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(一)函数与导数中的高考热点问题
[命题解读] 1.函数是中学数学的核心内容,导数是研究函数的重要工具,因此,函数与导数是历年高考的重点与热点.
2.常涉及的问题有:讨论函数的单调性(求函数的单调区间)、求极值、求最值、求切线方程、求函数的零点或方程的根、求参数的范围、证明不等式等.
3.涉及的数学思想有:函数与方程、分类讨论、数形结合、转化与化归思想等,中、高档难度均有.
利用导数研究函数的性质
函数的单调性、极值是局部概念,函数的最值是整体概念,研究函数的性质必须在定义域内进行,因此,务必遵循定义域优先的原则,本热点主要有三种考查方式:(1)讨论函数的单调性或求单调区间;(2)求函数的极值或最值;(3)利用函数的单调性、极值、最值,求参数的范围.
【例1】 (2018·天津高考节选)设函数f(x)=(x-t1)(x-t2)(x-t3),其中t1,t2,t3∈R,且t1,t2,t3是公差为d的等差数列.
(1)若t2=0,d=1,求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
(2)若d=3,求f(x)的极值.
[解] (1)由已知,可得f(x)=x(x-1)(x+1)=x3-x,故f′(x)=3x2-1.因此f(0)=0,f′(0)=-1,又因为曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y-f(0)=f′(0)(x-0),故所求切线方程为x+y=0.
(2)由已知可得f(x)=(x-t2+3)(x-t2)(x-t2-3)=(x-t2)3-9(x-t2)=x3-3t2x2+(3t-9)x-t+9t2.
故f′(x)=3x2-6t2x+3t-9.令f′(x)=0,解得x=t2-,或x=t2+.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x
(-∞,t2-)
t2-
(t2-,t2+)
t2+
(t2+,+∞)
f′(x)
+
0
-
0
+
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f(x)
↗
极大值
↘
极小值
↗
所以函数f(x)的极大值为f(t2-)=(-)3-9×(-)=6;函数f(x)的极小值为f(t2+)=()3-9×=-6.
[规律方法] 1.研究函数的性质,必须在定义域内进行,因此利用导数研究函数的性质,应遵循定义域优先的原则.
2.讨论函数的单调性,求函数的单调区间、极值问题,最终归结到判断f′(x)的符号问题上,而f′(x)>0或f′(x)<0,最终可转化为一个一元一次不等式或一元二次不等式问题.
3.若已知f(x)的单调性,则转化为不等式f′(x)≥0或f′(x)≤0在单调区间上恒成立问题求解.
(2019·合肥模拟)已知函数f(x)=aln x+x2-ax(a∈R).
(1)若x=3是f(x)的极值点,求f(x)的单调区间;
(2)求g(x)=f(x)-2x在区间[1,e]的最小值h(a).
[解] (1)f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=+2x-a=,
因为x=3是f(x)的极值点,
所以f′(3)==0,解得a=9.
所以f′(x)==,
所以当0<x<或x>3时,f′(x)>0;
当<x<3时,f′(x)<0.
所以f(x)的单调递增区间为和(3,+∞),单调递减区间为.
(2)由题知,g(x)=f(x)-2x=aln x+x2-ax-2x.
g′(x)=-2=.
①当≤1,即a≤2时,g(x)在[1,e]上为增函数,
h(a)=g(1)=-a-1;
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②当1<<e,即2<a<2e时,g(x)在上为减函数,在上为增函数,
h(a)=g=aln-a2-a;
③当≥e,即a≥2e时,g(x)在[1,e]上为减函数,
h(a)=g(e)=(1-e)a+e2-2e.
综上,h(a)=
利用导数研究函数的零点问题
研究函数零点的本质就是研究函数的极值的正负,为此,我们可以通过讨论函数的单调性来解决,求解时应注重等价转化与数形结合思想的应用,其主要考查方式有:(1)确定函数的零点、图象交点的个数;(2)由函数的零点、图象交点的情况求参数的取值范围.
【例2】 (本小题满分12分)(2018·全国卷Ⅱ)已知函数f(x)=x3-a(x2+x+1).
(1)若a=3,求f(x)的单调区间;
(2)证明:f(x)只有一个零点.
[信息提取] 看到(1)求单调区间,想到导数与单调性的关系;
看到(2)f(x)只有一个零点,想到f(x)的单调性及函数有零点的条件.
[规范解答] (1)当a=3时,f(x)=x3-3x2-3x-3,f′(x)=x2-6x-3.
令f′(x)=0解得x=3-2或x=3+2. 2分
当x∈(-∞,3-2)∪(3+2,+∞)时,f′(x)>0;
当x∈(3-2,3+2)时,f′(x)0,所以f(x)=0等价于-3a=0. 7分
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设g(x)=-3a,则g′(x)=≥0,仅当x=0时g′(x)=0,所以g(x)在(-∞,+∞)单调递增.
故g(x)至多有一个零点,从而f(x)至多有一个零点. 9分
又f(3a-1)=-6a2+2a-=-6a-2-0,故f(x)有一个零点. 11分
综上,f(x)只有一个零点. 12分
[易错与防范] 易错误区:(1)把单调增区间用“∪”连接.
(2)作第(2)问时,直接求f′(x),导致无法求解.
(3)无法找到区间(m,n),使得f(m)f(n)<0.
防范措施:(1)单调区间不能用“∪”连接.
(2)求函数零点时,常利用f(x)=0,转化函数的表现形式.
(3)在寻找m,n使得f(m)f(n)<0时,可通过多次尝试获得.
[通性通法] 利用导数研究函数零点的两种常用方法
(1)用导数研究函数的单调性,借助零点存在性定理判断;或用导数研究函数的单调性和极值,再用单调性和极值定位函数图象求解零点问题.
(2)将零点问题转化为函数图象的交点问题,利用数形结合来解决.
(2019·武汉模拟)已知f(x)=ln x-x3+2ex2-ax,a∈R,其中e为自然对数的底数.
(1)若f(x)在x=e处的切线的斜率为e2,求a;
(2)若f(x)有两个零点,求a的取值范围.
[解] (1)f′(x)=-3x2+4ex-a,
f′(e)=+e2-a=e2,∴a=.
(2)由ln x-x3+2ex2-ax=0,得-x2+2ex=a.
记F(x)=-x2+2ex,
则F′(x)=-2(x-e).
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当x∈(e,+∞)时,F′(x)<0,F(x)单调递减.
当x∈(0,e)时,F′(x)>0,F(x)单调递增,
∴F(x)max=F(e)=+e2,
而x→0时,F(x)→-∞,
x→+∞时,F(x)→-∞.故a<+e2.
利用导数研究不等式问题
导数在不等式中的应用是每年高考的必考内容,且以解答题的形式考查,难度较大,属中高档题,突出转化思想、函数思想的考查.常见的命题角度有:(1)证明不等式;(2)由不等式恒成立求参数范围问题;(3)不等式恒成立、能成立问题.
【例3】 设函数f(x)=aln x+x2-bx(a≠1),曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线斜率为0.
(1)求b;
(2)若存在x0≥1,使得f(x0)0,f(x)在(1,+∞)上单调递增.
所以,存在x0≥1,使得f(x0)