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  • 2021-06-16 发布

【数学】2021届一轮复习北师大版(理)19利用导数解决函数的零点问题作业

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利用导数解决函数的零点问题 建议用时:45分钟 ‎1.(2019·全国卷Ⅱ)已知函数f(x)=ln x-.‎ ‎(1)讨论f(x)的单调性,并证明f(x)有且仅有两个零点;‎ ‎(2)设x0是f(x)的一个零点,证明曲线y=ln x在点A(x0,ln x0)处的切线也是曲线y=ex的切线.‎ ‎[解] (1)f(x)的定义域为(0,1)∪(1,+∞).‎ 因为f′(x)=+>0,所以f(x)在(0,1),(1,+∞)单调递增.‎ 因为f(e)=1-<0,f(e2)=2-=>0,所以f(x)在(1,+∞)有唯一零点x1(e<x1<e2),即f(x1)=0.又0<<1,f=-ln x1+=-f(x1)=0,故f(x)在(0,1)有唯一零点.‎ 综上,f(x)有且仅有两个零点.‎ ‎(2)因为=e-ln x0,故点B在曲线y=ex上.‎ 由题设知f(x0)=0,即ln x0=,连接AB,则直线AB的斜率 k===.‎ 曲线y=ex在点B处切线的斜率是,曲线y=ln x在点A(x0,ln x0)处切线的斜率也是,所以曲线y=ln x在点A(x0,ln x0)处的切线也是曲线y=ex的切线.‎ ‎2.(2019·武汉调研)已知函数f(x)=ex-ax-1(a∈R)(e=2.718 28…‎ 是自然对数的底数).‎ ‎(1)求f(x)的单调区间;‎ ‎(2)讨论g(x)=f(x)在区间[0,1]上零点的个数.‎ ‎[解] (1)因为f(x)=ex-ax-1,‎ 所以f′(x)=ex-a,‎ 当a≤0时,f′(x)>0恒成立,‎ 所以f(x)的单调递增区间为(-∞,+∞),无单调递减区间;‎ 当a>0时,令f′(x)<0,‎ 得x<ln a,‎ 令f′(x)>0,得x>ln a,‎ 所以f(x)的单调递减区间为(-∞,ln a),单调递增区间为(ln a,+∞).‎ ‎(2)令g(x)=0,得f(x)=0或x=,‎ 先考虑f(x)在区间[0,1]上的零点个数,‎ 当a≤1时,f(x)在(0,+∞)上单调递增且f(0)=0,所以f(x)在[0,1]上有一个零点;‎ 当a≥e时,f(x)在(-∞,1)上单调递减,所以f(x)在[0,1]上有一个零点;‎ 当1<a<e时,f(x)在(0,ln a)上单调递减,在(ln a,1)上单调递增,‎ 而f(1)=e-a-1,当e-a-1≥0,即1<a≤e-1时,f(x)在[0,1]上有两个零点,‎ 当e-a-1<0,即e-1<a<e时,f(x)在[0,1]上有一个零点.‎ 当x=时,由f=0得a=2(-1),‎ 所以当a≤1或a>e-1或a=2(-1)时,g(x)在[0,1]上有两个零点;‎ 当1<a≤e-1且a≠2(-1)时,g(x)在[0,1]上有三个零点.‎ ‎3.(2019·唐山模拟)已知函数f(x)=-4ax+aln x+‎3a2+‎2a(a>0).‎ ‎(1)讨论f(x)的单调性;‎ ‎(2)若f(x)有两个极值点x1,x2,当a变化时,求f(x1)+f(x2)的最大值.‎ ‎[解] (1)函数f(x)的定义域为x>0,对f(x)求导得f′(x)=x-‎4a+=‎ eq f(x2-4ax+a,x),x>0,a>0.‎ 令M(x)=x2-4ax+a,‎ 则Δ=‎16a2-‎4a=‎4a(‎4a-1).‎ ‎①当0<a≤时,Δ≤0,M(x)≥0在(0,+∞)上恒成立,则f′(x)≥0,f(x)在(0,+∞)上单调递增;‎ ‎②当a>时,Δ>0,f′(x)=0的根为x1=‎2a-,x2=‎2a+,‎ 由f′(x)>0得0<x<‎2a-或x>‎2a+;‎ 由f′(x)<0得‎2a-<x<‎2a+.‎ 所以f(x)在(0,‎2a-),(‎2a+,+∞)‎ 上单调递增;在(‎2a-,‎2a+)上单调递减.‎ ‎(2)由(1)得a>,x1=‎2a-,x2=‎2a+,‎ 所以x1+x2=‎4a,x1x2=a,从而 f(x1)+f(x2)=(x+x)-‎4a(x1+x2)+aln x1x2+‎6a2+‎4a=(x1+x2)2-x1x2-‎10a2+‎4a+aln a ‎=aln a-‎2a2+‎3a.‎ 令g(a)=aln a-‎2a2+‎3a,则g′(a)=ln a-‎4a+4.‎ 令h(a)=ln a-‎4a+4,‎ 则h′(a)=-4.‎ 因为a>,所以h′(a)<0,所以h(a)在上单调递减.‎ 又h(1)=0,所以a∈时,h(a)>0,g′(a)>0,g(a)在上单调递增;‎ a∈(1,+∞)时,h(a)<0,g′(a)<0,g(a)在(1,+∞)上单调递减,所以a=1时,g(a)取得最大值1.‎ 故f(x1)+f(x2)的最大值为1.‎