【数学】2020届一轮复习人教B版超越方程反解难，巧妙构造变简单学案 17页

‎【题型综述】‎ 导数研究超越方程 ‎ 超越方程是包含超越函数的方程，也就是方程中有无法用自变数的多项式或开方表示的函数，与超越方程相对的是代数方程．超越方程的求解无法利用代数几何来进行．大部分的超越方程求解没有一般的公式，也很难求得解析解．‎ 在探求诸如，方程的根的问题时，我们利用导数这一工具和数形结合的数思想就可以很好的解决．‎ 此类题的一般解题步骤是：‎ ‎1、构造函数，并求其定义域．‎ ‎2、求导数，得单调区间和极值点．‎ ‎3、画出函数草图．‎ ‎4、数形结合，挖掘隐含条件，确定函数图象与轴的交点情况求解．‎ ‎【典例指引】‎ 例1．已知函数在处取得极小值．‎ ‎（1）求实数的值；‎ ‎（2）设，其导函数为，若的图象交轴于两点且，设线段的中点为，试问是否为的根？说明理由．‎ ‎【思路引导】‎ ‎（1）先求导数，再根据，解得，最后列表验证（2）即研究是否成立，因为，利用，得，所以=0，转化为．其中，最后利用导数研究函数单调性，确定方程解的情况 ‎（2）由（1）知函数．‎ ‎∵函数图象与轴交于两个不同的点，（ ），‎ ‎∴，．‎ 两式相减得 ‎．*‎ ‎ ．‎ 下解．即．‎ 令，∵，∴，即．‎ 令，．‎ 又，∴，‎ ‎∴在上是増函数，则，‎ 从而知，故，即不成立．‎ 故不是的根．*‎ 例2．设函数 ‎（1）当时，求函数的单调区间；‎ ‎（2）令，其图象上任意一点处切线的斜率恒成立，求实数的取值范围．‎ ‎（3）当时，方程在区间内有唯一实数解，求实数的取值范围．‎ ‎【思路引导】‎ ‎（1）先求导数然后在函数的定义域内解不等式和的区间为单调增区间， 的区间为单调减区间；（2）先构造函数再由以其图象上任意一点为切点的切线的斜率恒成立，知导函数恒成立，再转化为求解；（3）先把握有唯一实数解，转化为有唯一实数解，再利用单调函数求解．‎ ‎【方法点晴】本题主要考查的是利用导数研究函数的单调性、利用导数研究方程的根、不等式的恒成立和导数的几何意义，属于难题．利用导数研究函数的单调性的步骤：①确定函数的定义域；②对求导；③令，解不等式得的范围就是递增区间；令，解不等式得的范围就是递减区间．‎ 例3．已知函数（）‎ ‎（1）讨论的单调性；‎ ‎（2）若关于的不等式的解集中有且只有两个整数，求实数的取值范围．‎ ‎【思路引导】‎ ‎（1）求出，分两种情况讨论，分别令 得增区间，令得减区间；（2） ，令，利用导数研究其单调性，结合零点定理可得结果．‎ 试题解析：‎ ‎（1），当时，在上单调递减，在单调递增；当时，在上单调递增，在单调递减；‎ ‎（2）依题意， ，‎ 令，则，*‎ 令，则，即在上单调递增．‎ 又，，‎ 存在唯一的，使得．‎ 当， 在单调递增；‎ 当， 在单调递减．‎ ‎，，，‎ 且当时，，‎ 又， ，．*‎ 故要使不等式解集中有且只有两个整数，的取值范围应为．‎ ‎【同步训练】‎ ‎1．已知函数（），且的导数为．‎ ‎（Ⅰ）若是定义域内的增函数，求实数的取值范围；‎ ‎（Ⅱ）若方程有3个不同的实数根，求实数的取值范围．‎ ‎【思路引导】‎ ‎（Ⅰ）只需，即恒成立，求出即可得结果；（Ⅱ）原方程等价于，研究函数的单调性，结合图象可得结果．‎ ‎ ‎ 令，解得或．‎ 列表得：‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎0‎ 增 极大值 减 极小值 增 由表可知当时， 取得极大值；‎ 当时， 取得极小值．‎ 又当时，，，此时．*‎ 因此当时，；当时，；当时， ，因此实数的取值范围是．‎ ‎2．已知函数的图象的一条切线为轴．（1）求实数的值；（2）令，若存在不相等的两个实数满足，求证： ．‎ ‎【思路引导】‎ ‎（1）对函数求导，由题可设切点坐标为，由原函数和切线的斜率为可得方程组，解方程组得值；（2）由题知，可构造去绝对值后的函数，利用导数与函数单调性的关系，判断的单调性，再构造函数，利用导数判断出的单调性，最后可令 ‎，利用单调性可得结论．‎ ‎ 且在上单调递减，在上单调递增，‎ ‎，‎ 当时， ，*‎ 记，‎ 记函数的导函数为，则 ‎ ‎ ‎3．已知函数（），．‎ ‎（1）若的图象在处的切线恰好也是图象的切线．‎ ‎①求实数的值；‎ ‎②若方程在区间内有唯一实数解，求实数的取值范围．‎ ‎（2）当时，求证：对于区间上的任意两个不相等的实数， ，都有成立．‎ ‎【思路引导】‎ ‎（1）①首先求函数的图象在处的切线， ， ，又因为切点为，所以切线方程为，于是问题转化为直线与函数图象相切，于是可以根据直线与抛物线相切进行解题；②问题转化为方程在区间内有唯一实数解，参变量分离得，设， ，研究的单调性、极值，转化为直线与有且只有一个交点，（2）当时， 在上单调递增， 在 上单调递增，设，则， ，于是问题转化为，构造函数，通过函数在上单调递减，可以求出的取值范围．‎ ‎∵，∴， ，函数单调递增， ， ，函数单调递减，‎ ‎∵， ，且时， ，‎ ‎∴；‎ 证明：（2）不妨设，则， ，‎ ‎∴可化为 ‎∴‎ 设，即，∴在上单调递减，‎ ‎∴恒成立，即在上恒成立，‎ ‎∵，∴，‎ 从而，当时，命题成立．‎ ‎4．已知函数．‎ ‎（1）设，‎ ‎①记的导函数为，求；‎ ‎②若方程有两个不同实根，求实数的取值范围；‎ ‎（2）若在上存在一点使成立，求实数的取值范围．‎ ‎【思路引导】‎ ‎（1）①对进行求导，将代入可得的值；②对进行二次求导，判断的单调性得其符号，从而可得的单调性，结合图象的大致形状可得的取值范围；（2）将题意转化为，令，题意等价于在上的最小值小于0，对进行求导，对导函数进行分类讨论，判断单调性得其最值．‎ ‎（2）由题可得，∴，∴，‎ 令，则在上的最小值小于0，‎ 又，‎ ‎1，当时，即， 在上递减，所以，解得；‎ ‎2，当即， 在递增，∴解得；‎ ‎3，当，即，此时要求又，‎ 所以，‎ 所以此时不成立，‎ 综上或．*‎ 点睛：本题考查导数的运用：求考查函数与方程的联系单调区间最值，同时考查不等式的存在性转化为求函数的最值问题，正确求导是解题的关键．在正确求导的基础上，利用导数与的关系得到函数的单调区间，也是在高考中的必考内容也是基础内容；注意存在性问题与恒成立问题的区别．‎ ‎5．已知函数．‎ ‎（1）试确定的取值范围，使得函数在上为单调函数；‎ ‎（2）若为自然数，则当取哪些值时，方程在上有三个不相等的实数根，并求出相应的实数的取值范围．‎ ‎【思路引导】‎ ‎（1）先求函数导数，根据导函数零点确定函数单调区间，再根据为某个单调区间的子集得的取值范围，（2）结合三次函数图像确定的取值范围：当,且时，方程在上有可能有三个不等实根，再根据端点值大小确定实数的满足的条件： ，最后解不等式可得实数的取值范围．‎ 只需满足即可．‎ 因为，且，‎ 因而，‎ 所以，即，*‎ 综上所述，当,且时，满足题意，此时实数的取值范围是．‎ ‎6．已知函数，且直线是函数的一条切线．‎ ‎（1）求的值；‎ ‎（2）对任意的，都存在，使得，求的取值范围；‎ ‎（3）已知方程有两个根，若，求证: ．‎ ‎【思路引导】‎ ‎（1）对函数求导， ，设直线与函数相切与点，根据导数的几何意义可得， ，解得，求出；（2）对任意的 ，都存在，使得，只需要的值域是值域的子集，利用导数的方法分别求、的值域，即可求出的取值范围；（3）根据题意得,两式相减得， ，所以 ‎，令，则，则，令，对求导，判断的单调，证明．‎ ‎ (2) 由（1）得，所以，当， 时， ，所以在上单调递减，所以当， 时， ， ，当时， ，所以在上单调递增，所以当时， ，依题意得 ，所以，解得．‎ ‎(3) 依题意得,两式相减得，所以，方程可转化为 ‎7．已知函数（为自然对数的底数，），，．‎ ‎（1）若，，求在上的最大值的表达式；‎ ‎（2）若时，方程在上恰有两个相异实根，求实根的取值范围；‎ ‎（3）若，，求使的图象恒在图象上方的最大正整数．‎ ‎【思路引导】‎ ‎ (1)先求函数导数，根据定义域以及 取值分类讨论导函数是否变号，确定函数单调性，进而确定函数最值，(2)作差函数，求导得原函数先减后增，因此要有两个相异实根，需极小值小于零，两个端点值大于零，解不等式可得的取值范围； (3)实际为一个不等式恒成立问题，先转化为对应函数最值问题（利用导数求差函数最小值），再研究最小值恒大于零问题，继续求导研究函数单调性，并结合零点存在定理限制或估计极点范围，最后范围确定最大正整数．‎ 试题解析：‎ ‎(1) 时，,；‎ ‎①当时，，在上为增函数，此时，‎ ‎②当时，，在上为增函数，‎ 故在上为增函数，此时 ‎③当时，，在上为增函数，在上为减函数，‎ 若，即时，故在上为增函数，在上为减函数，‎ 此时 若，即时，在上为增函数，则此时，‎ 综上所述： ‎ ‎（2），，‎ ‎∴在上单调递减，在上单调递增，‎ ‎∴在上恰有两个相异实根，‎ ‎ ，‎ 实数的取值范围是，‎ ‎ ‎ ‎8．设函数．‎ ‎（1）求函数的单调区间；‎ ‎（2）若函数有两个零点，求满足条件的最小正整数的值；‎ ‎（3）若方程，有两个不相等的实数根，比较与0的大小．‎ ‎【思路引导】‎ ‎ (1)先求函数导数,再求导函数零点 ,根据定义域舍去,对进行讨论, 时，，单调增区间为．时,有增有减;(2) 函数有两个零点，所以函数必不单调,且最小值小于零 ,转化研究最小值为负的条件:,由于此函数单调递增,所以只需利用零点存在定理探求即可,即取两个相邻整数点代入研究即可得的取值范围,进而确定整数值,（3）根据，所以只需判定大小,由可解得,代入分析只需比较大小, 设,构造函数,利用导数可得最值,即可判定大小．‎ ‎ ‎ ‎(3)证明：因为是方程的两个不等实根，由(1)知．‎ 不妨设，则，．‎ 两式相减得，‎ 即．‎ 所以．因为，‎ 点睛：利用导数证明不等式常见类型及解题策略(1) 构造差函数．根据差函数导函数符号，确定差函数单调性，利用单调性得不等量关系，进而证明不等式．（2）根据条件，寻找目标函数．一般思路为利用条件将求和问题转化为对应项之间大小关系，或利用放缩、等量代换将多元函数转化为一元函数．‎