高考文科数学解析函数与导数压轴大题的 3大难点及破解策略

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课时跟踪检测(十八) 难点自选——函数与导数压轴大题的 3大难点及破解策略

1.定义在R 上的奇函数f (x ),当x >0时,f (x )=ln x -ax +1,若f (x )有5个零点,求实数a 的取值范围.

解:因为f (x )是定义在R 上的奇函数,所以f (0)=0;所以要使f (x )在R 上有5个零点,只需f (x )在(0,+∞)上有2个零点.所以等价于方程a =ln x +1

x 在(0,+∞)上有2个根.所以等价于y =a 与g (x )=

ln x +1x (x >0)的图象有2个交点.g ′(x )=-ln x

x 2

所以g (x )因为x →0时,g (x )→-∞;x →+∞时,由洛必达法则可知: li m x →+∞g (x )=li m x →+∞

(ln x +1)′(x )′

=li m x →+∞ 1

x =0,

所以0

(1)设x =0是f (x )的极值点,求m ,并讨论f (x )的单调性; (2)当m ≤2时,求证:f (x )>0. 解:(1)f ′(x )=e x -1

x +m

,由f ′(0)=0,得m =1, 所以f ′(x )=e x -

1x +1,f ″(x )=e x +1(x +1)2

>0, 又由f ′(0)=0,所以当x ∈(-1,0)时,f ′(x )<0, 当x ∈(0,+∞)时,f ′(x )>0.

所以函数f (x )在(-1,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增. (2)证明:依题意,f ′(x )=e x -1

x +m

. 令f ′(x 0)=0,则e x 0=1x 0+m >0,且f ″(x )=e x +1

(x +m )2

>0,所以函数f ′(x )在区间(-m ,+∞)上单调递增.

则当x ∈(-m ,x 0)时,f ′(x 0)<0;

当x ∈(x 0,+∞)时,f ′(x )>0,故函数f (x )在(-m ,x 0)上单调递减,在(x 0,+∞)上单调递增.

所以f (x )min =f (x 0)=e x 0-ln(x 0+m ).

又x 0满足方程e x 0=

1

x 0+m

, 则f (x 0)=e x 0-ln(x 0+m )=

1x 0+m -ln e -x 0=x 0+1x 0+m =x 0+m +1

x 0+m

-m ≥①2

(x 0+m )·1

x 0+m -m =2-m ≥②0( 不等号①取等号的条件是⎩

⎪⎨⎪⎧

x 0=0,m =1,不等号②取等号的条件是m =2 ).

由于不等号①、②不能同时取等号,故f (x 0)>0,即f (x )min >0,因此f (x )>0. 3.已知函数f (x )=ax +b

x +c (a >0)的图象在点(1,f (1))处的切线方程为y =x -1. (1)试用a 表示出b ,c ;

(2)若f (x )≥ln x 在[1,+∞)恒成立,求a 的取值范围. 解:(1)b =a -1,c =1-2a .

(2)题设即“a ≥ln x +1x -1

x +1x -2

(x >1),或a ≥x ln x -x +1

(x -1)2(x >1) 恒成立”.

用导数可证函数g (x )=1

2(x -1)2+(x -1)-x ln x (x ≥1)是增函数(只需证g ′(x )=x -ln x

-1≥0(x ≥1)恒成立,再用导数可证),

所以g (x )≥g (1)=0(x ≥1), 当且仅当x =1时g (x )=0,得x ln x -x +1(x -1)2<12(x >1),li m x →1+ x ln x -x +1

(x -1)2

=12.

所以若a ≥

x ln x -x +1(x -1)2

(x >1)恒成立,则a ≥1

2,

即a 的取值范围是⎣⎡⎭

⎫1

2,+∞. 4.(2019·安徽二校联考)已知函数f (x )=ln x -a

x -m (a ,m ∈R)在x =e(e 为自然对数的底数)时取得极值,且有两个零点记为x 1,x 2.

(1)求实数a 的值,以及实数m 的取值范围; (2)证明:ln x 1+ln x 2>2.

解:(1)f ′(x )=1

x ·x -(ln x -a )x 2=a +1-ln x

x 2,

由f ′(x )=0,得x =e a +

1,且当0

时,f ′(x )>0,

当x >e a

+1

时,f ′(x )<0,

所以f (x )在x =e a

+1

时取得极值,

所以e a +

1=e ,解得a =0.

所以f (x )=

ln x

x -m (x >0),f ′(x )=1-ln x x 2

, 函数f (x )在(0,e)上单调递增,在(e ,+∞)上单调递减,f (e)=1

e

-m .

又x →0(x >0)时,f (x )→-∞;x →+∞时,f (x )→-m ,f (x )有两个零点x 1,x 2, 故⎩⎪⎨⎪⎧

1e -m >0,-m <0,解得0

.

所以实数m 的取值范围为⎝⎛⎭

⎫0,1

e . (2)证明:不妨设x 1

ln x 1=mx 1,

ln x 2=mx 2

.

则ln x 1x 2=m (x 1+x 2),ln x 2

x 1=m (x 2-x 1)⇒m =ln

x 2

x 1x 2-x 1

.欲证ln x 1+ln x 2>2,只需证ln

x 1x 2>2,

只需证m (x 1+x 2)>2,即证

x 1+x 2x 2-x 1ln x 2

x 1

>2. 即证1+

x 2x 1x 2x 1-1ln x 2x 1>2,设t =x 2

x 1>1,

则只需证ln t >2(t -1)

t +1.

即证ln t -2(t -1)

t +1>0.

记u (t )=ln t -

2(t -1)

t +1

(t >1), 则u ′(t )=1t -4

(t +1)2=(t -1)2t (t +1)2>0.

所以u (t )在(1,+∞)上单调递增, 所以u (t )>u (1)=0,所以原不等式成立, 故ln x 1+ln x 2>2.

5.(2016·全国卷Ⅰ)已知函数f (x )=(x -2)e x +a (x -1)2有两个零点. (1)求a 的取值范围;

(2)设x 1,x 2是f (x )的两个零点,证明:x 1+x 2<2. 解:(1)f ′(x )=(x -1)e x +2a (x -1)=(x -1)(e x +2a ). ①设a =0,则f (x )=(x -2)e x ,f (x )只有一个零点. ②设a >0,则当x ∈(-∞,1)时,f ′(x )<0;

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