分离变量法解高考压轴导数题

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分离参数法解高考压轴题

新课标下的高考数学压轴题,由数列题转向导数题。而导数题中的最后一问经常考察参数的取值范

围。“求谁分离谁”即分离参数是一种常用的方法,但有时分离出参数后,后面函数的最值不容易求得,有的干脆就没有最值,只是趋于某个常数,这种情况下可采用高等数学中的洛必达法则。此方法是一种常规方法,有章可循,有法可依,不存在较强的解题技巧,一般的学生基本上都能掌握。下列举例说明,起到抛砖引玉的作用。 一 洛必达法则介绍

如果当0x x →(或∞→x )时,两个函数)(x f 与)(x g 都趋于零或都趋于无穷大,那么 极限)()(lim

x g x f x x →或)

()

(lim x g x f x ∞→可能存在、也可能不存在,通常把这种极限叫做不定式,并分 别简记为

00或∞

∞. 1.(洛必达法则1)

型不定式 设函数)(x f 与)(x g 满足条件

(1)0)(lim )(lim 0

==→→x g x f x x x x

(2))(x f 与)(x g 在点0x 的某邻域内(点0x 可除外)可导,且0)(≠'x g ; (3) A x g x f x x =''→)

()(lim

(或为无穷大).则A x g x f x g x f x x x x =''=→→)()

(lim )()(lim 00(或为无穷大).

把0x x →换为∞→x 时,结论也成立.

2(洛必达法则2)

型不定式 设函数)(x f 与)(x g 满足条件 (1)∞=∞=→→)(lim ,)(lim 0

x g x f x x x x

(2))(x f 与)(x g 在点0x 的某邻域内(点0x 可除外)可导,且0)(≠'x g ;

(3)A x g x f x x =''→)

()

(lim

(或无穷大). 则A x g x f x g x f x x x x =''=→→)

()

(lim )()(lim

00

(或为无穷大) 把0x x →换为∞→x 时,结论也成立.,结论也成立. 二 典型例题: 例1.(08江苏理14)

设函数3

()31()f x ax x x R =-+∈,若对于任意的[]1,1-∈x 都有0)(≥x f 成立,则实数a 的值为 ▲

【解析】本小题考查函数单调性的综合运用.若x =0,则不论a 取何值,()f x ≥0显然成立;当x >0 即

[]1,1x ∈-时,()331f x ax x =-+≥0可化为,2331

a x x

- 设()2331g x x x =

-,则()()'

4312x g x x -=, 所以()g x 在区间10,2⎛⎤ ⎥⎝⎦上单调递增,在区间1,12⎡⎤⎢⎥⎣⎦

上单调递减,因此()max 142g x g ⎛⎫

==

⎪⎝⎭

,从而a ≥4; 当x <0 即[)1,0-时,()3

31f x ax x =-+≥0可化为a ≤

23

31x x

-,()()'

4312x g x x -=0> ()g x 在区间[)1,0-上单调递增,因此()()ma 14n g x g =-=,从而a ≤4,综上a =4

【答案】4

例1 (2010 辽宁)已知函数1ln )1()(2

+++=ax x a x f (I )讨论函数)(x f 的单调性;

(II )设1-

解:(Ⅰ)()f x 的定义域为),0(+∞. x

a ax ax x a x f 1

221)(2++=++='. 当0≥a 时,0)(>'x f ,故)(x f 在),0(+∞单调递增; 当1-≤a 时,0)(<'x f ,故)(x f 在),0(+∞单调递减;

当01<<-a 时,令0)(='x f ,解得a

a x 21

+-

=.

则当)21,0(a a x +-

∈时,0)(>'x f ;),21

(+∞+-∈a

a x 时,0)(<'x f . 故()f x 在)21,0(a a x +-

∈单调递增,在),21

(+∞+-∈a

a x 单调递减. (Ⅱ)分离变量法:不妨假设21x x ≥,而1-

),0(,21+∞∈∀x x ,||4|)()(|2121x x x f x f -≥- 等价于),0(,21+∞∈∀x x ,22114)(4)(x x f x x f +≥+ ①

令x x f x g 4)()(+=,则421

)(+++=

'ax x

a x g ① 等价于)(x g 在),0(+∞单调递减,即0421

≤+++ax x

a 恒成立。

从而21

2)12(1224)12(121422

2222-+-=+---=+--≤

x x x x x x x a ,故a 的取值范围为]2,(--∞ 评述:本题第二问利用分离变量,所构造函数的最大值存在。 例2(2007全国一)设函数x

x

e e x

f --=)(.

(Ⅰ)证明:)(x f 的导数2)(≥'x f ;

(Ⅱ)若对所有0≥x 都有ax x f ≥)(,求a 的取值范围. 解:(Ⅰ)x

x

e

e x

f -+=')(

由于22=⋅≥+--x x x x e e e e ,故2)(≥'x f ,(当且仅当0=x 时,等号成立). (Ⅱ)分离变量法:即对所有0≥x 都有ax e e x

x

≥--,

① 若,0=x 则R a ∈

② 若0>x ,则只需a x e e x x ≥--, 记x e e x x

x --=)(g ,2

)1()1()(x

x e x e x g x x ++-='-, 记 )1()1()(++-=-x e

x e x x

x

ϕ,则0)()(>-='-x e e x x x ϕ,故)(x ϕ递增,而0)0(=ϕ,故0)(>x ϕ,

从而0)(>'x g 故)(x g 递增,

由洛比达法则知:2)(lim lim

00=+=--→-→x x x x

x x e e x

e e ,2≤a 评述:所构造的函数在0=x 的最小值不存在,所以需要用洛比达法则。

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