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高三数学复习精品课件:[专题探究课一] 高考中函数与导数问题的热点题型


【训练1】 已知a∈R,函数f(x)=(-x2+ax)ex(x∈R,e为自然 对数的底数). (1)当a=2时,求函数f(x)的单调递增区间; (2)若函数f(x)在(-1,1)上单调递增,求实数a的取值范围. 解 (1)当 a=2 时,f(x)=(-x2+2x)ex, 所以 f′(x)=(-2x+2)ex+(-x2+2x)ex =(-x2+2)ex. 令 f′(x)>0,即(-x2+2)ex>0,因为 ex>0, 所以-x2+2>0,解得- 2<x< 2. 所以函数 f(x)的单调递增区间是(- 2, 2).
(2)因为函数f(x)在(-1,1)上单调递增, 所以f′(x)≥0对x∈(-1,1)都成立, 因为f′(x)=(-2x+a)ex+(-x2+ax)ex =[-x2+(a-2)x+a]ex, 所以[-x2+(a-2)x+a]ex≥0对x∈(-1,1)都成立. 因为ex>0,所以-x2+(a-2)x+a≥0对x∈(-1,1)都成立,
综上所述,当 m>23时,函数 g(x)无零点; 当 m=23或 m≤0 时,函数 g(x)有且只有一个零点; 当 0<m<23时,函数 g(x)有两个零点.
热点二 利用导数研究函数零点或曲线交点问题
函数的零点、方程的根、曲线的交点,这三个 问题本质上同属一个问题,它们之间可相互转化, 这类问题的考查通常有两类:(1)讨论函数零点或方 程根的个数;(2)由函数零点或方程的根求参数的取 值范围.
【例 2】 设函数 f(x)=ln x+mx ,m∈R. (1)当 m=e(e 为自然对数的底数)时,求 f(x)的极小值; (2)讨论函数 g(x)=f′(x)-3x零点的个数. 解 (1)由题设,当 m=e 时,f(x)=ln x+ex, 定义域为(0,+∞),则 f′(x)=x-x2 e,由 f′(x)=0,得 x=e. ∴当 x∈(0,e),f′(x)<0,f(x)在(0,e)上单调递减, 当 x∈(e,+∞),f′(x)>0,f(x)在(e,+∞)上单调递增,
∴当 x=e 时,f(x)取得极小值 f(e)=ln e+ee=2, ∴f(x)的极小值为 2. (2)由题设 g(x)=f′(x)-3x=1x-xm2-3x(x>0), 令 g(x)=0,得 m=-13x3+x(x>0). 设 φ(x)=-13x3+x(x>0), 则 φ′(x)=-x2+1=-(x-1)(x+1), 当 x∈(0,1)时,φ′(x)>0,φ(x)在(0,1)上单调递增; 当 x∈(1,+∞)时,φ′(x)<0,φ(x)在(1,+∞)上单调递减.
∴x=1 是 φ(x)的唯一极值点,且是极大值点, 因此 x=1 也是 φ(x)的最大值点. ∴φ(x)的最大值为 φ(1)=23. 又 φ(0)=0,结合 y=φ(x)的图象(如图=23时,函数 g(x)有且只有一个零点; ③当 0<m<23时,函数 g(x)有两个零点; ④当 m≤0 时,函数 g(x)有且只有一个零点.
当 a>0 时,f(x)在 x=1a处取得最大值,最大值为 f1a=ln 1a+ a1-1a=-ln a+a-1.
因此 f1a>2a-2 等价于 ln a+a-1<0. 令 g(a)=ln a+a-1,则 g(a)在(0,+∞)上单调递增, g(1)=0. 于是,当 0<a<1 时,g(a)<0; 当 a>1 时,g(a)>0. 因此,实数 a 的取值范围是(0,1).
热点一 利用导数研究函数的性质
利用导数研究函数的单调性、极值、最值是高考的 热点问题之一,每年必考,一般考查两类题型:(1)讨论 函数的单调性、极值、最值,(2)利用单调性、极值、最 值求参数的取值范围.
【例1】 (2015·全国Ⅱ卷)已知函数f(x)=ln x+a(1-x). (1)讨论f(x)的单调性; (2)当f(x)有最大值,且最大值大于2a-2时,求实数a的取 值范围. 解 (1)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=1x-a. 若 a≤0,则 f′(x)>0,所以 f(x)在(0,+∞)上单调递增.
即 a≥xx2++21x=(x+x+1)12-1 =(x+1)-x+1 1对 x∈(-1,1)都成立. 令 y=(x+1)-x+1 1,则 y′=1+(x+11)2>0. 所以 y=(x+1)-x+1 1在(-1,1)上单调递增, 所以 y<(1+1)-1+1 1=32.即 a≥32. 因此实数 a 的取值范围为 a≥32.
高考导航 函数与导数作为高中数学的核心内容,常常与其他 知识结合起来,形成层次丰富的各类综合题,常涉及的问题: 研究函数的性质(如求单调区间、求极值、最值),研究函数的零 点(或方程的根、曲线的交点),研究不等式,运用导数解决实际 问题是函数应用的延伸,由于传统数学应用题的位置被概率统 计解答题占据,因此很少出现单独考查函数应用题的问题,但 结合其他知识综合考查用导数求解最值的问题在每年的高考试 题中都有体现.试题类型齐全,中、高档难度,突出四大数学思 想方法的考查.
若 a>0,则当 x∈0,1a时,f′(x)>0;当 x∈1a,+∞时, f′(x)<0,所以 f(x)在0,1a上单调递增,在1a,+∞上单调递减.
综上,知当 a≤0 时,f(x)在(0,+∞)上单调递增; 当 a>0 时,f(x)在0,1a上单调递增, 在1a,+∞上单调递减. (2)由(1)知,当 a≤0 时,f(x)在(0,+∞)上无最大值;
探究提高 (1)研究函数的性质通常转化为对函数单调性的 讨论,讨论单调性要先求函数定义域,再讨论导数在定义 域内的符号来判断函数的单调性. (2)由函数的性质求参数的取值范围,通常根据函数的性质 得到参数的不等式,再解出参数的范围.若不等式是初等的 一次、二次、指数或对数不等式,则可以直接解不等式得 参数的取值范围;若不等式是一个不能直接解出的超越型 不等式时,如求解ln a+a-1<0,则需要构造函数来解.
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