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分离变量法解高考压轴导数题

分离参数法解高考压轴题新课标下的高考数学压轴题,由数列题转向导数题。

而导数题中的最后一问经常考察参数的取值范围。

“求谁分离谁”即分离参数是一种常用的方法,但有时分离出参数后,后面函数的最值不容易求得,有的干脆就没有最值,只是趋于某个常数,这种情况下可采用高等数学中的洛必达法则。

此方法是一种常规方法,有章可循,有法可依,不存在较强的解题技巧,一般的学生基本上都能掌握。

下列举例说明,起到抛砖引玉的作用。

一 洛必达法则介绍如果当0x x →(或∞→x )时,两个函数)(x f 与)(x g 都趋于零或都趋于无穷大,那么 极限)()(limx g x f x x →或)()(lim x g x f x ∞→可能存在、也可能不存在,通常把这种极限叫做不定式,并分 别简记为00或∞∞. 1.(洛必达法则1)型不定式 设函数)(x f 与)(x g 满足条件(1)0)(lim )(lim 0==→→x g x f x x x x(2))(x f 与)(x g 在点0x 的某邻域内(点0x 可除外)可导,且0)(≠'x g ; (3) A x g x f x x =''→)()(lim(或为无穷大).则A x g x f x g x f x x x x =''=→→)()(lim )()(lim 00(或为无穷大).把0x x →换为∞→x 时,结论也成立.2(洛必达法则2)∞∞型不定式 设函数)(x f 与)(x g 满足条件 (1)∞=∞=→→)(lim ,)(lim 0x g x f x x x x(2))(x f 与)(x g 在点0x 的某邻域内(点0x 可除外)可导,且0)(≠'x g ;(3)A x g x f x x =''→)()(lim(或无穷大). 则A x g x f x g x f x x x x =''=→→)()(lim )()(lim00(或为无穷大) 把0x x →换为∞→x 时,结论也成立.,结论也成立. 二 典型例题: 例1.(08江苏理14)设函数3()31()f x ax x x R =-+∈,若对于任意的[]1,1-∈x 都有0)(≥x f 成立,则实数a 的值为 ▲【解析】本小题考查函数单调性的综合运用.若x =0,则不论a 取何值,()f x ≥0显然成立;当x >0 即[]1,1x ∈-时,()331f x ax x =-+≥0可化为,2331a x x≥- 设()2331g x x x =-,则()()'4312x g x x -=, 所以()g x 在区间10,2⎛⎤ ⎥⎝⎦上单调递增,在区间1,12⎡⎤⎢⎥⎣⎦上单调递减,因此()max 142g x g ⎛⎫==⎪⎝⎭,从而a ≥4; 当x <0 即[)1,0-时,()331f x ax x =-+≥0可化为a ≤2331x x-,()()'4312x g x x -=0> ()g x 在区间[)1,0-上单调递增,因此()()ma 14n g x g =-=,从而a ≤4,综上a =4【答案】4例1 (2010 辽宁)已知函数1ln )1()(2+++=ax x a x f (I )讨论函数)(x f 的单调性;(II )设1-<a .如果对任意),0(,21+∞∈x x ,||4)()(|2121x x x f x f -≥-,求a 的取值范围。

解:(Ⅰ)()f x 的定义域为),0(+∞. xa ax ax x a x f 1221)(2++=++='. 当0≥a 时,0)(>'x f ,故)(x f 在),0(+∞单调递增; 当1-≤a 时,0)(<'x f ,故)(x f 在),0(+∞单调递减;当01<<-a 时,令0)(='x f ,解得aa x 21+-=.则当)21,0(a a x +-∈时,0)(>'x f ;),21(+∞+-∈aa x 时,0)(<'x f . 故()f x 在)21,0(a a x +-∈单调递增,在),21(+∞+-∈aa x 单调递减. (Ⅱ)分离变量法:不妨假设21x x ≥,而1-<a ,由(Ⅰ)知在),0(+∞单调递减,从而),0(,21+∞∈∀x x ,||4|)()(|2121x x x f x f -≥- 等价于),0(,21+∞∈∀x x ,22114)(4)(x x f x x f +≥+ ①令x x f x g 4)()(+=,则421)(+++='ax xa x g ① 等价于)(x g 在),0(+∞单调递减,即0421≤+++ax xa 恒成立。

从而212)12(1224)12(1214222222-+-=+---=+--≤x x x x x x x a ,故a 的取值范围为]2,(--∞ 评述:本题第二问利用分离变量,所构造函数的最大值存在。

例2(2007全国一)设函数xxe e xf --=)(.(Ⅰ)证明:)(x f 的导数2)(≥'x f ;(Ⅱ)若对所有0≥x 都有ax x f ≥)(,求a 的取值范围. 解:(Ⅰ)xxee xf -+=')(由于22=⋅≥+--x x x x e e e e ,故2)(≥'x f ,(当且仅当0=x 时,等号成立). (Ⅱ)分离变量法:即对所有0≥x 都有ax e e xx≥--,① 若,0=x 则R a ∈② 若0>x ,则只需a x e e x x ≥--, 记x e e x x x --=)(g ,2)1()1()(xx e x e x g x x ++-='-, 记 )1()1()(++-=-x ex e x xxϕ,则0)()(>-='-x e e x x x ϕ,故)(x ϕ递增,而0)0(=ϕ,故0)(>x ϕ,从而0)(>'x g 故)(x g 递增,由洛比达法则知:2)(lim lim00=+=--→-→x x x xx x e e xe e ,2≤a 评述:所构造的函数在0=x 的最小值不存在,所以需要用洛比达法则。

例3(2006全国二)设函数)1ln()1()(++=x x x f ,若对所有的0≥x ,都有ax x f ≥)(成立,求实数a 的取值范围.解:分离变量法 ①若0=x ,则R a ∈.②若0>x ,则只需x x x a )1ln()1(++≤,则min ])1ln()1([xx x a ++≤。

令x x x x g )1ln()1()(++=,2)1ln()(x x x x g +-='令)1ln()(+-=x x x h ,则01)(>+='x xx h ,故)(x h 为增函数,0)0()(=>h x h ,从而0)(>'x g ,)(x g 为增函数,)0(g a ≤,可是)0(g 不存在,只能求极限, 由洛比达法则得,1))1ln(1(lim ])1ln(1[(lim )1ln()1(lim 000=++=''++=+++++→→→x x x x x x x x x x ),故1≤a .例4(2010新课标全国)设函数21)(ax x e x f x---=。

(Ⅰ) 若0=a ,求()f x 的单调区间; (Ⅱ) 若当0x ≥时()0f x ≥,求a 的取值范围解:(Ⅰ)0=a 时,x e x f x --=1)(,1)(-='xe xf .当)0,(-∞∈x 时,0)(<'x f ;当),0(+∞∈x 时,0)(>'x f .故)(x f 在)0,(-∞单调减少,在),0(+∞单调增加(Ⅱ)分离变量法 即当0x ≥时21ax x e x≥-- ①若0=x 则R a ∈②0>x ,只需a x x e x ≥--21,记21)(x x e x g x --=,则42222)(x xx xe x e x g x x ++-='记x x xe x e x xx22)(22++-=ϕ,则222)(2++-='x e x e x xxϕ,222)(2+-+=''x x x e xe x e x ϕ,0)4()(2>+='''x x e x x ϕ,故)(x ϕ''递增,而0)0(=''ϕ,0)0(>''ϕ,)(x ϕ'递增,0)0(='ϕ,0)(>'x ϕ,)(x ϕ递增,而0)0(=ϕ,故0)(>x ϕ,从而0)(>'x g ,故)(x g 递增,由洛比达法则知:=→)(lim 0x g x 212lim 21lim 1lim0020==-=--→→→x x x x x x e x e x x e ,故21≤a例5 (2011年新课标全国理)已知函数xbx x a x f ++=1ln )(,曲线)(x f y =在点))1(,1(f 处的切线方程为032=-+y x 。

(Ⅰ)求b a ,的值;(Ⅱ)如果当0>x ,且1≠x 时,xkx x x f +->1ln )(,,求k 的取值范围。

解:(Ⅰ)22)1()ln 1()(x b x x x x a x f -+-+='由于直线032=-+y x 的斜率为21-,且过点)1,1(, 故⎪⎩⎪⎨⎧-='=21)1(1)1(f f 解得1,1==b a 。

解法一:(参考答案)(Ⅰ)221(ln )'()(1)x x b x f x x xα+-=-+,由于直线230x y +-=的斜率为12-,且过点(1,1), 故(1)1,1'(1),2f f =⎧⎪⎨=-⎪⎩即1,1,22b a b =⎧⎪⎨-=-⎪⎩ 解得1a =,1b =。

(Ⅱ)由(Ⅰ)知ln 1f ()1x x x x=++,所以22ln 1(1)(1)()()(2ln )11x k k x f x x x x x x---+=+--。

考虑函数()2ln h x x =+2(1)(1)k x x--(0)x >,则22(1)(1)2'()k x xh x x -++=。

(i)设0k ≤,由222(1)(1)'()k x x h x x+--=知,当1x ≠时,'()0h x <。

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