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专题05 挖掘“隐零点”,破解导数压轴题-2121年高考数学压轴题之函数零点问题(解析版)
【答案】(Ⅰ)0;(Ⅱ)见解析.
【解析】(Ⅰ)解:因为 f (x) ex+m x3 , 所以 f (x) ex+m 3x2 .……………………………………………………………1 分
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 .…………………………………………………2 分
(Ⅱ)证法一:因为 f (x) ex+m x3 , g x ln x 1 2 ,
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所以 f x g (x) x3 等价于 ex+m ln x 1 2 0 .
当 m 1时, ex+m ln x 1 2 ex1 ln x 1 2 .
要证 ex+m ln x 1 2 0 ,只需证明 ex1 ln(x 1) 2 0 .………………4 分
,解得: ,
由
,解得:
,
故 在 递减,在
递增;
2 由 1 知要使 存在最小值,
则且
,
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令
,
,
则
在
递减,
又
,
,
故存在
使得
故在
递增,在
,
故
,
故
, 递减, ,
,
又
,
,
故
.
2.【广东省汕头市 2019 届高三上学期期末】已知函数
.
讨论 的单调性;
若 , 是 的两个极值点,证明:
.
【答案】(1)答案不唯一,具体见解析(2)见解析 【解析】
解问题决定,因此必要时尽可能缩小其范围;
第二步:以零点为分界点,说明导函数 f′(x)的正负,进而得到 f(x)的最值表达式;这里应注意,进行代
数式的替换过程中,尽可能将目标式变形为整式或分式,那么就需要尽可能将指、对数函数式用有理式替
换,这是能否继续深入的关键;
第三步:将零点方程适当变形,整体代入最值式子进行化简证明;有时候第一步中的零点范围还可以适当
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零点的存在性定理)或函数的图象,能够判断出零点确实存在,但是无法直接求出,不妨称之为隐性零点.
我们一般可对零点“设而不求”,通过一种整体的代换和过渡,再结合其他条件,从而最终解决问题.我们
称这类问题为“隐零点”问题.处理此类问题的策略可考虑“函数零点存在定理”、“构造函数”、利用“函
【典型例题】
类型一 挖掘“隐零点”,求参数的最值或取值范围
例 1.【浙江省杭州第十四中学 2019 届高三 12 月月考】设函数
,曲线 y=f(x)
在 x=1 处的切线与直线 y=3x 平行.
(1)判断函数 f(x)在区间 和
上的单调性,并说明理由;
(2)当
时,
恒成立,求 的取值范围.
【答案】(1)区间
1
令 f′(x)=0,可得 2x﹣2﹣lnx=0,记 t(x)=2x﹣2﹣lnx,则 t′(x)=2﹣ ,
x
1
1
1
令 t′(x)=0,解得:x= ,所以 t(x)在区间(0, )上单调递减,在( ,+∞)上单调递增,所以
2
2
2
1 t(x)min=t( 2 )=ln2﹣1<0,从而 t(x)=0 有解,即 f′(x)=0 存在两根 x0,x2,且不妨设 f′(x)在
.
即
.
令
,即
.
令
,
.
,
函数 在 内单调递减,
.
即
.
.
3.【东北师大附中、重庆一中、吉大附中、长春十一中等 2019 届高三联合模拟】已知函数
.
(1)若
,证明:
;
(2)若 只有一个极值点,求 的取值范围.
【答案】(1)详见解析;(2)
.
【解析】
(1)当
时,
等价于
,即
;
设函数
,则
,
当
时,
;当
所以 在
上单调递减,在
数方程思想”转化等,从操作步骤看,可遵循如下处理方法:
第一步:用零点存在性定理判定导函数零点的存在性,列出零点方程 f′(x0)=0,并结合 f(x)的单调性得 到零点的范围;这里应注意,确定隐性零点范围的方式是多种多样的,可以由零点的存在性定理确定,也
可以由函数的图象特征得到,甚至可以由题设直接得到,等等;至于隐性零点的范围精确到多少,由所求
处取得极大值,
即在
上有两个极值点.
综上, 只有一个极值点时, 的取值范围是
4. 已知函数 f (x) ex+m x3 , g x ln x 1 2 . (Ⅰ)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;
(Ⅱ)当 m 1时,证明: f x g (x) x3 .
以下给出三种思路证明 ex1 ln(x 1) 2 0 .
思路 1:设 h x ex1 ln x 1 2 ,则 h x ex1 1 .
x 1
设
p x ex1
1 ,则 x 1
p
x
e
x 1
x
1
12
0.
所以函数 p x h x ex1 1 在 1,+ 上单调递增.…………………6 分
缩小.导函数零点虽然隐形,但只要抓住特征(零点方程),判断其范围(用零点存在性定理),最后整体代
入即可.
【提升训练】
1.【江西省九江市 2019 届高三一模】已知函数
.
1 试讨论函数 的单调性;
2 若函数 存在最小值
,求证:
.
【答案】(1)见解析;(2)见解析 【解析】
1
,
时,
在
恒成立,
故在
递增,
时,由
x
x
设(x) 2xe2x a ,(x) 2xe2x 4x 2 e2x ,
当 x 0,1 ,(x) 0 ,即(x) 在区间 0,1 为增函数,
(x) a, 2e2 a 又因为 a 0, 2e2 ,所以(0) a 0,(1) 2e2 a 0
由零点存在定理可知 f '(x) 在 0,1 的唯一零点为 x0
专题五 挖掘“隐零点”,破解导数压轴题
函数方程思想是一种重要的数学思想方法,函数问题可以利用方程求解,方程解的情况可借助于函数 的图象和性质求解.高考命题常常以基本初等函数为载体,主要考查以下三个方面:(1)零点所在区间—— 零点存在性定理;(2)二次方程根的分布问题;(3)判断零点的个数问题;(4)根据零点的情况确定参数 的值或范围;(5)根据零点的情况讨论函数的性质或证明不等式等.本专题围绕利用函数的“隐零点”,破 解导数压轴问题,例题说法,高效训练.
单调递增.
故
为 的最小值,
①若
时,由于
,故 只有一个零点,所以 时
,
因此 在
上单调递增,故 不存在极值;
②若
时,由于
,即
,所以
,
因此 在
上单调递增,故 不存在极值;
③若
时,
,即
.
又
,且
,
而由(1)知
,所以
,
取 c 满足
,则
故在
有唯一一个零点 ,在
有唯一一个零点 ;
且当
时
,当
时,
,当
时,
由于
,故 在
处取得极小值,在
,
.
令
则
, 的对称轴为 ,
.
时,
,函数 在
当
时,
,可得
上是增函数;
,
,函数 在
上是增函数;
当 时, ,由
,解得
,
.
在
,
上,
,
,函数 是增函数;
在
,
,
,函数 是减函数.
综上可得:在
,
上,函数 是增函数;
在
,函数 是减函数.
证明:假设
,由 , 是函数 的极值点,则 , 是
的两个实数根,
,
,.
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所以当 x x0 时, h x 取得最小值 h x0 .………………………………………10 分
所以 h x
h x0
=
ex0 1
ln x0
1 2
1 x0
1
x0
1
2
0.
综上可知,当 m 1时, f x g (x) x3 . ……………………………………12 分
思路 2:先证明 ex1 x 2 x R .……………………………………………5 分
设 h x ex1 x 2 ,则 h x ex+1 1.
因为当 x 1时, h x 0 ,当 x 1 时, h x 0 ,
所以当 x 1时,函数 h x 单调递减,当 x 1 时,函数 h x 单调递增.
所以 h x h1 0 .
所以 ex1 x 2 (当且仅当 x 1 时取等号).…………………………………7 分 所以要证明 ex1 ln(x 1) 2 0 ,
当 x (0, x0 ) 时, f '(x) 0 ,当 x x0 ,1 , f '(x) 0
故 f (x) 在 (0, x0 ) 单调递减,在 x0 ,1 单调递增,
所以当 x x0 时, f (x) 取得最小值,最小值为 f (x0 ) e2x0 a ln x0 ,
由 2x0e2x0
(1)求 a;
(2)证明:f(x)存在唯一的极大值点 x0,且 e﹣2<f(x0)<2﹣2.
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【答案】(1)1;(2)见解析. 【解析】(1)因为 f(x)=ax2﹣ax﹣xlnx=x(ax﹣a﹣lnx)(x>0),则 f(x)≥0 等价于