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第四课时 利用导数研究不等式恒(能)成立问题
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关键能力 · 重点探究
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[解] (1)当a=0时,
f(x)=(x-2)ex,f(0)=(0-2)e0=-2,
f′(x)=(x-1)ex,
k=f′(0)=(0-1)e0=-1,
所以所求切线方程为y+2=-(x-0),
即x+y+2=0.
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(2)当x≥2时,f(x)≥0恒成立,求a的取值范围.
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技法点拨
1.不等式恒成立问题的求解策略
已知不等式f(x,λ)≥0(λ为实参数)对任意的x∈D恒成立,求参数λ的取值范围.
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(1)利用导数解决此类问题可以运用分离参数法,其一般步骤如下:
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(2)如果无法分离参数,可以考虑对参数或自变量进行分类讨论求解,如果是二次不等式恒成立的问题,可以考虑二次项系数与判别式的方法(a>0,Δ<0或a<0,Δ<0)求解.
2.不等式中的存在性问题的解法
常常转化为利用导数求函数的最值问题或者函数的值域问题.
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迁移应用
(2023·张掖模拟)已知函数f(x)=2(x-1)ex.
(1)若函数f(x)在区间(a,+∞)上单调递增,求f(a)的取值范围;
解:(1)由f′(x)=2xex>0,得x>0,所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,所以a≥0,所以f(a)≥f(0)=-2,所以f(a)的取值范围是[-2,+∞).
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(2)设函数g(x)=ex-x+p.若存在x0∈[1,e],使不等式g(x0)≥f(x0)-x0成立,求p的取值范围.
解:(2)因为存在x0∈[1,e],使不等式g(x0)≥2(x0-1)ex0-x0成立,所以存在x0∈[1,e],使p≥(2x0-3)ex0成立.令h(x)=(2x-3)ex,从而p≥h(x)min.h′(x)=(2x-1)ex.因为x≥1,所以2x-1≥1,ex>0,所以h′(x)>0,所以h(x)=(2x-3)ex在[1,e]上单调递增,所以h(x)min=h(1)=-e,所以p≥-e,所以实数p的取值范围是[-e,+∞).
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题型二 讨论参数法求参数范围 互动探究
[例] 已知函数f(x)=aln x+x2-(a+2)x.
(1)当a=4时,求函数f(x)的单调递增区间;
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(2)当a>0时,对于任意的x∈[1,+∞),不等式f(x)>1-a2恒成立,求实数a的取值范围.
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迁移应用
已知函数f(x)=ex-1-ax+ln x(a∈R).
(1)若函数f(x)在x=1处的切线与直线3x-y=0平行,求a的值;
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(2)若不等式f(x)≥ln x-a+1对一切x∈[1,+∞)恒成立,求实数a的取值范围.
解:(2)f(x)≥ln x-a+1可化为ex-1-ax+a-1≥0,
令φ(x)=ex-1-ax+a-1,
则当x∈[1,+∞)时,φ(x)min≥0.
∵φ′(x)=ex-1-a,
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①当a≤1时,φ′(x)≥0,
∴φ(x)在[1,+∞)上单调递增,
∴φ(x)min=φ(1)=1-a+a-1=0≥0恒成立,
∴a≤1符合题意.
②当a>1时,
令φ′(x)=0,
得x=ln a+1>1.
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当x∈(1,ln a+1)时,φ′(x)<0,
当x∈(ln a+1,+∞)时,φ′(x)>0,
∴φ(x)在(1,ln a+1)上单调递减,
在(ln a+1,+∞)上单调递增,
∴φ(x)min=φ(ln a+