备战2020高考高三二轮数学核心能力突破 导数与不等式相结合问题(测试卷解析版)
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备战2020高考高三二轮数学核心能力突破 导数与不等式相结合问题(测试卷解析版)

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资料简介
难点二 导数与不等式相结合问题测试卷 (一)选择题(12*5=60 分) 1. (2020·湖南长郡中学高三月考)函数 在 上存在导数,若 ,则必有( ) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 ,则 x>1 时 ;x ( ) ( )1 0x f x− ′ ≤ ( )' 0f x ≤ ( )' 0f x ≥ ( ),1−∞ ( )1,+∞ ( ) ( )0 1f f≤ ( ) ( )2 1f f≤ ( ) ( )'f x f x= 0x ( )f x ( ) 2 1xg x e= + ( ) ( )ln 1h x x= + ( ) 3 1x xϕ = − a b c a b c a b c> > c b a> > c a b> > b c a> > 2 21'( ) 2 , '( ) , '( ) 31 xg x e h x x xx ϕ= = =+ , ,a b c 2 2 3 211 2 ,ln( 1) , 1 31 x xe e x x xx + = + = − =+ 2 3 2 1 1 1 1( ) 1, ( ) ln( 1) , ( ) 1 31 xg x e h x x x x xx ϕ= − = + − = − −+ 0a = 1 1 1(0) 1 0, (1) ln 2 0, (0,1)2h h b= − < = − > ∈ 1 1(2) 0, (4) 15 0, (2,4)cϕ ϕ< = > ∈ c b a> >3. (2020·江西高三期末)已知定义在 上的函数 的导函数为 ,且 , ,则不等式 的解集为( ) A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 解:构造函数 ,则 , ∴函数 在 上单调递增. 又∵ , ,∴原不等式等价于 , ∴原不等式的解集为 . 故选:C. 4. 【江西省吉安市 2019 届五校联考】已知定义在[e,+∞)上的函数 f(x)满足 f(x)+xlnxf′(x)<0 且 f (2018)=0,其中 f′(x)是函数푓(푥)的导函数,e 是自然对数的底数,则不等式 f(x)>0 的解集为(  ) A.[e,2018) B.[2018,+∞) C.(e,+∞) D.[e,e+1) 【答案】A 【解析】∵定义在[e,+∞)上的函数 f(x)满足 f(x)+xlnxf′(x)<0,设 g(x)=f(x)lnx,∴g′(x)= f′(x)lnx + 푓(푥) 푥 = 푓(푥) + 푥푙푛푥푓′(푥) 푥 <0 在[e,+∞)恒成立,∴g(x)在[e,+∞)单调递减,∵f(2018)=0,∴ g(2018)=f(2018)ln2018=0,要求 f(x)>0,lnx>0,只需 g(x)>0 即可.∴g(x)>0=g(2018),∴ x<2018,∴e≤x<2018,故选:A. 5. (2020·全国高三专题练习)已知函数 在 处的导数相等,则 不等式 恒成立时,实数 m 的取值范围是( ) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 R ( )f x ( )f x′ ( ) ( ) 1f x f x′− < (1) 2f = 1( ) 1 xf x e −− > ( ),1−∞ ( ),2−∞ ( )1,+∞ ( )2,+∞ 1 ( ) 1( ) x f xg x e − −= 1 ( ) ( ) 1( ) 0x f x f xg x e − ′ − +′ = > ( )g x R 1( ) 1 xf x e −− > (1) 1g = ( ) ( )1g x g> ( )1,+∞ 3 21( ) 1( 1)3f x x ax ax a= − + + ≤ 1 2 1 2, ( )t t t t≠ 1 2( + ) 0f t t m+ ≥ [ )1− +∞, ( ]1−∞ −, ( ]1−∞, ( 4 3 −∞ ,由题得 ,由已知得 为 两个不等实根,所以 , 恒成立, 恒成立. 令 , 则 ,当 ,当 上单调递减,在 上单调递增. 故选:A 6. (2020·安徽高三月考)已知 , , ,则 , , 的大小关系是 () A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 对于 的大小: , ,明显 ; 对于 的大小:构造函数 ,则 , 当 时, 在 上单调递增, 当 时, 在 上单调递减, 即 对于 的大小: , , , 故选:B。 7.设函数 ,若不等式 在 上有解,则实数 的 最小值为( ) A. B. C. D. 【答案】C ( ) 3 23 6 2 22 x xf x e x x x ae x = + − + − −   ( ) 0f x ≤ [ )2,− +∞ a 3 1 2 e − − 3 2 2 e − − 3 1 4 2e − − 11 e − − 2'( ) 2 ( 1)f x x ax a a= − + ≤ 1 2,t t 2 2 0x ax a− + = 1 2+ =2t t a 1 2( + ) 0f t t m+ ≥ (2 ),( 1)m f a a∴− ≤ ≤ 3 24( ) (2 ) 2 1,( 1)3g a f a a a a= = − + + ≤ 2'( ) 4 4 4 ( 1)g a a a a a= − + = − − ( ,0), '( ) 0a g a∈ −∞ < (0,1), '( ) 0;a g a∈ > ( ) ( ,0)g a∴ −∞在 (0,1) min( ) (0) 1, 1, 1.g a g m m∴ = = ∴− ≤ ∴ ≥ − 4ln3a π= 3ln 4b π= 34lnc π= a b c c b a< < b c a< < b a c< < a b c< < ,a b 44ln3 ln3 ln81a π π π= == 33ln 4 ln ln 644b π π π== = a b> ,a c ln( ) xf x x = ' 2 1 ln( ) xf x x −= (0, )x e∈ '( ) 0, ( )f x f x> (0, )e ( , )x e∈ +∞ '( ) 0, ( )f x f x< ( , )e +∞ 3 , ( ) (3)e f fπ π> > ∴ ,b c 3ln 4 ln 64b π π== 3 4 34ln ln[( ) ]c π π== 64π < 4 3[( ) ]π c b>【解析】∵ ,∴ ,令 , ,故当 时, ,当 时, ,故 在 上是减函数,在 上是增函 数;故 ;则实数 的最小值为 故选 C. 8. 【河南省洛阳市 2019 届第一次联考】已知函数푦 = 푓(푥)对任意的푥 ∈ ( ― 휋 2,휋 2)满足푓′(푥)cos푥 + 푓(푥)sin푥 > 0 (其中푓′(푥)是函数푓(푥)的导函数),则下列不等式成立的是( ) A.푓(0) > 2푓(휋 4) B. 2푓(휋 3) < 푓(휋 4) C.푓(0) > 2푓(휋 3) D. 2푓( ― 휋 3) < 푓( ― 휋 4) 【答案】D 【解析】构造函数퐹(푥) = 푓(푥) cos푥,依题意퐹′(푥) = 푓′(푥)cos푥 + 푓(푥)sin푥 cos2푥 > 0,故函数在定义域上为增函数,由퐹(0) < 퐹 (π 4)得푓(0) cos0 < 푓(π 4) cosπ 4 ,即푓(0) < 2푓(π 4),排除 A 选项. 由퐹(π 3) > 퐹(π 4)得 푓(π 3) cosπ 3 > 푓(π 4) cosπ 4 ,即 2푓(π 3) > 푓(π 4),排除 B 选项. 由퐹(0) < 퐹(π 3)得푓(0) cos0 < 푓(π 3) cosπ 3 ,即푓(0) < 2푓(π 3),排除 C,选项. 由퐹( ― π 3) < 퐹( ― π 4)得 푓( ― π 3) cos( ― π 3) < 푓( ― π 4) cos( ― π 4),即 2푓( ― π 3) < 푓( ― π 4),D 选项正确,故选 D. 9.已知函数 ,则使得 成立的 的取值范围是( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】因为 ,所以函数 是偶函数.易知函 数 在 是增函数,所以函数 在 也是增函数,所 以不等式 等价于 ,解得 或 . 10.已知定义在 上的函数 ,其导函数为 ,若 , ,则不等式 的解集是( ) A. B. C. D. ( ) 02262 3 23 ≤−−     +−+= xaexxxexf xx xe xxxxa 2134 3 2 1 23 −+−+≥ ( ) xe xxxxxg 2134 3 2 1 23 −+−+= ( ) ( )      ++−=−+−+=′ xx exxe xxxxg 2 132 312 132 3 2 3 2 [ )1,2−∈x ( ) 0′ xg ( )xg [ )1,2− ( )+∞,1 ( ) ( ) eegxg 2 1 4 3 2 1134 3 2 11min −−=−+−+== a 3 1 4 2e − − ( ) ( ) 2ln x xf x e e x−= + + ( ) ( )2 3f x f x> + x ( )1,3− ( ) ( ), 3 3,−∞ − +∞ ( )3,3− ( ) ( ), 1 3,−∞ − +∞ ( ) ( ) ( )2 2ln ( ) ln ( )x x x xf x e e x e e x f x− −− = + + − = + + = ( )f x x xy e e−= + (0, )x∈ +∞ ( ) ( ) 2ln x xf x e e x−= + + (0, )x∈ +∞ ( ) ( )2 3f x f x> + | 2 | | 3|x x> + 1x < − 3x > R (f x) ( )f x′ ( ) ( ) 3f x f x′ − < − ( )0 4f = ( ) 3xf x e> + ( ),1−∞ ( )1,+∞ ( )0,+∞ ( ),0−∞【答案】D 【解析】不等式 即 ,,构造函数,令 ,则 ,据此可得函数 是 上的单调递减函数,又 ,结合函数的的单调性可得:不等式 的解集是 .选 D. 11(2020·福建高三期末)已知定义在 R 上的连续函数 满足 ,且 , 为函数 的导函数,当 时,有 ,则不等式 的解集为( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 , , 在 单调递增, , 当 时, ,当 时, , 又 ,当 时, ,当 时, , 又 满足 , 图象关于直线 对称, 当 时, ,当 时, , 不等式 等价于 或 解得: . 故选:D ( ) 3xx e> + ( ) 3 1x x f x e e − > ( ) ( ) 3 1x x f xg x e e = − − ( ) ( ) ( )' 3' 0x f x f xg x e − += < ( )g x R ( ) ( ) 0 0 0 30 1 0fg e e = − − = ( ) 3xf x e> + ( ),0−∞ ( )f x ( ) ( )4f x f x= − ( )2 0f − = ( )f x′ ( )f x 2x < ( ) ( ) 0f x f x+ ′ > ( ) 0x f x⋅ > ( )0,6 ( )2,0− ( ), 2−∞ − ( ) ( ), 2 0,6−∞ −  ( ) ( ),( 2)xg x e f x x= < ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0x x xg x e f x e f x e f x f x′ ′ = + = + >  ( )g x ( ,2)−∞ 2( 2) ( 2) 0g e f−∴ − = − = ∴ ( , 2)x∈ −∞ − ( ) 0g x 0xe > ( , 2)x∈ −∞ − ( ) 0f x < ( 2,2)x∈ − ( ) 0f x > ( )f x ( ) ( )4f x f x= − ( )f x∴ 2x = ∴ ( 2,6)x∈ − ( ) 0f x > ( , 2) (6, )x∈ −∞ − ∪ +∞ ( ) 0f x < ( ) 0x f x⋅ > 0, ( ) 0, x f x  ( ) ( ), 2 0,6x∈ −∞ − 12. (2020·江西高三月考)已知函数 在 恒有 ,其中 为函数 的导数, 若 为锐角三角形的两个内角,则下列正确的是( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 因为 为锐角三角形的两个内角,所以 , , , 同理 , 设 ,则 , 因为函数 在 恒有 ,所以 ,即 在 上是增函数, 所以 ,即 , ,A 错. 所以 ,即 , ,D 正确. 故选:D. (二)填空题(4*5=20 分) 13. 【安徽省黄山市 2019 届质量检测】 设定义域为푅的函数푓(푥)满足푓′(푥) > 푓(푥),则不等式푒푥―1푓(푥) < 푓(2 푥 ― 1)的解集为__________. 【答案】(1, + ∞) 【解析】设 F(x) = 푓(푥) 푒푥 ,则 F′(x) = 푓′(푥) ― 푓(푥) 푒푥 ,∵푓′(푥) > 푓(푥),∴F′(x)>0,即函数 F(x)在定义域 上单调递增.∵푒푥―1푓(푥) < 푓(2푥 ― 1),∴푓(푥) 푒푥 <푓(2푥 ― 1) 푒2푥―1 ,即 F(x)<F(2x ― 1),∴x<2x ― 1,即 x>1,∴ 不等式푒푥―1푓(푥) < 푓(2푥 ― 1)的解为(1, + ∞),故答案为:(1, + ∞) 14.已知函数 是函数 的导函数, ,对任意实数 都有 ,则不等式 的解集为___________. ( )f x′ ( )f x ( )1 ef = x ( ) ( )2 0f x f x′− > ( ) 1ee x x f x −< ( )f x (0,1) 2 ( )( ) f xf x x ′ > ( )f x′ ( )f x ,α β 2 2cos (sin ) sin (cos )f fβ α α β< 2 2sin (sin ) sin (sin )f fβ α α β> 2 2cos (cos ) cos (cos )f fβ α α β> 2 2sin (cos ) cos (sin )f fβ α α β< ,α β 2 πα β+ > 02 2 π πα β> > − > sin sin( ) cos2 πα β β> − = sin cosβ α> 2 ( )( ) f xg x x = 3 2 2 ( )( )( ) 2 ( )'( ) f xf xxf x f x xg x x x ′ −′ −= = ( )f x (0,1) 2 ( )( ) f xf x x ′ > ( ) 0g x′ > ( )g x (0,1) (sin ) (cos )g gα β> 2 2 (sin ) (cos ) sin cos f fα β α β> 2 2cos (sin ) sin (cos )f fβ α α β> (sin ) (cos )g gβ α> 2 2 (sin ) (cos ) sin cos f fβ α β α> 2 2sin (cos ) cos (sin )f fβ α α β ( )1 ∞+, . ( )1 ∞+, ( ) ( )lnf x x e a x b= + − + e ( ) 0f x ≤ b a 1 e ( ) ( )( )1' 0f x e a xx = + − > 0,x a e> ≤ ( )' 0f x > a e> ( )' 0f x = 1x a e = − 10,x a e  ∈ −  ( ) ( )' 0,f x f x> 1 ,x a e  ∈ +∞ −  ( ) ( )' 0,f x f x< 1x a e = − 1 0f a e   ≤ −  ( )1 1ln 0e a ba e a e + − × + ≤− − ( )ln 1 0a e b− − + ≥ ( ) ( )ln 1ln 1, a ebb a e a a − +≤ − + ≤ ( ) ( ) ( )ln 1x eg x x ex − += >导可得: ,令 ,则 ,令 可得: ,当 时, 单调递增,当 时, 单调递减,当 时, 取得最大值: ,且: 时, , ,据此可知 在区间 上单调递 增,在区间 上单调递减,即函数 的最大值为 ,综上可得: 的最大值 为 . (三)解答题(4*12=48 分) 17. (2020·山东高三月考)已知函数 ,其导函数 的最大值为 . (1)求实数 的值; (2)若 ,证明: . 【解析】 (1)由题意,函数 的定义域为 ,其导函数 记 则 . 当 时, 恒成立,所以 在 上单调递增,且 . 所以 ,有 ,故 时不成立; 当 时,若 ,则 ;若 ,则 . 所以 在 单调递增,在 单调递减。 所以 . 令 ,则 . ( ) ( ) ( ) ( )2 ln' e x e x eg x x x e − − −= − ( ) ( ) ( )( )lnH x e x e x e x e= − − − > ( )'H x = ( )ln 1x e− − − ( )' 0H x = 1x e e = + 1,x e e e  ∈ +   ( ) ( )' 0,H x H x> 1 ,x e e  ∈ + +∞   ( ) ( )' 0,H x H x< 1x e e = + ( )H x 1 1H e ee e  + = +   x e→ ( ) 0H x > ( )2 0H e = ( )g x ( ),2e e ( )2 ,e +∞ ( )g x ( ) ln 1 12 2 eg e e e += = b a 1 e 2( ) ln ( 1)2 af x x x x a x= − + − ( )f x′ 0 a ( ) ( ) ( )1 2 1 21f x f x x x+ = − ≠ 1 2 2x x+ > ( )f x ( )0,+∞ ( ) ( )ln 1f x x a x′ = − − ( ) ( )h x f x= ′ ( ) 1 axh x x =′ − 0a ≤ ( ) 1 0axh x x −′ = ≥ ( )h x ( )0,+∞ ( )1 0h = ( )1,x∀ ∈ +∞ ( ) ( ) 0h x f x= ′ > 0a ≤ 0a > 10,x a  ∈   ( ) 1 0axh x x −′ = > 1 ,x a  ∈ +∞   ( ) 1 0axh x x −′ = < ( )h x 10, a      1 ,a  +∞   ( )max 1 ln 1 0h x h a aa  = = − + − =   ( ) ln 1g a a a= − + − ( ) 1 11 ag a a a ′ −= − =当 时, ;当 时, .所以 在 的单减,在 单增. 所以 ,故 . (2)当 时, ,则 . 由(1)知 恒成立, 所以 在 上单调递减, 且 , 不妨设 ,则 , 欲证 ,只需证 ,因为 在 上单调递减, 则只需证 ,又因为 , 则只需证 ,即 . 令 (其中 ),且 . 所以欲证 ,只需证 , 由 , 整理得: , , 所以 在区间 上单调递增, 所以 , , 所以函数 在区间 上单调递减, 所以有 , ,故 . 18. (2020·全国高三专题练习)已知函数 , . (1)求函数 的极值; 0 1a< < ( ) 0g a′ < 1a > ( ) 0g a′ > ( )g a ( )0,1 ( )1,+∞ ( ) ( )1 0g a g≥ = 1a = 1a = ( ) 21ln 2f x x x x= − ( ) 1 lnf x x x= + −′ ( ) 1 ln 0f x x x′ = + − ≤ ( ) 21ln 2f x x x x= − ( )0,+∞ ( ) 11 2f = − ( ) ( ) ( )1 2 1 2 1f x f x f+ = − = 1 20 x x< < 1 20 1x x< < < 1 2 2x x+ > 2 12x x> − ( )f x ( )0,+∞ ( ) ( )2 12f x f x< − ( ) ( )1 2 1f x f x+ = − ( ) ( )1 11 2f x f x− − < − ( ) ( )1 12 1f x f x− + > − ( ) ( ) ( )2F x f x f x= + − ( )0,1x∈ ( )1 1F = − ( ) ( )1 12 1f x f x− + > − ( ) ( ) ( )1 , 0,1F x F x> ∈ ( ) ( ) ( ) ( )( )2 1 ln 1 ln 2 2F x f x f x x x x x= − − = + − − + −′ −′ +′ ( ) ( ) ( ) ( )ln ln 2 2 1 , 0,1F x x x x x−′ = − − + ∈ ( ) ( ) ( ) 22 1 02 xF x x x −= − ′ >′ ( )0,1x∈ ( ) ( ) ( )ln ln 2 2 1F x x x x= − − + −′ ( )0,1 ( )0,1x∀ ∈ ( ) ( ) ( ) ( )ln ln 2 2 1 1 0F x x x x F= − − + − < ′ =′ ( ) ( ) ( )2F x f x f x= + − ( )0,1 ( ) ( )1F x F> ( )0,1x∈ 1 2 2x x+ > ( ) 2xf x ae x= − a R∈ ( )f x(2)当 时,证明: . 【详解】 (1) , 当 时 , 在 R 单调递减,则 无极值. 当 时,令 得 , 得 , 得 , 在 上单调递减, 单调递增, 的极小值为 ,无 极大值, 综上:当 时, 无极值. 当 时, 的极小值为 ,无极大值; (2)当 时, , 令 ,转化证明 ,所以 在 为增函数, 因为 所以 ,使得 因此函数 在 上单减函数,在 上单增函数, 所以 , 因此 . 19. (2020·高三月考)已知 a ∈ R, a≠0,函数 f (x) = eax−1− ax ,其中常数 e =2.71828 . (1)求 f (x) 的最小值; (2)当 a ≥1 时,求证:对任意 x>0 ,都有 xf (x) ≥ 2ln x +1− ax2. 1a ≥ ( ) ln 2 2f x x x− + > ( ) 2xf x ae′ = − 0a ≤ ( ) 0f x′ < ( )f x ( )f x 0a > ( ) 0f x′ = 2lnx a = ( ) 0f x′ > 2lnx a > ( ) 0f x′ < 2lnx a < ( )f x∴ 2,ln a  −∞   2ln ,a  +∞   ( )f x∴ 2 2ln 2 2lnf a a   = −   0a ≤ ( )f x 0a > ( )f x 2 2ln 2 2lnf a a   = −   1a ≥ ( ) ln 2 lnxf x x x e x− + ≥ − ( ) ln 2xg x e x= − − ( ) 0g x > ( ) ( ) ( ) 2 1 10 + 0x xg x e x g x ex x ′ ′′= − > = > , ( )g x′ ( )0, ∞+ ( ) 11 1 0 2 02g e g e ′ ′= − > = −  ( ) ln 2 2f x x x− + >(1)因为 ,则 , 故 为 R 上的增函数,令 ,解得 故当 , 单调递减; 当 , 单调递增, 则 故函数 的最小值为 0. (2)证明:要证明 xf (x) ≥ 2ln x +1 等价于证明 由(1)可知: ,即 因为 ,故 故等价于证明 即 令 ,即证 恒成立. 又 令 ,解得 故当 , 单调递减; 当 , 单调递增; 故 有因为 ,故 ( ) 1axf x e ax−= − ( ) ( )1 1axf x a e −′ = − ( ) 2 1 0axf x a e −′ = >′ ( )f x′ ( ) 0f x′ = 1x a = ( )1, , 0x f xa  ∈ −∞  ′  ( )f x ( ) 1 0minf x f a  = =   ( )f x 2ax− 1 2 1axxe lnx− ≥ + 1 0axe ax− − ≥ 1axe ax− ≥ 0x > 1 2axxe ax− ≥ 2 2 1ax lnx≥ + ( )2 2 1 0, 0,ax lnx x− − ≥ ∈ +∞ ( ) 2 2 1g x ax lnx= − − ( ) ( )0, 0,g x x≥ ∈ +∞ ( ) ( )( )2 1 122 ax ax g x ax x x + − = − =′ ( ) 0g x′ = 1x a = ( )10, , 0x g x a    ′∈  ′  ( )g x ( ) 1 2g x g ln a lna a  ≥ = =   1a ≥ 0lna ≥故 即证. 即对任意 x>0 ,都有 xf (x) ≥ 2ln x +1− ax2. 20. (2020·广东高三期末(理))设函数 . (1)讨论函数 的单调性; (2)若 ,证明 恒成立. 【解析】 (1)由题意得 , . ①当 时, ,故函数 在区间 上单调递增; ②当 时,在区间 上, ,在区间 上, , 故函数 在区间 上单调递减,在区间 上单调递增. (2)证明: 要证 ,只需证 . 又 ,故只需证 即可. 设 ,则 , 在区间 上, ,在区间 上, , 故函数 在区间 上单调递减,在区间 上单调递增, 所以 . 设 ,则 , 在区间 上, ,在区间 上, , 故函数 在区间 上单调递增,在区间 上单调递减, 所以 . 又 ,所以 . ( ) 0g x lna≥ ≥ ( ) lnaf x xx = + ( )f x 1a 1( ) xf x e > 0x > 2 2 1( ) a x af x x x x ′ −= − + = 0a ≤ ( ) 0f x′  ( )f x (0, )+∞ 0a > (0, )a ( ) 0f x′ < ( , )a +∞ ( ) 0f x > ( )f x (0, )a ( , )a +∞ 1( ) xf x e > 1ln x a xx e + > 0x > ln x xa x x e + > ( ) lng x a x x= + ( ) 1 lng x x′ = + 10, e      ( ) 0g x′ < 1,e  +∞   ( ) 0g x′ > ( )g x 10, e      1,e  +∞   1 1( )g x g ae e   = −   ( ) x xh x e = 1( ) x xh x e ′ −= (0,1) ( ) 0h x′ > (1, )+∞ ( ) 0h x′ < ( )h x (0,1) (1, )+∞ 1( ) (1)h x h e = 1a ≥ 1 11a e e − −又因为 ,所以 , 所以 , 故在 上, , 综上, 恒成立. 2e > 21 e > 1 11 e e − > (0, )+∞ ( ) ( )g x h x> 1( ) xf x e >

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