用思维导图突破导数压轴题《挑战压轴题•高中数学•精讲解读篇》(华东师大出版社第1-10版(2009-2019年))、《上海高考好题赏析》(浙江大学出版社2019年)、330多篇论文(文章)作者上海市特级教师文卫星解答数学题的“思维导图”:逛公园顺道看景,好风光驻足留影.把条件翻成图式,关键处深挖搞清. 综合法由因导果,分析法执果索因. 两方法嫁接联姻,让难题无以遁形.这里把解题比作逛公园,沿路而行,顺道看景,既有活跃气氛,又有借景喻理之意,即理解题意后把已知条件“翻译”出来,如果能得到结论那是最好,如果不行就要转化,即从已知条件入手推出中间结论(可知),当中间结论能直接证明最终结论时,则解题成功.当中间结论不能直接证明最终结论时,可把最终结论等价转化为“需知”,再用中间结论证明“需知”从而达到解题目的.有时还要挖掘题目的隐含条件.从某种意义上说,解题就是“找关系”----找出已知与未知的联系,不断缩小以至消除二者之间的差距,从而达到解题目的.这个思维导图不仅是用来解答压轴题,其实,每个层次的学生都有相应的难题。
中等以下水平的学生高考基本不用做压轴题的,但他们做中档题会有困难,思维导图一样适用。
专题01 导数与函数的最(极)值问题利用导数求函数f (x )极值、最值的基本方法是先求f (x )的导数f 'x (),再求f 'x ()的零点i x ,i N ∈,根据f 'x ()在i x 两边的符号判断的单调性,最后确定i f x ()是极大值或极小值,再确定最值。
先求导数 再定零点 考查单调 极值来了否已知条件隐含条件中间结论(可知)已知条件的等价转化待求(证)的结论结论的等价转化(需知)能否能引例(2019江苏卷第19题)设函数()()()()f x x a x b x c =---,a ,b ,c R ∈,()f x '为()f x 的导函数.(1)若a b c ==,f (4)8=,求a 的值;(2)若a b ≠,b c =,且()f x 和()f x '的零点均在集合{3-,1,3}中,求()f x 的极小值;(3)若0a =,01b <„,1c =,且()f x 的极大值为M ,求证:427M „.思路点拨第(1)只要直接计算即可。
第(2)题先求出()f x 和()f x '的含参数零点(用a 、b 表示),再根据零点均在集合{3-,1,3}中确定a 、b 的值。
第(3)题求出()f x '的零点12,x x (设12x x <),根据单调性确定极大值为321111()(1)=-++f x x b x bx ,这里含有两个变量,最容易想到的方法就是转化为一元变量,但恒等变形能力要求较高,也可以挖掘隐含条件利用基本不等式整体消元。
第(3)解题思维导图如下:(1)因为a b c ==,所以3()()f x x a =-,又(4)8f =,所以3(4)8a -=,解得2a =.(2)a b ≠,b c =,设2()()()f x x a x b =--, 令2()()()0f x x a x b =--=,解得x a =,或x b =.又2()()2()()()(32)f x x b x a x b x b x b a '=-+--=---,令()0f x '=,解得x b =,或23a b x +=.因为()f x 和()f x '的零点均在集合{3A =-,1,3}中,所以3a =-,1b =,则2615333a b A +-+==-∉,舍去; 1a =,3b =-,则2231333a b A +-==-∉,舍去; 3a =-,3b =,则263133a b A +-+==-∉,舍去; 3a =,3b =-,则263133a b A +-==∈; 求的极大值 对求导可得的极大值= 又,,再放大,或再放大求M , ,令 , 证明其在单调递增求M 利用,可得 , 。
构造,,求M利用,可得3a =,1b =,则2617333a b A ++==∉,舍去; 1a =,3b =,则2533a b A +=∉,舍去. 因此3a =,3b =-,213a bA +=∈,从而2()(3)(3)f x x x =-+,()3[(3)](1)f x x x '=---, 令()0f 'x =,得3x =-或1x =.列表如下:从而可知,()f x 的单调递增区间为(−∞,−3]和[1,+∞),单调递减区间为[−3,1],由此可知当1x =时,函数()f x 取得极小值,2(1)2432f =-⨯=-.(3)证明:0a =,01b <„,1c =,()()(1)f x x x b x =--,则2()()(1)(1)()3(22)f x x b x x x x x b x b x b '=--+-+-=-++.因为△22214(1)124444()332b b b b b =+-=-+=-+…,所以()0f x '=有两实根12,x x ,设12x x <,则()f x 单调递增区间为(−∞,1x ]和[2x ,+∞),单调递减区间为12[,]x x ,于是()f x 取得极大值为1111()()(1)M f x x x b x ==--。
这里有两个变量,随着把二元变量转化为一元变量有两种方法,这对恒等变形能力要求较高,也可以根据b 的范围确定x 1的范围,利用基本不等式整体消元,这样比较简单。
解1 利用求根公式由b 表示1x ,消1x由2111()3(22)0f x x b x b '=-++=得 2111[(22)]3x b x b =+-,从而1111()()(1)M f x x x b x ==--2111111(22)()()()()3b x bx b x x x b x +-=--=--222111[(21)2]3b x b x b =--+2211(22)1[(21)2]33b x b b b x b +-=-⋅-+2211[(222)]9b b x b b =-+-++。
由于22132222()022b b b -+-=---<,且11(0,]3x =,所以M 在11(0]3∈x ,,上单调递减,2221222524()932727b b b b M b b -+-+-++=剟. 即427M „. 还可以这样消去x 1:因为2111'()32(1)0=-++=f x x b x b ,所以12==x x所以321111()(1)=-++f x x b x bx()()221111211(1)32(1)3999b b x b b b x b x b x -+++⎛⎫=-++--+ ⎪⎝⎭ 211112(1)(1)'()()3999x b b b b b f x x +-++=--+23(1)2(1)(1)2272727+-+=-+b b b b ,由于1<≤b 0,2202727≤++上式427≤,即427≤M 。
这两种恒等变形是不是有不会想到啊! 解2 利用()f 'x =0消去b由2111()3(22)0f x x b x b '=-++=得 211132(0,1]21x x b x -=∈-,解得11120133x x <≤<≤或, 又1122(1)4233b x x x +<+=≤,所以123x <,从而1103x <≤,于是 223211111111(21)()(1)21x x x M f x x b x bx x -+-==-++=-。
22(21)()21x x x g x x -+-=-令,222(1)(331)'()0(21)x x x x g x x ---+=>-则,()g x 在1(0,]3单调递增, 所以114()()327f x g ≤=,即427M …. 解 3 利用不等关系01b <≤消b因为(0,1]∈b ,所以1(0,)∈x b ,110,10.∴-<-<x b x 2111111()()(1)(1)f x x x b x x x ∴=--≤-。
令2()(1)g x x x =-,(0,1)x ∈,则1'()3()(1)3g x x x =--,令'()0g x =,则13x =,列表如下:所以当13x =时,()g x 取得极大值,且是最大值,故max 14()327g x g ⎛⎫== ⎪⎝⎭.所以当(0,1)x ∈时,4()()27f x g x ≤≤,因此427M ≤. 解4 利用均值不等式消x 1因为(0,1]∈b ,所以1(0,)∈x b,由均值不等式(0,0,0)3a b ca b c ++>>>,则1111()()(1)f x x x b x =--11112()(1)2x b x x =⋅--3114()2327b +≤⋅≤ 所以427≤M 。
思路点拨第(1)题求出'()f x 的零点0,3a,分0,0,0a a a =><三种情况,讨论'()f x 的符号,从而确定其单调性。
第(2)题根据(1)在[0,1]的单调性,求出值M 和m ,再求M m -的取值范围。
满分解答(1)2()622(3)f x x ax x x a '=-=-,令()0f x '=解得 0x =或3ax =.若0a =,2()60f x x '=…,函数()f x 在(,)-∞+∞上单调递增; 若0a >,则当(x ∈-∞,(,0)(,)3a-∞+∞U 时,()0f x '>;当(0,)3a x ∈时,()0f x '<.故()f x 的单调递增区间为(,0)-∞,(,)3a+∞,单调递减区间为(0,)3a ;若0a <,则当(,)(0,)3a -∞+∞U 时,()0f x '>;当(3ax ∈,0)时,()0f x '<.故()f x 的单调递增区间为(,)3a -∞,(0,)+∞,单调递减区间为(3a,0)。
(2)当03a <<时,由(1)知,()f x 在(0,)3a 上单调递减,在(3a,1)上单调递增,所以()f x 在区间[0,1]的最小值为3()2327a af =-+,最大值为(0)2f =或(1)4f a =-.于是,3+227a m =-,4,022,23a a M a -<<⎧=⎨<⎩,,„从而332,0227,2 3.27a a a M m a a ⎧-+<<⎪⎪-=⎨⎪<⎪⎩,„ 当02a <<时,记3()227a g a a =-+,则可知2'()109a g a =-<,因此3()227a g a a =-+在(0,2)单调递减,M m -的取值范围是8(,2)27; 当23a <…时,327a 单调递增,M m -的取值范围是8[27,1).综上,M m -的取值范围8[27,2).思路点拨(1)讨论()f x 的单调性,就是要比较)('x f 与0的大小。