用洛必达法则巧解导数问题
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应用洛必达法则巧解导数问题. 近年来的高考数学试题逐步做到科学化、规范化,坚持了稳中求改、稳中创新的原则,充分发挥数学作为基础学科的作用,既重视考查中学数学基础知识的掌握程度,又注重考查进入高校继续学习的潜能。为此,高考数学试题常与大学数学知识有机接轨,以高等数学为背景的命题形式成为了热点.
许多省市的高考试卷的压轴题都是导数应用问题,其中求参数的取值范围就是一类重点考查的题型.这类题目容易让学生想到用分离参数法,一部分题用这种方法很奏效,另一部分题在高中范围内用分离参数的方法却不能顺利解决,高中阶段解决它只有一条路——分类讨论和假设反证的方法.
虽然这些压轴题可以用分类讨论和假设反证的方法求解,但这种方法往往讨论多样、过于繁杂,学生掌握起来非常困难.研究发现利用分离参数的方法不能解决这部分问题的原因是出现了00”型的式子,而这就是大学数学中的不定式问题,解决这类问题的有效方法就是洛必达法则.
洛必达法则:设函数()f x 、()g x 满足:
(1)lim ()lim ()0x a x a
f x
g x →→==; (2)在()U a o
内,()f x '和()g x '都存在,且()0g x '≠; (3)()lim ()
x a f x A g x →'=' (A 可为实数,也可以是±∞). 则()()lim lim ()()
x a x a f x f x A g x g x →→'=='.(可连环使用) 注意 使用洛必达法则时,是对分子、分母分别求导,而不是对它们的商求导,求导之后再求极限得最值。
已知函数ln ()1a x b f x x x
=++,曲线()y f x =在点(1,(1))f 处的切线方程为230x y +-=. (Ⅰ)求a 、b 的值; (Ⅱ)如果当0x >,且1x ≠时,ln ()1x k f x x x >
+-,求k 的取值范围. (Ⅰ)略解得1a =,1b =.
(Ⅱ)方法一:分类讨论、假设反证法
由(Ⅰ)知ln 1()1x f x x x =++,所以所以22ln 1(1)(1)()()(2ln )11x k k x f x x x x x x
---+=+--. 考虑函数()2ln h x x =+2(1)(1)k x x
--(0)x >,则22(1)(1)2'()k x x h x x -++= (i)当0k ≤时,由22
2
(1)(1)'()k x x h x x +--=知,当1x ≠时,'()0h x <.因为(1)0h =,
所以当(0,1)x ∈时,()0h x >,可得
2
1()01h x x ⋅>-;当(1,)x ∈+∞时,()0h x <,可得 21()01h x x ⋅>-,从而当0x >且1x ≠时,ln ()()01x k f x x x -+>-,即ln ()1x k f x x x
>+-; (ii )当01k <<时,由于当1(1,)1x k
∈-时,2(1)(1)20k x x -++>,故'()0h x >,而(1)0h =,故当1(1,)1x k ∈-时,()0h x >,可得21()01h x x ⋅<-,与题设矛盾. (iii )当1k ≥时, '()0h x >,而(1)0h =,故当(1,)x ∈+∞时,()0h x >,可得21()01h x x
⋅<-,与题设矛盾.综上可得,k 的取值范围为(0]-∞,. 常规解法
注:分三种情况讨论:①0k ≤;②01k <<;③1k ≥不易想到.尤其是②01k <<时,许多考生都停留在此层面,举反例1(1,)1x k
∈-更难想到.而这方面根据不同题型涉及的解法也不相同,这是高中阶段公认的难点,即便通过训练也很难提升.
运用洛必达和导数解2011年新课标理
当0x >,且1x ≠时,ln ()1x k f x x x >
+-,即ln 1ln 11x x k x x x x
+>++-, 也即2ln 1ln 2ln 1111x x x x x x k x x x x <+-=++--,记22ln ()11x x g x x =+-,0x >,且1x ≠ 则2222
222222(1)ln 2(1)2(1)1'()=(ln )(1)(1)1
x x x x x g x x x x x ++-+-=+--+, 记221()ln 1
x h x x x -=++,则22
222214(1)'()+=0(1+)(1+)x x h x x x x x --=>, 从而()h x 在(0,)+∞上单调递增,且(1)0h =,因此当(0,1)x ∈时,()0h x <,当(1,)x ∈+∞时,()0h x >;当(0,1)x ∈时,'()0g x <,当(1,)x ∈+∞时,'()0g x >,所以()g x 在(0,1)上单调递减,在(1,)+∞上单调递增.
注:本题由已知很容易想到用分离变量的方法把参数k 分离出来.然后对分离出来的函数22ln ()11x x g x x
=+-求导,研究其单调性、极值. 此时遇到了“当=1x 时,函数()g x 值没有意义”这一问题,很多考生会陷入困境.如果考前对优秀的学生讲洛必达法则的应用,再通过强化训练就能掌握解决此类难题的这一有效方法.
当然这一法则出手的时机:(1)所构造的分式型函数在定义域上单调
(2)是
00
型。 运用洛必达和导数解2010新课标理
设函数2()1x f x e x ax =---. (Ⅰ)若0a =,求()f x 的单调区间;
(Ⅱ)当0x ≥时,()0f x ≥,求a 的取值范围.
解:(Ⅱ)当0x ≥时,()0f x ≥,即21x e x ax --≥.
①当0x =时,a R ∈;②当0x >时,2
1x e x ax --≥等价于21x e x a x --≤. 记21()x e x g x x --= (0+)x ∈∞,,则3
(2)2'()x x e x g x x -++=. 记()(2)2x h x x e x =-++ (0+)x ∈∞,,则'()(1)1x h x x e =-+,当(0+)x ∈∞,时,
''()0x h x xe =>,所以'()(1)1x h x x e =-+在(0+)∞,上单调递增,且'()'(0)0h x h >=,
所以()(2)2x h x x e x =-++在(0+)∞,上单调递增,且()(0)0h x h >=,因此当(0+)
x ∈∞,时,3()'()0h x g x x
=>,从而21()x e x g x x --=在(0+)∞,上单调递增. 由洛必达法则有,
20000111lim ()lim lim lim 222
x x x x x x x e x e e g x x x →→→→---==== 即当0x →时,1()2g x →
,所以当(0+)x ∈∞,时,所以1()2g x >,因此12a ≤. 综上所述,当12
a ≤且0x ≥时,()0f x ≥成立. 通过以上例题的分析,我们不难发现应用洛必达法则解决的试题应满足:
① 可以分离变量;
②用导数可以确定分离变量后一端新函数的单调性; ③出现“
00
”型式子.