专题12 利用导数研究不等式恒成立问题-2023年新高考数学之导数专项重难点突破（新高考专用）

专题12 利用导数研究不等式恒成立问题 (1)构造函数分类讨论：遇到f(x)≥g(x)型的不等式恒成立问题时，一般采用作差法，构造“左减右”的函数h(x)＝f(x)－g(x) 或“右减左”的函数u(x)＝g(x)－f(x)，进而只需满足h(x)min≥0或u(x)max≤0，将比较法的思想融入函数中，转化为求解函数最值的问题，适用范围较广，但是往往需要对参数进行分类讨论． (2)分离函数法：分离参数法的主要思想是将不等式变形成一个一端是参数a，另一端是变量表达式v(x)的不等式后，应用数形结合思想把不等式恒成立问题转化为水平直线y＝a与函数y＝v(x)图象的交点个数问题来解决．　　 (1)∀x1∈D1，∃x2∈D2，f(x1)＞g(x2)，等价于函数f(x)在D1上的最小值大于g(x)在D2上的最小值 即f(x)min＞g(x)min(这里假设f(x)min，g(x)min存在)．其等价转化的基本思想是：函数y＝f(x)的任意一个函数值大于函数y＝g(x)的某一个函数值，但并不要求大于函数y＝g(x)的所有函数值． (2)∀x1∈D1，∃x2∈D2，f(x1)＜g(x2)，等价于函数f(x)在D1上的最大值小于函数g(x)在D2上的最大值(这里假设f(x)max，g(x)max存在)．其等价转化的基本思想是：函数y＝f(x)的任意一个函数值小于函数y＝g(x)的某一个函数值，但并不要求小于函数y＝g(x)的所有函数值．　　 典例1.已知函数f(x)＝ax＋ln x＋1，若对任意的x＞0，f(x)≤xe2x恒成立，求实数a的取值范围． 【解析】法一：构造函数法 设g(x)＝xe2x－ax－ln x－1(x＞0)，对任意的x＞0，f(x)≤xe2x恒成立， 等价于g(x)≥0在(0，＋∞)上恒成立，则只需g(x)min≥0即可．因为g′(x)＝(2x＋1)e2x－a－， 令h(x)＝(2x＋1)e2x－a－(x＞0)，则h′(x)＝4(x＋1)e2x＋＞0， 所以h(x)＝g′(x)在(0，＋∞)上单调递增， 因为当x―→0时，h(x)―→－∞，当x―→＋∞时，h(x)―→＋∞， 所以h(x)＝g′(x)在(0，＋∞)上存在唯一的零点x0，满足(2x0＋1)e2x0－a－＝0， 所以a＝(2x0＋1)e2x0－，且g(x)在(0，x0)上单调递减，在(x0，＋∞)上单调递增， 所以g(x)min＝g(x0)＝x0e2x0－ax0－ln x0－1＝－2xe2x0－ln x0， 则由g(x)min≥0，得2xe2x0＋ln x0≤0，此时0＜x0＜1，e2x0≤－， 所以2x0＋ln(2x0)≤ln(－ln x0)＋(－ln x0)，设S(x)＝x＋ln x(x＞0)，则S′(x)＝1＋＞0， 所以函数S(x)在(0，＋∞)上单调递增，因为S(2x0)≤S(－ln x0)，所以2x0≤－ln x0即e2x0≤， 所以a＝(2x0＋1)e2x0－≤(2x0＋1)·－＝2，所以实数a的取值范围为(－∞，2]． 法二：分离参数法 因为f(x)＝ax＋ln x＋1，所以对任意的x＞0，f(x)≤xe2x恒成立， 等价于a≤e2x－在(0，＋∞)上恒成立． 令m(x)＝e2x－(x＞0)，则只需a≤m(x)min即可，则m′(x)＝， 再令g(x)＝2x2e2x＋ln x(x＞0)，则g′(x)＝4(x2＋x)e2x＋＞0，所以g(x)在(0，＋∞)上单调递增， 因为g＝－2ln 2＜0，g(1)＝2e2＞0，所以g(x)有唯一的零点x0，且＜x0＜1， 所以当0＜x＜x0时，m′(x)＜0，当x＞x0时，m′(x)＞0， 所以m(x)在(0，x0)上单调递减，在(x0，＋∞)上单调递增，因为2xe2x0＋ln x0＝0， 所以ln 2＋2ln x0＋2x0＝ln(－ln x0)，即ln(2x0)＋2x0＝ln(－ln x0)＋(－ln x0)， 设s(x)＝ln x＋x(x＞0)，则s′(x)＝＋1＞0，所以函数s(x)在(0，＋∞)上单调递增， 因为s(2x0)＝s(－ln x0)，所以2x0＝－ln x0，即e2x0＝， 所以m(x)≥m(x0)＝e2x0－＝－－＝2，则有a≤2， 所以实数a的取值范围为(－∞，2]． 典例2.设函数f(x)＝ln x＋，k∈R. (1)若曲线y＝f(x)在点(e，f(e))处的切线与直线x－2＝0垂直，求f(x)的单调性和极小值(其中e为自然对数的底数)； (2)若对任意的x1＞x2＞0，f(x1)－f(x2)＜x1－x2恒成立，求k的取值范围． 【解析】(1)由条件得f′(x)＝－(x＞0)，∵曲线y＝f(x)在点(e，f(e))处的切线与直线x－2＝0垂直， ∴f′(e)＝0，即－＝0，得k＝