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2018年高考理科数学第21题解答题“函数、导数与不等式”的抢分策略

解答题的热点题型有: (1)利用导数研究函数 的单调性、极值、最值; (2)利用导数证明不等 式或探讨方程根; (3)利用导数求解参数 的范围或值.
[常考题点逐一突破]
利用分类讨论思想探究函数性质 [典例] (2017·张掖诊断)设函数f(x)=x22-aln x. (1)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程; (2)求函数f(x)的单调区间和极值. [解] (1)当a=1时,f(x)=x22-ln x, 则f′(x)=x-1x,所以f′(1)=0,又f(1)=12, 所以曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y=12.
压轴专题(三) 第21题解答题“函数、导数与不等式”的抢分策略
[全国卷 3 年考情分析]
年份 卷别
考查内容
卷Ⅰ 利用导数研究函数的单调性、函数的零点
2017
卷Ⅱ
利用导数研究函数的单调性及极值、函数 的零点、不等式的证明
卷Ⅲ
导数在研究函数单调性中的应用、不等式 放缩
卷Ⅰ 函数的零点问题、不等式的证明
2016
考自变量的取值范围,讨论的关键是做到不重不漏.
[针对训练] 1.(2018届高三·湖南十校联考)函数f(x)=13x3+|x-a|(x∈R,
a∈R). (1)若函数f(x)在R上为增函数,求a的取值范围; (2)若函数f(x)在R上不单调时,记f(x)在[-1,1]上的最大值、 最小值分别为M(a),m(a),求M(a)-m(a).
所以 f a+b b>f(1),即1-aa++bbb+lna+b b>0,化简得a+1 b<ln a+b b, a· b
lna+b b<ab等价于 lna+b b-ab=ln1+ab-ab<0,
令 g(x)=ln(1+x)-x(x∈(0,+∞)),
则 g′(x)=1+1 x-1=1-+xx<0,
故 M(a)-m(a)=43.
-13a3+3a-4,-1<a≤13, 综上,M(a)-m(a)=-13a3-3a-2,13<a<1,
43,a≥1.
利用数形结合思想探究函数的零点
[典例] (2017·沈阳质检)函数f(x)=ax+xln x在x=1处 取得极值.
(1)求f(x)的单调区间; (2)若y=f(x)-m-1在定义域内有两个不同的零点,求 实数m的取值范围.
利用函数思想证明不等式
[典例] (2017·兰州诊断)已知函数f(x)=1-axx+ln x在(1, +∞)上是增函数,且a>0.
(1)求a的取值范围; (2)若b>0,试证明a+1 b<lna+b b<ab.
[解] (1)f′(x)=-a1x2+1x=axa-x21, 因为在(1,+∞)上f′(x)≥0,且a>0, 所以ax-1≥0,即x≥1a, 所以1a≤1,即a≥1. 故a的取值范围为[1,+∞). (2)证明:因为b>0,a≥1,所以a+b b>1, 又f(x)=1-axx+ln x在(1,+∞)上是增函数,
解:由已知得,f(x)=1313xx33+ -xx- +aa, ,xx≥ <aa,, 令g(x)=13x3+x-a,则g′(x)=x2+1>0, 所以g(x)在[a,+∞)上为增函数. 令h(x)=13x3-x+a,则h′(x)=x2-1. 令h′(x)=0,得x=±1,所以h(x)在(-∞,-1)和(1,+∞) 上是增函数,在(-1,1)上为减函数.
卷Ⅱ
函数单调性的判断、不等式证明及值域 问题
卷Ⅲ
三角函数的导数运算、最值问题及不等式 证明
卷Ⅰ 导数的几何意义、函数的最值、零点问题
2015
卷Ⅱ
利用导数研究函数的单调性、根据恒成立 求参数的取值范围
命题分析
导数日益成为解决问 题必不可少的工具,利用 导数研究函数的单调性与 极值(最值)是高考的常见 题型,而导数与函数、不 等式、方程、数列等的交 汇命题,是高考的热点和 难点.
[解] (1)由题意知,f′(x)=a+ln x+1(x>0), f′(1)=a+1=0,解得a=-1, 当a=-1时,f(x)=-x+xln x, 即f′(x)=ln x, 令f′(x)>0,解得x>1; 令f′(x)<0,解得0<x<1. ∴f(x)在x=1处取得极小值,f(x)的单调递增区间为(1, +∞),单调递减区间为(0,1).
当43-a≥a+23,即-1<a≤13时,M(a)=43-a, M(a)-m(a)=-13(a3+3a-4); 当43-a<a+23,即13<a<1时,M(a)=a+23, M(a)-m(a)=-13(a3-3a-2). 当a≥1时,f(x)在[-1,1]上是减函数,
所以 m(a)=h(1)=a-23,M(a)=h(-1)=a+23.
[题后悟通]
2.构造辅助函数的四种方法 (1)移项法:证明不等式f(x)>g(x)(f(x)<g(x))的问题转化为证明 f(x)-g(x)>0(f(x)-g(x)<0),进而构造辅助函数h(x)=f(x)-g(x). (2)构造“形似”函数:对原不等式同解变形,如移项、通 分、取对数;把不等式转化为左右两边是相同结构的式子的结 构,根据“相同结构”构造辅助函数. (3)主元法:对于(或可化为)f(x1,x2)≥A的不等式,可选x1(或 x2)为主元,构造函数f(x,x2)(或f(x1,x)). (4)放缩法:若所构造函数最值不易求解,可将所证明不等式 进行放缩,再重新构造函数.
(2)由题设g(x)=f′(x)-x3=1x-xm2-x3(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,
当 x∈(-1,x0)时,h′(x)<0;当 x∈(x0,+∞)时, h′(x)>0, 所以当 x=x0 时,h(x)取得最小值 h(x0). 所以 h(x)≥h(x0)=e x0+1-ln(x0+1)-2=x0+1 1+(x0+1) -2>0. 综上可知,当 m≥1 时,f(x)>g(x)-x3.
(2)由f(x)=x22-aln x, 得f′(x)=x-ax=x2-x a(x>0).
①当a≤0时,f′(x)>0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递
增,函数既无极大值,也无极小值;
②当a>0时,由f′(x)=0,得x= a或x=- a(舍去).
于是,当x变化时,f′(x)与f(x)的变化情况如下表:
所以函数 p(x)=h′(x)=ex+1-x+1 1在(-1,+∞)上单调递增.
因为
h′-12=e
1 2
-2<0,h′(0)=e-1>0,
所以函数 h′(x)=ex+1-x+1 1在(-1,+∞)上有唯一零点 以 e x0+1=x0+1 1, 即 ln(x0+1)=-(x0+1).
(2)y=f(x)-m-1 在(0,+∞)上有两个不同的零点,可转化 为 f(x)=m+1 在(0,+∞)上有两个不同的根,也可转化为 y=f(x) 与 y=m+1 的图象有两个不同的交点,由(1)知,f(x)在(0,1)上单 调递减,在(1,+∞)上单调递增,f(x)min=f(1)=-1,
由题意得,m+1>-1,即 m>-2, ① 当 0<x<1 时,f(x)=x(-1+ln x)<0; 当 x>0 且 x→0 时,f(x)→0; 当 x→+∞时,显然 f(x)→+∞. 如图,由图象可知,m+1<0,即 m<-1,② 由①②可得-2<m<-1. 故实数 m 的取值范围为(-2,-1).
[针对训练] 3.(2018届高三·西安八校联考)已知函数f(x)=ex+m-x3,g(x)
=ln(x+1)+2. (1)若曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线斜率为1,求实数 m的值; (2)当m≥1时,证明:f(x)>g(x)-x3. 解:(1)因为f(x)=ex+m-x3,所以f′(x)=ex+m-3x2. 因为曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线斜率为1, 所以f′(0)=em=1,解得m=0.
(1)当m=e(e为自然对数的底数)时,求f(x)的极小值; 解(2):讨(论1)由函题数设g(x,)=当fm′=(xe)时-,x3零f(点x)=的l个n x数+.xe,则f′(x)=x-x2 e, ∴当x∈(0,e)时,f′(x)<0,f(x)在(0,e)上单调递减, 当x∈(e,+∞)时,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.
∴φ(x)的最大值为φ(1)=23.又φ(0)=0, 结合y=φ(x) 的图象(如图), 可知, ①当m>23时,函数g(x)无零点; ②当m=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.
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.
所以函数 g(x)在(0,+∞)上为减函数,
所以
gab=ln1+ab-ab=lna+b b-ab<g(0)=0,即
a+b a ln b <b.
综上,a+1 b<lna+b b<ab,得证.
[题后悟通] 1.利用导数证明不等式的基本步骤 (1)作差或变形. (2)构造新的函数h(x). (3)利用导数研究h(x)的单调性及最值. (4)根据单调性及最值,得到所证不等式.
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