新高考数学二轮复习强化讲与练专题07 导数与隐零点问题(讲)(2份打包,原卷版+解析版)
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1.(2021·全国·高考真题(理))已知 SKIPIF 1 < 0 且 SKIPIF 1 < 0 ,函数 SKIPIF 1 < 0 .
(1)当 SKIPIF 1 < 0 时,求 SKIPIF 1 < 0 的单调区间;
(2)若曲线 SKIPIF 1 < 0 与直线 SKIPIF 1 < 0 有且仅有两个交点,求a的取值范围.
【答案】(1) SKIPIF 1 < 0 上单调递增; SKIPIF 1 < 0 上单调递减;(2) SKIPIF 1 < 0 .
【分析】(1)求得函数的导函数,利用导函数的正负与函数的单调性的关系即可得到函数的单调性;
(2)方法一:利用指数对数的运算法则,可以将曲线 SKIPIF 1 < 0 与直线 SKIPIF 1 < 0 有且仅有两个交点等价转化为方程 SKIPIF 1 < 0 有两个不同的实数根,即曲线 SKIPIF 1 < 0 与直线 SKIPIF 1 < 0 有两个交点,利用导函数研究 SKIPIF 1 < 0 的单调性,并结合 SKIPIF 1 < 0 的正负,零点和极限值分析 SKIPIF 1 < 0 的图象,进而得到 SKIPIF 1 < 0 ,发现这正好是 SKIPIF 1 < 0 ,然后根据 SKIPIF 1 < 0 的图象和单调性得到 SKIPIF 1 < 0 的取值范围.
【详解】(1)当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,
令 SKIPIF 1 < 0 得 SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,
∴函数 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增; SKIPIF 1 < 0 上单调递减;
(2)[方法一]【最优解】:分离参数
SKIPIF 1 < 0 ,设函数 SKIPIF 1 < 0 ,
则 SKIPIF 1 < 0 ,令 SKIPIF 1 < 0 ,得 SKIPIF 1 < 0 ,
在 SKIPIF 1 < 0 内 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 单调递增;
在 SKIPIF 1 < 0 上 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 单调递减;
SKIPIF 1 < 0 ,
又 SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 趋近于 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 趋近于0,
所以曲线 SKIPIF 1 < 0 与直线 SKIPIF 1 < 0 有且仅有两个交点,即曲线 SKIPIF 1 < 0 与直线 SKIPIF 1 < 0 有两个交点的充分必要条件是 SKIPIF 1 < 0 ,这即是 SKIPIF 1 < 0 ,
所以 SKIPIF 1 < 0 的取值范围是 SKIPIF 1 < 0 .
[方法二]:构造差函数
由 SKIPIF 1 < 0 与直线 SKIPIF 1 < 0 有且仅有两个交点知 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 内有两个解,取对数得方程 SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 内有两个解.
构造函数 SKIPIF 1 < 0 ,求导数得 SKIPIF 1 < 0 .
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 内单调递增,所以, SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 内最多只有一个零点,不符合题意;
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,令 SKIPIF 1 < 0 得 SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ;当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ;所以,函数 SKIPIF 1 < 0 的递增区间为 SKIPIF 1 < 0 ,递减区间为 SKIPIF 1 < 0 .
由于 SKIPIF 1 < 0 ,
当 SKIPIF 1 < 0 时,有 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 ,由函数 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 内有两个零点知 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 .
构造函数 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 的递减区间为 SKIPIF 1 < 0 ,递增区间为 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 ,当且仅当 SKIPIF 1 < 0 时取等号,故 SKIPIF 1 < 0 的解为 SKIPIF 1 < 0 且 SKIPIF 1 < 0 .
所以,实数a的取值范围为 SKIPIF 1 < 0 .
[方法三]分离法:一曲一直
曲线 SKIPIF 1 < 0 与 SKIPIF 1 < 0 有且仅有两个交点等价为 SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 内有两个不相同的解.
因为 SKIPIF 1 < 0 ,所以两边取对数得 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 ,问题等价为 SKIPIF 1 < 0 与 SKIPIF 1 < 0 有且仅有两个交点.
①当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 与 SKIPIF 1 < 0 只有一个交点,不符合题意.
②当 SKIPIF 1 < 0 时,取 SKIPIF 1 < 0 上一点 SKIPIF 1 < 0 在点 SKIPIF 1 < 0 的切线方程为 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 .
当 SKIPIF 1 < 0 与 SKIPIF 1 < 0 为同一直线时有 SKIPIF 1 < 0 得 SKIPIF 1 < 0
直线 SKIPIF 1 < 0 的斜率满足: SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 与 SKIPIF 1 < 0 有且仅有两个交点.
记 SKIPIF 1 < 0 ,令 SKIPIF 1 < 0 ,有 SKIPIF 1 < 0 . SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 内单调递增; SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 内单调递减; SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 最大值为 SKIPIF 1 < 0 ,所当 SKIPIF 1 < 0 且 SKIPIF 1 < 0 时有 SKIPIF 1 < 0 .
综上所述,实数a的取值范围为 SKIPIF 1 < 0 .
[方法四]:直接法
SKIPIF 1 < 0 .
因为 SKIPIF 1 < 0 ,由 SKIPIF 1 < 0 得 SKIPIF 1 < 0 .
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 内单调递减,不满足题意;
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,由 SKIPIF 1 < 0 得 SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 内单调递增,由 SKIPIF 1 < 0 得 SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 内单调递减.
因为 SKIPIF 1 < 0 ,且 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 ,两边取对数,得 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 .
令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 内单调递增,在区间 SKIPIF 1 < 0 内单调递减,所以 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 的解为 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 .
故实数a的范围为 SKIPIF 1 < 0 .]
【整体点评】本题考查利用导数研究函数的单调性,根据曲线和直线的交点个数求参数的取值范围问题,属较难试题,
方法一:将问题进行等价转化,分离参数,构造函数,利用导数研究函数的单调性和最值,图象,利用数形结合思想求解.
方法二:将问题取对,构造差函数,利用导数研究函数的单调性和最值.
方法三:将问题取对,分成 SKIPIF 1 < 0 与 SKIPIF 1 < 0 两个函数,研究对数函数过原点的切线问题,将切线斜率与一次函数的斜率比较得到结论.
方法四:直接求导研究极值,单调性,最值,得到结论.
2.(2019·全国·高考真题(文))已知函数f(x)=2sinx-xcsx-x,f′(x)为f(x)的导数.
(1)证明:f′(x)在区间(0,π)存在唯一零点;
(2)若x∈[0,π]时,f(x)≥ax,求a的取值范围.
【答案】(1)见解析;
(2) SKIPIF 1 < 0 .
【分析】(1)求导得到导函数后,设为 SKIPIF 1 < 0 进行再次求导,可判断出当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,从而得到 SKIPIF 1 < 0 单调性,由零点存在定理可判断出唯一零点所处的位置,证得结论;(2)构造函数 SKIPIF 1 < 0 ,通过二次求导可判断出 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ;分别在 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 的情况下根据导函数的符号判断 SKIPIF 1 < 0 单调性,从而确定 SKIPIF 1 < 0 恒成立时 SKIPIF 1 < 0 的取值范围.
【详解】(1) SKIPIF 1 < 0
令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0
当 SKIPIF 1 < 0 时,令 SKIPIF 1 < 0 ,解得: SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ;当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增;在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减
又 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
即当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,此时 SKIPIF 1 < 0 无零点,即 SKIPIF 1 < 0 无零点
SKIPIF 1 < 0 SKIPIF 1 < 0 ,使得 SKIPIF 1 < 0
又 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减 SKIPIF 1 < 0 为 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上的唯一零点
综上所述: SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 存在唯一零点
(2)若 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 恒成立
令 SKIPIF 1 < 0
则 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
由(1)可知, SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增;在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减
且 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
①当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上恒成立
SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增
SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 ,此时 SKIPIF 1 < 0 恒成立
②当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 ,使得 SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增,在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减
又 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上恒成立,即 SKIPIF 1 < 0 恒成立
③当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 ,使得 SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减,在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增
SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,可知 SKIPIF 1 < 0 不恒成立
④当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减 SKIPIF 1 < 0
可知 SKIPIF 1 < 0 不恒成立
综上所述: SKIPIF 1 < 0
【点睛】本题考查利用导数讨论函数零点个数、根据恒成立的不等式求解参数范围的问题.对于此类端点值恰为恒成立不等式取等的值的问题,通常采用构造函数的方式,将问题转变成函数最值与零之间的比较,进而通过导函数的正负来确定所构造函数的单调性,从而得到最值.
3.(2019·全国·高考真题(理))已知函数 SKIPIF 1 < 0 .
(1)讨论f(x)的单调性,并证明f(x)有且仅有两个零点;
(2)设x0是f(x)的一个零点,证明曲线y=ln x 在点A(x0,ln x0)处的切线也是曲线 SKIPIF 1 < 0 的切线.
【答案】(1)函数 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 上是单调增函数,证明见解析;
(2)证明见解析.
【分析】(1)对函数 SKIPIF 1 < 0 求导,结合定义域,判断函数的单调性;
(2)先求出曲线 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 处的切线 SKIPIF 1 < 0 ,然后求出当曲线 SKIPIF 1 < 0 切线的斜率与 SKIPIF 1 < 0 斜率相等时,证明曲线 SKIPIF 1 < 0 切线 SKIPIF 1 < 0 在纵轴上的截距与 SKIPIF 1 < 0 在纵轴的截距相等即可.
【详解】(1)函数 SKIPIF 1 < 0 的定义域为 SKIPIF 1 < 0 ,
SKIPIF 1 < 0 ,因为函数 SKIPIF 1 < 0 的定义域为 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 ,因此函数 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 上是单调增函数;
当 SKIPIF 1 < 0 ,时, SKIPIF 1 < 0 ,而 SKIPIF 1 < 0 ,显然当 SKIPIF 1 < 0 ,函数 SKIPIF 1 < 0 有零点,而函数 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增,故当 SKIPIF 1 < 0 时,函数 SKIPIF 1 < 0 有唯一的零点;
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,
因为 SKIPIF 1 < 0 ,所以函数 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 必有一零点,而函数 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上是单调递增,故当 SKIPIF 1 < 0 时,函数 SKIPIF 1 < 0 有唯一的零点
综上所述,函数 SKIPIF 1 < 0 的定义域 SKIPIF 1 < 0 内有2个零点;
(2)因为 SKIPIF 1 < 0 是 SKIPIF 1 < 0 的一个零点,所以 SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 ,所以曲线 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 处的切线 SKIPIF 1 < 0 的斜率 SKIPIF 1 < 0 ,故曲线 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 处的切线 SKIPIF 1 < 0 的方程为: SKIPIF 1 < 0 而 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 的方程为 SKIPIF 1 < 0 ,它在纵轴的截距为 SKIPIF 1 < 0 .
设曲线 SKIPIF 1 < 0 的切点为 SKIPIF 1 < 0 ,过切点为 SKIPIF 1 < 0 切线 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ,所以在 SKIPIF 1 < 0 处的切线 SKIPIF 1 < 0 的斜率为 SKIPIF 1 < 0 ,因此切线 SKIPIF 1 < 0 的方程为 SKIPIF 1 < 0 ,
当切线 SKIPIF 1 < 0 的斜率 SKIPIF 1 < 0 等于直线 SKIPIF 1 < 0 的斜率 SKIPIF 1 < 0 时,即 SKIPIF 1 < 0 ,
切线 SKIPIF 1 < 0 在纵轴的截距为 SKIPIF 1 < 0 ,而 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 ,直线 SKIPIF 1 < 0 的斜率相等,在纵轴上的截距也相等,因此直线 SKIPIF 1 < 0 重合,故曲线 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 处的切线也是曲线 SKIPIF 1 < 0 的切线.
总结规律 预测考向
(一)规律与预测
1.高考对导数的考查要求一般有三个层次:第一层次主要考查求导公式,求导法则与导数的几何意义;第二层次是导数的简单应用,包括求函数的单调区间、极值、最值等;第三层次是综合考查,如研究函数零点、证明不等式、恒成立问题、求参数等,包括解决应用问题,将导数内容和传统内容中有关不等式、数列及函数单调性有机结合,设计综合题.
2.涉及导数与零点问题,主要有:函数零点个数的判断与证明、根据函数的零点个数或零点情况求参数的取值范围、与零点相关的不等式恒成立或证明问题等. 零点问题中另有一个比较重要的存在,就是隐零点问题,隐零点就是指一个函数 SKIPIF 1 < 0 ,可以判断它在某个区间上有一个零点,但是这个零点具体是什么却无法计算或根本不需要计算,只需利用他的存在去解答题目.
(二)本专题考向展示
考点突破 典例分析
考向一 利用“隐零点”研究极(最)值问题
【核心知识】
在利用导数研究极(最)值问题时,我们往往利用零点的存在性,对函数的零点设而不求,通过整体代换、构造函数等,再结合题目条件解决问题.
【典例分析】
典例1.【多选题】(2022·安徽·合肥一六八中学高三阶段练习)已知函数,若在区间上有零点,则的值可以为( )
A.B.C.D.1
【答案】BCD
【分析】由函数在区间上有零点,则,结合函数可知点在直线,由可以表示原点到点的距离,问题进行转化,然后构造新函数进行分析求出的值的范围.
【详解】设在区间上零点为,则,
所以点在直线上,
由,其中О为坐标原点.
又,
记函数,,
因为,所以在上单调递增
所以最小值为,
所以,
故选:BCD.
典例2. (2022·江苏淮安·高三期中)已知函数
(1)求曲线在处的切线方程;
(2)已知,求证:存在实数使得在处取得最大值,且
(3)求证:有唯一零点
【答案】(1)
(2)证明见解析
(3)证明见解析
【分析】(1)利用导数可求得函数在某一点处的切线;
(2)整理函数解析式,求导,构造函数,利用其单调性以及零点存在性定理,可得导数的性质,结合导数求得最值,可得答案;
(3)函数求导,明确其单调性,结合零点存在性定理,可得答案.
【详解】(1)由,则,将代入,可得,切线斜率,
则,整理可得.
(2)由,,,
设,,在递增,
,,知有,
且在小于0,在大于0,在递增,在递减,
在处取最大值,.
(3),,在上单调递减,
,又,所以,,
,故,且唯一,
故函数有唯一零点.
【点睛】解决函数存在唯一零点,利用函数的导数研究其单调性,结合零点存在性定理,可得零点的唯一性,推广也可求得函数的零点的个数;当函数的导数时分式函数时,往往利用其分子构造成新函数,通过研究新函数的单调性和最值,可得导数与零的大小关系,可得原函数的单调性.
典例3.(2019·全国·高考真题(理))已知函数 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 为 SKIPIF 1 < 0 的导数.证明:
(1) SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 存在唯一极大值点;
(2) SKIPIF 1 < 0 有且仅有2个零点.
【答案】(1)见解析;(2)见解析
【分析】(1)求得导函数后,可判断出导函数在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减,根据零点存在定理可判断出 SKIPIF 1 < 0 ,使得 SKIPIF 1 < 0 ,进而得到导函数在 SKIPIF 1 < 0 上的单调性,从而可证得结论;(2)由(1)的结论可知 SKIPIF 1 < 0 为 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上的唯一零点;当 SKIPIF 1 < 0 时,首先可判断出在 SKIPIF 1 < 0 上无零点,再利用零点存在定理得到 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上的单调性,可知 SKIPIF 1 < 0 ,不存在零点;当 SKIPIF 1 < 0 时,利用零点存在定理和 SKIPIF 1 < 0 单调性可判断出存在唯一一个零点;当 SKIPIF 1 < 0 ,可证得 SKIPIF 1 < 0 ;综合上述情况可证得结论.
【详解】(1)由题意知: SKIPIF 1 < 0 定义域为: SKIPIF 1 < 0 且 SKIPIF 1 < 0
令 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减, SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减
SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减
又 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 ,使得 SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ; SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0
即 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增;在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减
则 SKIPIF 1 < 0 为 SKIPIF 1 < 0 唯一的极大值点
即: SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 上存在唯一的极大值点 SKIPIF 1 < 0 .
(2)由(1)知: SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
①当 SKIPIF 1 < 0 时,由(1)可知 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增
SKIPIF 1 < 0 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减
又 SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 为 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上的唯一零点
②当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增,在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减
又 SKIPIF 1 < 0 SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增,此时 SKIPIF 1 < 0 ,不存在零点
又 SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 ,使得 SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增,在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减
又 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上恒成立,此时不存在零点
③当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 单调递减, SKIPIF 1 < 0 单调递减
SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减
又 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
即 SKIPIF 1 < 0 ,又 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减
SKIPIF 1 < 0 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上存在唯一零点
④当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0
即 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上不存在零点
综上所述: SKIPIF 1 < 0 有且仅有 SKIPIF 1 < 0 个零点
【规律方法】
零点问题求解三步曲
(1)用零点存在性定理判定导函数零点的存在性,列出零点方程f′(x0)=0,并结合f(x)的单调性得到零点的取值范围.
(2)以零点为分界点,说明导函数f′(x)的正负,进而得到f(x)的最值表达式.
(3)将零点方程适当变形,整体代入最值式子进行化简证明,有时(1)中的零点范围还可以适当缩小.
考向二 利用“隐零点”确定参数取值范围
【核心知识】
利用零点存在性原理可以估算出隐零点的大小范围,然后再用隐零点的范围去估计所求函数(参数)的范围.
【典例分析】
典例4. (2022·河南南阳·高三期中(理))若方程 SKIPIF 1 < 0 存在唯一实根,则实数 SKIPIF 1 < 0 的取值范围是_____.
【答案】 SKIPIF 1 < 0
【分析】方程 SKIPIF 1 < 0 存在唯一实根,则 SKIPIF 1 < 0 存在唯一实根,则函数 SKIPIF 1 < 0 与函数 SKIPIF 1 < 0 有唯一的交点,利用导数分析 SKIPIF 1 < 0 的单调性,并在同一坐标系中做出 SKIPIF 1 < 0 与函数 SKIPIF 1 < 0 的图象,即可求解
【详解】方程 SKIPIF 1 < 0 存在唯一实根,
则 SKIPIF 1 < 0 存在唯一实根,
令 SKIPIF 1 < 0 ,
则 SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0
令 SKIPIF 1 < 0 ,
注意到 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,且
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,
所以 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 ;
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,
所以 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 ;
所以当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 单调递增;
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 单调递减;
又 SKIPIF 1 < 0 ,
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 恒成立;
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ;
所以 SKIPIF 1 < 0 的大致图象为:
由 SKIPIF 1 < 0 存在唯一实根,
则函数 SKIPIF 1 < 0 与函数 SKIPIF 1 < 0 有唯一的交点,
由图象可知 SKIPIF 1 < 0 或 SKIPIF 1 < 0 时满足条件,
所以方程 SKIPIF 1 < 0 存在唯一实根时,
实数 SKIPIF 1 < 0 的取值范围是 SKIPIF 1 < 0
故答案为: SKIPIF 1 < 0
典例5.(2022·吉林·东北师大附中模拟预测)已知.
(1)若在处的切线的斜率是,求当在恒成立时的的取值范围;
(2)设,当时有唯一零点,求a的取值范围.
【答案】(1);
(2).
【分析】(1)根据导数的几何意义,求得参数;再利用导数求解在区间上的最小值,即可求得参数的范围;
(2)对参数分类讨论,当时,利用导数研究其单调性,即可判断零点个数;当时,根据,再证明,即可求得此时的零点个数,再结合题意进行取舍即可.
【详解】(1),则
令,则恒成立,
在上单调递增,当时,,即恒成立,
在上单调递增,
恒成立,
的取值范围是
(2),
①当时在上单调递增,,
存在使得,
当时,,单调递减,
当时,,单调递增
又,故存在唯一的使得,满足题意;
②当时,由可得,令,
则,当时,,故在上单调递增,
则,则在上恒成立,故在上无零点.
综上所述,a的取值范围是.
【点睛】关键点点睛:本题考查导数的几何意义,以及利用导数处理恒成立问题和零点问题;其中第二问处理的关键是在当时,进行适度的放缩,属综合困难题.
典例6.(2022·甘肃·靖远县第四中学高三阶段练习(理))已知函数 SKIPIF 1 < 0 .
(1)若 SKIPIF 1 < 0 是 SKIPIF 1 < 0 的极值点,求 SKIPIF 1 < 0 的单调区间;
(2)若关于 SKIPIF 1 < 0 的方程 SKIPIF 1 < 0 恰有一个解,求a的取值范围.
【答案】(1)单调递增区间为 SKIPIF 1 < 0 ,单调递减区间为 SKIPIF 1 < 0 ;
(2) SKIPIF 1 < 0
【分析】(1)求出函数的导函数,依题意 SKIPIF 1 < 0 ,即可求出 SKIPIF 1 < 0 的值,再利用导数求出函数的单调区间;
(2)求出函数的导函数 SKIPIF 1 < 0 ,令 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ,利用导数说明 SKIPIF 1 < 0 的单调性,由零点存在性定理可得存在 SKIPIF 1 < 0 使得 SKIPIF 1 < 0 ,即可得到 SKIPIF 1 < 0 的单调性,从而求出 SKIPIF 1 < 0 的最小值 SKIPIF 1 < 0 ,依题意可得 SKIPIF 1 < 0 ,即可求出 SKIPIF 1 < 0 的值,从而得解.
(1)
解:因为 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 ,
因为 SKIPIF 1 < 0 是 SKIPIF 1 < 0 的极值点,所以 SKIPIF 1 < 0 ,解得 SKIPIF 1 < 0 ,经检验符合题意,
所以 SKIPIF 1 < 0 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ,又 SKIPIF 1 < 0 与 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增,
所以 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增,又 SKIPIF 1 < 0 ,
所以当 SKIPIF 1 < 0 时 SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 时 SKIPIF 1 < 0 ,
即 SKIPIF 1 < 0 的单调递增区间为 SKIPIF 1 < 0 ,单调递减区间为 SKIPIF 1 < 0 ;
(2)
解:显然 SKIPIF 1 < 0 ,又 SKIPIF 1 < 0 ,
令 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 恒成立,所以 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增,
且 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ,
所以存在 SKIPIF 1 < 0 使得 SKIPIF 1 < 0 ,
当 SKIPIF 1 < 0 时 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 时 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 ,
所以 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减,在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增,
所以当 SKIPIF 1 < 0 时 SKIPIF 1 < 0 取得最小值,
由 SKIPIF 1 < 0 ,可得 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,
因为关于 SKIPIF 1 < 0 的方程 SKIPIF 1 < 0 恰有一个解,
所以 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 ,
所以 SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 时等号成立,
由 SKIPIF 1 < 0 ,可得 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 的取值范围为 SKIPIF 1 < 0 ;
【方法点睛】导函数中常用的两种常用的转化方法:一是利用导数研究含参函数的单调性,常化为不等式恒成立问题.注意分类讨论与数形结合思想的应用;二是函数的零点、不等式证明常转化为函数的单调性、极(最)值问题处理.
【总结提升】
已知函数有零点(方程有根)求参数值(取值范围)常用的方法:
(1)直接法:直接求解方程得到方程的根,再通过解不等式确定参数范围;
(2)分离参数法:先将参数分离,转化成求函数的值域问题加以解决;
(3)数形结合法:先对解析式变形,进而构造两个函数,然后在同一平面直角坐标系中画出函数的图象,利用数形结合的方法求解
考向三 利用“隐零点”完成不等式恒成立或证明问题
【核心知识】
1.不等式恒成立问题常见方法:① 分离参数恒成立(即可)或恒成立(即可);② 数形结合( 图象在 上方即可);③ 讨论最值或恒成立;④ 讨论参数,排除不合题意的参数范围,筛选出符合题意的参数范围.
2.含参数的不等式恒成立的处理方法:①的图象永远落在图象的上方;②构造函数法,一般构造,;③参变分离法,将不等式等价变形为,或,进而转化为求函数的最值.
3.利用参变量分离法求解函数不等式恒(能)成立,可根据以下原则进行求解:
(1),;
(2),;
(3),;
(4),.
【典例分析】
典例7. (2022·浙江省新昌中学高三期中)若存在 SKIPIF 1 < 0 使对于任意 SKIPIF 1 < 0 不等式 SKIPIF 1 < 0 恒成立,则实数 SKIPIF 1 < 0 的最小值为( )
A. SKIPIF 1 < 0 B. SKIPIF 1 < 0 C. SKIPIF 1 < 0 D. SKIPIF 1 < 0
【答案】D
【分析】变形为 SKIPIF 1 < 0 ,由题意知直线 SKIPIF 1 < 0 恒位于 SKIPIF 1 < 0 的图象上方, SKIPIF 1 < 0 的图象下方, SKIPIF 1 < 0 代表直线 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 轴上的截距,当直线变化时观察 SKIPIF 1 < 0 取得小值时满足的条件.
【详解】
令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,故 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 为增函数, SKIPIF 1 < 0 为减函数,且 SKIPIF 1 < 0 ,在 SKIPIF 1 < 0 时的图象如图所示.
令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0
且 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ,所以存在 SKIPIF 1 < 0 使得 SKIPIF 1 < 0
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 当 SKIPIF 1 < 0 为增函数,当 SKIPIF 1 < 0 为减函数,当 SKIPIF 1 < 0 时的图象如图所示.
由题意得 SKIPIF 1 < 0 ,如图,
当 SKIPIF 1 < 0 时,直线 SKIPIF 1 < 0 恒位于 SKIPIF 1 < 0 的图象上方, SKIPIF 1 < 0 的图象下方,
SKIPIF 1 < 0 代表直线 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 轴上的截距,当直线变化时观察得当直线过 SKIPIF 1 < 0
且与曲线 SKIPIF 1 < 0 相切时, SKIPIF 1 < 0 最小.
设切点为 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,
整理得 SKIPIF 1 < 0
令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0
而当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
所以 SKIPIF 1 < 0
所以当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0
所以当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 为增函数,所以 SKIPIF 1 < 0 有唯一的零点1,
所以 SKIPIF 1 < 0 ,此时直线方程为 SKIPIF 1 < 0 ,故 SKIPIF 1 < 0 .
故选:D
【点睛】不等式恒成立求参数范围时常用的方法:
①完全分离参数,此法比较简单,分离后只需研究不含参函数的最值即可;
②半分离参数,将参数留在一个形式比较简单的函数中,如一次函数或二次函数,另一边的函数可以是稍微复杂一点的不含参函数,将不等式恒成立问题转化为两函数图象位置关系求解;
③不分离参数,含参讨论,常常比较复杂要用导数研究最值.
典例8.(2022·河北·高三期中)已知函数 SKIPIF 1 < 0 .
(1)若 SKIPIF 1 < 0 ,求 SKIPIF 1 < 0 的单调区间;
(2)记函数 SKIPIF 1 < 0 ,若 SKIPIF 1 < 0 恒成立,试求实数 SKIPIF 1 < 0 的取值范围.
【答案】(1) SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 上单调递增,在区间 SKIPIF 1 < 0 上单调递减
(2) SKIPIF 1 < 0
【分析】(1)由题意得 SKIPIF 1 < 0 ,令 SKIPIF 1 < 0 求出零点,即可得 SKIPIF 1 < 0 的单调区间;
(2) SKIPIF 1 < 0 恒成立,转化为 SKIPIF 1 < 0 恒成立,令 SKIPIF 1 < 0 ,求导后,转化成两个函数的交点问题讨论函数单调性,即可求出实数 SKIPIF 1 < 0 的取值范围.
【详解】(1)解:由题意得函数 SKIPIF 1 < 0 的定义域为 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0
若 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,
令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,
而 SKIPIF 1 < 0 ,
所以 SKIPIF 1 < 0 在区间 SKIPIF 1 < 0 上单调递增,在区间 SKIPIF 1 < 0 上单调递减;
(2)解:若 SKIPIF 1 < 0 恒成立,
则 SKIPIF 1 < 0 ,
整理得 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,
设 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,
令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,
整理得 SKIPIF 1 < 0 ,
设 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ,可知两个函数均过定点 SKIPIF 1 < 0 ,
若 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 时,
SKIPIF 1 < 0 为 SKIPIF 1 < 0 的切线,切点为 SKIPIF 1 < 0 ,
①当 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ,不在定义域,不合题意;
②当 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 时,
在区间 SKIPIF 1 < 0 ,恒有 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ,
所以 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 单调递增, SKIPIF 1 < 0 ,
则 SKIPIF 1 < 0 ,符合题意;
③当 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 时,
设零点为 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0
所以 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递减,在 SKIPIF 1 < 0 单调递增,
SKIPIF 1 < 0 ,
因为 SKIPIF 1 < 0 ,
则 SKIPIF 1 < 0 ,
又因为 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 且 SKIPIF 1 < 0 ,与 SKIPIF 1 < 0 矛盾;
综上所述,实数 SKIPIF 1 < 0 的取值范围为 SKIPIF 1 < 0
【点睛】导函数中常用的两种常用的转化方法:一是利用导数研究含参函数的单调性,常化为不等式恒成立问题.注意分类讨论与数形结合思想的应用;二是函数的零点、不等式证明常转化为函数的单调性、极(最)值问题处理.
典例9.(2022·江苏常州·高三期中)已知函数,,.
(1)若在x=0处的切线与在x=1处的切线相同,求实数a的值;
(2)令,直线y=m与函数的图象有两个不同的交点,交点横坐标分别为,,证明:.
【答案】(1)a=1
(2)证明见解析
【分析】(1) 由于在x=0处的切线与在x=1处的切线相同,即可.
(2)本问题为极值点偏移问题,可转化为单变量的不等式证明,构造函数,利用导数证明即可.
【详解】(1),.,,1-a=a-1,a=1.
检验a=1时两个函数切线方程都是y=1.
(2),x>0,令,则,
∴在递增,,,
因为函数连续不间断,所以存在唯一实数,
,,从而在递减,递增.
不妨设,则,
当时,.
当,则,,在递增,,
,
令,,
令,,
令,,
,,在递减,
因为,,,在递增,
,所以在递减,
所以,
即,即,
因为,,在递增,
所以,所以.综上可得,.
【点睛】导数中常用的两种转化方法:一是利用导数研究含参函数的单调性,转化为不等式恒成立问题,注意分类讨论与数形结合思想的应用;二是函数的零点,不等式证明常转化为函数的单调性,极(最)值问题处理.
典例10. (2022·河南·新安县第一高级中学高三开学考试(理))(1)证明不等式:(第一问必须用隐零点解决,否则不给分);
(2)已知函数有两个零点.求a的取值范围.(第二问必须用分段讨论解决,否则不给分)
【答案】(1)证明见解析;(2).
【分析】(1)根据给定条件,构造函数,借助导数探讨函数最小值为正即可推理作答.
(2)求出函数的导数,利用导数分类讨论函数的单调性、零点情况作答.
【详解】(1)令函数,,求导得:,显然函数在上单调递增,
而,,则存在,使得,即,有,
当时,,当时,,函数在上单调递减,在上单调递增,
,
所以.
(2)函数定义域R,求导得,
当时,由得,,由得,,即函数在上递减,在上递增,
,而,即存在,使得,则函数在上有唯一零点,
取且,则,
即存在,使得,则函数在上有唯一零点,
因此当时,函数有两个零点,
当时,函数只有一个零点2,
当时,若,当或时,,当时,,
即有在上单调递增,在上单调递减,又,,
因此函数在上没有零点,在上最多一个零点,即函数最多一个零点,
若,恒有,即函数在R上单调递增,函数最多一个零点,
若,当或时,,当时,,
即有在上单调递增,在上单调递减,又,,当时,,
因此函数在上没有零点,在上最多一个零点,即函数最多一个零点,
综上得,当时,函数有两个零点,当时,函数最多一个零点,
所以a的取值范围是.
典例11.(2022·重庆·高三阶段练习)已知函数 SKIPIF 1 < 0 .
(1)求 SKIPIF 1 < 0 的极值;
(2)若 SKIPIF 1 < 0 有两个相异的实根 SKIPIF 1 < 0 ,证明: SKIPIF 1 < 0 .
【答案】(1)极小值 SKIPIF 1 < 0 ,无极大值
(2)证明见解析
【分析】(1)通过二次求导确定 SKIPIF 1 < 0 的导函数有唯一零点,进而确定 SKIPIF 1 < 0 的单调区间以及极值;
(2)先将题中等式变形为 SKIPIF 1 < 0 ,通过构造函数 SKIPIF 1 < 0 有两个不同零点确定参数m的范围,再将方程 SKIPIF 1 < 0 的两相异实根 SKIPIF 1 < 0 代入,并令 SKIPIF 1 < 0 ,将原不等式中 SKIPIF 1 < 0 和m均替换为t表示,最后构造关于t的函数 SKIPIF 1 < 0 ,利用求导判断不等式成立即可.
【详解】(1)因为 SKIPIF 1 < 0
所以 SKIPIF 1 < 0 ,
令 SKIPIF 1 < 0 ,
则 SKIPIF 1 < 0 ,
因为 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 单调递增,又因为 SKIPIF 1 < 0 ,
所以当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,此时函数 SKIPIF 1 < 0 单调递减,
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,此时函数 SKIPIF 1 < 0 单调递增,
所以当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 取得极小值 SKIPIF 1 < 0 无极大值.
(2)因为 SKIPIF 1 < 0 有两个相异实根,
即 SKIPIF 1 < 0 有两个相异实根,
令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0
所以 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 单调递减, SKIPIF 1 < 0 单调递增,
因为 SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 ,
所以 SKIPIF 1 < 0
因为 SKIPIF 1 < 0 有两个相异实根 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 ,令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,
所以 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0
又因为 SKIPIF 1 < 0 ,要证 SKIPIF 1 < 0 ,
只需证 SKIPIF 1 < 0 ,
因为 SKIPIF 1 < 0 ,所以只需证 SKIPIF 1 < 0 .即证 SKIPIF 1 < 0 ,
因为 SKIPIF 1 < 0 ,所以只需证 SKIPIF 1 < 0 ,即证 SKIPIF 1 < 0 ,
令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0
所以 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增,
SKIPIF 1 < 0 ,即当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 成立.
所以 SKIPIF 1 < 0 .
【点睛】本题主要考查双变量问题,难度较大,解题关键在于通过实根建立方程,再借助换元将双变量转化为单变量,进而构造函数将恒成立问题转化为最值问题,求导确定单调性,使问题得到解决.
典例12.(2022·上海市进才中学高三阶段练习)已知函数 SKIPIF 1 < 0 ,设 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 .
(1)若 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上有解,求 SKIPIF 1 < 0 的取值范围;
(2)若 SKIPIF 1 < 0 ,证明:当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 成立;
(3)若 SKIPIF 1 < 0 恰有三个不同的根,证明: SKIPIF 1 < 0 .
【答案】(1) SKIPIF 1 < 0
(2)证明见解析
(3)证明见解析
【分析】(1)常数分离法,转化为 SKIPIF 1 < 0 有解,用导数求 SKIPIF 1 < 0 的最小值即可;
(2)即证 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 时恒成立,用导数求左边函数的最小值;
(3)确定 SKIPIF 1 < 0 是先减后增,要使 SKIPIF 1 < 0 有三根,要满足 SKIPIF 1 < 0 ,从而 SKIPIF 1 < 0 ,可将 SKIPIF 1 < 0 表示为 SKIPIF 1 < 0 的函数,根据 SKIPIF 1 < 0 的范围,求得 SKIPIF 1 < 0 的范围.
【详解】(1)由题, SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上有解, SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 有解
令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,
而 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上为增函数,所以 SKIPIF 1 < 0 ,
即 SKIPIF 1 < 0 成立,所以 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 严格递增,
因而 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 .
(2) SKIPIF 1 < 0 时,则 SKIPIF 1 < 0 ,
令 SKIPIF 1 < 0 ,
得 SKIPIF 1 < 0 ,记 SKIPIF 1 < 0 ,
则 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 时严格增,
因而 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 时严格增,
因而 SKIPIF 1 < 0
即 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 严格增, SKIPIF 1 < 0 ,
即 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 恒成立.
(3) SKIPIF 1 < 0 在定义域上递增
①当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,
而当 SKIPIF 1 < 0 时 SKIPIF 1 < 0 成立,且 SKIPIF 1 < 0 ,
所以 SKIPIF 1 < 0 ,
因而存在 SKIPIF 1 < 0 ,使得 SKIPIF 1 < 0 ,
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 为减函数;
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 为增函数;
所以 SKIPIF 1 < 0 为极小值点. SKIPIF 1 < 0 ,
由 SKIPIF 1 < 0 ,此时 SKIPIF 1 < 0 不可能有三个根.
②当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0
因而存在 SKIPIF 1 < 0 ,使得 SKIPIF 1 < 0 ,
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 为减函数;
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 为增函数;
所以 SKIPIF 1 < 0 为极小值点. SKIPIF 1 < 0 ,
由 SKIPIF 1 < 0 ,此时 SKIPIF 1 < 0 不可能有三个根.
③当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 在定义域上递增, SKIPIF 1 < 0
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 为减函数;
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 为增函数;
所以 SKIPIF 1 < 0 为极小值点.所以 SKIPIF 1 < 0 为最小值,此时 SKIPIF 1 < 0 不可能有三个根.
④当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,存在 SKIPIF 1 < 0 ,使得 SKIPIF 1 < 0
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 为减函数;
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 为增函数;
所以 SKIPIF 1 < 0 为极小值点, SKIPIF 1 < 0
而 SKIPIF 1 < 0 ,所以 SKIPIF 1 < 0
由 SKIPIF 1 < 0
由 SKIPIF 1 < 0 有三个根,得 SKIPIF 1 < 0
由 SKIPIF 1 < 0 ,
所以 SKIPIF 1 < 0 .
【点睛】利用导数研究方程根的过程中用的主要数学思想方法就是数形结合,即首先通过导数研究函数的性质,确定函数的单调性,极值,最值等,根据函数的性质画出函数的图象,然后根据函数的图像确定方程根的情况.方程的根的个数可以看成函数图象与x轴交点的个数,也可以转化为两个函数图象的交点个数问题.解决这类问题要注意分类讨论思想,数形结合思想的应用.
【规律方法】
1.不等式的恒成立问题,往往可转化为函数的最值的符号来讨论,也可以参变分离后转化不含参数的函数的最值问题,转化中注意等价转化.
2. 在解题过程中,必要时可作出函数图象,借助几何图形直观分析转化.通过围绕参数分类讨论不等式是否成立,不失为一种好的方法.
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