导数压轴分类(6)---函数的隐零点问题任务一、完成下面问题,总结隐零点问题的解题方法。
例1. [2013湖北理10] 已知a 为常数,函数)(ln )(ax x x x f -=有两个极值点21x x ,,且21x x <,则( )A.)(1x f >0,)(2x f >21-B. )(1x f <0,)(2x f <21- C. )(1x f >0,)(2x f <21- D . )(1x f <0,)(2x f >21-例2. [2012全国文21] 设函数2)(--=ax e x f x .(1)求函数)(x f 的单调区间;(2)若1=a ,k 为整数,且当x >0时,1)(')(++-x x f k x >0,求k 的最大值。
k 的最大值=2任务二、完成下面问题,体验隐零点问题的解题方法的应用。
2.1 [2015北京海淀二模理18] 设函数2ln 1)(xx x f -=. (Ⅰ)求函数)(x f 的零点及单调区间; (Ⅱ)求证:曲线x x y ln =存在斜率为6的切线,且切点的纵坐标0y <1-提示解析:(Ⅰ)函数)(x f 的零点为x e =,单调减区间32(0,)e ;单调增区间32(,)e +∞; (Ⅱ)xx y ln =存在斜率为6的切线即存在点000ln (,)x x x 处导数为6,于是0201ln 6x x -=,即2001ln 60x x --=,令2()1ln 6f x x x =--为增函数,易判断所以01(,1)2x ∈,所以20000000ln 1616x x y x x x x -===-为减函数,所以00012|231x y y =<=-=-2.2 [2013全国Ⅱ理21] 设函数)ln()(m x e x f x +-=.(Ⅰ)若x =0是)(x f 的极值点,求m >0,并讨论)(x f 的单调性; (Ⅱ)当m ≤2时,求证:)(x f >0.任务三、完成下面问题,体验隐零点问题解题的运用,提高解题能力。
2.3. [2016广州一模理21] 已知函数+3()e x m f x x =-,()()ln 12g x x =++. (Ⅰ)若曲线()y f x =在点()()00f ,处的切线斜率为1,求实数m 的值; (Ⅱ)当1m ≥时,证明:()3()f x g x x >-.(Ⅰ)解:因为+3()ex m f x x =-,所以+2()e 3x m f x x '=-.………………………1分 因为曲线()y f x =在点()()00f ,处的切线斜率为1, 所以()0e 1m f '==,解得0m =.…………………………………………………2分(Ⅱ)证法一:因为+3()ex m f x x =-,()()ln 12g x x =++, 所以()3()f x g x x >-等价于()+e ln 120x m x -+->. 当1m ≥时,()()+1eln 12e ln 12x m x x x +-+-≥-+-.要证()+e ln 120x m x -+->,只需证明1e ln(1)20x x +-+->.………………4分 以下给出三种思路证明1e ln(1)20x x +-+->.思路1:设()()1eln 12x h x x +=-+-,则()11e 1x h x x +'=-+. 设()11e 1x p x x +=-+,则()()121e 01x p x x +'=+>+. 所以函数()p x =()11e 1x h x x +'=-+在()1+-∞,上单调递增.…………………6分 因为121e 202h ⎛⎫'-=-< ⎪⎝⎭,()0e 10h '=->, 所以函数()11e 1x h x x +'=-+在()1+-∞,上有唯一零点0x ,且01,02x ⎛⎫∈- ⎪⎝⎭. 8分 因为()00h x '=,所以0+101e 1x x =+,即()()00ln 11x x +=-+.………………9分 当()01,x x ∈-时,()0h x '<;当()0,x x ∈+∞时,()0h x '>,所以当0x x =时,()h x 取得最小值()0h x .………………………………………10分所以()()()0100=e ln 12x h x h x x +≥-+-()0011201x x =++->+. 综上可知,当1m ≥时,()3()f x g x x >-. ……………………………………12分 思路2:先证明1e 2x x +≥+()x ∈R .……………………………………………5分 设()1e 2x h x x +=--,则()+1e 1x h x '=-.因为当1x <-时,()0h x '<,当1x >-时,()0h x '>,所以当1x <-时,函数()h x 单调递减,当1x >-时,函数()h x 单调递增. 所以()()10h x h ≥-=.所以1e 2x x +≥+(当且仅当1x =-时取等号).…………………………………7分 所以要证明1e ln(1)20x x +-+->,只需证明()2ln(1)20x x +-+->.………………………………………………8分 下面证明()ln 10x x -+≥. 设()()ln 1p x x x =-+,则()1111x p x x x '=-=++. 当10x -<<时,()0p x '<,当0x >时,()0p x '>, 所以当10x -<<时,函数()p x 单调递减,当0x >时,函数()p x 单调递增. 所以()()00p x p ≥=.所以()ln 10x x -+≥(当且仅当0x =时取等号).……………………………10分 由于取等号的条件不同,所以1e ln(1)20x x +-+->.综上可知,当1m ≥时,()3()f x g x x >-. ……………………………………12分 (若考生先放缩()ln 1x +,或e x 、()ln 1x +同时放缩,请参考此思路给分!) 思路3:先证明1eln(1)20x x +-+->. 令1t x =+,转化为证明e ln 2t t ->()0t >.……………………………………5分 因为曲线e t y =与曲线ln y t =关于直线y t =对称,设直线0x x =()00x >与曲线e t y =、ln y t =分别交于点A 、B ,点A 、B 到直线y t=的距离分别为1d 、2d ,则)122AB d d =+. 其中012x d 0022d =()00x >. ①设()000e x h x x =-()00x >,则()00e 1x h x '=-. 因为00x >,所以()00e 10x h x '=->.所以()0h x 在()0,+∞上单调递增,则()()001h x h >=. 所以00122x d =>②设()000ln p x x x =-()00x >,则()0000111x p x x x -'=-=. 因为当001x <<时,()00p x '<;当01x >时,()00p x '>,所以当001x <<时,函数()000ln p x x x =-单调递减;当01x >时,函数()000ln p x x x =-单调递增.所以()()011p x p ≥=.所以2d ≥.所以)122AB d d ≥+>=⎭. 综上可知,当1m ≥时,()3()f x g x x >-.……………………………………12分 证法二:因为+3()e x m f x x =-,()()ln 12g x x =++,所以()3()f x g x x >-等价于()+eln 120x m x -+->.…………………………4分 以下给出两种思路证明()+eln 120x m x -+->. 思路1:设()()+eln 12x m h x x =-+-,则()+1e 1x m h x x '=-+. 设()+1e 1x m p x x =-+,则()()+21e 01x m p x x '=+>+. 所以函数()p x =()+1e 1x m h x x '=-+在()+∞-1,上单调递增.………………6分 因为1m ≥,所以()()1e +1e 1ee e e e 10m m m m m m h ----+-+'-+=-=-<,()0e 10m h '=->. 所以函数()+1e 1x m h x x '=-+在()+∞-1,上有唯一零点0x ,且()01e ,0m x -∈-+. …8分因为()00h x '=,所以0+01e 1x m x =+,即()00ln 1x x m +=--.………………9分 当()00,x x ∈时,()0h x '<;当()0,x x ∈+∞时,()0h x '>.所以当0x x =时,()h x 取得最小值()0h x .……………………………………10分 所以()()()0+00e ln 12x m h x h x x ≥=-+-00121x m x =++-+ ()0011301x m x =+++->+. 综上可知,当1m ≥时,()3()f x g x x >-.……………………………………12分 思路2:先证明e 1()xx x ≥+∈R ,且ln(1)(1)x x x +≤>-.…………………5分 设()e 1x F x x =--,则()e 1x F x '=-.因为当0x <时,()0F x '<;当0x >时,()0F x '>,所以()F x 在(,0)-∞上单调递减,在(0,)+∞上单调递增.所以当0x =时,()F x 取得最小值(0)0F =.所以()(0)0F x F ≥=,即e 1()x x x ≥+∈R .…………………………………7分 所以ln(1)x x +≤(当且仅当0x =时取等号).…………………………………8分 再证明()+eln 120x m x -+->. 由e 1()x x x ≥+∈R ,得1e 2x x +≥+(当且仅当1x =-时取等号).…………9分 因为1x >-,1m ≥,且1e 2x x +≥+与ln(1)x x +≤不同时取等号,所以 ()()+11e ln 12e e ln 12x m m x x x -+-+-=⋅-+-11e (2)2(e 1)(2)0m m x x x -->+--=-+≥.综上可知,当1m ≥时,()3()f x g x x >-.……………………………………12分。