
三角與導(dǎo)數(shù)壓軸是近年來比較熱門的題型之一,它為導(dǎo)數(shù)壓軸題目帶來了新的活力,既然如此,這個(gè)題型也一定有它獨(dú)到的地方,本文就詳細(xì)地梳理了我認(rèn)為它可能會(huì)被選擇作為壓軸的五大特色優(yōu)質(zhì)基因,它們分別是:
1.逐段討論. 三角函數(shù)的周期性和有界性導(dǎo)致了一些綜合問題中需要逐段討論,這樣的討論中對(duì)取點(diǎn),估計(jì),以及函數(shù)的性質(zhì)等考察力度均很大,對(duì)考生要求很高.
2.無窮零點(diǎn). 用一個(gè)正余弦函數(shù)去乘指對(duì)函數(shù),就會(huì)導(dǎo)致有無窮多個(gè)零點(diǎn)出現(xiàn),這是其他指對(duì)函數(shù)沒有的特性,我們甚至可進(jìn)一步討論這無窮個(gè)零點(diǎn)直接的關(guān)系.
3.震蕩上行,以為例,由于的有界性,若出現(xiàn)三角函數(shù)+增函數(shù)結(jié)構(gòu)時(shí),會(huì)出現(xiàn)震蕩上行,會(huì)出現(xiàn)存在實(shí)數(shù),使得當(dāng)時(shí),有能成立,這樣的命題形式,此時(shí),必要性分析是一個(gè)很重要的手段.
4.配合三角恒等式. 配合三角恒等式就可以做到更強(qiáng)的綜合性,需要考生有很強(qiáng)的觀察能力.
5.三角不等式與放縮.一些重要的三角不等式,例如,,以及均值不等式等等,在一些三角恒成立或者極值點(diǎn)偏移問題中會(huì)用到.
二.典例分析
特色1. 逐段討論
三角與導(dǎo)數(shù)綜合的零點(diǎn)個(gè)數(shù)問題的處理的關(guān)鍵就是零點(diǎn)存在唯一性定理,即弄清楚單調(diào)性和端點(diǎn)值.前者通過導(dǎo)數(shù)完成,這一塊要注意往往可能需要高階導(dǎo)數(shù),這是由三角函數(shù)求導(dǎo)的特征所決定的!后者要注意三角函數(shù)的有界性,往往過了某個(gè)范圍后,函數(shù)恒正或者恒負(fù),不再出現(xiàn)零點(diǎn),這就決定了分段討論,而分段的依據(jù)主要是由三角函數(shù)的取值象限來進(jìn)行,等.除此之外,有的區(qū)間上找點(diǎn)時(shí)注意不等式放縮,從而減少找點(diǎn)的難度!總結(jié)起來,有關(guān)三角函數(shù)的零點(diǎn)問題處理主要手段有:
分段處理;
討論好單調(diào)性與端點(diǎn)(特殊點(diǎn)),注意高階導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用,直到能清楚判斷所討論區(qū)間的單調(diào)性;
關(guān)注有關(guān)三角的不等式放縮,有時(shí)候可優(yōu)化解題,避免繁雜的找點(diǎn)過程!
;;.
例1.(2019全國(guó)1卷)已知函數(shù).
若為的導(dǎo)函數(shù),證明:在上存在唯一的極大值點(diǎn);
證明:有且僅有兩個(gè)零點(diǎn).
解答:(1)由題意知:定義域?yàn)椋呵遥?,,,,在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞減.
下面考慮端點(diǎn)值:因?yàn)椋?br>,使得. 當(dāng)時(shí),;時(shí),
即在上單調(diào)遞增;在上單調(diào)遞減,則為唯一的極大值點(diǎn). 即:在區(qū)間上存在唯一的極大值點(diǎn).
(2)由(1)知:,.下面分區(qū)間逐次討論:
①.當(dāng)時(shí),由(1)可知在上單調(diào)遞增,,在上單調(diào)遞減,又,為在上的唯一零點(diǎn).
②.當(dāng)時(shí),在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,又 ,在上單調(diào)遞增,此時(shí),不存在零點(diǎn).
又,使得,在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減.
考慮端點(diǎn)值:由于.在上恒成立,此時(shí)不存在零點(diǎn).
③.當(dāng)時(shí),單調(diào)遞減,單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞減
又,.即,又在上單調(diào)遞減.在上存在唯一零點(diǎn).
④.當(dāng)時(shí),,,,即在上不存在零點(diǎn). 綜上所述:有且僅有個(gè)零點(diǎn).
特色2. 無窮零點(diǎn)
例2(2019天津)已知函數(shù),為的導(dǎo)函數(shù).
求的單調(diào)區(qū)間;
當(dāng)時(shí),證明:;
設(shè)為函數(shù)在區(qū)間內(nèi)的零點(diǎn),其中,試證明:.
(3)首先我們需要把區(qū)間內(nèi)的零點(diǎn)搬到熟悉的區(qū)間上來,這一點(diǎn)可通過變換實(shí)現(xiàn),令,故,且.這樣我們就把題干轉(zhuǎn)化到第(2)問的條件下了.
下面我們來利用改寫題干條件,即證:.由于,故只需證①即可.由于,故證明①成立,只需等價(jià)于證明:②,結(jié)合的表達(dá)式可知,不等式②成立等價(jià)于③即可,看到這里,是不是發(fā)現(xiàn)跟第(2)問的神似之處!
另一方面,注意到以及第(2)問的結(jié)論,可得:④.
故欲使得③成立,只需使得.所以,只要能說明,整個(gè)題目就解決了!而這個(gè)步驟,就需要第(1)問,由于且滿足對(duì)于,,且在上減,故,證畢!
特色3.震蕩上行函數(shù)的拐點(diǎn)分析
例3.(2021武漢高三畢業(yè)班二診).已知函數(shù).
(1)當(dāng)時(shí),求曲線在點(diǎn)處的切線方程;
(2)若存在實(shí)數(shù),使得當(dāng)時(shí),有能成立,求的值.
解析:(1)時(shí),..
∴切線方程為:.整理得:.
(2).令,得..
(?。┊?dāng)時(shí),為上的減函數(shù),.
∴時(shí),,遞增.又此時(shí),故時(shí),,遞減.時(shí),,遞增.∴時(shí),,遞增.
由.故時(shí),.時(shí),.
此時(shí),存在使時(shí),,滿足條件.
(ⅱ)當(dāng)時(shí),,,遞增.
此時(shí),.故存在使得.當(dāng)時(shí),遞增.∴時(shí),,遞減.即時(shí),,不存在,使時(shí),.
(ⅲ)當(dāng)時(shí),,令,得.
∴時(shí),遞減,遞減.
即時(shí),,不存在,使時(shí),.
(ⅳ)當(dāng)時(shí),在遞減.遞減.故時(shí),,不存在,使時(shí),.綜上所述:.
特色四.三角導(dǎo)數(shù)與三角恒等式
例4.定義在上的函數(shù).
(1)當(dāng)時(shí),求曲線在點(diǎn)處的切線與兩坐標(biāo)軸所圍成的三角形的面積;
(2)將的所有極值點(diǎn)按照從小到大的順序排列構(gòu)成數(shù)列,若,求的值.
解析:(1)當(dāng)時(shí),,故.
曲線在點(diǎn)處的切線的斜率為,曲線在點(diǎn)處的切線方程為,令.所以切線與軸的交點(diǎn).此時(shí)所求三角形的面積為.
(2),當(dāng)時(shí),.
由函數(shù)在區(qū)間上遞增,且值域?yàn)?,故存在唯一,使?此時(shí)當(dāng)時(shí),單調(diào)遞減;當(dāng)時(shí),單調(diào)遞增,因此.同理,存在唯一,使得.
此時(shí)當(dāng)時(shí),單調(diào)遞增;當(dāng)時(shí),單調(diào)遞減,因此.由.
同理:.由,整理得:. 又,故,則有,由,故或.
又,當(dāng)時(shí),不滿足,舍去. 所以,即,則. 綜上所述,.
特色5.三角放縮
例7.設(shè),(e是自然對(duì)數(shù)的底數(shù)),則( )
A.B.
C.D.
解析:由于,故.
另一方面,由于,故.
再對(duì)也用帕德逼近故
,故.
例8(1)求證時(shí),;
(2)當(dāng)時(shí),,證明不等式恒成立.
解析:(1)證明:令,,
顯然對(duì)恒成立,故在上單調(diào)遞增,從而
,故在上單調(diào)遞增,從而
即時(shí),恒有成立.
(2)對(duì)于由(1)得①②,故對(duì),,要證,只要證
即證(*),當(dāng)時(shí),(*)顯然成立;當(dāng)時(shí),即證
.令,則,
時(shí)有,故在上單調(diào)遞增,所以
從而在上單調(diào)遞增,所以,即(*)成立.終上所述:
當(dāng)時(shí),,不等式恒成立.
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