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  • 2021-06-16 发布

高考数学玩转压轴题专题2_2导数定调情况多参数分类与整合1

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专题 2.2 导数定调情况多参数分类与整合 【题型综述】 用导数研究函数的单调性 (1)用导数证明函数的单调性 证明函数单调递增(减),只需证明在函数的定义域内 ' ( )f x  (  )0 (2)用导数求函数的单调区间 求函数的定义域 D →求导 ' ( )f x →解不等式 ' ( )f x >  0 得解集 P →求 D P ,得函数 的单调递增(减)区间. 一般地,函数 ( )f x 在某个区间可导, ' ( )f x >0 ( )f x 在这个区间是增函数 一般地,函数 ( )f x 在某个区间可导, ' ( )f x <0 ( )f x 在这个区间是减函数 (3)单调性的应用(已知函数单调性) 一般地,函数 ( )f x 在某个区间可导, ( )f x 在这个区间是增(减)函数 ' ( )f x ≥ ( ) 0 1、利用导数求函数 f(x)的单调区间的一般步骤: (1)确定函数 f(x)的定义域;(2)求导数 f′(x); (3)在函数 f(x)的定义域内解不等式 f′(x)>0 和 f′(x)<0; (4)根据(3)的结果确定函数 f(x)的单调区间. 2、求函数的单调区间的“两个”方法 方法一:(1)确定函数 y=f(x)的定义域;(2)求导数 y′=f′(x); (3)解不等式 f′(x)>0,解集在定义域内的部分为单调递增区间; (4)解不等式 f′(x)<0,解集在定义域内的部分为单调递减区间. 方法二:(1)确定函数 y=f(x)的定义域; (2)求导数 y′=f′(x),令 f′(x)=0,解此方程,求出在定义区间内的一切实根; (3)把函数 f(x)的间断点(即 f(x)的无定义点)的 横坐标和上面的各实数根按由小到大的 顺序排列起来,然后用这些点把函数 f(x)的定义区间分成若干个小区间; (4)确定 f′(x)在各个区间内的符号,根据符号判定函数在每个相应区间内的单调性. 3、由函数  f x 的单调性求参数的取值范围的方法 (1)可导函数在某一区间上单调,实际上就是在该区间上   0f x  (或   0f x  )(  f x 在该区间的任意子区间内都不恒等于 0)恒成立,然后分离参数,转化 为求函数的最值问题,从而获得参数的取值范围; (2)可导函数在某一区间上存在单调区间,实际上 就是 ( ) 0f x  (或 ( ) 0f x  )在该区 间上存在解集,这样就把函数的单调性问题转化成了不等式问题; (3)若已知  f x 在区间 I 上的单调性,区间 I 中含有参数时,可先求出  f x 的单调区 间,令 I 是其单调区间的子集,从而可求出参数的取值范围. 【典例指引】 例 1.已知函数 3 21 1( ) ( 0)3 2f x x ax x b a     , '( )f x 为函数 ( )f x 的导函数. (1)设函数 ( )f x 的图象与 x 轴交点为 A,曲线 y=f(x)在 A 点处的切线方程是 3 3y x  , 求 ,a b 的值; (2)若函数 ( ) '( )axg x e f x  ,求函数 ( )g x 的单调区间. (Ⅱ) '( )( ) ax f xg x e  2 1 ax x ax e   ( )x R . '( )g x  2 2 (2 ) ( 1) ( ) ax ax ax x a e a x ax e e     2[ ( 2)] axx ax a e    ①当 0a  时, '( ) 2g x x , x ( ,0) 0 (0, ) '( )g x - 0 + ( )g x ↘ 极小值 ↗ ( )g x 的单调递增区间为 (0, ) ,单调递减区间为 ( ,0) (ⅱ)当 2 0aa   ,即 2a  时, '( )g x  2 22 0xx e   , 故 ( )g x 在 ( , )  单调递减; (ⅲ)当 2 0aa   ,即 2a  时, x 2( , )aa   2 aa  2( ,0)aa  0 (0, ) '( )g x - 0 + 0 - ( )g x ↘ 极小值 ↗ 极大值 ↘ ( )g x 在 22( ,0)a a  上单调递增,在 (0, ) , 22( , )a a  上单调递减 综上所述,当 0a  时, ( )g x 的单调递增区间为 (0, ) ,单调递减区间为 ( ,0) ; 当 0 2a  时, ( )g x 的单调递增区间为 22(0, )a a  ,单调递减区间为 ( ,0) 当 2a  , ( )g x 的单调递减区间为 ( , )  当 2a  时, ( )g x 的单调递增区间为 2( ,0)aa  ,单调递减区间为 (0, ) 、 2( , )aa   例 2.已知函数   21ln 2f x x ax  , a R . (1)求函数  f x 的单调区间; 【思路引导】 (1)先确定函数的定义域,求导后得   21' axf x x  ,根据 a 正负进行讨论,可得函数的单 调区间; 试题解析:(1)函数  f x 的定义域为 0, . 由题意得   21 1' axf x axx x    , 当 0a  时,  ' 0f x  ,则  f x 在区间 0, 内单调递增; 当 0a  时,由  ' 0f x  ,得 1x a  或 1x a   (舍去), 当 10 x a   时,  ' 0f x  ,  f x 单调递增, 当 1x a  时,  ' 0f x  ,  f x 单调递减. 所以当 0a  时,  f x 的单调递增区间为 0, ,无单调递减区间; 当 0a  时,  f x 的单调递增区间为 10, a       ,单调递减区间为 1 ,a      . 例 3.已知函数   xf x e ,   2 2 ag x x x   ,(其中 a R , e 为自然对数的底数, 2.71828e  ……). (1)令    h x f x  ,求  h x 的单调区间; 【思路引导】 (1)求导函数的导数得   exh x a   ,再根据是否变号进行分类讨论单调性:当 0a  时, 导函数不变号,为单调递增;当 0a  时,导函数先负后正,对应单调区间为先减后增. 所以  h x 的减区间为 ,lna ,增区间为 ln ,a  综上可得,当 0a  时,  h x 在 上单调递增 当 0a  时,  h x 的增区间为  ln ,a  ,减区间为 ,lna . 例 4.已知函数   1ln ,1 xf x a x x    其中实数 a 为常数且 0a  . (I)求函数  f x 的单调区间; 【思路引导】 (1)利用导数并结合实数 a 的不同取值求解单调区间; 例 5.已知函数    2 2x xf x ae a e x    . (1)讨论的单调性  f x ; 【思路引导】 (1)求出  'f x ,分类讨论,分别由  ' 0f x  可得增区间,由  ' 0f x  可得减区间 【同步训练】 1.已知   3 2 , ,f x x ax bx a b R    (1)若 1b  ,且函数  f x 在区间 11, 2     上单调递增,求实数 a 的范围; 【思路引导】 (1)求导后根据函数在区间单调递增,导函数大于或等于 0(2)先判断 0x 为一个零点,然后 再求导,根据 1 0 22 3x x x  ,化简求得另一个零点。 解析:(1)当 =1b 时,   23 +2 1f x x ax  ,因为函数  f x 在 11, 2     上单调递增,所以当 11, 2x      时,   23 +2 1 0f x x ax   恒成立. 函数   23 +2 1f x x ax  的对称轴为 3 ax   . ① 13 a   ,即 3a  时,  1 0f    ,即3 2 1 0a   ,解之得 3 2a  ,解集为空集; ② 11 3 2 a    ,即 3 32 a   时, 03 af       即 2 3 +2 1 09 3 a aa         ,解之得 3 3a   ,所以 3 32 a   ③ 1 3 2 a  ,即 3 2a   时, 1 02f       即 13 1 04 a    ,解之得 7 4a   ,所以 7 3 4 2a    综上所述,当 7 34 a   函数  f x 在区间 11, 2     上单调递增. 2.已知函数      2 2 1 1 ,x xf x e a e a x a R      . (1)讨论  f x 的单调性; 【思路引导】 (1)对函数进行求导分解因式可得  f x    2 1 1x xe e a      ,分为 1a   和 1a   讨论导数与 0 的关系,得到单调性; 3.设函数    2ln 2 , .f x x mx n m n R    (1)讨论  f x 的单调性; 【思路引导】 (1)函数 f(x)的定义域为(0,+∞),   21 1 4' 4 mxf x mxx x    ,对 m 分类讨论即可 得出. 试题解析:(1)函数  f x 定义域为 0, ,   21 1 4' 4 mxf x mxx x    当 0m  时,  ' 0f x  ,∴  f x 在 0, 上单调递增; 当 0m  时,  ' 0f x  得 10 2 x m   , ∴  f x 在 0, 2 m m       上单调递增;在 ,2 m m      上单调递减. 点评:讨论函数的单调性即讨论导函数的正负,导函数中有参数 m,需要对 m 进行讨论,来判 断正负; 4.已知函数   xf x e ax a   ,其中 a R ( e 为自然对数的底数). (Ⅰ)讨论函数  f x 的单调性,并写出相应的单调区间; 【思路引导】 (I)求出  'f x ,对 0a  和 0a  分别讨论单调性,求出单调区间; 5.已知函数   21ln 2f x x ax  , a R . (1)求函数  f x 的单调区间; 【思路引导】 (1)先确定函数的定义域,求导后得   21' axf x x  ,根据 a 正负进行讨论,可得函数的单 调区间; 6.已知函数     2ln , 1f x x ax g x ax    ,其中 e 为自然对数的底数. (1)讨论函数  f x 在区间 1,e 上的单调性; 【思路引导】 (1)求出  'f x ,讨论三种情况 1a e  , 1a  , 1 1ae   ,分别令  ' 0f x  可得增区 间,  ' 0f x  可得减区间; 试题解析:(1) ,①当 时, , , 在 上单调递增, ②当 时, , , 在 上单调递增,③当 时, 时, , 在 上单调递增, 时, , 在 上单调递减,④当 时, , , 在 上单调递增,综上所述,当 或 时, 在 上单调 递增,当 时, 在 上单调递增,在 上单调递减 7.设函数     ln 1 0, 0f x a x b x x ab     . (1)讨论函数  f x 的单调性; (2)若 2b a  ,求函数  f x 的最值. 【思路引导】 (1)先求导,分类讨论即可求出函数的单调区间;(2)求导,根据导数和函数的最值得关系 即可求出,注意分类讨论. ④若 0, 0b a  ,则   0f x  恒成立,所以函数  f x 在 0, 上单调递减. (2)若 2b a  , ①当 0a  时, 0b  ,由(1)得,函数  f x 在 10, 2      上单调递增,在 1 ,2     上单调递 减, 故 0a  时,函数  f x 有最大值 1 1 1ln 2 ln22 2 2f a a a a                     ,无最小值; ②当 0a  时, 0b  ,由(1)得,函数  f x 在 1 ,2     上单调递增,在 10, 2      上单调递 减, 故 0a  时,函数  f x 有最小值 1 ln22f a a       ,无最大值. 8.已知函数 f(x)=ln (x+1)- 1 ax x  -x,a∈R. (1)当 a>0 时,求函数 f(x)的单调区间; 【思路引导】 (1)先求导数,转化研究二次函数 2y x x a    符号变化规律:当判别式非正时,导函数 不变号;当判别式大于零时,定义域上有两个根 ,导函数符号先负再正再负. 9.已知常数 ,函数 . (1)讨论 在区间 上的单调性; 【思路引导】 (1)结合函数的解析式可得 ,分类讨论有: 当 时, 在区间 上单调递增; 当 时, 在区间 上单调递减,在区间 上单调递增; 试题解析:(1) 当 时, 此时 , 在区间 上单调递增 当 时, ,得 当 时, ; 时, ; 故 在区间 上单调递减,在区间 上单调递增 综上所述,当 时, 在区间 上单调递增;当 时, 在区间 上单调递减,在区间 上单调递增 点评:导数是研究函数的单调性、极值(最值)最有效的工具,而函数是高中数学中重要的知 识点,所以在历届高考中,对导数的应用的考查都非常突出. 10.已知函数 . (1)若 ,求曲线 在点 处的切线方程; (2)求函数 的单调区间; (3)设函数 .若对于任意 ,都有 成立,求实数 的取值范围. 【思路引导】 (1)代入 ,求导 ,可求出切线方程。(2)因为 . 又因为 , 的两根 >0,所以分 与 与 三类讨论单调性。 (3)由 成立,即 ,变形 . ,所以只需 。