3.3 导数的应用(2)-零点、恒成立、存在性的较简单问题等(2)

2019-03-11 09:31

(3) 根据题意可知,问题等价于?f(x)?max≤?g(x)?min,x???3,3?. 由二次函数的图像和性质可得, x???3,3?时, ?f(x)?max?120?k, 仿照(1),利用导数的方法可求得x???3,3?时, ?g(x)?min??21,

由120?k≥?21得k≥141.

【点评】如果一个问题的求解中既有存在性问题又有恒成立问题,这时需要深刻理解题意,对问题做等价转化为函数的极值(最值)相关的问题去求解.这里一定注意转化的等价性、巧妙性,防止在转化中出错导致问题的求解出错. 变式训练:

(2010年山东理科节选) 已知函数f(x)?lnx?ax?设g(x)?x2?2bx?4,当a?值范围. 【解答】 若a?1?a?1(a?R), x1时,若对?x1?(0,2),?x2?[1,2],使f(x1)≥g(x2),求实数b的取41,则易知当x??0,1?时,f?(x)?0,函数f(x)单调递减; 4当x?(1,2)时,f?(x)?0,函数f(x)单调递增, 所以f(x)在?0,2?上的最小值为f(1)??1 2由于“对?x1?(0,2),?x2?[1,2],使f(x1)≥g(x2)”等价于 “g(x)在?1,2?上的最小值不大于f(x)在?0,2?上的最小值?又g(x)?(x?b)?4?b,x?[1,2],所以

①当b?1时,因为[g(x)]min?g(1)?5?2b?0,此时与???矛盾; ②当b?[1,2]时,因为[g(x)]min?4?b2≥0,同样与???矛盾; ③当b?(2,??)时,因为[g(x)]min?g(2)?8?4b,解不等式8?4b≤?综上,b的取值范围是[221” ??? 2117,可得b≥. 2817,??). 8四、【解法小结】

1.曲线的交点和函数的零点的个数常常与函数的单调性与极值(最值)有关,导数是解决该类问题的有效方法,解题时注意等价转化、分类讨论、数形结合思想的运用.

2.有关恒成立和存在性问题,一直是高考命题的热点.试题往往以全称命题和特称命题的形式出现,同时结合函数的单调性、极值、最值等知识进行考查.求解时注意构造函数结合分离变量(参数)法将不等式恒成立问题转化为求函数极值(最值)问题,是解决这类问题的常用方法.当然也要注意等价转化思想准确应用及数形结合思想的巧妙做法.

3.恒成立和存在性问题的求解是“互补”关系,即f(x)≥g(a)对于x?D恒成立,应求f(x)的最小值;

若存在x?D,使得f(x)≥g(a)成立,应求f(x)的最大值.在具体问题中,究竟是求最大还是最小值,可以联想恒成立问题是求最大还是最小值,这样就可以确定相应的存在性问题是求最大还是最小值. 五、【布置作业】 必做题:

1.若函数y?lnx?ax的减区间为??1,0?,则a的值是( ).

A.0?a?1 B.?1?a?0 C.a??1 D.a?1

13x?bx2??b?2?x?3是R上的单调增函数,则b的范围是( ). 3 A.b??1或b?2 B.b≤?1 或b≥2 C.?2?b?1 D.?1≤b≤2

2.已知y?3.已知三次函数f(x)?ax3?x2?x在?0,???存在极大值点,则实数a的范围是( ).

A.(0,) B.(0,] C.(??,) D.???,0?1313131(0,) 324.(2013天津)设函数f(x)?ex?x?2,g(x)?lnx?x. 若实数a,b满足f(a)?g(b)?0,则?3( ).

A.g(a)?0?f(b) B.f(b)?0?g(a) C.0?g(a)?f(b) D.f(b)?g(a)?0 5.(2013新课标全国卷2)若存在正数x使2x(x?a)?1成立,则a的取值范围是( ).

A.(??,??) B.(?2,??) C.(0,??) D.(?1,??)

??x2?2x,x?0,6.(2013新课标全国卷1)已知函数f(x)??,若|f(x)|≥ax,则a的取值范围是

?ln(x?1),x?0( ).

A.(??,0] B.(??,1] C.[?2,1] D.[?2,0] 7.(2009江西文改编)设函数f(x)?x?值范围是 .

8.(2013新课标全国卷2改编)若对任意的正数x使2x(x?a)≥1成立,则a的取值范围是 .

9.已知函数f(x)?e?1,g(x)??x?4x?3,若有f(a)?g(b),求b的取值范围. 10.(2013北京文)已知函数f(x)?x?xsinx?cosx.

(1)若曲线y?f(x)在点(a,f(a)))处与直线y?b相切,求a与b的值. (2)若曲线y?f(x)与直线y?b 有两个不同的交点,求b的取值范围. 必做题答案:

2x2392x?6x?a.若方程f(x)?0有且仅有一个实根,则a的取2

1-6. CDDCDD 7.(?3,1) 8.a≤?1 9.2?2?b?2?2 10.(1)a?0,b?1 (2)(1,??) 5.解法一 不等式2x(x?a)?1可变形为a?x?().令g(x)?x?()(x?0),

12x12x1g?(x)?1?()xln2?0从而g(x)为增函数,又g(0)??1,?g(x)?(?1,??).故a??1.所以选D.

21xx解法二 因为2?0,所以由2x(x?a)?1得x?a?(),

21x在同一坐标系中,如下图作出函数f(x)?x?a,g(x)?()的图象,

21x当x?0时,g(x)?()?1,所以如果存在x?0,使2x(x?a)?1,则有?a?1,即a??1,

2所以选D. .

??(x2?2x)≥ax(x≤0)|f(x)|≥ax??6.解法一

?ln(x?1)≥ax(x?0)成立.

(1)由?(x2?2x)≥ax(x≤0)恒成立得,当x?0时,a?R;当x?0时,有x?2≤a在区间???,0?上恒成立,?a≥?2.综上可知,a≥?2.

(2)由ln(x?1)≥ax(x?0)恒成立,可令h(x)?ln(x?1)?ax(x?0),则h?(x)?当a≤0时,h?(x)?0,故h(x)在(0,??)上单增,?h(x)?h(0)?0恒成立. 当a≥1时,

1?a(x?0). x?111?(0,1),?h?(x)??a?0,故h(x)在(0,??)上单减,?h(x)?h(0)?0恒成x?1x?1立,显然不符合题意.

当0?a?1时,对于给定的一个确定的值a,总可以至少找到一个x0?0,满足h(x0)?ln(x0?1)?ax0?0成立.如a?1时,取x0?4,则h(x0)?ln5?2?0成立,?当0?a?1时,不符合题意. 2所以a≤0.

由(1)(2)可知a的取值范围是??2,0?,故选D.

解法二 (1) 当x≤0时,f(x)≥ax?x?(2?a)x≥0对x≤0恒成立.

22?a2(2?a)2)?令g(x)?x?(2?a)x?(x?. 242

2?a(2?a)2?0时,即a??2时,g(x)min??若?0,显然不符合题意. 24若

2?a≥0时,即a≥?2时,g(x)min?0符合题意. 2ln(x?1)对x?0恒成立. x(2)当x?0时,f(x)≥ax?ln(1?x)?ax≥0?a≤x?ln(x?1)ln(x?1)t?1?lnt,则 令?(x)?,则??(x)?x?12,设t?x?1,则t?1,记u(t)?xtx1?tu?(t)?2?0,?u(t)在t?(1,??)上为减函数,故u(t)?u(1)?0,从而??(x)?0,所以?(x)在

tx?(0,??)时为减函数,故当x?(0,??)时,?(x)?0恒成立,?a?0

由(1)(2)可知a的取值范围是??2,0?,故选D.

解法三 由y?f(x)的图像知,当x?0时,g(x)?f(x)?ln(x?1),g?(x)?1,由于g(x)上任x?1意一点的切线斜率都要大于a,只有a≤0时,才能满足f(x)≥ax,可排除B,C.

2当x≤0时,令g(x)?f(x)?x?2x,则g?(x)?2x?2,g?(0)??2,故y?ax只有a≤?2时,才

能满足f(x)≥ax.

综上可知a的取值范围是??2,0?,故选D.

9.由题可知f(x)?ex?1??1,g(x)??x2+4x?3?1,若有f(a)?g(b),则g(b)?(?1,1], 即?b?4b?3??1,解得2?2?b?2?2. 10.由f(x)?x2?xsinx?cosx,得f?(x)?x(2?cosx).

(1)因为曲线y?f(x)在点(a,f(a))处与直线y?b相切,所以f?(a)?a(2?cosa)?0

2b?f(a),解得a?0,b?f(0)?1.

(2)令f?(x)?0,得x?0. f(x)与f?(x)的情况如下:

x(??,0)0(0,??) f?(x)?0?f(x)1所以函数f(x)在区间(??,0)上单调递减,在区间(0,??)上单调递增,f(0)?1是f(x)的最小值. 当b?1时,曲线y?f(x)与直线y?b最多只有一个交点;

当b?1时,f(?2b)?f(2b)≥4b2?2b?1>4b?2b?1?b, f(0)?1?b, 所以存在x1?(?2b,0),x2?(0,2b),使得f(x1)?f(x2)?b.

由于函数f(x)在区间(??,0)和(0,??)上均单调,所以当b?1时曲线y?f(x)与直线y?b有且只有两个不同交点.

综上可知,如果曲线y?f(x)与直线y?b有且只有两个不同交点,那么b的取值范围是(1,??). 选做题

(2102福建文)已知知函数f(x)?axsinx?(1)求函数f(x)的解析式;

(2)判断函数f(x)在?0,??内的零点个数,并加以证明. 选做题答案:

3???3(a?R),且在[0,]上的最大值为, 2223??3?f(x)?axsinx?≤在[0,]上恒成立,且能取到等号,

222????g(x)?xsinx≤?g(x)max, 在[0,]上恒成立?2a22a?g?(x)?sinx?xcosx?0?y?g(x)在[0,]上单调递增,

2???3?g()??a?1?f(x)?xsinx?. ?2a2223(2)f(x)?xsinx??h(x)?f?(x)?sinx?xcosx

2①当x??0,?时,f?(x)≥0?y?f(x)在?0,?上单调递增,

22???????????3??3?f(0)f()????0?y?f(x)在[0,]上有唯一零点.

2222②当x??,??时,h?(x)?2cosx?xsinx?0?f?(x)当x??,??上单调递减,22?????????????2f?(?)f?()???0?存在唯一x0?(,?)使f?(x0)?0,

222f?(x)?0???≤x?x0,得:f(x)在[,x0)上单调递增, 22f?(x)?0?x0?x≤?,得:f(x)在(x0,?]上单调递减,

?3?f()?0,f(?)???0,得:x?[,x0)时,f(x)?0,x?(x0,?]时,f(x0)f(?)?0, 222?y?f(x)在(x0,?]上有唯一零点,

由①②得:函数f(x)在?0,??内有两个零点.

六、【教后反思】

1.本教案的亮点是:首先较为全面透彻地讲解与训练了如何利用导数来解决函数零点、恒成立及存在性问题,例题精选近几年高考题进行探究,解题过程中综合运用了函数与方程、转化划归、数形结合、分类讨论等数学思想.其次本案的最大亮点是例题及习题通过一题多解、变式训练,较好的发散了学生的思维,巩固了知识点,尤其是必做题的5题、6题紧扣学习内容,学生也给出了多种解法,能较好的达成教学目标.

2.本教案的弱项是:由于课堂时间的限制和这部分内容对学生思维、运算能力的要求较高,没能够在一节课内顺利完成.


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