
易錯點一:忽略切點所在位置及求導簡化形式(導數(shù)的概念及應(yīng)用)
一、導數(shù)的概念和幾何性質(zhì)
1.概念函數(shù)在處瞬時變化率是,我們稱它為函數(shù)在處的導數(shù),記作或.
詮釋:①增量可以是正數(shù),也可以是負,但是不可以等于0.的意義:與0之間距離要多近有多近,即可以小于給定的任意小的正數(shù);
②當時,在變化中都趨于0,但它們的比值卻趨于一個確定的常數(shù),即存在一個常數(shù)與無限接近;
③導數(shù)的本質(zhì)就是函數(shù)的平均變化率在某點處的極限,即瞬時變化率.如瞬時速度即是位移在這一時刻的瞬間變化率,即.
2.幾何意義函數(shù)在處的導數(shù)的幾何意義即為函數(shù)在點處的切線的斜率.
3.物理意義函數(shù)在點處的導數(shù)是物體在時刻的瞬時速度,即;在點的導數(shù)是物體在時刻的瞬時加速度,即.
二、導數(shù)的運算
1.求導的基本公式
2.導數(shù)的四則運算法則
(1)函數(shù)和差求導法則:;
(2)函數(shù)積的求導法則:;
(3)函數(shù)商的求導法則:,則.
3.復合函數(shù)求導數(shù)
復合函數(shù)的導數(shù)和函數(shù),的導數(shù)間關(guān)系為:
應(yīng)用1.在點的切線方程
切線方程的計算:函數(shù)在點處的切線方程為,抓住關(guān)鍵.
應(yīng)用2.過點的切線方程
設(shè)切點為,則斜率,過切點的切線方程為:,又因為切線方程過點,所以然后解出的值.(有幾個值,就有幾條切線)
注意:在做此類題目時要分清題目提供的點在曲線上還是在曲線外.
易錯提醒:1.求函數(shù)導數(shù)的總原則:先化簡解析式,再求導.注意以下幾點:
連乘形式則先展開化為多項式形式,再求導;三角形式,先利用三角函數(shù)公式轉(zhuǎn)化為和或差的形式,再求導;分式形式,先化為整式函數(shù)或較為簡單的分式函數(shù),再求導;復合函數(shù),先確定復合關(guān)系,由外向內(nèi)逐層求導,必要時可換元
2.利用導數(shù)研究曲線的切線問題,一定要熟練掌握以下三點:
(1)函數(shù)在切點處的導數(shù)值是切線的斜率,即已知切點坐標可求切線斜率,已知斜率可求切點坐標.
(2)切點既在曲線上,又在切線上,切線還有可能和曲線有其它的公共點.
(3)曲線“在”點處的切線與“過”點的切線的區(qū)別:曲線在點處的切線是指點P為切點,若切線斜率存在,切線斜率為,是唯一的一條切線;曲線過點的切線,是指切線經(jīng)過點P,點P可以是切點,也可以不是切點,而且這樣的直線可能有多條.
3.利用導數(shù)的幾何意義求參數(shù)的基本方法
利用切點的坐標、切線的斜率、切線的方程等得到關(guān)于參數(shù)的方程(組)或者參數(shù)滿足的不等式(組),進而求出參數(shù)的值或取值范圍.
4.求解與導數(shù)的幾何意義有關(guān)問題時應(yīng)注意的兩點
(1)注意曲線上橫坐標的取值范圍;
(2)謹記切點既在切線上又在曲線上.
例 .已知函數(shù).
(1)當時,求曲線在處的切線方程;
(2)若,都有,求的取值范圍.
【詳解】(1)解:當時,,
因為,
所以,曲線在處的切線方程是,即.
(2)因為,都有,所以.
設(shè),則.
記,設(shè),則,
當時,,當時,,
所以在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,
所以,
所以,所以在上單調(diào)遞減.
因為,當時,,當時,,
所以在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,
所以,所以,.
變式1.已知函數(shù).
(1)當時,求曲線在處的切線方程;
(2)若有兩個不等的實根,求實數(shù)的取值范圍.
【詳解】(1)當時,,
所以曲線在處的切線方程為,即.
(2)顯然,要使方程有兩個不等的實根,
只需當時,有且僅有一個實根,
當時,由方程,得.
令,則直線與的圖象有且僅有一個交點..
又當時,單調(diào)遞減,
當時,單調(diào)遞減,當時,單調(diào)遞增,
所以當時,取得極小值,
又當時,,所以,即,
當時,,即,
所以作出的大致圖象如圖所示.
由圖象,知要使直線與的圖象有且僅有一個交點,
只需或.
綜上,若有兩個不等的實根,則的取值范圍為.
變式2.已知函數(shù).
(1)當時,求過原點且與的圖象相切的直線方程;
(2)若有兩個不同的零點,不等式恒成立,求實數(shù)的取值范圍.
【詳解】(1)易知的定義域為,
設(shè)切點坐標,則切線方程為:,
把點帶入切線得:,所以,的切線方程為:;
(2),
又有兩個不同零點,
則 有兩個不同零點,
構(gòu)造函數(shù),
則為增函數(shù),且,
即方程有兩個不等實根,
令,則, 則,
設(shè),
方法一、原不等式恒成立等價于恒成立,
令,
由單調(diào)遞增,即,
若單調(diào)遞增,即恒成立,此時符合題意;
若有解,此時有時,單調(diào)遞減,則,不符合題意;綜上所述:的取值范圍為.
方法二、,
設(shè),在恒成立,
在單調(diào)遞增,,則在單調(diào)遞增,所以,
,
所以的取值范圍為.
變式3.已知函數(shù).
(1)求曲線在處的切線方程;
(2)若對,恒成立.求實數(shù)的取值范圍.
【詳解】(1)解:,
所求切線斜率為,切點為,
故所求切線方程為,即.
(2)方法一:分離變量
由得在恒成立,令,則,
, 當時,,即: ,
當時,;當時,,
故在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,
故當時,取最大值為 ,故,即的取值范圍是.
方法二:分類討論
由得在恒成立,
令,則,
①當時,恒成立,在上單調(diào)遞減,
又,故當時,,不合題意;
②當時,令得,
令得,令得,
故在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
故當時,取最小值 ,
故,即的取值范圍是,綜上所述,的取值范圍是.
方法三:數(shù)形結(jié)合
由得在恒成立,
令,,則當時,恒成立,
,,
若,當時,,,,不合題意;
若,,
曲線與曲線有且只有一個公共點,且在該公共點處的切線相同.
設(shè)切點坐標為,
則,解得,
故當時,,即的取值范圍是.
1.已知函數(shù)與的圖象關(guān)于直線對稱,直線與的圖象均相切,則的傾斜角為( )
A.B.C.D.
【答案】B
【分析】根據(jù)與的圖象關(guān)于直線對稱,得到,設(shè)直線與函數(shù)的圖象的切點坐標為,與函數(shù)的圖象的切點坐標為,由斜率相等得到,然后再利用斜率和傾斜角的關(guān)系求解.
【詳解】解:因為函數(shù)與的圖象關(guān)于直線對稱,
所以與互為反函數(shù),所以,
則.由,得,
設(shè)直線與函數(shù)的圖象的切點坐標為,
與函數(shù)的圖象的切點坐標為,
則直線的斜率,故,
顯然,故,
所以直線的傾斜角為,
故選:B.
2.若曲線存在與直線垂直的切線,則k的取值范圍是( )
A.B.
C.D.
【答案】D
【分析】對求導后根據(jù)題意可得在上有解. 令,求導判斷單調(diào)性求得值域,從而可得不等式,求解即可.
【詳解】對求導得,
當時,曲線不存在與直線垂直的切線,
當時,若曲線存在與直線垂直的切線,
只需在上有解.
令,求導得,
所以當時,,當時,,
所以在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
則,且當時,,
所以,解得,
所以k的取值范圍是.
故選:D.
3.過點作曲線的切線有且只有兩條,切點分別為,,則( )
A.B.1C.D.
【答案】A
【分析】設(shè)切點坐標為,根據(jù)導數(shù)的幾何意義列式可得,再根據(jù)韋達定理即可得答案.
【詳解】由題意得,
過點作曲線的切線,設(shè)切點坐標為,
則,即,
由于,故,
因為過點作曲線的切線有且只有兩條,
所以為的兩個解,且,
所以,
所以.
故選:A.
4.曲線在點處的切線在y軸上的截距的取值范圍為( )
A.B.C.D.
【答案】B
【分析】根據(jù)導數(shù)的幾何意義得到切線方程,即可得到縱截距,然后構(gòu)造函數(shù),求導,根據(jù)單調(diào)性求值域即可.
【詳解】因為,所以所求切線方程為,
令,則,
令,則.
所以當時,,此時單調(diào)遞減,
當時,,此時單調(diào)遞增,
所以.
因為,,所以該切線在y軸上的截距的取值范圍為.
故選:B.
5.已知函數(shù),則( )
A.函數(shù)在處的切線方程為B.函數(shù)有兩個零點
C.函數(shù)的極大值點在區(qū)間內(nèi)D.函數(shù)在上單調(diào)遞減
【答案】ACD
【分析】利用導函數(shù)求出在處的切線斜率,從而求切線方程,即可判斷選項A;令,由單調(diào)性和極值可判斷選項C、D;由零點存在定理可判斷選項B.
【詳解】由得,所以,又,
所以函數(shù)在處的切線方程為,即,所以A正確;
令,顯然在上單調(diào)遞減,且,,
所以存在使得,即,則在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,
所以在處有極大值,極大值點,所以C正確;
因為,所以函數(shù)在上單調(diào)遞減,所以D正確
因為,函數(shù)在上單調(diào)遞增,所以在上,函數(shù)有一個零點,
因為,所以當時,,所以函數(shù)在上無零點,所以函數(shù)只有一個零點,所以B錯誤.
故選:ACD
6.已知直線l與曲線相切,則下列直線中可能與l平行的是( )
A.B.C.D.
【答案】ACD
【分析】根據(jù)導數(shù)的幾何意義和平行關(guān)系的斜率關(guān)系對選項一一分析即可.
【詳解】,,則,當且僅當即等號成立,
根據(jù)導數(shù)的幾何意義知,切線的斜率,因為切線與直線l平行,所以l的斜率,
選項A中直線的斜率為,符合題意;
選項B中直線的斜率為,不符合題意;
選項C中直線的斜率為,符合題意;
選項D中直線的斜率為,符合題意;
故選:ACD.
7.已知函數(shù),則( )
A.的圖象關(guān)于原點中心對稱
B.在區(qū)間上的最小值為
C.過點有且僅有1條直線與曲線相切
D.若過點存在3條直線與曲線相切,則實數(shù)的取值范圍是
【答案】AD
【分析】根據(jù)奇函數(shù)的定義即可判斷A,求導得函數(shù)的單調(diào)性,即可求解函數(shù)的最值,進而判斷B,求解切點處的切線方程,將經(jīng)過的點代入,利用方程的根即可判斷DC.
【詳解】的定義域為,且,
所以為奇函數(shù),故圖象關(guān)于原點對稱,故A正確,
,令得或,
故在單調(diào)遞增,在單調(diào)遞減,
故在區(qū)間單調(diào)遞增,在單調(diào)遞減,在單調(diào)遞增,
又,最小值為,故B錯誤,
設(shè)切點為,則切點處切線方程為,
若切線經(jīng)過,則將代入可得,
所以或,故經(jīng)過會有兩條切線,C錯誤,
若切線經(jīng)過,則將代入得,
令,
則當因此在單調(diào)遞增,在和單調(diào)遞減,
作出的圖象如下:,
要使過點存在3條直線與曲線相切,則直線過點與的圖象有三個不同的交點,
故,D正確,
故選:AD
8.已知函數(shù).
(1)若,求曲線在點處的切線;
(2)討論的單調(diào)性;
(3)當時,若對任意實數(shù),恒成立,求的取值范圍.
【答案】(1)(2)答案見解析(3)
【分析】(1)代入函數(shù)解析式,利用導數(shù)的幾何意義求曲線在點處的切線;
(2)利用導數(shù),對分類討論,求的單調(diào)區(qū)間;
(3)由恒成立,結(jié)合函數(shù)的極值,求的取值范圍.
【詳解】(1)時,函數(shù),則,切點坐標為,
,則曲線在點處的切線斜率為,
所求切線方程為,即.
(2),函數(shù)定義域為R,
①,解得或,解得,
所以在和上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,
②,解得或,解得,
所以在和上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,
③,恒成立,在上單調(diào)遞增.
(3)當時,由(2)可知為在上的極小值,也是最小值.
于是,所以
當且時,
由于函數(shù)的圖像拋物線開口向上,對稱軸大于0,
因此,此時,符合題意.
所以的取值范圍為.
9.已知函數(shù),且,.
(1)當時,求曲線在點處的切線方程;
(2)設(shè),,,討論函數(shù)的零點個數(shù).
【答案】(1)(2)答案見解析
【分析】(1)根據(jù)題意,由導數(shù)的幾何意義,結(jié)合直線方程的求法,即可得到結(jié)果;
(2)根據(jù)題意,由條件可得,然后化簡,換元,求導,由函數(shù)的值域,即可判斷零點個數(shù).
【詳解】(1)當時,定義域為R,,
所以,又,
所以曲線在點處的切線方程為.
(2)由,得,得,
所以,,
于是,,
由,得.
當時,,與題意不符,所以.
對兩端同時取自然對數(shù),得,得.設(shè),則,設(shè),
則,令,得,所以當時,,在上單調(diào)遞增,當時,,在上單調(diào)遞減,
且當時,,,當時,,
所以當或,即當或時,函數(shù)有一個零點;
當,即或時,函數(shù)有兩個零點.
綜上,當或時,函數(shù)有一個零點;
當或時,函數(shù)有兩個零點.
10.已知函數(shù).
(1)當時,求曲線在點處的切線方程;
(2)當時,若關(guān)于x的不等式恒成立,求實數(shù)a的取值范圍.
【答案】(1)(2)
【分析】(1)求得,求得,,結(jié)合導數(shù)的幾何意義,即可求解;
(2)根據(jù)題意,把不等式轉(zhuǎn)化為,設(shè),求得,轉(zhuǎn)化為存在唯一的,使,求得,得到,設(shè),利用導數(shù)求得函數(shù)的單調(diào)性,再設(shè),求得在上單調(diào)遞增,進而求得的取值范圍.
【詳解】(1)解:當時,,可得,
則,,即切線的斜率為,
所以切線方程為,即.
(2)解:由題意,函數(shù)的定義域為,,
即,
設(shè),則,
因為,所以在上為增函數(shù),當時,,
當時,,所以存在唯一的,使,
且當時,,當時,.
由,得,則,
所以
因為,所以.
設(shè),可得,
所以在區(qū)間上為減函數(shù),
又由,所以,
又因為,設(shè),則,
可知在上單調(diào)遞增,則,即實數(shù)a的取值范圍是.
11.已知,函數(shù),.
(1)當時,若斜率為0的直線l是的一條切線,求切點的坐標;
(2)若與有相同的最小值,求實數(shù)a.
【答案】(1)(2)1
【分析】(1)由得切點的橫坐標,再代入計算出縱坐標即得切點坐標;
(2)首先由導數(shù)求得與的最小值,由兩最小值相等求,為此方程變形后引入新函數(shù),利用導數(shù)確定單調(diào)性得出零點.
【詳解】(1)由題意,,由得,此時,
所以切點為;
(2),時,,在上是增函數(shù),無最小值,所以,
,
時,,遞減,時,,遞增,
所以有唯一的極小值也是最小值,
,,
,,遞減,時,,遞增,
所以有唯一的極小值也是最小值為,
由題意,,
設(shè),則,
設(shè),則,
時,,遞增,時,,遞減,
所以,所以,即,是減函數(shù),
又,因此是的唯一零點,
所以由得.
易錯點二:轉(zhuǎn)化為恒成立后參變分離變號的前提條件(利用導數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性)
1.求可導函數(shù)單調(diào)區(qū)間的一般步驟
第一步:確定函數(shù)的定義域;
第二步:求,令,解此方程,求出它在定義域內(nèi)的一切實數(shù);
第三步:把函數(shù)的間斷點(即的無定義點)的橫坐標和的各實根按由小到大的順序排列起來,然后用這些點把函數(shù)的定義域分成若干個小區(qū)間;
第四步:確定在各小區(qū)間內(nèi)的符號,根據(jù)的符號判斷函數(shù)在每個相應(yīng)小區(qū)間內(nèi)的增減性.
注意①使的離散點不影響函數(shù)的單調(diào)性,即當在某個區(qū)間內(nèi)離散點處為零,在其余點處均為正(或負)時,在這個區(qū)間上仍舊是單調(diào)遞增(或遞減)的.例如,在上,,當時,;當時,,而顯然在上是單調(diào)遞增函數(shù).
②若函數(shù)在區(qū)間上單調(diào)遞增,則(不恒為0),反之不成立.因為,即或,當時,函數(shù)在區(qū)間上單調(diào)遞增.當時,在這個區(qū)間為常值函數(shù);同理,若函數(shù)在區(qū)間上單調(diào)遞減,則(不恒為0),反之不成立.這說明在一個區(qū)間上函數(shù)的導數(shù)大于零,是這個函數(shù)在該區(qū)間上單調(diào)遞增的充分不必要條件.于是有如下結(jié)論:
單調(diào)遞增;單調(diào)遞增;
單調(diào)遞減;單調(diào)遞減.
技巧:1.利用導數(shù)比較大小或解不等式的常用技巧
利用題目條件,構(gòu)造輔助函數(shù),把比較大小或求解不等式的問題轉(zhuǎn)化為先利用導數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性問題,再由單調(diào)性比較大小或解不等式.
2.利用函數(shù)的單調(diào)性求參數(shù)的取值范圍的解題思路
第一步:由函數(shù)在區(qū)間上單調(diào)遞增(減)可知 ()在區(qū)間上恒成立列出不等式;
第二步:利用分離參數(shù)法或函數(shù)的性質(zhì)求解恒成立問題;
第三步:對等號單獨檢驗,檢驗參數(shù)的取值能否使在整個區(qū)間恒等于0,若恒等于0,則參數(shù)的這個值應(yīng)舍去;若只有在個別點處有,則參數(shù)可取這個值.
易錯提醒:一:研究單調(diào)性問題
1.函數(shù)的單調(diào)性
函數(shù)單調(diào)性的判定方法:設(shè)函數(shù)在某個區(qū)間內(nèi)可導,如果,則為增函數(shù);如果,則為減函數(shù).
2.已知函數(shù)的單調(diào)性問題
= 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①若在某個區(qū)間上單調(diào)遞增,則在該區(qū)間上有恒成立(但不恒等于0);反之,要滿足,才能得出在某個區(qū)間上單調(diào)遞增;
= 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②若在某個區(qū)間上單調(diào)遞減,則在該區(qū)間上有恒成立(但不恒等于0);反之,要滿足,才能得出在某個區(qū)間上單調(diào)遞減.
二:討論單調(diào)區(qū)間問題
類型一:不含參數(shù)單調(diào)性討論
(1)求導化簡定義域(化簡應(yīng)先通分,盡可能因式分解;定義域需要注意是否是連續(xù)的區(qū)間);
(2)變號保留定號去(變號部分:導函數(shù)中未知正負,需要單獨討論的部分.定號部分:已知恒正或恒負,無需單獨討論的部分);
(3)求根做圖得結(jié)論(如能直接求出導函數(shù)等于0的根,并能做出導函數(shù)與x軸位置關(guān)系圖,則導函數(shù)正負區(qū)間段已知,可直接得出結(jié)論);
(4)未得結(jié)論斷正負(若不能通過第三步直接得出結(jié)論,則先觀察導函數(shù)整體的正負);
(5)正負未知看零點(若導函數(shù)正負難判斷,則觀察導函數(shù)零點);
(6)一階復雜求二階(找到零點后仍難確定正負區(qū)間段,或一階導函數(shù)無法觀察出零點,則求二階導);
求二階導往往需要構(gòu)造新函數(shù),令一階導函數(shù)或一階導函數(shù)中變號部分為新函數(shù),對新函數(shù)再求導.
(7)借助二階定區(qū)間(通過二階導正負判斷一階導函數(shù)的單調(diào)性,進而判斷一階導函數(shù)正負區(qū)間段);
類型二:含參數(shù)單調(diào)性討論
(1)求導化簡定義域(化簡應(yīng)先通分,然后能因式分解要進行因式分解,定義域需要注意是否是一個連續(xù)的區(qū)間);
(2)變號保留定號去(變號部分:導函數(shù)中未知正負,需要單獨討論的部分.定號部分:已知恒正或恒負,無需單獨討論的部分);
(3)恒正恒負先討論(變號部分因為參數(shù)的取值恒正恒負);然后再求有效根;
(4)根的分布來定參(此處需要從兩方面考慮:根是否在定義域內(nèi)和多根之間的大小關(guān)系);
(5)導數(shù)圖像定區(qū)間。
例 .已知函數(shù)為函數(shù)的導函數(shù).
(1)若,討論在上的單調(diào)性;
(2)若函數(shù),且在內(nèi)有唯一的極大值,求實數(shù)的取值范圍.
【詳解】(1)因為,所以,
設(shè),
則.
當時,,當時,.
當時,令,則.
當時,,則即單調(diào)遞增;
當時,,則即單調(diào)遞減;
當時,,則即單調(diào)遞增.
綜上,在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減.
(2)由(1)知,
,
.
(i)當時,在內(nèi),恒成立,
當時,令,得,
當時,單調(diào)遞減,
當時,單調(diào)遞增,
當時,在內(nèi)有唯一的極小值點,不存在極大值,不符合題意.
(ⅱ)當時,令,得,
當時,;當時,.
①當,即時,若,即,
則當時,單調(diào)遞增,
當時,單調(diào)遞減,
故在處取得內(nèi)的唯一極大值,符合題意.
若,即,則當時,單調(diào)遞減,
當時,單調(diào)遞增,當時,單調(diào)遞減,
故在處取得內(nèi)的唯一極大值,符合題意.
②當,即時,
若,則單調(diào)遞減,若,則單調(diào)遞減,
故在內(nèi)無極值,不符合題意.
③當,即時,在內(nèi)單調(diào)遞減,
在內(nèi)單調(diào)遞增,在內(nèi)單調(diào)遞減,
故在處取得內(nèi)的唯一極大值,符合題意.
④當,即時,在內(nèi)單調(diào)遞減,在內(nèi)單調(diào)遞增,
故在處取得內(nèi)的唯一極小值,不存在極大值,不符合題意.
綜上,實數(shù)的取值范圍是.
變式1.已知函數(shù).
(1)若,判斷函數(shù)的單調(diào)性.
(2)若有兩個不同的極值點(),求證:.
【詳解】(1)解:當時,,
所以,
設(shè),則,
當時,,單調(diào)遞增;
當時,,單調(diào)遞減,
所以,所以恒成立,
即,所以在上單調(diào)遞減.
(2)解:因為,所以,
因為有兩個不同的極值點,
所以有兩個不同的實根,
設(shè),則,
設(shè),可得,
所以在上是減函數(shù),且,
所以當時,,單調(diào)遞增;
當時,,單調(diào)遞減,所以,
由,
設(shè),則,
所以在上是增函數(shù),所以,
所以,即,
因為,所以,
因為,,在上是增函數(shù),所以,
所以,可得,所以.
變式2.已知函數(shù).
(1)求的單調(diào)區(qū)間;
(2)若,求的取值范圍.
【詳解】(1).
由題可知:,當時,令,解得,
當,,單調(diào)遞減,當,,單調(diào)遞增;.當時,令,解得,所以當,,單調(diào)遞減,當,,單調(diào)遞增;
綜上,當時,單調(diào)遞減區(qū)間為,單調(diào)遞增區(qū)間為;
當時,單調(diào)遞減區(qū)間為,單調(diào)遞增區(qū)間為.
(2)原不等式為,即.
因為,所以.
令,則其在區(qū)間上單調(diào)遞增,
取,則;取,則,所以存在唯一使得,令,則.
當時,,單調(diào)遞減;當時,,單調(diào)遞增;
所以,即,.
故.故,
所以.
當且僅當即時,等號成立,故,解得或,
即的取值范圍為.
變式3.設(shè)函數(shù).
(1)求的單調(diào)區(qū)間;
(2)若正數(shù),滿足,證明:.
【詳解】(1)的定義域是,.
令,解得;令,解得或.
所以在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)增.
(2)證明:因為,所以.
設(shè),定義域為,則,
當時,.單調(diào)遞增;當時,,單調(diào)遞減.
因此,所以對任意的恒成立.
令,有
,當且僅當時,等號成立.
因此,即,解得,即.
1.若方程在上有實根,則a的取值范圍是( )
A.B.C.D.
【答案】C
【分析】根據(jù)題意,化簡得到,設(shè),得到,求得,得到為增函數(shù),轉(zhuǎn)化為方程在上有實根,設(shè),利用導數(shù)求得函數(shù)的單調(diào)性,結(jié)合,進而求得的范圍.
【詳解】由,可得,即,
因為,可得,所以,其中,
設(shè),則,
又因為,所以在上為增函數(shù),
所以,即,
所以問題轉(zhuǎn)化為方程在上有實根,
設(shè)(),則,所以在上是減函數(shù),
所以,解得.
故選:C.
2.已知函數(shù),則不等式成立的x的取值范圍是( )
A.B.C.D.
【答案】D
【分析】先判斷的對稱性,然后利用導數(shù)討論其單調(diào)性,結(jié)合對稱性即可求解,注意最后的范圍要考慮定義域..
【詳解】由得的定義域為,
因為
,,所以,所以的圖象關(guān)于對稱.
記,
當時,由復合函數(shù)單調(diào)性易知單調(diào)遞增,
記,則,
記,則,
所以在上單調(diào)遞增,所以,所以,所以在上單調(diào)遞增,所以在上單調(diào)遞增,
綜上,在上單調(diào)遞增,圖象關(guān)于對稱,
由此可知,要使,必有,兩邊平方整理得,解得,
又,得或,
所以的解集為.
故選:D.
3.設(shè)函數(shù)是奇函數(shù)的導函數(shù),,當時,,則不等式的解集為( )
A.B.
C.D.
【答案】B
【分析】觀察,可考慮構(gòu)造函數(shù),求得的奇偶性,再由時,的單調(diào)性確定整個增減性,由與的正負反推正負即可求解.
【詳解】設(shè),則,∵當時,,
∴當時,,即在上單調(diào)遞減.
由于是奇函數(shù),所以,是偶函數(shù),
所以在上單調(diào)遞增.
又,
當或時,;
當或時,,
所以當或時,.
即不等式的解集為.
故選:B.
4.已知函數(shù)及其導函數(shù)的定義域均為,且為偶函數(shù),,,則不等式的解集為( )
A.B.C.D.
【答案】D
【分析】構(gòu)建,求導,利用導數(shù)判斷原函數(shù)單調(diào)性,結(jié)合單調(diào)性解不等式.
【詳解】令,則,
因為,則,且,
可知,且僅當時,則在上單調(diào)遞增,
又因為為偶函數(shù),,
可得
令,可得,
注意到,
不等式,等價于,
可得,解得,
所以不等式的解集為.
故選:D.
5.定義在上的函數(shù)的導函數(shù)為,且恒成立,則下列結(jié)論正確的有( )
A. B.
C. D.
【答案】AC
【分析】構(gòu)造函數(shù),利用導數(shù)得出其單調(diào)性,然后由單調(diào)性比較大小,從而判斷各選項.
【詳解】令,則.
∵在上恒成立,∴,
故在單調(diào)遞增.由,得,即,故A正確;
由,得,即,故B錯誤;
由,得,即,故C正確;
由得,即,故D錯誤.
故選:AC.
6.已知是定義域為的函數(shù)的導函數(shù),,,,,則下列說法正確的是( )
A.
B.(為自然對數(shù)的底數(shù),)
C.存在,
D.若,則
【答案】ABD
【分析】由原函數(shù)和導函數(shù)的對稱性判斷A;令,結(jié)合題設(shè)條件判斷其單調(diào)性后可判斷B,C,D.
【詳解】因為是定義域為的函數(shù)的導函數(shù),所以是定義域為的可導函數(shù),
因為,所以的圖像關(guān)于點對稱,
所以,而,故,
所以的圖像關(guān)于對稱,
因為,故時,,
所以,設(shè),
故時,,故在上為增函數(shù),
同理在上為減函數(shù),
對于A,因為,故,故A正確;
對于B,,故,故B正確;
對于C,當時,;
當時,,而時,,
故恒成立,故C錯誤;
對于D,當時,單調(diào)遞減,
,, 所以,
故時,,而,故,故D正確;
故選:ABD
7.設(shè),若,,,下列說法正確的是( )
A.B.無極值點
C.的對稱中心是D.
【答案】BCD
【分析】根據(jù)題意,建立三元方程組,結(jié)合函數(shù)解析式,利用代入法,求導研究單調(diào)性、函數(shù)對稱性判斷、倒序相加法,可得答案.
【詳解】由題意可得,解得,
則,
對于A,,故A錯誤;
對于B,,則函數(shù)在上單調(diào)遞增,故B正確;
對于C,由,故C正確;
對于D,由,
則與關(guān)于對稱,
所以,
設(shè),
,兩式相加可得:
,解得,故D正確.
故選:BCD.
8.已知函數(shù),則下列說法正確的是( )
A.當時,
B.當時,
C.若是增函數(shù),則
D.若和的零點總數(shù)大于2,則這些零點之和大于5
【答案】ABD
【分析】直接代入即可判斷A,令,利用導數(shù)說明函數(shù)的單調(diào)性,即可判斷B,由在上恒成立,利用導數(shù)求出,即可求出的取值方程,即可判斷C,首先說明,得到在和上各有一個零點,,利用對數(shù)均值不等式得到,即可得到,再說明在和上各有一個零點、且,最后利用基本不等式證明即可.
【詳解】對于A:當時,
則,
,
所以,故A正確;
對于B:,
令,
則,
令,
則,
所以在上單調(diào)遞減,又,
所以當時,當時,
所以在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,
所以,所以當時,,故B正確;
對于C:在上恒成立,
令,則,
所以當時,當時,
所以在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
所以,解得,故C錯誤;
對于D:因為,即為的一個零點,
當時,有且僅有一個根,此時在上單調(diào)遞增,
所以和都只有個零點,不符合題意;
當時,則無零點,只有一個零點,不符合題意;
當時在和上各有一個零點,,
所以,所以,所以,
所以,且在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
且,所以,,
所以在和上各有一個零點、,
又,
所以,
所以,故D正確.
其中:不等式的證明如下:
要證,只需證,令,只需證,,設(shè),,
則,可得在上單調(diào)遞減,
∴,得證.
故選:ABD
9.已知函數(shù)且.
(1)討論的單調(diào)性;
(2)若不等式恒成立,求實數(shù)的最大值.
【答案】(1)答案見解析
(2)
【分析】(1)先確定函數(shù)的定義域,求得,再構(gòu)造函數(shù)并求導,對分類討論,即可得函數(shù)的單調(diào)性;
(2)不等式恒成立,即恒成立,接下來研究的值域,從而分離參數(shù),利用構(gòu)造函數(shù)法,并結(jié)合導數(shù)求得的最大值.
【詳解】(1)函數(shù)且的定義域為,.
記,
則,
若,則當時,單調(diào)遞增,
當時,單調(diào)遞減,
則,
所以在上單調(diào)遞減;
若,則當時,單調(diào)遞減,
當時,單調(diào)遞增,
則,
所以在上單調(diào)遞增.
綜上所述,當時,在上單調(diào)遞增;
當時,在上單調(diào)遞減.
優(yōu)解:由題意設(shè),則,
令,則,
令,則;令,則,
所以在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
,即在上恒成立,所以在上單調(diào)遞增,而且,
所以當時,在上單調(diào)遞增;
當時,在上單調(diào)遞減.
(2)恒成立,即恒成立.
記,則,
在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
則,所以在上恒成立.
所以恒成立.設(shè),則.
,
因為恒成立,所以恒成立,當時取等號,
所以當時,單調(diào)遞減,
當時,單調(diào)遞增,所以.
所以,故實數(shù)的最大值為.
優(yōu)解:不等式恒成立,即恒成立,即恒成立,
即恒成立. 令,則,
所以在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,所以.
即,即,
令,則單調(diào)遞增,所以,
所以,故實數(shù)的最大值為.
10.已知函數(shù).
(1)討論函數(shù)的單調(diào)性.
(2)若關(guān)于的方程有兩個實數(shù)根,求實數(shù)的取值范圍.
【答案】(1)答案見解析
(2)
【分析】(1)分,,,四種情況討論,分別求出對應(yīng)單調(diào)性.
(2)運用同構(gòu)和換元,再通過分離參數(shù)求出實數(shù)的取值范圍.
【詳解】(1)由題意函數(shù)的定義域為.
當時,若,則單調(diào)遞增;
若,則單調(diào)遞減.
當時,令,得或.
①當時,,則在上單調(diào)遞增.
②當時,,則當時,單調(diào)遞增;
當時,單調(diào)遞減;
當時,單調(diào)遞增.
③當時,,則當時,單調(diào)遞增;
當時,單調(diào)遞減;
當時,單調(diào)遞增.
綜上,當時,在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減;
當時,在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減;
當時,在上單調(diào)遞增;
當時,在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減.
(2)由,得,
即.
設(shè),則,
所以為增函數(shù),且的值域為.
令,
所以可化為,則.
令.
因為關(guān)于的方程有兩個實數(shù)根,
所以直線與函數(shù)的圖像有兩個不同的交點.
因為,
所以當時,,則單調(diào)遞增;
當時,,則單調(diào)遞減.
所以,且當時,,
當時,,
所以,
即實數(shù)的取值范圍為.
11.已知函數(shù).
(1)當時,求函數(shù)的單調(diào)遞增區(qū)間;
(2)若存在極小值點,且,求的取值范圍.
【答案】(1),
(2)
【分析】(1)直接利用求導求解函數(shù)單調(diào)區(qū)間即可;
(2)求導得到,然后對分類討論,利用導數(shù)研究函數(shù)的極值即可.
【詳解】(1),
當時,,
由得或,
所以函數(shù)的單調(diào)遞增區(qū)間為和.
(2).
當時,令,得,
則當時,,當時,,
所以函數(shù)僅有唯一的極小值點,
此時,顯然符合題意.
當時,令,得或,
若,即,則,
此時單調(diào)遞增,無極值點,不符合題意;
若,即,
則當時,,
當時,,
所以函數(shù)的極小值點,
由得,所以;
若,即,
則當時,,
當時,,
所以函數(shù)的極小值點,
由得.
綜上所述,的取值范圍為.
易錯點三:誤判最值與極值所在位置(利用導數(shù)研究函數(shù)的極值與最值)
1.函數(shù)的極值
函數(shù)在點附近有定義,如果對附近的所有點都有,則稱是函數(shù)的一個極大值,記作.如果對附近的所有點都有,則稱是函數(shù)的一個極小值,記作.極大值與極小值統(tǒng)稱為極值,稱為極值點.
求可導函數(shù)極值的一般步驟
第一步:先確定函數(shù)的定義域;
第二步:求導數(shù);
第三步:求方程的根;
第四步:檢驗在方程的根的左右兩側(cè)的符號,如果在根的左側(cè)附近為正,在右側(cè)附近為負,那么函數(shù)在這個根處取得極大值;如果在根的左側(cè)附近為負,在右側(cè)附近為正,那么函數(shù)在這個根處取得極小值.
2.函數(shù)的最值
函數(shù)最大值為極大值與靠近極小值的端點之間的最大者;函數(shù)最小值為極小值與靠近極大值的端點之間的最小者.
導函數(shù)為
(1)當時,最大值是與中的最大者;最小值是與中的最小者.
(2)當時,最大值是與中的最大者;最小值是與中的最小者.
一般地,設(shè)是定義在上的函數(shù),在內(nèi)有導數(shù),求函數(shù)在上的最大值與最小值可分為兩步進行:
第一步:求在內(nèi)的極值(極大值或極小值);
第二步:將的各極值與和比較,其中最大的一個為最大值,最小的一個為最小值.
技巧:
1.由圖象判斷函數(shù)的極值,要抓住兩點:(1)由的圖象與x軸的交點,可得函數(shù)的可能極值點;(2)由導函數(shù)的圖象可以看出的值的正負,從而可得函數(shù)的單調(diào)性.兩者結(jié)合可得極值點.
2.已知函數(shù)極值,確定函數(shù)解析式中的參數(shù)時,要注意:(1)根據(jù)極值點的導數(shù)為0和極值這兩個條件列方程組,利用待定系數(shù)法求解;(2)因為導數(shù)值等于0不是此點為極值點的充要條件,所以用待定系數(shù)法求解后必須檢驗.
3.求函數(shù)在閉區(qū)間內(nèi)的最值的思路
(1)若所給的閉區(qū)間不含有參數(shù),則只需對函數(shù)求導,并求在區(qū)間內(nèi)的根,再計算使導數(shù)等于零的根的函數(shù)值,把該函數(shù)值與,比較,其中最大的一個是最大值,最小的一個是最小值.
(2)若所給的閉區(qū)間含有參數(shù),則需對函數(shù)求導,通過對參數(shù)分類討論,判斷函數(shù)的單調(diào)性,從而得到函數(shù)的最值.
結(jié)論:1、若函數(shù)在區(qū)間D上存在最小值和最大值,則
不等式在區(qū)間D上恒成立;
不等式在區(qū)間D上恒成立;
不等式在區(qū)間D上恒成立;
不等式在區(qū)間D上恒成立;
2、若函數(shù)在區(qū)間D上不存在最大(小)值,且值域為,則
不等式在區(qū)間D上恒成立.
不等式在區(qū)間D上恒成立.
3、若函數(shù)在區(qū)間D上存在最小值和最大值,即,則對不等式有解問題有以下結(jié)論:
不等式在區(qū)間D上有解;
不等式在區(qū)間D上有解;
不等式在區(qū)間D上有解;
不等式在區(qū)間D上有解;
4、若函數(shù)在區(qū)間D上不存在最大(小)值,如值域為,則對不等式有解問題有以下結(jié)論:
不等式在區(qū)間D上有解
不等式在區(qū)間D上有解
5、對于任意的,總存在,使得;
6、對于任意的,總存在,使得;
7、若存在,對于任意的,使得;
8、若存在,對于任意的,使得;
9、對于任意的,使得;
10、對于任意的,使得;
11、若存在,總存在,使得
12、若存在,總存在,使得
易錯提醒:(1)①可導函數(shù)在點處取得極值的充要條件是:是導函數(shù)的變號零點,即,且在左側(cè)與右側(cè),的符號導號.
②是為極值點的既不充分也不必要條件,如,,但不是極值點.另外,極值點也可以是不可導的,如函數(shù),在極小值點是不可導的,于是有如下結(jié)論:為可導函數(shù)的極值點;但為的極值點.
(2)①函數(shù)的極值反映函數(shù)在一點附近情況,是局部函數(shù)值的比較,故極值不一定是最值;函數(shù)的最值是對函數(shù)在整個區(qū)間上函數(shù)值比較而言的,故函數(shù)的最值可能是極值,也可能是區(qū)間端點處的函數(shù)值;
②函數(shù)的極值點必是開區(qū)間的點,不能是區(qū)間的端點;
③函數(shù)的最值必在極值點或區(qū)間端點處取得.
例 .已知函數(shù)存在兩個極值點,且.
(1)求的取值范圍;
(2)若,求的最小值.
【詳解】(1)函數(shù)的定義域為,且.
因為函數(shù)存在兩個極值點,且,
所以方程在區(qū)間上有兩個不等根.
所以有,解得.所以的取值范圍為.
(2)由(1)知,即,
所以可化為.因為,
所以,所以
令,
設(shè),則,
所以函數(shù)在上單調(diào)遞增.因為,所以,
所以若恒成立,則,即實數(shù)的最小值為0.
變式1.已知函數(shù),其中.
(1)若是函數(shù)的極值點,求a的值;
(2)若,討論函數(shù)的單調(diào)性.
【詳解】(1) ,
因為是函數(shù)的極值點,所以,解得,
當時,,
若,則,若,則或.
即函數(shù)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,即是函數(shù)的極值點.
故.
(2),,
當時,令,解得或,當,即時,
當時,,當或時,,
所以在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減.
當時,
當時,,當或時,,
所以在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減.
當,即時,,所以在上單調(diào)遞減.
綜上,當時,在上遞減,在上遞增,在上遞減;
當時,在上單調(diào)遞減;
當時,在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減.
變式2.若函數(shù),為函數(shù)的極值點.
(1)求的值;
(2)求函數(shù)的極值.
【詳解】(1)因為,所以.
因為是的一個極值點,所以,即,則,
當時,,
令,得或;令,得;
所以在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,
所以是的極小值點,滿足題意,故.
(2)由(1)知,且是的極小值點,是的極大值點,所以的極小值為,的極大值為.
變式3.已知函數(shù).
(1)當時,求函數(shù)的極值;
(2)若有兩個極值點,求證:.
【詳解】(1)當時,函數(shù),
易知在定義域上單調(diào)遞增,且,
所以當時,,即此時單調(diào)遞減,
當時,,即此時單調(diào)遞增,
故在時取得極小值,;
(2)由,
令,即,
由題意可知是方程的兩個根,則,
欲證,
即證,即證,
令,
若,定義域上單調(diào)遞增,不存在兩個零點,舍去;
則,可知在時,單調(diào)遞減,
在時,單調(diào)遞增,
要符合題意則需,
又時,,時,,此時不妨令,
構(gòu)造函數(shù)
,
即在定義域內(nèi)單調(diào)遞增,即,
所以,因為,所以,
且在時,單調(diào)遞增,故,得證.
1.已知函數(shù),在有且只有一個極值點,則的取值范圍是( )
A.B.
C.D.
【答案】C
【分析】求出導函數(shù),問題轉(zhuǎn)化為在上只有一個變號零點,再求導數(shù)確定單調(diào)性,利用零點存在定理求解.
【詳解】,由題意在上只有一個變號零點,
設(shè),,
時,在上沒有極值點,
,
時,恒成立,遞減,時,,因此,,所以,
時,恒成立,遞增,時,,因此,,所以,
時,時,,遞增,時,,遞減,
,時,,,
因此若,則在上至多只有一個不變號零點,所以且,由得,此時滿足題意.
綜上,的范圍是.
故選:C.
2.已知是函數(shù)的一個極值點,則的取值集合為( )
A.B.C.D.
【答案】C
【分析】根據(jù)極值點的定義求解即可.
【詳解】據(jù)題意,應(yīng)是的一個變號零點,
由于,
所以,解得,
當時,時,,當時,,符合題意.
故選:C.
3.若函數(shù)在處取得極小值,則實數(shù)的取值范圍是( )
A.B.C.D.
【答案】C
【分析】依題意,求出導函數(shù),可求得極值點分別為或,再分類討論,確定原函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,結(jié)合極小值的定義,從而可得實數(shù)的取值范圍.
【詳解】因為,則函數(shù)的定義域為,
則,
令,解得:或,
當時,即,令,解得:,令,解得:,此時函數(shù)在處取得極大值,不符合題意,舍去;
當時,即,則恒成立,此時函數(shù)單調(diào)遞增,沒有極值,不符合題意,舍去;
當時,即,令,解得:,令,解得:,此時函數(shù)在處取得極小值,符合題意.
故選:C.
4.設(shè)函數(shù)在區(qū)間內(nèi)有零點,無極值點,則的取值范圍是( )
A.B.C.D.
【答案】D
【分析】先得到,根據(jù)題目條件得到不等式,求出,故,,分兩種情況,得到不等式,求出答案.
【詳解】因為,,所以,
因為函數(shù)在區(qū)間內(nèi)有零點,無極值點,
故,解得,
則,,
要想滿足要求,則或,
解得,或,
故的取值范圍是.
故選:D
5.關(guān)于函數(shù),下列說法正確的是( )
A.是偶函數(shù)B.0是的極值點
C.在上有且僅有1個零點D.的值域是
【答案】C
【分析】利用偶函數(shù)的定義判斷A,根據(jù)極值點定義判斷B,根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性判斷C,取特殊值判斷D.
【詳解】的定義域為,關(guān)于原點對稱,
又,
所以函數(shù)是奇函數(shù),故A錯誤;
,,當時,當時,故不是函數(shù)的極值點,故B錯誤;
由B知,當時,單調(diào)遞增,又,所以在上有且僅有1個零點,故C正確;
當時,,故D錯誤.
故選:C
6.若函數(shù)在其定義域內(nèi)的一個子區(qū)間內(nèi)不是單調(diào)函數(shù),則實數(shù)k的取值范圍( )
A.B.
C.D.
【答案】B
【分析】利用導數(shù)研究函數(shù)的極值點,令極值點屬于已知區(qū)間即可.
【詳解】
所以時遞減,
時,遞增,是極值點,
因為函數(shù)在其定義域內(nèi)的一個子區(qū)間(k-1,k+1)內(nèi)不是單調(diào)函數(shù),
所以,即,
故選:B.
7.已知函數(shù)的極值點為,函數(shù)的最大值為,則( )
A.B.C.D.
【答案】A
【分析】根據(jù)題目條件求出,,即可判斷.
【詳解】的定義域為,
在上單調(diào)遞增,且,,
所以,,
所以當時,當時,即在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
則在處取得極小值且.
的定義域為,由,
當時,,當時,,
故在處取得極大值,也是最大值,,
即.所以.
故選:A
8.當時,函數(shù)取得極值,則在區(qū)間上的最大值為( )
A.8B.12C.16D.32
【答案】C
【分析】先利用極值點的定義求得,再利用導數(shù)求得的最值,從而得解.
【詳解】因為,所以,
又在取極值,所以,
所以,,,
令,得或;令,得;
所以在和上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,故滿足題意,
又,故,
故選:C.
9.已知函數(shù).
(1)當時,求的極值;
(2)當時,求在上的最小值;
(3)若在上存在零點,求的取值范圍.
【答案】(1)極大值為,沒有極小值.
(2)0
(3)
【分析】(1)利用導函數(shù)求函數(shù)的極值;
(2)根據(jù)導函數(shù)求函數(shù)的最值;
(3)根據(jù)的導數(shù),對進行分類,結(jié)合函數(shù)的單調(diào)性和極值可得的取值范圍.
【詳解】(1)當時,,定義域:,,
令,則,變化時,,的變化情況如下表:
則的極大值為:,沒有極小值;
(2)當時,,定義域:,
,
令,定義域:,,
則在上是增函數(shù),則,所以,
即在上是增函數(shù),則.
(3),定義域:,
,
令,定義域:,,
(1)當時,,則在上是減函數(shù),則,
當時,,則在上是減函數(shù),,不合題意;
當時,,,則存在,使,即,
變化時,,的變化情況如下表:
則,只需,即;
(2)當時,由(1)知在上是增函數(shù),,不合題意;
(3)當時,在上是增函數(shù),在上是增函數(shù),
則在上是增函數(shù),,不合題意,
綜上所述,的取值范圍是.
10.已知函數(shù).
(1)若為函數(shù)的導函數(shù),求的極值;
(2)若有兩個不等的實根,求實數(shù)的取值范圍.
【答案】(1)答案見解析
(2)
【分析】(1)求導得到導函數(shù),再次求導,考慮和兩種情況,根據(jù)函數(shù)單調(diào)性計算極值即可.
(2)確定,變換得到,構(gòu)造新函數(shù),求導得到單調(diào)區(qū)間和極值,畫出函數(shù)圖像,根據(jù)圖像得到取值范圍.
【詳解】(1),故,則,
當時,在上單調(diào)遞增,所以無極值;
當時,令,得,
當時,單調(diào)遞減,
當時,單調(diào)遞增,
所以當時,取得極小值,無極大值,.
綜上所述:
當時,無極值;
當時,有極小值,無極大值.
(2)顯然,要使方程有兩個不等的實根,
只需當時,有且僅有一個實根.
當時,由方程,得,令,
則直線與的圖象有且僅有一個交點,
.
當時,單調(diào)遞減;
當時,單調(diào)遞減;
當時,單調(diào)遞增,
所以當時,取得極小值.
又當時,,所以,
當時,,
所以作出的大致圖象如圖所示.
由圖象知要使直線與的圖象有且僅有一個交點,
只需或,
綜上所述:
若有兩個不等的實根,則實數(shù)的取值范圍為.
11.已知函數(shù)在處取得極值.
(1)求的值;
(2)求在上的值域.
【答案】(1);
(2).
【分析】(1)對給定函數(shù)求導,利用函數(shù)極值點的意義求出并驗證即得.
(2)由(1)的結(jié)論,利用導數(shù)求出在指定區(qū)間上的最大最小值即可得解.
【詳解】(1)函數(shù),求導得,
由在處取得極值,得,解得,
此時,當時,,當時,,
即函數(shù)在處取得極值,
所以.
(2)由(1)知,,當時,,函數(shù)單調(diào)遞增,
當時,,函數(shù)單調(diào)遞減,
當時,,而,即,
所以函數(shù)在上的值域為.
易錯點四:零點不易求時忽略設(shè)零點建等式(利用導數(shù)研究函數(shù)零點問題)
1.判斷函數(shù)y=f(x)在某個區(qū)間上是否存在零點,主要利用函數(shù)零點的存在性定理進行判斷.首先看函數(shù)y=f(x)在區(qū)間[a,b]上的圖象是否連續(xù),然后看是否有.若有,則函數(shù)在區(qū)間內(nèi)必有零點.
2.判斷函數(shù)y=f(x)的零點個數(shù)時,常用以下方法:
(1)解方程:當對應(yīng)方程易解時,可通過解方程,判斷函數(shù)零點的個數(shù);
(2)根據(jù)函數(shù)的性質(zhì)結(jié)合已知條件進行判斷;
(3)通過數(shù)形結(jié)合進行判斷,畫函數(shù)圖象,觀察圖象與軸交點的個數(shù)來判斷.
3.已知函數(shù)有零點(方程有根),求參數(shù)的取值范圍常用的方法:
方法1:直接法:直接根據(jù)題設(shè)條件構(gòu)建關(guān)于參數(shù)的不等式,再通過解不等式確定參數(shù)范圍.
方法2:分離參數(shù)法:先將參數(shù)分離,再轉(zhuǎn)化成求函數(shù)值域問題加以解決.
方法3:數(shù)形結(jié)合法:先對解析式變形,在同一平面直角坐標系中畫出函數(shù)的圖象,再數(shù)形結(jié)合求解.
4.解決函數(shù)應(yīng)用問題的步驟
第一步:審題:弄清題意,分清條件和結(jié)論,理順數(shù)量關(guān)系,初步選擇數(shù)學模型;
第二步:建模:將自然語言轉(zhuǎn)化為數(shù)學語言,將文字語言轉(zhuǎn)化為符號語言,利用數(shù)學知識,建立相應(yīng)的數(shù)學模型;
第三步:解模:求解數(shù)學模型,得出數(shù)學結(jié)論;
第四步:還原:將數(shù)學結(jié)論還原為實際問題的意義.
技巧:判斷函數(shù)零點個數(shù)的方法:
方法1:利用零點存在性定理判斷法;
方法2:代數(shù)法:求方程的實數(shù)根;
方法3:幾何法:對于不易求根的方程,將它與函數(shù)的圖象聯(lián)系起來,利用函數(shù)的性質(zhì)找出零點或利用兩個函數(shù)圖象的交點求解.在利用函數(shù)性質(zhì)時,可用求導的方法判斷函數(shù)的單調(diào)性.
方法技巧:已知函數(shù)零點(方程根)的個數(shù),求參數(shù)的取值范圍問題的三種常用方法
1、直接法,直接根據(jù)題設(shè)條件構(gòu)建關(guān)于參數(shù)的不等式(組),再通過解不等式(組)確定參數(shù)的取值范圍2、分離參數(shù)法,先分離參數(shù),將問題轉(zhuǎn)化成求函數(shù)值域問題加以解決
2、數(shù)形結(jié)合法,先對解析式變形,在同一平面直角坐標系中作出函數(shù)的圖象,然后數(shù)形結(jié)合求解
結(jié)論拓展:與和相關(guān)的常見同構(gòu)模型
①,構(gòu)造函數(shù)或
②,構(gòu)造函數(shù)或
③,構(gòu)造函數(shù)或
易錯提醒:如果函數(shù)在區(qū)間上的圖像是連續(xù)不斷的一條曲線,并且有,那么函數(shù)在區(qū)間內(nèi)有零點,即存在,使得也就是方程的根
例 .已知函數(shù).
(1)若在區(qū)間上有極值,求實數(shù)的取值范圍;
(2)當時,求證:有兩個零點,,且.
【詳解】(1)因為,,
所以.
①當時,在上恒成立,
所以在上單調(diào)遞減,在上無極值點;
②當時,當時,,所以在上單調(diào)遞減;
當時,,所以在上單調(diào)遞增.
所以的極小值點為,無極大值點.
因為在上有極值,所以,所以.
綜上所述,當時,在區(qū)間上有極值.
(2)由已知,定義域為.
當時,,由(1)知:,
因為,所以.令,,則.
因為在上恒成立,所以在上單調(diào)遞減,
所以,即.
因為,,
由(1)知:在上單調(diào)遞減,且,
根據(jù)零點存在定理,可知在,即上存在唯一的零點,使,.
因為.
令,,則.
當時,有,所以在上單調(diào)遞增;
當時,有,所以在上單調(diào)遞減.
所以,在處取得唯一極大值,也是最大值.因為,所以,
所以,即,所以,所以.
由(1)知在上單調(diào)遞增,且,
所以在上存在唯一的零點,使.
所以有兩個零點,.
下面證明:
設(shè),則
.
兩式相減:,
即,所以.
因為,
所以
.
要證:,即證:,
只要證:,即證:.
令,即證:,.令,,
則在上恒成立,所以在上單調(diào)遞減,
所以. 即成立,
故有兩個零點,,且.
變式1.已知函數(shù).
(1)試討論的單調(diào)區(qū)間;
(2)若有兩個零點,求的取值范圍.
【詳解】(1)函數(shù)的定義域為,求導得,
當時,在上恒成立,即在上單調(diào)遞減;
當時,令,解得,
當時,,當時,,
因此在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
所以當時,在上單調(diào)遞減;
當時,在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增.
(2)由(1)知,當時,在上單調(diào)遞減,最多只有1個零點,
當時,的最小值為,若有兩個零點,則,
由,得,
,
令函數(shù),則在上單調(diào)遞減,
又,即當時,,則當,即時,,
令函數(shù),
當時,,當時,,
因此在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,則,即,
,
令函數(shù),
由二次函數(shù)的圖象及性質(zhì)得,,
即,
于是當,即時,有2個零點,
所以若有兩個零點,則的取值范圍為.
變式2.若函數(shù)在處有極小值.
(1)求c的值.
(2)函數(shù)恰有一個零點,求實數(shù)a的取值范圍.
【詳解】(1)因為,所以,
又因為函數(shù)在處有極小值,
所以,解得或,
當時,,
則時,,時,,
在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
可得函數(shù)在處取得極小值;當時,,
則時,,時,,
在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,
可得函數(shù)在處取得極大值,不合題意,舍去.所以c的值為3.
(2),
函數(shù)定義域為R,,
當時,恒成立,在R上單調(diào)遞增,時,有一個零點-1;時,,,恰有一個零點.
當時,解得或,解得,
在和上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,
時,有極大值,時,有極小值,
恰有一個零點,或
解得,
綜上可知,函數(shù)恰有一個零點,實數(shù)a的取值范圍為.
變式3.已知函數(shù).
(1)求的極值:
(2)若有兩個零點,求a的取值范圍.
【詳解】(1)函數(shù)的定義域為,
令,解得,
當時,則,當時,則,
所以在區(qū)間上單調(diào)遞減,在區(qū)間上單調(diào)遞增.
所以當時,有極小值,無極大值.
(2)因為函數(shù)有兩個零點,
所以直線與函數(shù)有兩個交點,
,令,解得,
當時,則,當時,則,
所以在區(qū)間上單調(diào)遞減,在區(qū)間上單調(diào)遞增.
因為,,當時,,當時,
當時,,當時,,,
所以函數(shù)的大致圖象如圖所示,
結(jié)合圖象可知,當時,有兩個零點,故a的取值范圍為.
1.已知函數(shù)().
(1)求在上的最大值;
(2)若函數(shù)恰有三個零點,求a的取值范圍.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)利用導數(shù)明確函數(shù)的單調(diào)性,求出極值和端點值,可得答案;
(2)根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性,求得其極大值和極小值,結(jié)合零點存在性定理,可得答案.
【詳解】(1),
可知時,單調(diào)遞增,時,單調(diào)遞減,時,單調(diào)遞增,
由,,,,
則.
(2)由(1)知在和上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,
所以,,
因為有三個零點,所以,即,
解得,故的取值范圍為.
2.已知函數(shù)有兩個零點.
(1)求的取值范圍;
(2)設(shè),為的兩個零點,證明:.
【答案】(1)
(2)證明見解析
【分析】(1)求導,分析函數(shù)的單調(diào)性,結(jié)合有兩個零點可得解;
(2)分析法轉(zhuǎn)化要證問題,只要證,即證,即證 ,即證,構(gòu)造函數(shù),利用導數(shù)求出最值判斷證明.
【詳解】(1)因為,則,
當時,恒成立,則在上單調(diào)遞增,不符合題意,
當時,的解集為,的解集為,
即的單調(diào)增區(qū)間為,單調(diào)減區(qū)間為,
因為函數(shù)有兩個零點,且時,,,依題意,解得,
即的取值范圍為.
(2)不妨設(shè),則,要證,則只要證,
即證,即證,
即證,,
而即,即證,,
令,,則,
設(shè),,則,
即在上單調(diào)遞增,則有,
即,在上單調(diào)遞減,而,
當時,,
則當時,成立,
故有成立.
3.已知是函數(shù)的一個極值點.
(1)求的值;
(2)若有3個零點,求的取值范圍.
【答案】(1)
(2).
【分析】(1)函數(shù)的極值點為導函數(shù)的零點,可求的值并檢驗;
(2)利用導數(shù)求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間和極值點,由函數(shù)極值的符號確定零點的個數(shù).
【詳解】(1)因為,所以.
因為是的一個極值點,所以,解得.
經(jīng)檢驗知,當時,是的一個極值點,故.
(2)由(1)可知,.
當或時,;當時,.
在和上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減.
因為有3個零點,所以
解得,故的取值范圍為.
4.已知函數(shù).
(1)討論的單調(diào)性;
(2)若在上存2個零點,求的取值范圍.
【答案】(1)答案見解析
(2)
【分析】(1)首先求函數(shù)的導數(shù),利用導數(shù)的正負與函數(shù)單調(diào)性的關(guān)系,即可求解;
(2)討論當時,方程變形為,設(shè)函數(shù),轉(zhuǎn)化為與有2個交點,利用導數(shù)求參數(shù)的取值范圍.
【詳解】(1)函數(shù)的定義域為,且.
當時,在上恒成立,故在上單調(diào)遞減;
當時,令,得,令,得,
所以在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減.
綜上所述,當時,在上單調(diào)遞減;當時,在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減.
(2)若,在上無零點,不合題意;
若,由,得,
令,則直線與函數(shù)在上的圖象有兩個交點,
,當時,,當時,,
所以在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減.
所以,
又,
所以要使直線與的圖象有兩個交點,則,
所以,即實數(shù)的取值范圍為.
5.已知函數(shù).
(1)若存在實數(shù),使成立,求實數(shù)的取值范圍;
(2)若有兩個不同零點,求證:.
【答案】(1)
(2)證明見解析
【分析】(1)根據(jù)題意,轉(zhuǎn)化為在有解,求導得最值,即可得到結(jié)果;
(2)根據(jù)題意,由函數(shù)的單調(diào)性可得,再構(gòu)造函數(shù),由其單調(diào)性可得,即可得,再由函數(shù)的單調(diào)性,即可證明.
【詳解】(1)由得即在有解,
令,只需,
,當時,遞增,
當時,遞減,
.
(2)有兩個不同零點有兩個不同實根,
令,則,又,
當時,遞增,當時,遞減,
又,不妨設(shè),
令,
,
在遞增,,即,
又,
,
,
下證,
設(shè),直線的方程在處的切線為,
設(shè),則,
即,
設(shè)則.
在遞增,,
,.綜上.
6.已知.
(1)討論函數(shù)的單調(diào)性;
(2)若函數(shù)有兩個零點,求整數(shù)的最大值.
【答案】(1)答案見解析
(2)
【分析】(1)求導可得分兩種情況討論,由導數(shù)與單調(diào)性的關(guān)系即可得解;
(2)由(1)可知,當時,在上單調(diào)遞增,所以至多有一個零點.要使函數(shù)有兩個零點,則,且,令,結(jié)合單調(diào)性即可得解.
【詳解】(1).
當時,,則在上單調(diào)遞增;
當時,令,可得,
當時,,在上單調(diào)遞減;
當時,,在上單調(diào)遞增.
(2)由(1)得,當時,在上單調(diào)遞增,所以至多有一個零點,
要使函數(shù)有兩個零點,
則,且,
令,則,
令,則,
∴即在上單調(diào)遞減.
∵,,
∴,使得,
且在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,
當時,,
且,
且,
所以函數(shù)有兩個零點,符合題意;
當時,,不符合題意,所以整數(shù)a的最大值為-2.
7.已知函數(shù).
(1)當時,求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間和極值
(2)若在區(qū)間內(nèi)恰好有兩個零點,求的取值范圍.
【答案】(1)單調(diào)遞增區(qū)間為,單調(diào)遞減區(qū)間為,極小值為,無極大
(2)
【分析】(1)根據(jù)題意,求導得,即可得到結(jié)果;
(2)根據(jù)題意,分與討論,列出不等式,代入計算,即可得到結(jié)果.
【詳解】(1)由得,且定義域為
∵,令,即,解得,
令,解得,
則的單調(diào)遞增區(qū)間為,單調(diào)遞減區(qū)間為;
在處的極小值為,無極大值.
(2)當,恒成立,在上單調(diào)遞增,
故在區(qū)間內(nèi)至多只有一個零點;
當時,由(1)得在上最小值為,
若在區(qū)間內(nèi)恰有兩個零點,則需滿足,整理得.
8.已知函數(shù).
(1)若恒成立,求實數(shù)的取值范圍;
(2)若函數(shù)有兩個零點且,求證:.
【答案】(1)
(2)證明見解析
【分析】(1)利用導數(shù)求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,由函數(shù)最小值解決不等式恒成立問題,列不等式求實數(shù)的取值范圍;
(2)由函數(shù)的兩個零點,可得,令,可得,構(gòu)造函數(shù)利用導數(shù)求最值,可證得不等式.
【詳解】(1)函數(shù)的定義域為,
對其求導得,
當時,,函數(shù)單調(diào)遞增;
當時,,函數(shù)單調(diào)遞減,
所以函數(shù)的最大值為,解得,
因此實數(shù)的取值范圍是.
(2)由題意可知,所以(*)
因,令,則,
于是由(*)式可得,
構(gòu)造函數(shù),,
對其求導得,
令,,對其求導得,
所以函數(shù)在上單調(diào)遞增,所以,
于是,函數(shù)在上單調(diào)遞增,所以,
因此,,
于是,得證.
9.已知.
(1)若當時函數(shù)取到極值,求的值;
(2)討論函數(shù)在區(qū)間上的零點個數(shù).
【答案】(1)1(2)答案見解析
【分析】(1)求得,由,得到,進而結(jié)合函數(shù)極值點的定義,即可求解;
(2)當時,求得,令,利用導數(shù)的單調(diào)性,結(jié)合,得到在區(qū)間上沒有零點;當時,求得,令,求得,令,利用導數(shù)求得在單調(diào)遞增.,結(jié)合,,得出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,由,得出在沒有零點,在由,得到存在唯一,使得,即可得到答案.
【詳解】(1)解:函數(shù),可得
因為時函數(shù)取到極值,可得,解得,
當時,可得,
令,
可得,
令,可得,所以單調(diào)遞增,
又因為,所以在區(qū)間上,即單調(diào)遞增,
所以是的變號零點,所以當時函數(shù)取到極值.
(2)解:當時,因為,
所以,
令,
則,
所以在單調(diào)遞增,則,
所以,當時,在區(qū)間上沒有零點.
當時,可得,
令,
可得,
令,則,
所以在單調(diào)遞增,,則,
所以在單調(diào)遞增.
因為,,
當時,,
所以存在使得.則在單調(diào)遞減,在單調(diào)遞增,
又因為,所以當時,,故在沒有零點,
因為在單調(diào)遞增,且,而,
所以,
則,
所以存在唯一,使得,
故在存在唯一零點,因此當時,在存在唯一零點,
綜上所述,當時,在區(qū)間上沒有零點;
當時,在存在唯一零點.
10.設(shè)函數(shù),其中.
(1)討論的單調(diào)性;
(2)若存在兩個極值點,設(shè)極大值點為,為的零點,求證:.
【答案】(1)答案見解析;
(2)證明見解析.
【分析】(1)先對函數(shù)求導得,對分類討論,求出和的解,得出函數(shù)單調(diào)區(qū)間;
(2)分和兩種情況討論,時,易得零點為0,直接比較即可,時,,再由,可得,再結(jié)合基本不等式即可證明.
【詳解】(1),
當時,,
令,得,令,得,
所以在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減;
當時,令,解得或,
所以時,或,
時,,
所以在和上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減;
當時, , 所以在上單調(diào)遞增;
當時,令,解得或,
所以時, 或,
時,,
所以在和上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減;
綜上所述,
當時,在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減;
當時,在和上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減;
當時,在上單調(diào)遞增;
當時,在和上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減.
(2)根據(jù)題意結(jié)合(1)可知時,存在兩個極值點,
由為的零點,則,則,故,
若,由(1)可知,則;
若,則,故,化簡得
即,又,所以,
故,
當且僅當,即時等號成立,所以,
故,當且僅當時取等號,
綜上所述,恒成立.
11.已知函數(shù)
(1)求的單調(diào)區(qū)間和極值;
(2)討論的零點個數(shù).
【答案】(1)在單調(diào)遞增,在單調(diào)遞減;極大值,無極小值
(2)答案見解析
【分析】(1)根據(jù)導數(shù)的性質(zhì),結(jié)合極值的定義進行求解即可;
(2)根據(jù)的正負性,結(jié)合導數(shù)的性質(zhì)、函數(shù)零點存在原理分類討論進行求解即可.
【詳解】(1)由題設(shè),,.
令,解得;令,解得.
所以,在單調(diào)遞增,在單調(diào)遞減.
當時,有極大值;無極小值.
(2).
當時,.
令,則.
因為,所以.
又因為,所以,在單調(diào)遞減.
,
.
所以在上存在唯一零點.
當時,.
由(1)知,,當且僅當時,“”成立.
令,,則.
當時,,單調(diào)遞減;當時,,單調(diào)遞增.
所以,即,當且僅當時,“”成立.
所以,當且僅當且時,“”成立.
所以,當時,存在唯一零點;當且時,不存在零點.
綜上,當或時,存在唯一零點;當且時,不存在零點.基本初等函數(shù)
導函數(shù)
(為常數(shù))
0
單調(diào)遞增
極大值
單調(diào)遞減
0
單調(diào)遞增
極大值
單調(diào)遞減
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