
利用導(dǎo)數(shù)解決函數(shù)問題常與函數(shù)單調(diào)性的判斷有關(guān),而函數(shù)的單調(diào)性與其導(dǎo)函數(shù)的零點(diǎn)有著緊密的聯(lián)系,按導(dǎo)函數(shù)零點(diǎn)能否求精確解可以分為兩類:一類是數(shù)值上能精確求解的,稱之為“顯零點(diǎn)”;另一類是能夠判斷其存在但無法用顯性的代數(shù)表達(dá)的(f′(x)=0是超越形式),稱之為“隱零點(diǎn)”.對于隱零點(diǎn)問題,常常涉及靈活的代數(shù)變形、整體代換、構(gòu)造函數(shù)、不等式應(yīng)用等技巧.
用隱零點(diǎn)處理問題時,先證明函數(shù)f(x)在某區(qū)上單調(diào),然后用零點(diǎn)存在性定理說明只有一個零點(diǎn).此時設(shè)出零點(diǎn)x0,則f′(x)=0的根為x0,即有f′(x0)=0.注意確定x0的合適范圍,如果含參x0的范圍往往和參數(shù)a的范圍有關(guān).這時就可以把超越式用代數(shù)式表示,同時根據(jù)x0的范圍可進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆趴s.從而問題得以解決.基本解決思路是:形式上虛設(shè),運(yùn)算上代換,數(shù)值上估算.用隱零點(diǎn)可解決導(dǎo)數(shù)壓軸題中的不等式證明、恒成立能成立等問題.
隱零點(diǎn)問題求解三步曲
(1)用函數(shù)零點(diǎn)存在定理判定導(dǎo)函數(shù)零點(diǎn)的存在性,列出零點(diǎn)方程f′(x0)=0,并結(jié)合f′(x)的單調(diào)性得到零點(diǎn)的取值范圍.
(2)以零點(diǎn)為分界點(diǎn),說明導(dǎo)函數(shù)f′(x)的正負(fù),進(jìn)而得到f(x)的最值表達(dá)式.
(3)將零點(diǎn)方程適當(dāng)變形,整體代入最值式子進(jìn)行化簡證明,有時(1)中的零點(diǎn)范圍還可以適當(dāng)縮?。?br>注意:
確定隱性零點(diǎn)范圍的方式是多種多樣的,可以由零點(diǎn)的存在性定理確定,也可以由函數(shù)的圖象特征得到,甚至可以由題設(shè)直接得到等等.至于隱性零點(diǎn)的范圍精確到多少,由所求解問題決定,因此必要時盡可能縮小其范圍.進(jìn)行代數(shù)式的替換過程中,盡可能將目標(biāo)式變形為整式或分式,那么就需要盡可能將指、對數(shù)函數(shù)式用有理式替換,這是能否繼續(xù)深入的關(guān)鍵.最后值得說明的是,隱性零點(diǎn)代換實(shí)際上是一種明修棧道,暗渡陳倉的策略,也是數(shù)學(xué)中“設(shè)而不求”思想的體現(xiàn).
考點(diǎn)一 不等式證明中的“隱零點(diǎn)”
【例題選講】
[例1] (2015全國Ⅱ)設(shè)函數(shù)f(x)=e2x-alnx.
(1)討論f(x)的導(dǎo)函數(shù)f′(x)的零點(diǎn)的個數(shù);
(2)證明:當(dāng)a>0時,f(x)≥2a+alneq \f(2,a).
[例2] (2013全國Ⅱ)設(shè)函數(shù)f(x)=ex-ln(x+m).
(1)若x=0是f(x)的極值點(diǎn),求m的值,并討論f(x)的單調(diào)性;
(2)當(dāng)m≤2時,求證:f(x)>0.
[例3] 已知函數(shù)f(x)=xex-a(x+lnx).
(1)討論f(x)極值點(diǎn)的個數(shù);
(2)若x0是f(x)的一個極小值點(diǎn),且f(x0)>0,證明:f(x0)>2(x0-xeq \\al(3,0)).
[例4] 已知函數(shù)f(x)=aex+sinx+x,x∈[0,π].
(1)證明:當(dāng)a=-1時,函數(shù)f(x)有唯一的極大值點(diǎn);
(2)當(dāng)-22.
4.已知函數(shù)f(x)=eq \f(a,x)+bxlnx,其中a,b∈R.
(1)若函數(shù)f(x)在點(diǎn)(e,f(e))處的切線方程為y=x+e,求a,b的值;
(2)當(dāng)b>1時,f(x)≥1對任意x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,2),2))恒成立,證明:a>eq \f(\r(e)+1,2e).
5.已知函數(shù)f(x)=ex+a-lnx(其中e=2.718 28…,是自然對數(shù)的底數(shù)).
(1)當(dāng)a=0時,求函數(shù)f(x)的圖象在(1,f(1))處的切線方程;
(2)求證:當(dāng)a>1-eq \f(1,e)時,f(x)>e+1.
考點(diǎn)二 不等式恒成立與存在性中的“隱零點(diǎn)”
【例題選講】
[例1] 已知函數(shù)f(x)=ax+xlnx(a∈R).
(1)若函數(shù)f(x)在區(qū)間[e,+∞)上為增函數(shù),求a的取值范圍;
(2)當(dāng)a=1且k∈Z時,不等式k(x-1)0.
(1)設(shè)g(x)是f(x)的導(dǎo)函數(shù),討論g(x)的單調(diào)性;
(2)證明:存在a∈(0,1),使得f(x)≥0在區(qū)間(1,+∞)內(nèi)恒成立,且f(x)=0在區(qū)間(1,+∞)內(nèi)有唯一解.
【對點(diǎn)訓(xùn)練】
1.已知函數(shù)feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x))=xlnx.
(1)求曲線y=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x))在點(diǎn)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(e,f\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(e))))處的切線方程;
(2)若當(dāng)x>1時,feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x))+x>keq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-1))恒成立,求正整數(shù)k的最大值.
2.(2012全國Ⅱ)設(shè)函數(shù)f(x)=ex-ax-2.
(1)求f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)若a=1,k為整數(shù),且當(dāng)x>0時,(x-k)f′(x)+x+1>0,求k的最大值.
3.已知函數(shù)f(x)=(x-a)ex(a∈R).
(1)討論f(x)的單調(diào)性;
(2)當(dāng)a=2時,設(shè)函數(shù)g(x)=f(x)+lnx-x-b,b∈Z,若g(x)≤0對任意的x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3),1))恒成立,求b的最小值.
4.已知函數(shù)f(x)=x-lnx-eq \f(ex,x).
(1)求f(x)的最大值;
(2)若f(x)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(1,x)))ex-bx≥1恒成立,求實(shí)數(shù)b的取值范圍.
5.設(shè)函數(shù)f(x)=ex+ax,a∈R.
(1)若f(x)有兩個零點(diǎn),求a的取值范圍;
(2)若對任意的x∈[0,+∞)均有2f(x)+3≥x2+a2,求a的取值范圍.
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