
y
y ,所以 y > x..............................................................................................17 分
【点拨】本题考查利用同构思想和函数的单调性比较大小,将等式转化为同构形式并利用不等式
放缩是解题的关键.
19.(17 分)已知 a=(e -0.1)
e+0.1,b=e
e,c =(e+0.1)
e -0.1,比较 a,b,c 的大小,并说明理
由.
【答案】a<c<b
【解析】要比较 a,b,c 等价于比较 ln a,ln b,ln c 的大小,
等价于比较
ln a
(e+0.1)(e -0.1) ,
ln b
(e+0.1)(e -0.1) ,
ln c
(e+0.1)(e -0.1),
即比较 ln(e -0.1)
e -0.1
,
e
e
2-0.01
, ln(e+0.1)
e+0.1
,......................................................................................3 分
构造函数 f ( x)= ln x
x ,f
'( x)= 1- ln x
x
2
,
令 f
'( x)>0,得 0< x<e,令 f
'( x)<0,得 x>e,
所以 f ( x) 在 (0,e) 单调递增,(e ,+∞) 单调递减........................................................................6 分
所以 f ( x)max = f (e)= 1
e ,
因为 ln(e -0.1)
e -0.1
= f (e -0.1),
e
e
2-0.01
> e
e
2 = 1
e = f ( x)max , ln(e+0.1)
e+0.1
= f (e+0.1),
所以
e
e
2-0.01 最大,即 a,b,c 中 b 最大,..................................................................................9 分
设 x1=e -0.1, x2=e+0.1,f ( x1)= f ( x3)=m,m< 1
e , x1≠x3,
结合 f ( x) 的单调性得,x1<e< x3,
先证明
x1- x3
ln x1- ln x3
< x1+ x3
2
,其中 0< x1<e< x3,
即证 ln x1
x3
< 2( x1- x3)
x1+ x3
=
2( x1
x3
-1)
x1
x3
+1
,
令 t = x1
x3
∈(0,1),h(t )= ln t - 2(t -1)
t +1
,其中 0<t <1,
则 h
'(t )= 1
t -
4
(t +1)
2 = (t -1)
2
t(t +1)
2 >0,
所以,函数 h(t ) 在 (0,1) 上为增函数,当 0<t <1 时,h(t )<h(1)=0,
所以,当 x3> x1>0 时,
x1- x3
ln x1- ln x3
< x1+ x3
2
,..............................................................................12 分
则有 2⋅
x1- x3
ln x1- ln x3
< x1+ x3,
由 f ( x1)= f ( x3)=m 可知
ln x1
x1
= ln x3
x3
=m,
所以 2⋅
x1- x3
ln x1- ln x3
=2
x1- x3
m( x1- x3) = 2
m < x1+ x3,
因为 m< 1
e ,所以 x1+ x3>2e,即 x1>2e - x3,............................................................................15 分
因为 x1<e,f ( x) 在 (0,e) 单调递增,
所以 f ( x1)>f (2e - x3),即 f ( x1)>f (2e - x3),
因为 x1+ x2=2e,所以 x1=2e - x2,所以 f (2e - x2)>f (2e - x3),
即 2e - x2>2e - x3,∴x2< x3,
因为 e< x2< x3,f ( x) 在 (e ,+ ∞) 单调递减.
所以 f ( x2)>f ( x3)= f ( x1),
即 ln(e+0.1)
e+0.1
> ln(e -0.1)
e -0.1
,即 c>a,
综上,a<c<b........................................................................................................................................17 分
【点拨】本题考查利用导数比较大小,涉及同构法、对数平均不等式及极值点偏移问题,综合性
强,难度较大.