微專題36 導(dǎo)函數(shù)的隱零點(diǎn)導(dǎo)函數(shù)的零點(diǎn)在很多時(shí)候是無(wú)法直接求解出來(lái)的,我們稱之為隱零點(diǎn),即能確定其存在,但又無(wú)法用顯性的代數(shù)進(jìn)行表達(dá).這類問(wèn)題的解題思路是對(duì)函數(shù)的零點(diǎn)設(shè)而不求,利用整體代換思想,再結(jié)合題目條件解決問(wèn)題.類型一 導(dǎo)函數(shù)中二次函數(shù)的隱零點(diǎn)問(wèn)題當(dāng)分析導(dǎo)函數(shù)的正負(fù)性時(shí),可歸結(jié)為處理某個(gè)二次函數(shù)在給定區(qū)間內(nèi)的零點(diǎn)問(wèn)題,但二次函數(shù)零點(diǎn)的求解又很復(fù)雜,此時(shí)一般要借助于韋達(dá)定理或極值的特性來(lái)對(duì)零點(diǎn)設(shè)而不求.1 已知實(shí)數(shù)a滿足a2,且函數(shù)f(x)ln x(a2)x恰有一個(gè)極小值m和極大值M,求mM的最大值(其中e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)). 由于f′(x)x(a2),x>0設(shè)正數(shù)x1,x2x2(a2)x10的兩個(gè)相異實(shí)根,即方程a2xx>0有兩個(gè)相異正根,不妨設(shè)x1<x2由于當(dāng)0<x<x1時(shí),f′(x)>0當(dāng)x1<x<x2時(shí),f′(x)<0當(dāng)x>x2時(shí),f′(x)>0,從而f(x)(0,x1)上單調(diào)遞增,在(x1,x2)上單調(diào)遞減,在(x2,+)上單調(diào)遞增,從而f(x)的極大值為Mf(x1),極小值為mf(x2),且x1x2a2,x1x21.(a2)222e,t>1,從而te,從而te.mMf(x2)f(x1)ln (a2)(x2x1)ln (x2x1)(x2x1)ln ln ln ln tt,te.g(t)ln tt,te.從而g′(t)<0從而g(t)[e,+)上單調(diào)遞減,mMg(t),te的最大值為g(e)1.訓(xùn)練1 已知函數(shù)f(x)xaln x,aR.若對(duì)任意的x[1,e],都有f(x)2e恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍(其中e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)). 由題意知只需f(x)min,f(x)max2ex[1,e].下面分f(x)單調(diào)和非單調(diào)進(jìn)行討論.顯然f(x)的定義域?yàn)?/span>(0,+),且f′(x)1x>0.若對(duì)任意的x[1,e]恒有f′(x)0時(shí),即a0時(shí),則f(x)[1,e]上單調(diào)遞增,故要使得f(x)2e,只需f(1)<f(e)2e,0ae.若對(duì)任意的x[1,e]恒有f′(x)0時(shí)(ax對(duì)任意的x[1e]恒成立),ae時(shí),則f(x)[1,e]上單調(diào)遞減,故要使得f(x)2e只需f(e)<f(1)2e,ae.e<a<0時(shí),f(x)(1,e)上存在唯一的零點(diǎn)x0,且當(dāng)1x<x0時(shí),f′(x)<0當(dāng)x0<xe時(shí),f′(x)>0f(x)[1,x0)上單調(diào)遞減,在(x0e]上單調(diào)遞增.要使得f(x)2e,則需考慮到x0滿足xax010從而f(x0).h(x),x(1e),h′(x)<0h(x)(1,e)上單調(diào)遞減,x0(1,e),從而f(x0)h(x0)>h(e).故使得不等式f(x)2e成立的實(shí)數(shù)a的范圍為e<a<0.綜合上述,滿足條件的實(shí)數(shù)a的范圍.類型二 導(dǎo)函數(shù)中非二次函數(shù)的隱零點(diǎn)問(wèn)題當(dāng)分析導(dǎo)函數(shù)的正負(fù)性時(shí),需要?dú)w結(jié)為分析某個(gè)非二次函數(shù)的零點(diǎn),我們處理問(wèn)題的方法相對(duì)就比較有限,其常用的方法為:確定零點(diǎn)存在的前提下,虛設(shè)零點(diǎn)并借助該形式化零點(diǎn)進(jìn)行單調(diào)性分析及后續(xù)處理,或借助其滿足的恒等式(即導(dǎo)數(shù)值為0),通過(guò)恒等代換將問(wèn)題進(jìn)行轉(zhuǎn)化.2 已知函數(shù)f(x),若f(x)>(0,+)上恒成立,求整數(shù)k的最大值. 由于f(x)>?(x1)f(x)>k.h(x)則由題意得,k<h(x)min,其中x>0.h′(x).g(x)=-ln(x1)x1,其中x>0.由于g′(x)=-1>0,g(x)(0,+)上為單調(diào)增函數(shù),又由于g(0)=-1<0,g(1)=-ln 2<0,g(2)=-ln 31<0,g(3)=-ln 42>0g(x)(0,+)上有且僅有一個(gè)零點(diǎn),設(shè)為x0,并且x0(2,3).由此當(dāng)x(0,x0)時(shí),g(x)<0,h′(x)<0;當(dāng)x(x0,+)時(shí),g(x)>0,h′(x)>0.h(x)(0x0)上單調(diào)遞減,在(x0,+)上單調(diào)遞增,從而h(x)的最小值為h(x0).考慮到x0(2,3)g(x)的零點(diǎn),ln(x01)x01,h(x)minh(x0)x01(3,4).k<h(x)minx01故滿足條件的整數(shù)k的最大值為3.3 x(ex2)(ln xkx)1恒成立,求實(shí)數(shù)k的取值范圍. x(ex2)(ln xkx)1恒成立,且x0,kex2恒成立,φ(x)ex2,φ′(x)ex.μ(x)=-ln xx2ex,μ′(x)=-(2xexx2ex)=-xex(2x)0(x0)μ(x)(0,+)上單調(diào)遞減.μ1e20,μ(1)=-e0由函數(shù)零點(diǎn)存在定理知,存在唯一零點(diǎn)x0,使μ(x0)0,即-ln x0xex0,兩邊取對(duì)數(shù)可得ln(ln x0)2ln x0x0ln(ln x0)(ln x0)x0ln x0,由函數(shù)yxln x為增函數(shù),可得x0=-ln x0.又當(dāng)0xx0時(shí),μ(x)0,φ′(x)0;當(dāng)xx0時(shí),μ(x)0,φ(x)0,φ(x)(0,x0)上單調(diào)遞增,在(x0,+)上單調(diào)遞減,φ(x)φ(x0)ex0221,kφ(x0)1,k的取值范圍為k1.4 (2022·濟(jì)寧模擬改編)已知函數(shù)f(x)ax2xln x(aRa0),若不等式f(x)0對(duì)任意x(0,+)恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍. 因?yàn)?/span>f′(x)2ax(ln x1)2axln x1,f″(x)2a當(dāng)a0時(shí),f(1)a0f(x)0恒成立矛盾,不合題意.當(dāng)a0時(shí),f″(x)0f′(x)(0,+)上單調(diào)遞減.因?yàn)?/span>f′(e1)2ae10,f′(e2a1)2a(e2a11)0,所以?x0(e2a1e1),使得f′(x0)2ax0ln x010a.所以,當(dāng)x(0,x0)時(shí),f′(x)0,f(x)單調(diào)遞增;當(dāng)x(x0,+)時(shí),f′(x)0,f(x)單調(diào)遞減.所以f(x)maxf(x0)axx0ln x0×xx0ln x00.因?yàn)?/span>x0(e2a1e1),所以ln x010.所以9(ln x0)20,即-3ln x0<-1,解得e3x0e1.因?yàn)?/span>a,所以設(shè)g(x),x[e3,e1)g′(x)0,所以g(x)[e3,e1)上單調(diào)遞增,所以g(e3)g(x)g(e1),即-e3g(x)0所以-e3a0.訓(xùn)練2 (2022·西安模擬改編)證明:函數(shù)f(x)exsin x,x(π,+)存在唯一極小值點(diǎn)x0,且-1f(x0)0.證明 因?yàn)?/span>f(x)exsin x,x(π,+),所以f′(x)excos x,f″(x)exsin x0恒成立,所以f′(x)單調(diào)遞增.fe0,feπcoseπ,因?yàn)?/span>(eπ)2eπe2,所以eπ,所以f0所以存在x0,使得f′(x0)0ex0cos x00,則在(π,x0)上,f′(x)0(x0,+)上,f′(x)0,所以f(x)(π,x0)上單調(diào)遞減,(x0,+)上單調(diào)遞增,f(x)存在唯一的極小值點(diǎn)x0.f(x0)ex0sin x0sin x0cos x0sin,x0,x0,所以f(x0)sin(1,0),f(x)存在唯一極小值點(diǎn)x0且-1f(x0)0.訓(xùn)練3 已知函數(shù)f(x)2xln(2x1).(1)f(x)x1處的切線方程;(2)求證:f(x)(2x1)e2x1(e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)).(1) 因?yàn)?/span>f(x)2xln(2x1)所以f′(x)2,f(1)2,f′(1)4所以曲線yf(x)x1處的切線方程為y24(x1),4xy20.(2)證明 令t2x1>0,要證f(x)(2x1)e2x1即證t1ln ttet,其中t>0,構(gòu)造函數(shù)g(t)tettln t1,g′(t)(t1)et(t1),t>0.φ(t)et,其中t>0,則φ′(t)et>0,所以函數(shù)φ(t)(0,+)上單調(diào)遞增.因?yàn)?/span>φ2<0,φ(1)e1>0所以存在t0,使得φ(t0)et00t0et01.當(dāng)0<t<t0時(shí),φ(t)<0g′(t)<0,此時(shí)函數(shù)g(t)單調(diào)遞減;當(dāng)t>t0時(shí),φ(t)>0,g′(t)>0,此時(shí)函數(shù)g(t)單調(diào)遞增.所以g(t)ming(t0)t0et0ln et0ln t01t0et0ln(t0et0)1110,故所證不等式成立.一、基本技能練1.已知函數(shù)f(x)(x1)exax的圖象在x0處的切線方程是xyb0.(1)a,b的值;(2)求證:函數(shù)f(x)有唯一的極值點(diǎn)x0,且f(x0)>.(1) 因?yàn)?/span>f′(x)xexaf′(0)=-1a1.又當(dāng)x0時(shí),f(x)=-1所以切線方程為y(1)=-1(x0),xy10,所以b1.(2)證明 令g(x)f′(x)xex1,g′(x)(x1)ex,所以當(dāng)x<1時(shí),g(x)單調(diào)遞減,且此時(shí)g(x)<0,則g(x)(,-1)內(nèi)無(wú)零點(diǎn);當(dāng)x1時(shí),g(x)單調(diào)遞增,g(1)<0g(1)e1>0,所以g(x)0有唯一解x0,f(x)有唯一的極值點(diǎn)x0.x0ex01?ex0,f(x0)x01g1<0,g(1)e1>0?<x0<1?2<x0<,所以f(x0)>.2.(2022·沈陽(yáng)郊聯(lián)體模擬)已知函數(shù)f(x)xexaxaln xa.(1)ae,判斷函數(shù)f(x)的單調(diào)性,并求出f(x)的最值;(2)若函數(shù)f(x)有兩個(gè)零點(diǎn),求實(shí)數(shù)a的取值范圍. (1)易知函數(shù)f(x)的定義域?yàn)?/span>(0,+).當(dāng)ae時(shí),f(x)xexexeln xe,f′(x)(x1)exe(x1)·,x>0.易知f′(x)(0,+)上單調(diào)遞增,且f′(1)0,所以當(dāng)x(01)時(shí),f′(x)<0;當(dāng)x(1,+)時(shí),f′(x)>0.所以f(x)(0,1)上單調(diào)遞減,在(1,+)上單調(diào)遞增.所以f(x)的最小值為f(1)eeeln 1ee,無(wú)最大值.(2)因?yàn)?/span>f(x)xexaxaln xa所以f′(x)(x1)exa(x1)·,x>0.當(dāng)a0時(shí),易知f′(x)>0(0,+)上恒成立,所以f(x)(0,+)上單調(diào)遞增,故此時(shí)函數(shù)f(x)至多有一個(gè)零點(diǎn),不符合題意.當(dāng)a>0時(shí),令g(x)exx>0,g(x)(0,+)上單調(diào)遞增,且當(dāng)x0時(shí),g(x),當(dāng)x時(shí),g(x),所以g(x)0(0,+)上有唯一的一個(gè)零點(diǎn).ex0,則該方程有且只有一個(gè)正根,記為x0(x0>0),則可得x(0,x0)(x0,+)f′(x)f(x)單調(diào)遞減單調(diào)遞增為了滿足f(x)有兩個(gè)零點(diǎn),則有f(x0)x0ex0ax0aln x0a<0.因?yàn)?/span>x0是方程ex0的解,所以x0ex0a,兩邊取對(duì)數(shù)可得ln x0x0ln a,②③代入可得f(x0)a(2ln a)<0,解得a>e2.所以實(shí)數(shù)a的取值范圍為(e2,+).當(dāng)a(e2,+)時(shí),由易知x0>1.f(1)eaae>0所以f(x)(1,x0)上有且只有一個(gè)零點(diǎn).當(dāng)a(e2,+)x時(shí),易知f(x),所以f(x)(x0,+)上有且只有一個(gè)零點(diǎn).綜上,實(shí)數(shù)a的取值范圍為(e2,+).3.(2022·青島模擬)已知函數(shù)f(x)(xa)ex(aR).(1)討論f(x)的單調(diào)性;(2)當(dāng)a2時(shí),設(shè)函數(shù)g(x)f(x)ln xxb,bZ,若g(x)0對(duì)任意的x恒成立,求b的最小值. (1)由題意,函數(shù)f(x)(xa)ex(aR),可得f′(x)(xa1)ex,當(dāng)x(,a1)時(shí),f′(x)<0;當(dāng)x(a1,+)時(shí),f′(x)>0,故函數(shù)f(x)(,a1)上單調(diào)遞減,在(a1,+)上單調(diào)遞增.(2)g(x)f(x)ln xxb(x2)exln xxb(bZ)因?yàn)?/span>g(x)0對(duì)任意的x恒成立,b(x2)exln xx對(duì)任意的x恒成立.令函數(shù)h(x)(x2)exln xx,h′(x)(x1)ex1(x1)因?yàn)?/span>x,所以x1<0.再令函數(shù)t(x)ex,可得t′(x)ex>0所以函數(shù)t(x)單調(diào)遞增.因?yàn)?/span>te2<0,t(1)e1>0,所以一定存在唯一的x0,使得t(x0)0,ex0,即x0=-ln x0,所以h(x)上單調(diào)遞增,在(x0,1)上單調(diào)遞減,所以h(x)maxh(x0)(x02)ex0ln x0x012(4,-3).因?yàn)?/span>bZ,所以b的最小值為-3.二、創(chuàng)新拓展練4.(2022·廣州二模節(jié)選)已知函數(shù)f(x)ln xx,g(x)x,且函數(shù)f(x)g(x)有相同的極值點(diǎn).(1)求實(shí)數(shù)a的值;(2)求證:f(x)g(x)<.(1) f(x)的定義域?yàn)?/span>(0,+)f′(x)1,f′(x)0x1,易知函數(shù)f(x)(0,1)上單調(diào)遞增,在(1,+)上單調(diào)遞減,故函數(shù)f(x)的極大值點(diǎn)為x1g′(x)1,依題意有g′(1)1a0解得a1,經(jīng)驗(yàn)證符合題意,故a1.(2)證明 所證不等式即為xln xex<cos x1x>0,下證:xln xex<x1即證xln xexx1<0.設(shè)h(x)xln xexx1,h′(x)ln x1ex1ln xex2,r(x)h′(x)ln xex2r′(x)ex(x>0),易知函數(shù)r′(x)(0,+)上單調(diào)遞減,r2>0,r′(1)1e<0,故存在唯一的x0,使得r′(x0)0ex0,ln x0=-x0且當(dāng)x(0,x0)時(shí),r′(x)>0,r(x)h′(x)單調(diào)遞增;當(dāng)x(x0,+)時(shí),r′(x)<0,r(x)h′(x)單調(diào)遞減,所以h′(x)maxh′(x0)ln x0ex02=-x02=-<0所以h(x)(0,+)上單調(diào)遞減.x0時(shí),h(x)0,故h(x)<0,xln xex<x1.再證:-x1<cos x1(x>0),即證cos xx>0(0,+)上恒成立,設(shè)m(x)cos xx,m′(x)=-sin x10,所以m(x)(0,+)上單調(diào)遞增,m(x)>m(0)1>0,cos xx>0故-x1<cos x1.綜上,xln xex<cos x1. 

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