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    2019届高三文科数学二轮复习配套教案:第一篇专题二第3讲 导数的综合应用

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    3讲 导数的综合应用(对应学生用书第14)                      1.(2018·全国,21)已知函数f(x)=aex-ln x-1.(1)x=2f(x)的极值点,a,并求f(x)的单调区间;(2)证明:a≥,f(x)≥0.(1):f(x)的定义域为(0,+∞),f'(x)=aex-.由题设知,f'(2)=0,所以a=.从而f(x)=ex-ln x-1,f'(x)=ex-.0<x<2,f'(x)<0;x>2,f'(x)>0.所以f(x)(0,2)上单调递减,(2,+∞)上单调递增.(2)证明:a≥,f(x)≥-ln x-1.g(x)=-ln x-1,g'(x)=-.0<x<1,g'(x)<0;x>1,g'(x)>0.所以x=1g(x)的最小值点.故当x>0,g(x)≥g(1)=0.因此,a≥,f(x)≥0.2.(2018·全国,21)已知函数f(x)=x3-a(x2+x+1).(1)a=3,f(x)的单调区间;(2)证明:f(x)只有一个零点.(1):a=3,f(x)=x3-3x2-3x-3,f'(x)=x2-6x-3.f'(x)=0,解得x=3-2x=3+2.x(-∞,3-2)(3+2,+∞),f'(x)>0;x(3-2,3+2),f'(x)<0.f(x)(-∞,3-2),(3+2,+∞)单调递增,(3-2,3+2)单调递减.(2)证明:因为x2+x+1>0,所以f(x)=0等价于-3a=0.g(x)=-3a,g'(x)=≥0,仅当x=0g'(x)=0,所以g(x)(-∞,+∞)单调递增.g(x)至多有一个零点,从而f(x)至多有一个零点.f(3a-1)=-6a2+2a-=-6-<0,f(3a+1)=>0,f(x)有一个零点.综上,f(x)只有一个零点.3.(2017·全国,21)已知函数f(x)=ex(ex-a)-a2x.(1)讨论f(x)的单调性;(2)f(x)≥0,a的取值范围.:(1)函数f(x)的定义域为(-∞,+∞),f'(x)=2e2x-aex-a2=(2ex+a)(ex-a).a=0,f(x)=e2x(-∞,+∞)上单调递增.a>0,则由f'(x)=0x=ln a.x(-∞,ln a),f'(x)<0,x(ln a,+∞),f'(x)>0,f(x)(-∞,ln a)上单调递减,(ln a,+∞)上单调递增.a<0,则由f'(x)=0x=ln-.x-∞,ln-,f'(x)<0;xln-,+∞,f'(x)>0,f(x)-∞,ln-上单调递减,ln-,+∞上单调递增.(2)a=0,f(x)=e2x,所以f(x)≥0.a>0,则由(1),x=ln a,f(x)取得最小值,最小值为f(ln a)=-a2ln a.从而当且仅当-a2ln a≥0,a≤1,f(x)≥0,综合得0<a≤1.a<0,则由(1)得当x=ln-,f(x)取得最小值,最小值为fln-=a2-ln-,从而当且仅当a2-ln-≥0,a≥-2f(x)≥0.综上,a的取值范围是[-2,1].4.(2016·全国,21)已知函数f(x)=(x-2)ex+a(x-1)2.(1)讨论f(x)的单调性;(2)f(x)有两个零点,a的取值范围.:(1)f'(x)=(x-1)ex+2a(x-1)=(x-1)(ex+2a).a≥0,则当x(-∞,1),f'(x)<0;x(1,+∞),f'(x)>0.所以f(x)(-∞,1)上单调递减,(1,+∞)上单调递增.a<0,f'(x)=0x=1x=ln(-2a).()a=-,f'(x)=(x-1)(ex-e),所以f(x)(-∞,+∞)上单调递增. ()a>-,ln(-2a)<1,故当x(-∞,ln(-2a))(1,+∞),f'(x)>0;x(ln(-2a),1),f'(x)<0,所以f(x)(-∞,ln(-2a)),(1,+∞)上单调递增,(ln(-2a),1)上单调递减.()a<-,ln(-2a)>1,故当x(-∞,1)(ln(-2a),+∞),f'(x)>0;x(1,ln(-2a)),f'(x)<0,所以f(x)(-∞,1),(ln(-2a),+∞)上单调递增,(1,ln(-2a))上单调递减.(2)a>0,则由(1),f(x)(-∞,1)上单调递减,(1,+∞)上单调递增.f(1)=-e,f(2)=a,b满足b<0b<ln,f(b)>(b-2)+a(b-1)2=ab2-b>0,所以f(x)有两个零点.a=0,f(x)=(x-2)ex,所以f(x)只有一个零点.a<0,a≥-,则由(1),f(x)(1,+∞)上单调递增.又当x≤1f(x)<0,f(x)不存在两个零点;a<-,则由(1),f(x)(1,ln(-2a))上单调递减,(ln(-2a),+∞)上单调递增.又当x≤1f(x)<0,f(x)不存在两个零点.综上,a的取值范围为(0,+∞).1.考查角度考查利用导数知识证明不等式、根据不等式恒成立确定参数范围,考查利用导数知识研究函数零点个数、根据函数零点个数确定参数取值范围、证明函数零点的性质等.2.题型及难易度解答题,属于难题或者较难题.(对应学生用书第15~16)                      导数与不等式考向1 导数方法证明不等式【例1(1)(2018·陕西咸阳模拟)已知函数f(x)=a(x+1)ln x-x+1(aR),a≥,求证:对任意的x≥1,f(x)≥0;(2)(2018·河南新乡三模)已知函数f(x)=ex(aln x-bx),曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y=(e-4)x-e+2.证明:f(x)+x2<0.证明:(1)a≥,f(x)=a(x+1)ln x-x+1,欲证f(x)≥0,注意到f(1)=0,只要f(x)≥f(1)即可.f'(x)=aln x++1-1(x≥1),g(x)=ln x++1(x≥1),g'(x)=-=≥0(x≥1),g(x)[1,+∞)上递增,g(x)≥g(1)=2,所以f'(x)≥2a-1≥0a≥,可知f(x)[1,+∞)上递增,于是有f(x)≥f(1)=0,综上,a≥,对任意的x≥1,f(x)≥0.(2)由已知得f'(x)=exaln x-bx+-b(x>0),因为所以所以f(x)=exln x-2xex-1,所以f(x)+x2<0exln x+x2<2xex-1<-.g(x)=,h(x)=-,要证f(x)+x2<0,即要证g(x)<h(x)(0,+∞)上恒成立.因为g'(x)=(x>0),所以g(x)=(0,e)上为增函数,(e,+∞)上为减函数,所以g(x)≤g(e)=.h'(x)=,所以h(x)=-(0,1)上为减函数,(1,+∞)上为增函数,所以h(x)≥h(1)=.由于不能同时取等号,g(x)<h(x).所以f(x)+x2<0成立. 导数方法证明不等式的基本途径有两条:(1)考虑单调性,利用函数在区间(a,b)上单调递增(),f(a)<f(x)<f(b)(f(b)<f(x)<f(a)),如证明x0,,sin x<x,可以证明f(x)=sin x-x0,上单调递减,f(x)<f(0)得证;(2)考虑最值,利用函数在区间D,f(x)min≤f(x)≤f(x)max,如证明,x(0,+∞),ln x≤x-1,可以求出函数f(x)=ln x-(x-1)(0,+∞)上的最大值为0得证.无论哪条途径都是以单调性为基础,函数的单调性的研究是导数方法证明不等式的核心.考向2 根据不等式确定参数取值范围【例2(2018·湖南永州市一模)已知函数f(x)=ln x-ax,g(x)=ax2+1,其中e为自然对数的底数.(1)讨论函数f(x)在区间[1,e]上的单调性;(2)已知a(0,e),若对任意x1,x2[1,e],f(x1)>g(x2),求实数a的取值范围.:(1)f'(x)=-a=,a.a≤0,1-ax>0,f'(x)>0,所以f(x)[1,e]上单调递增,b.0<a≤,≥e,f'(x)≥0,所以f(x)[1,e]上单调递增,c.<a<1,1<<e,所以x1,,f'(x)≥0,f(x)1,上单调递增,x,e,f'(x)≤0,f(x),e上单调递减.d.a≥1,≤1,f'(x)≤0,所以f(x)[1,e]上单调递减.综上所述,a≤,f(x)[1,e]上单调递增,<a<1,f(x)1,上单调递增,,e上单调递减;a≥1,f(x)[1,e]上单调递减.(2)g'(x)=2ax,依题意,x[1,e],f(x)min>g(x)max恒成立.已知a(0,e),则当a≤0,g'(x)≤0,所以g(x)[1,e]上单调递减,所以g(x)max=g(1)=a+1,f(x)[1,e]上单调递增,所以f(x)min=f(1)=-a.所以-a>a+1,a<-;a≥e,g'(x)>0,所以g(x)[1,e]上为增函数,g(x)max=g(e)=ae2+1,因为f(x)[1,e]上为减函数,所以f(x)min=f(e)=1-ae,1-ae>ae2+1,所以a<0a≥e矛盾.综上所述,实数a的取值范围是-∞,-. (1)对于f(x)≥g(x)在区间D上恒成立,只需[f(x)-g(x)]min≥0即可,f(x)>g(x)在区间D上恒成立,此时h(x)=f(x)-g(x)在区间D上未必存在最小值,需要根据具体情况,或者研究h(x)的单调性或者通过放缩或者通过引进第三方不等式灵活处理;(2)在区间D,x0使得f(x0)>g(x0)成立,则只需x0,使得h(x)=f(x)-g(x)>0成立,如果h(x)存在最小值,则只需h(x)min>0即可,如果h(x)不存在最小值,只需h(x)大于或者等于 h(x) 值域的下确界;(3)如果在区间Df(x1)>g(x2)恒成立,则只需f(x)min>g(x)max,如果f(x),g(x)有不存在最值的,则需要确定其值域,再根据值域得出结论.【不等式的类型很多,但其基本思想是化归,即化归为函数的最值、值域的上下界,据此得出参数满足的不等式】热点训练1:(1)(2018·天津滨海新区八校联考)设函数f(x)=x2ex.求在点(1,f(1))处的切线方程;求函数f(x)的单调区间;x[-2,2],求使得不等式f(x)≤2a+1能成立的实数a的取值范围.(2)(2018·广西柳州模拟)已知a为实数,函数f(x)=aln x+x2-4x.x=3是函数f(x)的一个极值点,求实数a的值;g(x)=(a-2)x,x0,e,使得f(x0)≤g(x0)成立,求实数a的取值范围.:(1)因为f'(x)=x2ex+2xex,所以k=f'(1)=3e,切点(1,e).切线方程为3ex-y-2e=0.f'(x)>0,x(x+2)ex>0,f(x)在区间(-∞,-2),(0,+∞)上单调递增,在区间(-2,0)上单调递减.,f(x)在区间(-2,0)上单调递减,在区间(0,2)上单调递增,f(x)min=f(0)=0.x[-2,2],不等式f(x)≤2a+1能成立,2a+1≥f(x)min,2a+1≥0,a≥-.a的取值范围为-,+∞.(2)函数f(x)定义域为(0,+∞),f'(x)=+2x-4=.因为x=3是函数f(x)的一个极值点,所以f'(3)=0,解得a=-6.经检验a=-6,x=3是函数f(x)的一个极小值点,符合题意,所以a=-6.f(x0)≤g(x0),(x0-ln x0)a≥-2x0,F(x)=x-ln x(x>0),所以F'(x)=(x>0),所以当0<x<1,F'(x)<0,F(x)单调递减;x>1,F'(x)>0,F(x)单调递增.所以F(x)>F(1)=1>0,所以a≥,G(x)=,x,e.所以G'(x)==.因为x,e,所以2-2ln x=2(1-ln x)≥0,所以x-2ln x+2>0,所以x,1,G'(x)<0,G(x)单调递减;x(1,e),G'(x)>0,G(x)单调递增,所以G(x)min=G(1)=-1,所以a≥G(x)min=-1.故实数a的取值范围为[-1,+∞).导数与函数的零点考向1 确定函数零点的个数【例3(2018·湖北武汉调研)已知函数f(x)=ex-ax-1(aR,e=2.718 28…是自然对数的底数).(1)f(x)的单调区间;(2)讨论g(x)=f(x)·x-在区间[0,1]内零点的个数.:(1)f'(x)=ex-a,a≤0,f'(x)>0,f(x)的单调递增区间为(-∞,+∞),无减区间;a>0,f(x)的单调减区间为(-∞,ln a),增区间为(ln a,+∞).(2)g(x)=0f(x)=0x=,先考虑f(x)在区间[0,1]的零点个数.a≤1,f(x)(0,+∞)上单调递增且f(0)=0,f(x)有一个零点;a≥e,f(x)(-∞,1)上单调递减,f(x)有一个零点;1<a<e,f(x)(0,ln a)上单调递减,(ln a,1)上单调递增.f(1)=e-a-1,所以a≤1a>e-1,f(x)有一个零点,1<a≤e-1,f(x)有两个零点.x=,f=0a=2(-1).所以a≤1a>e-1a=2(-1),g(x)有两个零点;1<a≤e-1a≠2(-1),g(x)有三个零点. 确定函数f(x)零点个数的基本思想是数形结合,即根据函数的单调性、极值、函数值的变化趋势,得出函数y=f(x)的图象与x轴交点的个数,其中的一个技巧是把f(x)=0化为g(x)=h(x),通过研究函数g(x),h(x)的性质,得出两个函数图象交点的个数.考向2 根据函数零点的个数确定参数取值范围【例4(2018·河南南阳一中三模)设函数f(x)=x2-mln x,g(x)=x2-x+a.(1)a=0,f(x)≥g(x)(1,+∞)上恒成立,求实数m的取值范围;(2)m=2,若函数h(x)=f(x)-g(x)[1,3]上恰有两个不同的零点,求实数a的取值范围.:(1)a=0,f(x)-g(x)≥0mln x≤x,因为x>1,所以ln x>0,所以有m≤(1,+∞)上恒成立,G(x)=,G'(x)=,G'(x)=0x=e,x>e,G'(x)>0,0<x<e,G'(x)<0,所以G(x)(0,e)上为减函数,(e,+∞)上为增函数,所以G(x)min=G(e)=e,所以实数m的取值范围为(-∞,e].(2)m=2,函数h(x)=f(x)-g(x)=x-2ln x-a,h(x)[1,3]上恰有两个不同的零点,即方程x-2ln x=a[1,3]上恰有两个不同的根,φ(x)=x-2ln x,φ'(x)=1-=,1≤x<2,φ'(x)<0;2<x≤3,φ'(x)>0,所以φ(x)[1,2)上单调递减,(2,3]上单调递增,φ(x)min=φ(2)=2-2ln 2,φ(1)=1,φ(3)=3-2ln 3,φ(1)>φ(3),要使方程x-2ln x=a[1,3]上恰有两个不同的根,结合图象可知φ(2)<a≤φ(3).所以实数a的取值范围为(2-2ln 2,3-2ln 3]. 根据函数零点个数确定参数取值范围的基本思想也是数形结合,即根据函数的单调性、极值、函数值的变化趋势大致得出函数y=f(x)的图象,再根据零点个数确定函数y=f(x)的图象与x轴交点的个数,得出参数满足的不等式,求得参数的取值范围,一个基本的技巧是把f(x)=0化为g(x)=h(x),f(x)零点个数确定函数y=g(x),y=h(x)图象的交点个数,得出参数满足的不等式,求得参数的取值范围.热点训练2:(2018·河北石家庄二中模拟)已知函数f(x)=xex-(x+1)2.(1)x[-1,2],f(x)的最大值与最小值;(2)讨论方程f(x)=ax-1的实根的个数.:(1)因为f(x)=xex-(x+1)2,所以f'(x)=(x+1)ex-2(x+1)=(x+1)(ex-2),f'(x)=0x1=-1,x2=ln 2,f'(x),f(x)x的变化如下表:x-1(-1,ln 2)ln 2(ln 2,2)2f'(x)0-0+  续表x-1(-1,ln 2)ln 2(ln 2,2)2f(x)--(ln 2)2-12e2-9 f(x)[-1,2]上的最小值是-(ln 2)2-1,因为2e2-9>0,-<0,2e2-9>-,所以f(x)[-1,2]上的最大值是2e2-9.(2)f(x)-ax+1=xex-x2-(a+2)x=x(ex-x-a-2),所以f(x)=ax-1x=0ex-x-a-2=0,g(x)=ex-x-a-2,g'(x)=ex-1,x>0,g'(x)>0,x<0,g'(x)<0,所以g(x)(0,+∞)上是增函数,(-∞,0)上是减函数,g(x)≥g(0)=-a-1,x→+∞,g(x)→+∞,x→-∞,g(x)→+∞,-a-1>0,a<-1,g(x)=0没有实根,方程f(x)=ax-11个实根;-a-1=0,a=-1,g(x)=01个实根为零,方程f(x)=ax-11个实根;-a-1<0,a>-1,g(x)=02个不等于零的实根,方程f(x)=ax-13个实根.综上可得,a≤-1,方程f(x)=ax-11个实根;a>-1,方程f(x)=ax-13个实根.热点训练3:(2018·衡水金卷高三大联考)已知函数f(x)=ln x-2x2+3,g(x)=f'(x)+4x+aln x(a≠0).(1)求函数f(x)的单调区间;(2)若关于x的方程g(x)=a有实数根,求实数a的取值范围.:(1)依题意,f'(x)=-4x==,x(0,+∞).f'(x)>0,1-2x>0.解得0<x<;f'(x)<0,1-2x<0.解得x>.故函数f(x)的单调递增区间为0,,单调递减区间为,+∞.(2)由题意得,g(x)=f'(x)+4x+aln x=+aln x.依题意,方程+aln x-a=0有实数根,即函数h(x)=+aln x-a存在零点.h'(x)=-+=,h'(x)=0,x=.a<0,h'(x)<0.即函数h(x)在区间(0,+∞)上单调递减,h(1)=1-a>0,h()=+a1--a=-1<-1<0.所以函数h(x)存在零点;a>0,h'(x),h(x)x的变化情况如下表:x0,,+∞h'(x)-0+h(x)极小值  所以h=a+aln-a=-aln a为函数h(x)的极小值,也是最小值.h>0,0<a<1,函数h(x)没有零点;h≤0,a≥1,注意到h(1)=1-a≤0,h(e)=+a-a=>0,所以函数h(x)存在零点.综上所述,a(-∞,0)[1,+∞),方程g(x)=a有实数根.                      【例1(2018·河北石家庄二中模拟)已知函数f(x)=2ln -.(1)f(x)的单调区间;(2)g(x)=(x-t)2+(ln x-at)2,且对任意x1(1,+∞),存在t(-∞,+∞),x2(0,+∞),使得f(x1)≥g(x2)成立,求实数a的取值范围.:(1)因为f(x)=2ln -,所以f'(x)=-==,因为f(x)的定义域为(0,+∞),<x<2,f'(x)<0,0<x<x>2,f'(x)>0,所以f(x)的单调递减区间是,2,单调递增区间是0,,(2,+∞).(2)(1),f(x)(1,2)上单调递减,(2,+∞)上单调递增,所以当x>1f(x)≥f(2)=0,g(x)=(x-t)2+(ln x-at)2≥0,所以对任意x1(1,+∞),存在t(-∞,+∞),x2(0,+∞),使得f(x1)≥g(x2)成立,存在t(-∞,+∞),x2(0,+∞),使得g(x2)≤0成立,存在t(-∞,+∞),x2(0,+∞),使得g(x2)=0成立.因为(x-t)2+(ln x-at)2表示点(x,ln x)与点(t,at)之间距离的平方,所以存在t(-∞,+∞),x2(0,+∞),使得g(x2)=0成立,y=ln x的图象与直线y=ax有交点,方程a=(0,+∞)上有解.h(x)=,h'(x)=,x(0,e),h'(x)>0,h(x)单调递增,x(e,+∞),h'(x)<0,h(x)单调递减,h(e)=,x→0,h(x)→-∞,所以h(x)的值域是-∞,,所以实数a的取值范围是-∞,.【例2(2018·福建宁德5月质检)已知函数f(x)=x3-3ax2+4(aR).(1)讨论f(x)的单调性;(2)若函数f(x)有三个零点,证明:x>0,f(x)>6(a-a2)ea.(1):f'(x)=3x2-6ax=3x(x-2a),f'(x)=0,x=0x=2a,a=0,f'(x)≥0,f(x)R上是增函数;a>0,f'(x)>0,x<0x>2a,所以f(x)(-∞,0),(2a,+∞)上是增函数;f'(x)<0,0<x<2a,所以f(x)(0,2a)上是减函数.a<0,f'(x)>0,x<2ax>0,所以f(x)(-∞,2a),(0,+∞)上是增函数;f'(x)<0,2a<x<0,所以f(x)(2a,0)上是减函数.综上所述:a=0,f(x)R上是增函数;a>0,f(x)(-∞,0),(2a,+∞)上是增函数,(0,2a)上是减函数.a<0,f(x)(-∞,2a),(0,+∞)上是增函数,(2a,0)上是减函数.(2)证明:(1)可知,a=0,f(x)R上是增函数,所以函数f(x)不可能有三个零点;a<0,f(x)(-∞,2a),(0,+∞)上是增函数,(2a,0)上是减函数.所以f(x)的极小值为f(0)=4>0,所以函数f(x)不可能有三个零点,a>0,f(x)的极小值为f(2a)=4-4a3,要满足f(x)有三个零点,则需4-4a3<0,a>1,x>0,要证明:f(x)>6(a-a2)ea等价于要证明f(x)min>6(a-a2)ea,即要证:4-4a3>6(a-a2)ea,由于a>1,故等价于证明:1+a+a2<aea,证明如下:构造函数g(a)=3aea-2-2a-2a2(a(1,+∞)),g'(a)=(3+3a)ea-2-4a,h(a)=(3+3a)ea-2-4a,因为h'(a)=(6+3a)ea-4>0,所以函数h(a)(1,+∞)上单调递增,所以h(a)min=h(1)=6e-6>0,所以函数g(a)(1,+∞)上单调递增.所以g(a)min=g(1)=3e-6>0,所以1+a+a2<aea,所以f(x)>6(a-a2)ea.【例3(2018·河南南阳一中三模)已知函数f(x)=(2-a)(x-1)-2ln x.(1)a=1,f(x)的单调区间;(2)若函数f(x)0,上无零点,a的最小值.:(1)a=1,f(x)=x-1-2ln x,f'(x)=1-,f'(x)>0,x>2,f'(x)<0,0<x<2, f(x)的单调递减区间为(0,2),单调递增区间为(2,+∞).(2)因为f(x)<0在区间0,上恒成立不可能,故要使函数f(x)0,上无零点,只要对任意的x0,,f(x)>0恒成立,即对x0,,a>2-恒成立.l(x)=2-,x0,,l'(x)=,再令m(x)=2ln x+-2,x0,,m'(x)=-=-<0,m(x)0,上为减函数,于是m(x)>m=2-2ln 2>0.从而l'(x)>0,于是l(x)0,上为增函数,所以l(x)<l=2-4ln 2,故要使a>2-0,上恒成立,只要a[2-4ln 2,+∞)即可.综上,若函数f(x)0,上无零点,a的最小值为2-4ln 2.  

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