高考數(shù)學(xué)復(fù)習(xí) 17-18版 第4章 第19課 導(dǎo)數(shù)與函數(shù)、不等式的綜合問(wèn)題
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1、
第19課 導(dǎo)數(shù)與函數(shù)、不等式的綜合問(wèn)題
[最新考綱]
內(nèi)容
要求
A
B
C
利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的零點(diǎn)問(wèn)題
√
利用導(dǎo)數(shù)證明不等式
√
最值與不等式
各類不等式與函數(shù)最值的關(guān)系如下表:
不等式類型
與最值的關(guān)系
任意的x∈D,f(x)>M
任意的x∈D,f(x)min>M
任意的x∈D,f(x)
2、]min>0
任意的x∈D,f(x)
3、n 1.(思考辨析)判斷下列結(jié)論的正誤.(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”) (1)不等式f(x)≥g(x)對(duì)?x∈R恒成立,等價(jià)于f(x)min>g(x)max.( ) (2)函數(shù)f(x)=x3+ax2+bx+c的圖象與x軸最多有3個(gè)交點(diǎn),最少有一個(gè)交點(diǎn).( ) (3)函數(shù)F(x)=f(x)-g(x)的最小值大于0,則f(x)>g(x).( ) (4)“存在x∈(a,b),使f(x)≥a”與“任意x∈(a,b),使f(x)≥a”,這兩個(gè)說(shuō)法相同.( ) [答案] (1)× (2)√ (3)√ (4)× 2.(教材改編)若函數(shù)y=m與y=3x-x3的圖象有三個(gè)不同的交點(diǎn)
4、,則實(shí)數(shù)m的取值范圍為________.
(-2,2) [y′=3(1-x)(1+x),令y′=0,得x=±1,
所以y極大值=2,y極小值=-2,作出函數(shù)y=3x-x3和y=m的大致圖象(如圖),根據(jù)圖象知-2 5、_.
0 [方程ln x-ax=0等價(jià)于=a,設(shè)f(x)=.
∵f′(x)==,
令f′(x)=0,得x=e,
∴f(x)在(0,e)上單調(diào)遞增,在(e,+∞)上單調(diào)遞減.
∴f(x)的最大值f(e)=,
∴f(x)=≤(僅當(dāng)x=e時(shí),等號(hào)成立).
∵a>,∴原方程無(wú)實(shí)根.]
5.定義在R上的函數(shù)f(x),其導(dǎo)函數(shù)f′(x)滿足f′(x)>1,且f(2)=3,則關(guān)于x的不等式f(x)<x+1的解集為________.
(-∞,2) [由f′(x)>1得f′(x)-1>0,即(f(x)-x)′>0,故函數(shù)g(x)=f(x)-x單調(diào)遞增,不等式f(x)<x+1,即f(x)-x<1 6、=f(2)-2,即g(x)<g(2),所以x<2.]
用導(dǎo)數(shù)解決與不等式有關(guān)的問(wèn)題
角度1 解不等式
(2017·蘇州模擬)設(shè)函數(shù)f′(x)是奇函數(shù)f(x)(x∈R)的導(dǎo)函數(shù),f(-1)=0,且當(dāng)x>0時(shí),xf′(x)-f(x)<0,則使得f(x)>0成立的x的取值范圍是________.
【導(dǎo)學(xué)號(hào):62172105】
(-∞,-1)∪(0,1) [記函數(shù)g(x)=,則g′(x)=,
因?yàn)楫?dāng)x>0時(shí),xf′(x)-f(x)<0,故當(dāng)x>0時(shí),g′(x)<0,所以g(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞減;
又因?yàn)楹瘮?shù)f(x)(x∈R)是奇函數(shù),故函數(shù)g(x)是偶函數(shù),
所以g 7、(x)在(-∞,0)上單調(diào)遞增,且g(-1)=g(1)=0.
當(dāng)0 8、x)<0,
所以F(x)在[1,+∞)上單調(diào)遞減,
故當(dāng)x>1時(shí),F(xiàn)(x) 9、2)時(shí),G(x)>G(1)=0,
即f(x)>k(x-1),
綜上,k的取值范圍是(-∞,1).
角度3 不等式恒成立問(wèn)題
已知f(x)=xln x,g(x)=-x2+ax-3.
(1)對(duì)一切x∈(0,+∞),2f(x)≥g(x)恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍;
(2)證明:對(duì)一切x∈(0,+∞),ln x>-恒成立.
[解] (1)由題意知2xln x≥-x2+ax-3對(duì)一切x∈(0,+∞)恒成立,
則a≤2ln x+x+,
設(shè)h(x)=2ln x+x+(x>0),
則h′(x)=,
①當(dāng)x∈(0,1)時(shí),h′(x)<0,h(x)單調(diào)遞減,
②當(dāng)x∈(1,+∞)時(shí),h′ 10、(x)>0,h(x)單調(diào)遞增,
所以h(x)min=h(1)=4,對(duì)一切x∈(0,+∞),2f(x)≥g(x)恒成立,
所以a≤h(x)min=4.
即實(shí)數(shù)a的取值范圍是(-∞,4].
(2)證明:?jiǎn)栴}等價(jià)于證明xln x>-(x∈(0,+∞)).
又f(x)=xln x,f′(x)=ln x+1,
當(dāng)x∈時(shí),f′(x)<0,f(x)單調(diào)遞減;
當(dāng)x∈時(shí),f′(x)>0,f(x)單調(diào)遞增,所以f(x)min=f=-.
設(shè)m(x)=-(x∈(0,+∞)),則m′(x)=,
易知m(x)max=m(1)=-,
從而對(duì)一切x∈(0,+∞),ln x>-恒成立.
[規(guī)律方法] 1 11、.用導(dǎo)數(shù)證明不等式的思路
利用導(dǎo)數(shù)證明不等式常構(gòu)造函數(shù)φ(x),將不等式轉(zhuǎn)化為φ(x)>0(或<0)的形式,然后研究φ(x)的單調(diào)性、最值,判定φ(x)與0的關(guān)系,從而證明不等式.
2.利用導(dǎo)數(shù)解決不等式恒成立問(wèn)題的“兩種”常用方法
(1)分離參數(shù)法:
第一步:將原不等式分離參數(shù),轉(zhuǎn)化為不含參數(shù)的函數(shù)的最值問(wèn)題;
第二步:利用導(dǎo)數(shù)求該函數(shù)的最值;
第三步:根據(jù)要求得所求范圍.
(2)函數(shù)思想法:
第一步:將不等式轉(zhuǎn)化為某含待求參數(shù)的函數(shù)的最值問(wèn)題;
第二步:利用導(dǎo)數(shù)求該函數(shù)的極值(最值);
第三步:構(gòu)建不等式求解.
利用導(dǎo)數(shù)解決函數(shù)的零點(diǎn)問(wèn)題
已知函數(shù)f(x)=e 12、x(x2+ax-a),其中a是常數(shù).
(1)當(dāng)a=1時(shí),求曲線y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線方程;
(2)若存在實(shí)數(shù)k,使得關(guān)于x的方程f(x)=k在[0,+∞)上有兩個(gè)不相等的實(shí)數(shù)根,求k的取值范圍. 【導(dǎo)學(xué)號(hào):62172106】
[解] (1)由f(x)=ex(x2+ax-a)可得f′(x)=ex[x2+(a+2)x].
當(dāng)a=1時(shí),f(1)=e,f′(1)=4e.
所以曲線y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線方程為y-e=4e(x-1),即y=4ex-3e.
(2)令f′(x)=ex[x2+(a+2)x]=0,
解得x=-(a+2)或x=0.
當(dāng)-(a+2) 13、≤0,即a≥-2時(shí),在區(qū)間[0,+∞)上,f′(x)≥0,
所以f(x)是[0,+∞)上的增函數(shù),
所以方程f(x)=k在[0,+∞)上不可能有兩個(gè)不相等的實(shí)數(shù)根.當(dāng)-(a+2)>0,即a<-2時(shí),f′(x),f(x)隨x的變化情況如下表:
x
0
(0,-(a+2))
-(a+2)
(-(a+2),+∞)
f′(x)
0
-
0
+
f(x)
-a
由上表可知函數(shù)f(x)在[0,+ ∞)上的最小值為f(-(a+2))=.
因?yàn)楹瘮?shù)f(x)是(0,-(a+2))上的減函數(shù),是(-(a+2),+∞)上的增函數(shù),且當(dāng)x≥-a時(shí),有f(x)≥e-a(- 14、a)>-a,又f(0)=-a.
所以要使方程f(x)=k在[0,+∞)上有兩個(gè)不相等的實(shí)數(shù)根,k的取值范圍是.
[規(guī)律方法] 1.在解答本例(2)時(shí)應(yīng)判斷f(x)>f(0)是否成立,這是容易忽視的地方.
2.該類問(wèn)題的求解,一般利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性、極值等性質(zhì),并借助函數(shù)圖象,根據(jù)零點(diǎn)或圖象的交點(diǎn)情況,建立含參數(shù)的方程(或不等式)組求解,實(shí)現(xiàn)形與數(shù)的和諧統(tǒng)一.
[變式訓(xùn)練] 設(shè)f(x)=ln x+.
(1)求f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)求f(x)的零點(diǎn)個(gè)數(shù).
[解] (1)f(x)的定義域是(0,+∞),
∴f′(x)=-=.
當(dāng)a≤0時(shí),f′(x)>0,(0,+∞)是f 15、(x)的增區(qū)間,
當(dāng)a>0時(shí),令f′(x)=0,x=±(負(fù)舍去),
當(dāng)0 16、f(x)在(,+∞)上是增函數(shù),所以當(dāng)x=時(shí),f(x)有極小值,即最小值f()=(ln 2a+1).
當(dāng)(ln 2a+1)>0,即a>時(shí),f(x)無(wú)零點(diǎn),
當(dāng)(ln 2a+1)=0,即a=時(shí) ,f(x)有一個(gè)零點(diǎn),
當(dāng)(ln 2a+1)<0,即0時(shí)f(x)無(wú)零點(diǎn),當(dāng)a=或a≤0時(shí),f(x)有一個(gè)零點(diǎn),當(dāng)0
17、由減函數(shù)的定義可知,x∈(a,b)時(shí),有F(x)<0,即證明了f(x) 18、題的突破口.
2.利用導(dǎo)數(shù)解決恒成立問(wèn)題時(shí),若分離參數(shù)后得到“a 19、直線y=3只有一個(gè)公共點(diǎn),那么實(shí)數(shù)a的取值范圍是________.
(-1,1) [f′(x)=3x2-3a2,令f′(x)=0,則x=±a.
由題意知當(dāng)a<0時(shí),f(a)=a3-3a3+1<3,即a3>-1,所以-10時(shí),f(-a)=-a3+3a3+1<3,即a3<1,所以0
20、;③af(a)≤bf(b);④bf(b)≤af(a).
① [設(shè)函數(shù)F(x)=(x>0),則F′(x)=′=.因?yàn)閤>0,xf′(x)-f(x)≤0,所以F′(x)≤0,故函數(shù)F(x)在(0,+∞)上為減函數(shù).又0<a<b,所以F(a)≥F(b),即≥,則bf(a)≥af(b).]
4.已知函數(shù)y=x3-3x+c的圖象與x軸恰有三個(gè)公共點(diǎn),則實(shí)數(shù)c的取值范圍是________.
(-2,2) [由三次函數(shù)的圖象可知:函數(shù)y=x3-3x+c的圖象與x軸恰有三個(gè)公共點(diǎn),則函數(shù)的極大值大于零,而極小值小于零.
由于y′=3x2-3=3(x-1)(x+1)=0得x1=-1,x2=1,
所以當(dāng) 21、x<-1時(shí),y′>0;當(dāng)-1<x<1時(shí),y′<0;當(dāng)x>1時(shí),y′>0;
故y極大值=c+2,y極小值=c-2;
又因?yàn)楹瘮?shù)y=x3-3x+c的圖象與x軸恰有三個(gè)公共點(diǎn),所以
即實(shí)數(shù)c的取值范圍是(-2,2).]
5.已知定義在R上的可導(dǎo)函數(shù)f(x)的導(dǎo)函數(shù)為f′(x),若對(duì)于任意實(shí)數(shù)x,有f(x)>f′(x),且y=f(x)-1為奇函數(shù),則不等式f(x)<ex的解集為________.
(0,+∞) [因?yàn)閥=f(x)-1為奇函數(shù),且定義域?yàn)镽,所以f(0)-1=0,得f(0)=1,設(shè)h(x)=,則h′(x)=,因?yàn)閒(x)>f′(x),所以h′(x)<0,所以函數(shù)h(x)是R上的 22、減函數(shù),所以不等式f(x)<ex等價(jià)于<1=,所以x>0.]
6.已知定義域?yàn)镽的奇函數(shù)y=f(x)的導(dǎo)函數(shù)為y=f′(x),當(dāng)x≠0時(shí),f′(x)+>0,若a=f,b=-2f(-2),c=·f,則a,b,c的大小關(guān)系是________. 【導(dǎo)學(xué)號(hào):62172108】
a 23、h
=h(-ln 2)=h(ln 2),
又 24、=|f(x)|的圖象如圖所示:
要使|f(x)|≥ax,只需找到y(tǒng)=ax與y=x2-2x相切時(shí)的臨界值即可,由y′|x=0=-2可知a=-2,
結(jié)合圖象可知,當(dāng)實(shí)數(shù)a滿足-2≤a≤0時(shí),有|f(x)|≥ax.]
9.設(shè)f(x)=|ln x|,若函數(shù)g(x)=f(x)-ax在區(qū)間(0,4)上有三個(gè)零點(diǎn),則實(shí)數(shù)a的取值范圍是________.
[由題意,可知方程|ln x|=ax在區(qū)間(0,4)上有三個(gè)根,令h(x)=ln x,則h′(x)=,又h(x)在(x0,ln x0)處切線y-ln x0=(x-x0)過(guò)原點(diǎn),得x0=e,即曲線h(x)過(guò)原點(diǎn)的切線的斜率為,而點(diǎn)(4,ln 4) 25、與原點(diǎn)確定的直線的斜率為,所以實(shí)數(shù)a的取值范圍是.]
10.已知函數(shù)f(x)(x∈R)滿足f(1)=1,且f(x)的導(dǎo)數(shù)f′(x)<,則不等式f(x2)<+的解集為________.
(-∞,-1)∪(1,+∞) [令F(x)=f(x)-x,由f′(x)<可知,F(xiàn)′(x)=f′(x)-<0.
∴F(x)在R上單調(diào)遞減.
又f(1)=1,∴f(x2)<+可化為f(x2)-x2 26、立,求實(shí)數(shù)m的最大值;
(2)若方程f(x)=0有且僅有一個(gè)實(shí)數(shù)根,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
[解] (1)f′(x)=3x2-9x+6=3(x-1)(x-2),因?yàn)閤∈(-∞,+∞),f′(x)≥m恒成立,即3x2-9x+(6-m)≥0恒成立,所以Δ=81-12(6-m)≤0,
解得m≤-,即m的最大值為-.
(2)因?yàn)楫?dāng)x<1時(shí),f′(x)>0;當(dāng)1 27、2或a>,即實(shí)數(shù)a的取值范圍為(-∞,2)∪.
12.(2017·如皋市高三調(diào)研一)設(shè)函數(shù)f(x)=ln x-ax2(a>0).
(1)討論函數(shù)f(x)零點(diǎn)的個(gè)數(shù);
(2)若函數(shù)f(x)有極大值為-,且存在實(shí)數(shù)m,n,m 28、當(dāng)a>0,f(x)=0,x=,
x
f′(x)
+
0
-
f(x)
f(x)max=f=ln-.
(ⅰ)當(dāng)a>時(shí),f(x)在(0,+∞)上有沒(méi)有零點(diǎn);
(ⅱ)當(dāng)a=時(shí),f(x)在(0,+∞)上有一個(gè)零點(diǎn);
(ⅲ)當(dāng)0時(shí),f(x)在(0,+∞)上有沒(méi)有零點(diǎn);
當(dāng)a=或a≤0時(shí),f(x)在(0,+∞)上有一個(gè)零點(diǎn);
當(dāng)0
29、),
則F′(x)=f′(x)+f′(2-x)=+-2.
由F′(x)=0,得x=1.
x
(0,1)
1
(1,+∞)
F′(x)
+
0
-
F(x)
因?yàn)閙<1 30、______.
∪ [當(dāng)x≤0時(shí),f′(x)=(2-x2)ex,當(dāng)x=-時(shí)取得極小值f=-2(+1)·e-,當(dāng)x<0時(shí),f(x)<0,且f(0)=0,函數(shù)f(x)的圖象如圖所示,函數(shù)g(x)恰有兩個(gè)不同的零點(diǎn),就是f(x)的圖象與直線y=-2k有兩個(gè)不同的交點(diǎn),所以3<-2k<7或-2k=0或-2k=-2(+1)e-,
即k∈∪.]
2.已知函數(shù)f(x)=x-,g(x)=x2-2ax+4,若任意x1∈[0,1],存在x2∈[1,2],使f(x1)≥g(x2),則實(shí)數(shù)a的取值范圍是______________.
[由于f′(x)=1+>0,因此函數(shù)f(x)在[0,1]上單調(diào)遞增,
31、
所以x∈[0,1]時(shí),f(x)min=f(0)=-1.
根據(jù)題意可知存在x∈[1,2],使得g(x)=x2-2ax+4≤-1,
即x2-2ax+5≤0,即a≥+能成立,令h(x)=+,
則要使a≥h(x)在x∈[1,2]能成立,只需使a≥h(x)min,
又函數(shù)h(x)=+在x∈[1,2]上單調(diào)遞減,
所以h(x)min=h(2)=,故只需a≥.]
3.已知函數(shù)f(x)=x3+ax2-a2x+m+2(a>0).
(1)若f(x)在[-1,1]內(nèi)沒(méi)有極值點(diǎn),求實(shí)數(shù)a的取值范圍;
(2)當(dāng)a=2時(shí),方程f(x)=0有三個(gè)互不相同的解,求實(shí)數(shù)m的取值范圍.
[解] (1)因?yàn)閒′ 32、(x)=3x2+2ax-a2=3(x+a),
令f′(x)=0,得x=或-a,
因?yàn)閒(x)在[-1,1]內(nèi)沒(méi)有極值點(diǎn),而且a>0,
所以解得a>3,
故實(shí)數(shù)a的取值范圍是(3,+∞).
(2)當(dāng)a=2時(shí),f′(x)=3(x+2)=0的兩根為,-2,要使方程f(x)=0有三個(gè)互不相同的解,需使
解得-10 33、實(shí)根,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
[解] f(x)=(2-a)(x-1)-2ln x,
(1)令m(x)=(2-a)(x-1),x>0;h(x)=2ln x,x>0,則f(x)=m(x)-h(huán)(x),
①當(dāng)a<2時(shí),m(x)在上為增函數(shù),h(x)在上為增函數(shù),
若f(x)在上無(wú)零點(diǎn),則m≥h,
即(2-a)≥2ln,∴a≥2-4ln2,
∴2-4ln2≤a<2.
②當(dāng)a≥2時(shí),在上m(x)≥0,h(x)<0,
∴f(x)>0,∴f(x)在上無(wú)零點(diǎn).
由①②得a≥2-4ln 2,
∴amin=2-4ln 2.
(2)g′(x)=e1-x-xe1-x=(1-x)e1-x,
當(dāng)x∈( 34、0,1)時(shí),g′(x)>0,函數(shù)g(x)單調(diào)遞增;
當(dāng)x∈(1,e]時(shí),g′(x)<0,函數(shù)g(x)單調(diào)遞減,
又g(0)=0,g(1)=1,g(e)=e2-e>0,
∴函數(shù)g(x)在(0,e]上的值域?yàn)?0,1].
方程f(x)=g(x0)等價(jià)于(2-a)(x-1)-g(x0)=2ln x,令p(x)=(2-a)(x-1)-g(x0),則p(x)過(guò)定點(diǎn)(1,-g(x0)),且-1≤-g(x0)<0,令t(x)=2ln x,由p(x),t(x)的圖象(略)可知,要使方程f(x)=g(x0)在(0,e]上總存在兩個(gè)不相等的實(shí)根,需使在(0,e]上恒成立,
即(2-a)(e-1)-g(x0)≥2ln e=2,
∴a≤2-.
∵0<g(x0)≤1,∴min=2-,
∴a≤2-.
綜上所述,a的取值范圍為.
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