(通用版)2019版高考数学二轮复习第一部分专题四导数的综合应用(第二课时)“导数与函数的零点问题”考法面面观讲义理(重点生,含解析).doc
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1、1第二课时 “导数与函数的零点问题”考法面面观考法一 函数零点个数问题 题型策略(一)Error!讨论函数的零点个数已知 f (x)e x(ax2 x1)当 a0时,试讨论方程 f (x)1 的解的例 1个数破题思路 求什么想什么讨论方程 f (x)1 的解的个数,想到 f (x)1 的零点个数给什么用什么给出 f (x)的解析式,用 f (x)1 构造函数,转化为零点问题求解(或分离参数,结合图象求解)规范解答法一:分类讨论法(学生用书不提供解题过程)方程 f (x)1 的解的个数即为函数 h(x)e x ax2 x1( a0)的零点个数而 h( x)e x2 ax1,设 H(x)e x2
2、ax1,则 H( x)e x2 a.令 H( x)0,解得 xln 2a;令 H( x)0),则 g( m)1(1ln m)ln m,令 g( m)1;令 g( m)0,得 0 时,ln 2 a0, h( x)min h(ln 2 a)0使得 h( x1)0,这时 h(x)在(,0)上单调递增,在(0, x1)上单调递减,在( x1,)上单调递增2所以 h(x1)h(0)0, h(0)0,所以此时 f (x)有两个零点综上,当 a 时,方程 f (x)1 只有一个解;当 a 且 a0时,方程 f (x)1 有两12 12个解法二:分离参数法(学生用书提供解题过程)方程 f (x)1 的解的个数
3、即方程 ex ax2 x10( a0)的解的个数,方程可化为ax2e x x1.当 x0 时,方程为 0e 001,显然成立,所以 x0 为方程的解当 x0 时,分离参数可得 a (x0)ex x 1x2设函数 p(x) (x0),ex x 1x2则 p( x) . ex x 1 x2 x2 ex x 1 x2 2 ex x 2 x 2x3记 q(x)e x(x2) x2,则 q( x)e x(x1)1.记 t(x) q( x)e x(x1)1,则 t( x) xex.显然当 x0时, t( x)0,函数 t(x)单调递增所以 t(x)t(0)e 0(01)10,即 q( x)0,所以函数 q
4、(x)单调递增而 q(0)e 0(02)020,所以当 x0,函数 p(x)单调递增;当 x0时, q(x)0,即 p( x)0,函数 p(x)单调递增而当 x0 时, p(x) x0 x0 x0 ex x 1 x2 ex 12x ex 1 2x ex2x0 (洛必达法则),12当 x时, p(x) x x 0, ex x 1 x2 ex 12x3故函数 p(x)的图象如图所示作出直线 y a.显然,当 a 时,直线 y a与函数 p(x)的图象无交点,即方程 ex ax2 x10 只12有一个解 x0;当 a 且 a0时,直线 y a与函数 p(x)的图象有一个交点( x0, a),即方程1
5、2ex ax2 x10 有两个解 x0 或 x x0.综上,当 a 时,方程 f (x)1 只有一个解;当 a 且 a0时,方程 f (x)1 有两12 12个解注 部分题型利用分离法处理时,会出现“ ”型的代数式,这是大学数学中的不定00式问题,解决这类问题有效的方法就是洛必达法则法则 1 若函数 f (x)和 g(x)满足下列条件:(1)li f (x)0 及 li g(x)0;mx a m x a(2)在点 a的去心邻域内, f (x)与 g(x)可导且 g( x)0;(3)li l.mx af xg x那么 li li l.mx af xg x m x af xg x法则 2 若函数
6、f (x)和 g(x)满足下列条件:(1)li f (x)及 li g(x);mx a m x a(2)在点 a的去心邻域内, f (x)与 g(x)可导且 g( x)0;(3)li l.mx af xg x那么 li li l.mx af xg x m x af xg x题后悟通思路受阻构造函数后,正确进行分类讨论是解决本题的关键;不知道分类讨论或分类讨论时,分类不明或分类不全是解决此类问题常犯的错误4分析技法关键点拨判断函数零点个数的思路判断函数在某区间 a, b(a, b)内的零点的个数时,主要思路为:一是由 f (a)f (b)0,所以 f (x)在(0,)上单调递增;当 a0时,由E
7、rror!得 0 ,aa aa所以 f (x)在 上单调递增,在 上单调递减(0,aa) (aa, )综上所述:当 a0 时, f (x)的单调递增区间为(0,);当 a0时, f (x)的单调递增区间为 ,单调递减区间为 .(0,aa) (aa, )(3)由(2)可知,()当 a0,故 f (x)在1,e 2上没有零点125()当 a0 时, f (x)在1,e 2上单调递增,而 f (1) a0,故 f (x)在1,e 2上12有一个零点()当 a0时,若 1,即 a1 时, f (x)在1,e 2上单调递减因为 f (1)aa a 时, f (x)在1,e 2上没有零点;(aa) 12
8、12 1e若 f ln a 0,即 a 时, f (x)在1,e 2上有一个零点;(aa) 12 12 1e若 f ln a 0,即 a0,得 a0,所以 f (x)在1,e 2上有一个零点12 12综上所述:当 a 时, f (x)在1,e 2上没有零点;当 0 a0, f (x)单调递增由 f (1) 0,当 x时, f (x),1e所以函数 f (x)在(,)上有两个零点若 ln a0, f (x)单1e调递增;7当 x(ln a,1)时, f ( x)1,即 a ,当 x(,1)(ln a,)时, f ( x)0, f (x)单调1e递增;当 x(1,ln a)时, f ( x)1 时
9、, g( x)0,函数 g(x)单调递增当 x0 时, g(x)0;当 x时, g(x)0;当 x1 时, g(x);当x时, g(x).故函数 g(x)的图象如图所示8作出直线 y a,由图可知,当 a0,1x 2ax2 x 1x当 a0 时,显然 f ( x)0, f (x)在(0,)上单调递增;9当 a0时,令 f ( x) 0,则2 ax2 x10,易知其判别式为 2ax2 x 1x正,设方程的两根分别为 x1, x2(x10. 2ax2 x 1x 2a x x1 x x2x令 f ( x)0,得 x(0, x2);令 f ( x)0时,函数 f (x)在(0, x2)上单调递增,在(
10、 x2,)上单调递减, f (x)max f (x2)要使 f (x)有两个零点,需 f (x2)0,即 ln x2 ax x20,2又由 f ( x2)0 得 ax ,代入上面的不等式得21 x222ln x2 x21,解得 x21, a 1 ,1 8a 14a 28a 1 1 28 1 1 1ef (x2)ln x2 ax x2 (2ln x2 x21)0,212 f (x)在 与 上各有一个零点(1e, x2) (x2, 2a) a的取值范围为(0,1)10法二:函数 f (x)有两个零点,等价于方程 a 有两解ln x xx2令 g(x) , x0,则 g( x) .ln x xx2
11、1 2ln x xx3由 g( x) 0,得 2ln x x0,当 x0 时, g(x),作出函数 g(x)的简图如图,结合函数值的变化趋势猜想:当 a(0,1)时符合题意下面给出证明:当 a1 时, a g(x)max,方程至多一解,不符合题意;当 a0 时,方程至多一解,不符合题意;当 a(0,1)时, g 0), a为常数,若函数 f (x)有两个零点典 例 x1, x2(x1 x2)证明: x1x2e2.破题思路证明 x1x2e2,想到把双变量 x1, x2转化为只含有一个变量的不等式证明规范解答法一:巧抓根商 c 构造函数(学生用书不提供解题过程)x1x2不妨设 x1x20,11因为
12、 ln x1 ax10,ln x2 ax20,所以 ln x1ln x2 a(x1 x2),ln x1ln x2 a(x1 x2),所以 a,ln x1 ln x2x1 x2欲证 x1x2e2,即证 ln x1ln x22.因为 ln x1ln x2 a(x1 x2),所以即证 a ,2x1 x2所以原问题等价于证明 ,ln x1 ln x2x1 x2 2x1 x2即 ln ,x1x22 x1 x2x1 x2令 c (c1),则不等式变为 ln c .x1x2 2 c 1c 1令 h(c)ln c , c1,2 c 1c 1所以 h( c) 0,1c 4 c 1 2 c 1 2c c 1 2所
13、以 h(c)在(1,)上单调递增,所以 h(c)h(1)ln 100,即 ln c 0(c1),2 c 1c 1因此原不等式 x1x2e2得证启思维 该方法的基本思路是直接消掉参数 a,再结合所证问题,巧妙引入变量 c,从而构造相应的函数其解题要点为:x1x2(1)联立消参:利用方程 f (x1) f (x2)消掉解析式中的参数 a.(2)抓商构元:令 c ,消掉变量 x1, x2,构造关于 c的函数 h(c)x1x2(3)用导求解:利用导数求解函数 h(c)的最小值,从而可证得结论法二:抓极值点构造函数(学生用书提供解题过程)由题意,函数 f (x)有两个零点 x1, x2(x1 x2),即
14、 f (x1) f (x2)0,易知 ln x1,ln x2是方程 x aex的两根令 t1ln x1, t2ln x2.设 g(x) xe x,则 g(t1) g(t2),从而 x1x2e2ln x1ln x22t1 t22.下证: t1 t22.g( x)(1 x)e x,易得 g(x)在(,1)上单调递增,在(1,)上单调递减,所以函数 g(x)在 x1 处取得极大值 g(1) .1e12当 x时, g(x);当 x时, g(x)0 且 g(x)0.由 g(t1) g(t2), t1 t2,不妨设 t10,xex 1所以 F(x)在(0,1上单调递增,所以 F(x)F(0)0 对任意的
15、x(0,1恒成立,即 g(1 x)g(1 x)对任意的 x(0,1恒成立由 0g1(1 t1) g(t1) g(t2),即 g(2 t1)g(t2),又 2 t1(1,), t2(1,),且 g(x)在(1,)上单调递减,所以 2 t12.启思维 上述解题过程就是解决极值点偏移问题的最基本的方法,共有四个解题要点:(1)求函数 g(x)的极值点 x0;(2)构造函数 F(x) g(x0 x) g(x0 x);(3)确定函数 F(x)的单调性;(4)结合 F(0)0,确定 g(x0 x)与 g(x0 x)的大小关系其口诀为:极值偏离对称轴,构造函数觅行踪,四个步骤环相扣,两次单调紧跟随法三:巧抓
16、根差 s t t2 t1构造函数(学生用书提供解题过程)由题意,函数 f (x)有两个零点 x1, x2(x1 x2),即 f (x1) f (x2)0,易知 ln x1,ln x2是方程 x aex的两根设 t1ln x1, t2ln x2,设 g(x) xe x,则 g(t1) g(t2),从而 x1x2e2ln x1ln x22t1 t22.下证: t1 t22.由 g(t1) g(t2),得 t1e t1 t2e t2,化简得 et2 t1 ,t2t1不妨设 t2t1,由法二知,00, t2 s t1,代入式,得 es ,解得 t1 .s t1t1 ses 1则 t1 t22 t1 s
17、 s,2ses 1故要证 t1 t22,即证 s2,2ses 1又 es10,故要证 s2,2ses 1即证 2s( s2)(e s1)0,令 G(s)2 s( s2)(e s1)( s0),则 G( s)( s1)e s1, G( s) ses0,故 G( s)在(0,)上单调递增,所以 G( s)G(0)0,从而 G(s)在(0,)上单调递增,所以 G(s)G(0)0,所以式成立,故 t1 t22.启思维 该方法的关键是巧妙引入变量 s,然后利用等量关系,把 t1, t2消掉,从而构造相应的函数,转化所证问题其解题要点为:(1)取差构元:记 s t2 t1,则 t2 t1 s,利用该式消掉
18、 t2.(2)巧解消参:利用 g(t1) g(t2),构造方程,解之,利用 s表示 t1.(3)构造函数:依据消参之后所得不等式的形式,构造关于 s的函数 G(s)(4)转化求解:利用导数研究函数 G(s)的单调性和最小值,从而证得结论题后悟通 思路受阻分析不能把双变量 x1, x2的不等式转化为单变量的不等式,导致无从下手解题技法关键点拨函数极值点偏移问题的解题策略函数的极值点偏移问题,其实质是导数的应用问题,解题的策略是把含双变量的等式或不等式转化为仅含一个变量的等式或不等式进行求解,解题时要抓住三个关键量:极值点、根差、根商对点训练(2018成都模拟)已知函数 f (x)( x1)e x
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