第18讲 导数中的零点问题 讲义——2026届高三数学一轮复习
2025-11-03
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资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 数学 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高三 |
| 章节 | - |
| 类型 | 教案-讲义 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 高考复习-一轮复习 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 719 KB |
| 发布时间 | 2025-11-03 |
| 更新时间 | 2025-11-03 |
| 作者 | 清开灵物理数学工作室 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2025-11-03 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/54691829.html |
| 价格 | 1.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
内容正文:
第18讲 导数中的零点问题
【基础回顾】
知识点1、函数的零点
(1)函数零点的定义:对于函数,把使的实数叫做函数的零点.
(2)三个等价关系
方程有实数根函数的图象与轴有交点的横坐标函数有零点.
知识点2、函数零点的判定
如果函数在区间上的图象是连续不断的一条曲线,并且有,那么函数在区间内有零点,即存在,使得,这个也就是的根.我们把这一结论称为函数零点存在性定理.
注:函数单调+存在零点=唯一零点
知识点3、函数零点问题的常见题型:
判断函数是否存在零点或者求零点的个数;根据含参函数零点情况,求参数的值或取值范围.
求解步骤:
第一步:将问题转化为函数的零点问题,进而转化为函数的图像与轴(或直线)在某区间上的交点问题;
第二步:利用导数研究该函数在此区间上的单调性、极值、端点值等性质,进而画出其图像;
第三步:结合图像判断零点或根据零点分析参数.
题型一 判断函数零点的个数
函数零点的求解与判断方法:
(1)直接求零点:令f(x)=0,如果能求出解,则有几个解就有几个零点.
(2)零点存在性定理:利用定理不仅要函数在区间[a,b]上是连续不断的曲线,且f(a)·f(b)<0,还必须结合函数的图象与性质(如单调性、奇偶性)才能确定函数有多少个零点.
(3)利用图象交点的个数:将函数变形为两个函数的差,画两个函数的图象,看其交点的横坐标有几个不同的值,就有几个不同的零点.
【例题精讲】
1.函数f(x)=2x+x﹣6的零点为( )
A.x=1 B.x=2 C.x=3 D.x=4
【答案】B
【解答】解:由函数y=2x,y=x﹣6在R上均单调递增,得f(x)=2x+x﹣6在R上单调递增,
则f(x)最多只有一个零点,又因为f(2)=0,
所以函数f(x)的零点为x=2.
故选:B.
2.函数所有零点之和为( )
A.﹣4 B.﹣3 C.0 D.1
【答案】C
【解答】解:f(x),
当x≤0时,由x2+4x+3=0,解得x=﹣3或x=﹣1;
当0<x<4时,由,解得x=1或x=3.
∴函数f(x)的所有零点之和为0.
故选:C.
3.函数的零点个数是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
【答案】C
【解答】解:由0,得,
函数y=log2x与y都是(0,+∞)上的增函数,
且,,
且当x>16时,函数y比y=log2x增长的快,
则函数y与y=log2x的图象只有两个交点,也就是函数的零点个数是2.
故选:C.
4.函数f(x)=2lgx﹣xlg2,则函数f(x)的零点个数是( )
A.2 B.3 C.1 D.0
【答案】A
【解答】解:f(x)=2lgx﹣xlg2,若函数有意义,需满足x>0,
令f(x)=2lgx﹣xlg2=0,所以,
令,y=log2x,则,y=log2x在(0,+∞)上都为增函数,
且易得当x=2或x=4时,,
当x∈(0,2)时,易得y=log2x在的下方,
当x∈(2,4)时,易得y=log2x在的上方,
当x∈(4,+∞)时,对数函数的增长速度小于一次函数,故此时y=log2x在的下方.
综上:函数f(x)有两个零点分别为2,4.
故选:A.
5.已知函数则函数f(x)的零点个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】C
【解答】解:当x≥﹣4时,
令x2﹣2|x|﹣3=0,
则(|x|﹣3)(|x|+1)=0,
又因为|x|+1>0,
所以|x|=3,解得x=±3;
当x<﹣4时,
令2x+13=0,,
所以f(x)的零点有,﹣3,3,共3个.
故选:C.
题型二 讨论函数零点的个数
含参零点的讨论,采用分类讨论的方法,在参数不同的取值范围内运用零点存在性定理得到零点的个数。
【例题精讲】
1.已知函数(k是常数k∈R),且f(x)是偶函数.
(1)求k的值;
(2)若函数,求函数y=g(x)零点.
【答案】(1);
(2)log23.
【解答】解:(1),函数定义域为R,
,
f(x)是偶函数,f(﹣x)=f(x),故k=﹣(k+1),解得.
(2)由(1)可知,,
,
令,解得x=log23.
故函数y=g(x)零点为log23.
2.已知函数.
(1)当a=1时,求f(x)的单调区间;
(2)讨论f(x)零点的个数.
【答案】(1)单调递增区间为(e,+∞),递减区间为(0,e);(2)答案见解析.
【解答】解:(1)当a=1时,,定义域为(0,+∞),
,
令f′(x)>0,则x>e;令f′(x)<0,则0<x<e,
故的单调递增区间为(e,+∞),递减区间为(0,e);
(2)由,
得,
令,
则,
当0<x<ee﹣1时,φ′(x)>0,φ(x)在(0,ee﹣1)上单调递增,
当x>ee﹣1时,φ′(x)<0,φ(x)在(ee﹣1,+∞)上单调递减,
故,
又,当0<x<ee时,φ(x)>0,当x>ee时,φ(x)<0,
当x无限趋近于0时,φ(x)无限接近于0,
作出函数的图象如图:
故当a≤0或a=ee﹣2时,y=a与φ(x)的图象有1个交点,即有1个零点;
当0<a<ee﹣2时,y=a与φ(x)的图象有2个交点,即有2个零点;
当a>ee﹣2,y=a与φ(x)的图象无交点,即无零点.
3.已知函数f(x)=ax﹣ex+1,(a∈R).
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)讨论f(x)的零点个数.
【答案】(1)当a≤0时,f(x)在R上单调递减;
当a>0时,f′(x)在(﹣∞,lna﹣1)上单调递增,在(lna﹣1,+∞)上单调递减;
(2)当a∈(e2,+∞)时,函数f(x)=ax﹣ex+1有两个零点;当a∈(﹣∞,0)∪{e2}时,函数f(x)=ax﹣ex+1有一个零点;
当a∈[0,e2)时,函数f(x)=ax﹣ex+1没有零点.
【解答】解:(1)因为f(x)=ax﹣ex+1(a∈R,x∈R),
所以f′(x)=a﹣ex+1
当a≤0时,f′(x)<0恒成立,f(x)在R上单调递减;
当a>0时,令f′(x)>0,得x<lna﹣1;令f′(x)<0,得x>lna﹣1,
所以f′(x)在(﹣∞,lna﹣1)上单调递增,在(lna﹣1,+∞)上单调递减;
综上所述:当a≤0时,f(x)在R上单调递减;
当a>0时,f′(x)在(﹣∞,lna﹣1)上单调递增,在(lna﹣1,+∞)上单调递减.
(2)令ax﹣ex+1=0,
当x=0时,方程不成立,
所以0不是f(x)的零点,
当x≠0时,则有,
令(x≠0),
则,
当x<0时,g′(x)<0,g(x)在(﹣∞,0)上单调递减,且g(x)<0.
当0<x<1时,g′(x)<0,g(x)在(0,1)上单调递减,
所以g(x)>g(1),
因为g(1)=e2,所以g(x)>e2,
当x>1时,g′(x)>0,g(x)在(1,+∞)上单调递增,
所以g(x)>g(1),即g(x)>e2,
所以当a>e2时,直线y=a与函数有两个交点,函数f(x)=ax﹣ex+1有两个零点;
当a=e2时,直线y=a与函数有一个交点,函数f(x)=ax﹣ex+1有一个零点;
当0≤a<e2时,直线y=a与函数没有交点,函数f(x)=ax﹣ex+1没有零点;
所以当a<0时,直线y=a与函数有一个交点,函数f(x)=ax﹣ex+1有一个零点;
综上所述,当a∈(e2,+∞)时,函数f(x)=ax﹣ex+1有两个零点;
当a∈(﹣∞,0)∪{e2}时,函数f(x)=ax﹣ex+1有一个零点;
当a∈[0,e2)时,函数f(x)=ax﹣ex+1没有零点.
4.已知函数f(x)=ex(2x﹣1)﹣ax+a(a>0).
(1)若a<1且仅存在两个整数x,使得f(x)<0,求a的取值范围;
(2)讨论f(x)零点的个数.
【答案】(1)[,);(2)当时,函数f(x)无零点;当a⩽0或a=1或时,函数f(x)有1个零点;当0<a<1或a时,函数f(x)有2个零点.
【解答】解:(1)令g(x)=(2x﹣1)ex,其中x∈R,
则g′(x)=(2x+1)ex,
当时,g′(x)<0,此时函数g(x)单调递减,
当时,g′(x)>0,此时函数g(x)单调递增,
且当时,g(x)<0;当时,g(x)>0.
由f(x)<0可得g(x)<a(x﹣1),
作出函数y=g(x),y=a(x﹣1)的图象如下图所示:
因为有且只有两个整数x,使得f(x)<0,f(0)=﹣1+a<0,
则满足不等式g(x)<ax﹣a的整数x只有两个,
所以,
解得,
∴a的取值范围为[,);
(2)考查当直线y=ax﹣a与函数g(x)相切时,实数a的值,
设切点坐标为(t,(2t﹣1)et),则切线斜率为(2t+1)et,
所求切线方程为y﹣(2t﹣1)et=(2t+1)et(x﹣t),
即y=(2t+1)etx﹣(2t2﹣t+1)et,所以a=(2t+1)et=(2t2﹣t+1)et,
解得t=0或,
当t=0时,a=1;当时,.
当a⩽0时,直线y=ax﹣a与函数g(x)的图象只有一个公共点;
当0<a<1或时,直线y=ax﹣a与函数g(x)的图象有2个公共点;
当a=1或时,直线y=ax﹣a与函数g(x)的图象只有1个公共点;
当时,直线y=ax﹣a与函数g(x)的图象无公共点;
综上所述,当时,函数f(x)无零点;
当a⩽0或a=1或时,函数f(x)有1个零点;
当0<a<1或a时,函数f(x)有2个零点.
5.已知函数f(x)=xex+ax2+2ax﹣1.
(1)当时,求f(x)在x=﹣2处的切线方程;
(2)当时,讨论f(x)零点的个数.
【答案】(1).
(2)当时,f(x)有1个零点;
当a>0时,f(x)有两个零点.
【解答】解:由f(x)=xex+ax2+2ax﹣1,
得f'(x)=(x+1)ex+2ax+2a=(x+1)(ex+2a).
(1)时,可得,,
则切线方程为,即.
(2)(ⅰ)当a=0时,f(x)=xex﹣1,
可知x<0,f(x)<0,
又f(x)=xex﹣1为(0,+∞)的增函数,且f(1)=e﹣1>0,
所以f(x)仅有一个零点.
(ⅱ)当a>0时,ex+2a>0,
由x<﹣1得f'(x)<0,a=0为减函数;x>﹣1得f'(x)>0,a=0为增函数.
所以,
又f(1)=e+3a﹣1>0,所以存在x1∈(﹣1,1)使f(x1)=0,
故f(x)在(﹣1,+∞)有唯一零点.
又当x<﹣2时,,即,
所以,
而图象开口向上,
故存在x0<﹣2,使得h(x0)>0,也即有f(x0)>0,
则存在x2∈(x0,﹣1)使得f(x2)=0,故f(x)在(﹣∞,﹣1)有唯一零点,
此时,f(x)有两个零点,
(ⅲ)当a<0时,由f'(x)=0得x=﹣1或x=ln(﹣2a),
①若ln(﹣2a)<﹣1,即,则
当x<ln(﹣2a)时,f'(x)>0,f(x)单调递增;ln(﹣2a)<x<﹣1时,f(x)单调递减;x>﹣1时,f'(x)>0,f(x)单调递增.
而f(ln(﹣2a))=a(ln(﹣2a))2﹣1<0,,
此时,f(x)仅有一个零点.
②若ln(﹣2a)=﹣1,即,则f'(x)≥0,f(x)为R上的增函数,
因为f(0)=﹣1<0,f(1)=e+3a﹣1>0,
此时f(x)仅有一个零点.
③若ln(﹣2a)>﹣1,即,则
当x<﹣1时,f'(x)>0,f(x)单调递增;﹣1<x<ln(﹣2a)时,f'(x)<0,f(x)单调递减;x>ln(﹣2a)时,f'(x)>0,f(x)单调递增.
因,则,f(2)=2e2+8a﹣1>0,
结合f(0)=﹣1<0知f(x)仅有1个零点.
综上,当时,f(x)有1个零点;
当a>0时,f(x)有两个零点.
题型三 零点个数求参数范围
利用函数的零点求参数范围的方法
(1)分离参数()后,将原问题转化为的值域(最值)问题或转化为直线与的图象的交点个数问题(优选分离、次选分类)求解;
(2)利用函数零点存在定理构建不等式求解;
(3)转化为两个熟悉的函数图象的位置关系问题,从而构建不等式求解.
【例题精讲】
1.已知函数f(x)=x2﹣x﹣acos2πx+2有且仅有一个零点,则实数a的值为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解答】解:令f(x)=0,∴x2﹣x+2=acos2πx.
令g(x)=x2﹣x+2,h(x)=acos2πx.
当a>0时,g(x)与h(x)的大致图象如图(1)所示,
两个函数的图象都关于直线对称,两个函数的图象如果有交点,
交点的个数为偶数,不可能只有一个;
当a=0时,方程x2﹣x+2=acos2πx无解;
当a<0时,g(x)与h(x)的大致图象如图(2)所示,要使两个函数图象只有一个交点,
则有,即,则.
故选:C.
2.若函数f(x)=lnx﹣mx3+1有2个零点,则m的取值范围是 .
【答案】.
【解答】解:已知f(x)=lnx﹣mx3+1,其定义域为(0,+∞),对f(x)求导得,
当m≤0时,在(0,+∞)上,1﹣3mx3>0,所以f′(x)>0,f(x)在(0,+∞)上单调递增.此时f(x)不可能有2个零点.
当m>0时,
令f′(x)=0,即,因为x>0,所以1﹣3mx3=0,
解得x ,当时,f′(x)>0,f(x)单调递增,
当时,f′(x)<0,f(x)单调递减,
所以是f(x)的极大值点,也是最大值点,
f(x)max,
因为f(x)有2个零点,所以f(x)max>0,即,
将不等式变形为﹣ln3m>﹣2,进一步ln3m<2,解这个不等式得0<m,
同时,当x→0+时,lnx→﹣∞,﹣mx3→0,所以f(x)→﹣∞;
当x→+∞时,lnx增长速度远小于x3增长速度,所以﹣mx3→﹣∞,f(x)→﹣∞;
综上有函数f(x)=lnx﹣mx3+1有两个零点,m的取值范围.
故答案为:.
3.已知函数f(x)=xex﹣a(x+lnx)有两个零点,则实数a的取值范围是 (e,+∞) .
【答案】(e,+∞).
【解答】解:因为f(x)=xex﹣a(x+lnx)=ex+lnx﹣a(x+lnx),
令t=x+lnx,t∈R,则t(x)在x∈(0,+∞)上单调递增,
所以题意等价于et﹣at=0有两个根,即et=at有两个根,
如图,
作出函数y=et的图像及其过原点的切线y=et,可知当a>e时有两个交点即et=at有两个根.
故答案为:(e,+∞).
4.已知函数f(x)=lnx﹣ax.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)只有一个零点,求a的取值范围;
(3)设g(x)=ex﹣1+xf(x),若g(x)≥0恒成立,求a的取值范围.
【答案】(1)当a≤0时,f(x)在(0,+∞)单调递增;当a>0时,f(x)在单调递增,在单调递减;
(2)(﹣∞,0]∪{};
(3)a∈(﹣∞,1].
【解答】解:(1)因为f(x)=lnx﹣ax,x>0,
所以,
当a≤0时,f′(x)>0,
所以f(x)在(0,+∞)单调递增;
当a>0时,令f′(x)=0,解得,
当时,f′(x)>0,即f(x)在单调递增,
当时,f′(x)<0,即f(x)在单调递减,
综上所述,当a≤0时,f(x)在(0,+∞)单调递增;
当a>0时,f(x)在单调递增,在单调递减;
(2)令f(x)=lnx﹣ax=0,则,
设,由题意得g(x)=a只有一个根,
即直线y=a与函数y=g(x)的图象只有一个交点,
对g(x)求导,得,
令g'(x)=0,解得x=e,
当x∈(0,e)时,g′(x)>0;当x∈(e,+∞)时,g′(x)<0;
所以(x)在(0,e)单调递增,在(e,+∞)单调递减,
所以,
当0<x<1时,g(x)<0;当x=1时,g(x)=0;当x>1时,g(x)>0,
作出y=g(x)的图象,如图所示:
又因为直线y=a与函数y=g(x)的图象只有一个交点,
所以a≤0或.
所以实数a的取值范围为(﹣∞,0]∪{};
(3)由g(x)=ex﹣1+xf(x)=ex﹣1+2lnx﹣ax2,
令x=1,则g(1)=1﹣a≥0,故a≤1,
当a≤1时,g(x)=ex﹣1+xlnx﹣ax2≥ex﹣1+xlnx﹣x2,
以下证明ex﹣1+xlnx﹣x2≥0,
设,
则,
令H(x)=ex﹣1﹣x,x>0,则H′(x)=ex﹣1﹣1,
令H′(x)=ex﹣1﹣1=0,解得x=1,
当x∈(0,1),H′(x)<0,则H(x)在(0,1)单调递减,
当x∈(1,+∞),H′(x)>0,则H(x)在(1,+∞)单调递增,
所以H(x)≥H(1)=0,即ex﹣1﹣x>0,
所以x∈(0,1)时,G′(x)<0,则G(x)在(0,1)单调递减,
所以x∈(1,+∞)时,G′(x)>0,则G(x)在(1,+∞)单调递增,
所以G(x)≥G(1)=0,
综上所述,实数a∈(﹣∞,1].
5.已知函数.
(1)求f(x)在[﹣2,3]上的最大值;
(2)若函数f(x)恰有三个零点,求a的取值范围.
【答案】见试题解答内容
【解答】解:(1)因为,x∈[﹣2,3],
所以f′(x)=﹣3x2+9x﹣6=﹣3(x﹣2)(x﹣1),
当﹣2<x<1时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
当1<x<2时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增,
当2<x<3时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
又f(﹣2)=8+18+12+a=38+a,f(2)=﹣8+18﹣12+a=a﹣2,
所以当x=﹣2时,函数f(x)取最大值,最大值为38+a.
所以f(x)在[﹣2,3]上的最大值为38+a.
(2)因为,
所以f′(x)=﹣3x2+9x﹣6=﹣3(x﹣2)(x﹣1),
当x<1时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
当1<x<2时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增,
当x>2时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
所以当x=1时,函数f(x)取极小值,极小值为,
当x=2时,函数f(x)取极大值,极大值为﹣2+a,
且当x→﹣∞时,f(x)→+∞,当x→+∞时,f(x)→﹣∞,
因为函数f(x)恰有三个零点,
所以﹣2+a>0,且,
解得.
所以a的取值范围为.
课时精练
一.选择题(共8小题)
1.若函数有且只有一个极值点,则实数a的取值范围是( )
A.(1,+∞) B.(﹣∞,1] C.(﹣∞,0] D.[0,+∞)
【答案】C
【解答】解:由题意,函数f(x)的定义域为(0,+∞),,
∵函数有且只有一个极值点,
∴方程x2﹣2x+a=0有一个根大于0,一个根小于等于0,
∴,即a的取值范围是(﹣∞,0].
故选:C.
2.曲线y=ex﹣1与y=x2的公切线的条数为( )
A.0 B.1 C.2 D.3
【答案】C
【解答】解:设y=ex﹣1的切点为,y=x2的切点为,
y′=(ex﹣1)′=ex﹣1,y′=(x2)′=2x,
所以y=ex﹣1在处的切线方程为,即,
y=x2在处的切线方程为,即
故且,
故,即,
令x1﹣1=t,构造f(t)=4t﹣et,
则f′(t)=4﹣et,
当t<ln4,f′(t)>0,t>ln4,f′(t)<0,
所以f(t)在(﹣∞,ln4)单调递增,(ln4,+∞)单调递减,
故f(t)max=f(ln4)=4(ln4﹣1)>0,且当t→﹣∞,f(t)→﹣∞,t→+∞,f(t)→﹣∞,
故f(t)=4t﹣et=0有两个不相等的实数根,
故公切线的条数为2.
故选:C.
3.已知函数,则“”是“f(x)有极值”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
【答案】A
【解答】解:函数的定义域为(0,+∞),且,
函数y=x2﹣x+a的图象关于直线对称,
则f(x)有极值的充要条件是Δ=1﹣4a>0,解得.
于是“”是“f(x)有极值”的充分不必要条件.
故选:A.
4.已知f(x)=﹣2x3+11x2﹣18x+a,若f(x)<0当且仅当1<x<b或x>c,其中a,b,c为实数,则方程的所有实根的和为( )
A.﹣11 B. C. D.11
【答案】D
【解答】解:由题意知:f(x)<0的解为:1<x<b或x>c,
所以1为方程﹣2x3+11x2﹣18x+a=0的一个根,
则﹣2+11﹣18+a=0,即a=9,
所以f(x)=﹣2x3+11x2﹣18x+9,
令f(x)=0,得﹣2x3+11x2﹣18x+9=﹣(2x﹣3)(x﹣3)(x﹣1)=0,
即为解得x1=1,,x3=3,
则f(x)<0的解为或x>3,满足题意,
所以方程的实根为2,3,6,即所有实根的和为11.
故选:D.
5.设函数f(x)=x3+ax2+bx(a,b∈R),则“a2>3b”是“f(x)有三个不同的零点”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
【答案】B
【解答】解:因为f(x)=x3+ax2+bx.所以f′(x)=3x2+2ax+b,x∈(﹣∞,+∞)
因为f(x)有三个不同的零点,f(x)必有两个极值点,则f′(x)=3x2+2ax+b=0有两个不同的根,
所以Δ=4a2﹣12b>0,所以a2>3b,必要性成立;
又因为f(x)有两个极值点,但f(x)的两个极值不一定异号,
例如a=b=4时,a2>3b,f(x)=x3+4x2+4x=x(x+2)2只有两个不同零点,充分性不成立.
故选:B.
6.已知函数f(x)=x2﹣x﹣acos2πx+2有且仅有一个零点,则实数a的值为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解答】解:令f(x)=0,∴x2﹣x+2=acos2πx.
令g(x)=x2﹣x+2,h(x)=acos2πx.
当a>0时,g(x)与h(x)的大致图象如图(1)所示,
两个函数的图象都关于直线对称,两个函数的图象如果有交点,
交点的个数为偶数,不可能只有一个;
当a=0时,方程x2﹣x+2=acos2πx无解;
当a<0时,g(x)与h(x)的大致图象如图(2)所示,要使两个函数图象只有一个交点,
则有,即,则.
故选:C.
7.关于函数,下列说法正确的是( )
①曲线y=f(x)在点(3,f(3))处的切线方程为8x﹣2y﹣25=0;
②f(x)的图象关于原点对称;
③若y=f(x)﹣m有三个不同零点,则实数m的范围是;
④f(x)在(﹣1,1)上单调递减.
A.①④ B.②④ C.①②③ D.①③④
【答案】D
【解答】解:函数,求导得f′(x)=x2﹣x﹣2=(x+1)(x﹣2),
对于①,f′(3)=4,而,则切线方程为,即8x﹣2y﹣25=0,①正确;
对于②,,则f(x)的图象关于原点不对称,②错误;
对于③,当x<﹣1或x>2时,f′(x)>0;当﹣1<x<2时,f′(x)<0,
即函数f(x)在(﹣∞,﹣1),(2,+∞)上单调递增,在(﹣1,2)上单调递减,
因此函数f(x)在x=﹣1处取得极大值,在x=2处取得极小值,
函数y=f(x)﹣m的零点,即直线y=m与函数y=f(x)图象交点的横坐标,
因此当直线y=m与函数y=f(x)图象有3个交点时,,③正确;
对于④,f(x)在(﹣1,1)上单调递减,④正确.
故选:D.
8.设函数f(x)=eax﹣2+(a﹣1)x﹣lnx﹣2有2个零点,则实数a的取值范围是( )
A.(﹣∞,e) B. C. D.(0,e)
【答案】D
【解答】解:f(x)=eax﹣2+(a﹣1)x﹣lnx﹣2(x>0)有2个零点,
所以eax﹣2+(a﹣1)x﹣lnx﹣2=0有2个实数根,
所以eax﹣2+ax﹣2=x+lnx=elnx+lnx,
令g(x)=ex+x,则g'(x)=ex+1>0,
所以g(x)在(0,+∞)上单调递增,
所以ax﹣2=lnx,所以,
由函数f(x)=eax﹣2+(a﹣1)x﹣lnx﹣2(x>0)有2个零点,
所以有2个实数根,
令,则,
令φ′(x)=0,可得,
当时,φ′(x)>0,φ(x)单调递增,当时,φ′(x)<0,φ(x)单调递减,
又x→0时,φ(x)→﹣∞,当x→+∞时,φ(x)→0,
又φ(x)max,
所以实数a的取值范围是(0,e).
故选:D.
二.多选题(共3小题)
(多选)9.已知x1是函数f(x)=x+1﹣ln(x+2)的零点,x2是函数g(x)=x2﹣2ax+4a+4的零点,且满足|x1﹣x2|≤1,则实数a的取值可能是( )
A.﹣1 B.﹣2 C. D.
【答案】AC
【解答】解:已知x1是函数f(x)=x+1﹣ln(x+2)的零点,x2是函数g(x)=x2﹣2ax+4a+4的零点,且满足|x1﹣x2|≤1,
由f(x)=x+1﹣ln(x+2),x>﹣2,
∴,
当﹣2<x<﹣1时,f′(x)<0,f(x)单调递减,
当x>﹣1时,f′(x)>0,f(x)单调递增,又f(﹣1)=0,
则函数f(x)存在唯一零点,即x1=﹣1,
∵|﹣1﹣x2|≤1,∴﹣2≤x2≤0,即g(x)在[﹣2,0]有零点,
①若Δ=4a2﹣4(4a+4)=0,即,
此时g(x)的零点为a,显然符合题意;
②(i)若Δ=4a2﹣4(4a+4)>0,即或,
若g(x)在[﹣2,0]只有一个零点,则g(﹣2)g(0)≤0,∴a=﹣1;
(ii)若g(x)在[﹣2,0]有两个零点,
则,解得,
综上所述,实数a的取值范围为.
故选:AC.
(多选)10.已知函数y=x+ex的零点为x1,y=x+lnx的零点为x2,则( )
A.x1+x2>0 B.x1x2<0
C.lnx2=0 D.x1x2﹣x1+x2<1
【答案】BCD
【解答】解:∵函数y=x+ex的零点为x1,y=x+lnx的零点为x2,
∴函数y=﹣x与函数y=ex图象的交点的横坐标为x1,
函数y=﹣x与函数y=lnx图象的交点的横坐标为x2,
作函数y=﹣x、函数y=ex、函数y=lnx的图象如下,
故点A的横坐标为x1,点B的横坐标为x2,
∵函数y=ex与函数y=lnx的图象关于直线y=x对称,
函数y=﹣x的图象关于直线y=x对称,
∴点A、B关于直线y=x对称,
又∵点A、B在直线y=﹣x上,
∴点A、B关于原点对称,
∴x1+x2=0,
故选项A错误;
易知x1x2<0,
故选项B正确;
∵x1,lnx2=﹣x2,x1+x2=0,
∴lnx2=0,
即选项C正确;
易知﹣1<x1<0,0<x2<1,
∴(x1+1)(x2﹣1)<0,
即x1x2﹣x1+x2<1,
故选项D正确;
故选:BCD.
(多选)11.函数在(0,+∞)上有唯一零点x0,则( )
A. B.
C.k=1 D.k>1
【答案】ABC
【解答】解∵函数在(0,+∞)上有唯一零点x0,
∴ex•x﹣(lnx+k)﹣x=0,
∴xex﹣k﹣ln(xex)=0,
令t=xex,(t>0),则g(t)=t﹣k﹣lnt,(t>0)此函数只有一个零点,
∴,可知g(t)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增;
∴g(1)=0,
∴k=1,此时1
⇒.
故选:ABC.
三.填空题(共3小题)
12.已知函数恰有2个极值点,则实数a的取值范围为 .
【答案】.
【解答】解:函数的定义域为(0,+∞),
f′(x)=lnx+1﹣ax﹣1=lnx﹣ax,
要使函数f(x)有两个极值点,只需f'(x)=0有两个不同正根x1,x2,并且x1,x2两侧的函数f(x)单调性相反,
由f'(x)=0得,lnx﹣ax=0,所以,
由题意可知与y=a有两个不同的交点,
令,则,
所以当0<x<e时,h′(x)>0,函数h(x)在(0,e)上单调递增,
当x>e时,h′(x)<0,函数h(x)在(e,+∞)上单调递减,
所以,当x→+∞时,h(x)→0,
作出图形如图所示:
由图象可得实数a的取值范围为.
故答案为:.
13.已知函数f(x)=e﹣2x+ax2在(﹣∞,0)恰有两个极值点,则实数a的取值范围是 (﹣∞,﹣2e) .
【答案】(﹣∞,﹣2e).
【解答】解:函数f(x)=e﹣2x+ax2,求导得f′(x)=﹣2e﹣2x+2ax,
令f′(x)=0,得,x<0,
若函数f(x)在区间(﹣∞,0)恰有两个极值点,
则y=a与函数在区间(﹣∞,0)恰有2个交点,
,x<0,
当g′(x)=0,得,
当时,g′(x)>0,g(x)单调递增,
当时,g′(x)<0,g(x)单调递减,
当时,g(x)取得最大值﹣2e,当x→﹣∞,g(x)→﹣∞,当x→0,g(x)→﹣∞
所以a<﹣2e,即a的取值范围是(﹣∞,﹣2e).
故答案为:(﹣∞,﹣2e).
14.函数f(x)=x3+ax+2有3个零点,则a的取值范围是 (﹣∞,﹣3) .
【答案】(﹣∞,﹣3).
【解答】解:已知函数f(x)=x3+ax+2,
则f′(x)=3x2+a,
又函数f(x)=x3+ax+2有3个零点,
则函数f(x)要存在极大值和极小值,
则a<0,
当时,f′(x)>0,
当时,f′(x)<0,
所以f(x)在上单调递增;
f(x)在上单调递减,
所以f(x)的极大值为,极小值为,
则,
即,
解得a<﹣3,
即a的取值范围是(﹣∞,﹣3).
故答案为:(﹣∞,﹣3).
四.解答题(共5小题)
15.已知函数f(x)=ax﹣(lnx)2.
(I)a=1时,求f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)f(x)有3个零点x1,x2,x3,且(x1<x2<x3).
(i)求a的取值范围;
(ii)证明:(lnx2﹣lnx1)•lnx3.
【答案】(Ⅰ)x﹣y=0;(Ⅱ)(i)(0,);(ii)证明见解析.
【解答】解:(Ⅰ)a=1时,f(x)=x﹣(lnx)2,且f(1)=1,f′(x)=1﹣2lnx•,所以k=f′(1)=1,
所以f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y﹣1=1×(x﹣1),即x﹣y=0;
(Ⅱ)(i)由f(x)=0,得a,x>0;
设g(x),则g′(x),
令g′(x)=0,得x=1或x=e2,
所以x∈(0,1)时,g′(x)<0,g(x)单调递减,g(x)∈(0,+∞);
x∈(1,e2)时,g′(x)>0,g(x)单调递增,g(x)∈(0,);
x∈(e2,+∞)时,g′(x)<0,g(x)单调递减,g(x)∈(0,);
画出函数g(x)的大致图象,如图所示:
由函数的图象,结合题意知,a的取值范围是(0,);
(ii)证明:由(i)知,0<x1<1<x2<e2<x3,设lnx1=t1,lnx2=t2,lnx3=t3,
则t1<0<t2<2<t3,又,由②③得,两式相减得t3﹣t2=2(lnt3﹣lnt2),
由对数均值不等式得2,所以t3t2<4;
要证(lnx2﹣lnx1)lnx3,即证t2t3﹣t1t3,
只需证4﹣t1t3,即证﹣t1t3,
又因为t1<0,aa,所以|t1|=﹣t1,
所以﹣t1t3,只需证;
设h(t),t>2,则h′(t),
当2<t<4时,h′(t)>0,h(t)在(2,4)上单调递增;
当t>4时,h′(t)<0,h(t)在(4,+∞)上单调递减;
所以h(x)max=h(4),即h(t),
由4e2﹣16e+16=4(e﹣2)2>0,得成立,命题得证.
16.已知函数f(x)=ax(a+1)lnx.
(1)当a=0时,求f(x)的最大值;
(2)若f(x)恰有一个零点,求a的取值范围.
【答案】(1)函数f(x)的最大值为﹣1;
(2)(0,+∞).
【解答】解:(1)当a=0时,,则,
易知函数f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,
∴f(x)在x=1处取得极大值,同时也是最大值,
∴函数f(x)的最大值为f(1)=﹣1;
(2),
①当a=0时,由(1)可知,函数f(x)无零点;
②当a<0时,易知函数f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,
又f(1)=a﹣1<0,故此时函数f(x)无零点;
③当0<a<1时,易知函数f(x)在上单调递增,在单调递减,
且f(1)=a﹣1<0,,
又由(1)可得,,即,则lnx<x,,则,
当x>1时,,
故存在,使得f(m)>0,
∴此时f(x)在(0,+∞)上存在唯一零点;
④当a=1时,,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,
又f(1)=0,故此时函数f(x)有唯一零点;
⑤当a>1时,易知函数f(x)在上单调递增,在上单调递减,
且f(1)=a﹣1>0,
又由(1)可得,当0<x<1时,,则,则,
此时,
故存在,使得f(n)<0,
故函数f(x)在(0,+∞)上存在唯一零点;
综上,实数a的取值范围为(0,+∞).
17.已知函数f(x)=ex﹣a(x+2).
(1)当a=1时,讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)有两个零点,求a的取值范围.
【答案】见试题解答内容
【解答】解:由题意,f(x)的定义域为(﹣∞,+∞),且f′(x)=ex﹣a.
(1)当a=1时,f′(x)=ex﹣1,令f′(x)=0,解得x=0.
∴当x∈(﹣∞,0)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,
当x∈(0,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
∴f(x)在(﹣∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增;
(2)当a≤0时,f′(x)=ex﹣a>0恒成立,f(x)在(﹣∞,+∞)上单调递增,不合题意;
当a>0时,令f′(x)=0,解得x=lna,
当x∈(﹣∞,lna)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,
当x∈(lna,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
∴f(x)的极小值也是最小值为f(lna)=a﹣a(lna+2)=﹣a(1+lna).
又当x→﹣∞时,f(x)→+∞,当x→+∞时,f(x)→+∞.
∴要使f(x)有两个零点,只要f(lna)<0即可,
则1+lna>0,可得a.
综上,若f(x)有两个零点,则a的取值范围是(,+∞).
18.已知函数f(x)=x3﹣kx+k2.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)有三个零点,求k的取值范围.
【答案】见试题解答内容
【解答】解:(1)f(x)=x3﹣kx+k2.f′(x)=3x2﹣k,
k≤0时,f′(x)≥0,f(x)在R递增,
k>0时,令f′(x)>0,解得:x或x,
令f′(x)<0,解得:x,
∴f(x)在(﹣∞,)递增,在(,)递减,在(,+∞)递增,
综上,k≤0时,f(x)在R递增,
k>0时,f(x)在(﹣∞,)递增,在(,)递减,在(,+∞)递增;
(2)由(1)得:k>0,f(x)极小值=f(),f(x)极大值=f(),
若f(x)有三个零点,
只需,解得:0<k,
故k∈(0,).
19.已知函数f(x)=ae2x+(a﹣2)ex﹣x.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)有两个零点,求a的取值范围.
【答案】见试题解答内容
【解答】解:(1)由f(x)=ae2x+(a﹣2)ex﹣x,求导f′(x)=2ae2x+(a﹣2)ex﹣1,
∵e2x>0,ex>0
∴当a≤0时,f′(x)<0,
∴f(x)在R上单调递减,
当a>0时,f′(x)=(2ex+1)(aex﹣1)=2a(ex)(ex),
令f′(x)=0,解得:x=ln,
当f′(x)>0,解得:x>ln,
当f′(x)<0,解得:x<ln,
∴x∈(﹣∞,ln)时,f(x)单调递减,x∈(ln,+∞)单调递增;
综上可知:当a≤0时,f(x)在R单调减函数,
当a>0时,f(x)在(﹣∞,ln)是减函数,在(ln,+∞)是增函数;
(2)①若a≤0时,由(1)可知:f(x)最多有一个零点,
当a>0时,f(x)=ae2x+(a﹣2)ex﹣x,
当x→﹣∞时,e2x→0,ex→0,
∴当x→﹣∞时,f(x)→+∞,
当x→∞,e2x→+∞,且远远大于ex和x,
∴当x→∞,f(x)→+∞,
∴函数有两个零点,f(x)的最小值小于0即可,
由f(x)在(﹣∞,ln)是减函数,在(ln,+∞)是增函数,
∴f(x)min=f(ln)=a×()+(a﹣2)ln0,
∴1ln0,即ln1>0,
设t,则g(t)=lnt+t﹣1,(t>0),
求导g′(t)1,由g(1)=0,
∴t1,解得:0<a<1,
∴a的取值范围(0,1).
方法二:(1)由f(x)=ae2x+(a﹣2)ex﹣x,求导f′(x)=2ae2x+(a﹣2)ex﹣1,
∵e2x>0,ex>0
∴当a≤0时,f′(x)<0,
∴f(x)在R上单调递减,
当a>0时,f′(x)=(2ex+1)(aex﹣1)=2a(ex)(ex),
令f′(x)=0,解得:x=﹣lna,
当f′(x)>0,解得:x>﹣lna,
当f′(x)<0,解得:x<﹣lna,
∴x∈(﹣∞,﹣lna)时,f(x)单调递减,x∈(﹣lna,+∞)单调递增;
综上可知:当a≤0时,f(x)在R单调减函数,
当a>0时,f(x)在(﹣∞,﹣lna)是减函数,在(﹣lna,+∞)是增函数;
(2)①若a≤0时,由(1)可知:f(x)最多有一个零点,
②当a>0时,由(1)可知:当x=﹣lna时,f(x)取得最小值,f(x)min=f(﹣lna)=1ln,
当a=1,时,f(﹣lna)=0,故f(x)只有一个零点,
当a∈(1,+∞)时,由1ln0,即f(﹣lna)>0,
故f(x)没有零点,
当a∈(0,1)时,1ln0,f(﹣lna)<0,
由f(﹣2)=ae﹣4+(a﹣2)e﹣2+2>﹣2e﹣2+2>0,
故f(x)在(﹣∞,﹣lna)有一个零点,
假设存在正整数n0,满足n0>ln(1),则f(n0)(aa﹣2)﹣n0n0n0>0,
由ln(1)>﹣lna,
因此在(﹣lna,+∞)有一个零点.
∴a的取值范围(0,1).
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第18讲 导数中的零点问题
【基础回顾】
知识点1、函数的零点
(1)函数零点的定义:对于函数,把使的实数叫做函数的零点.
(2)三个等价关系
方程有实数根函数的图象与轴有交点的横坐标函数有零点.
知识点2、函数零点的判定
如果函数在区间上的图象是连续不断的一条曲线,并且有,那么函数在区间内有零点,即存在,使得,这个也就是的根.我们把这一结论称为函数零点存在性定理.
注:函数单调+存在零点=唯一零点
知识点3、函数零点问题的常见题型:
判断函数是否存在零点或者求零点的个数;根据含参函数零点情况,求参数的值或取值范围.
求解步骤:
第一步:将问题转化为函数的零点问题,进而转化为函数的图像与轴(或直线)在某区间上的交点问题;
第二步:利用导数研究该函数在此区间上的单调性、极值、端点值等性质,进而画出其图像;
第三步:结合图像判断零点或根据零点分析参数.
题型一 判断函数零点的个数
函数零点的求解与判断方法:
(1)直接求零点:令f(x)=0,如果能求出解,则有几个解就有几个零点.
(2)零点存在性定理:利用定理不仅要函数在区间[a,b]上是连续不断的曲线,且f(a)·f(b)<0,还必须结合函数的图象与性质(如单调性、奇偶性)才能确定函数有多少个零点.
(3)利用图象交点的个数:将函数变形为两个函数的差,画两个函数的图象,看其交点的横坐标有几个不同的值,就有几个不同的零点.
【例题精讲】
1.函数f(x)=2x+x﹣6的零点为( )
A.x=1 B.x=2 C.x=3 D.x=4
2.函数所有零点之和为( )
A.﹣4 B.﹣3 C.0 D.1
3.函数的零点个数是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
4.函数f(x)=2lgx﹣xlg2,则函数f(x)的零点个数是( )
A.2 B.3 C.1 D.0
5.已知函数则函数f(x)的零点个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
题型二 讨论函数零点的个数
含参零点的讨论,采用分类讨论的方法,在参数不同的取值范围内运用零点存在性定理得到零点的个数。
【例题精讲】
1.已知函数(k是常数k∈R),且f(x)是偶函数.
(1)求k的值;
(2)若函数,求函数y=g(x)零点.
2.已知函数.
(1)当a=1时,求f(x)的单调区间;
(2)讨论f(x)零点的个数.
3.已知函数f(x)=ax﹣ex+1,(a∈R).
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)讨论f(x)的零点个数.
4.已知函数f(x)=ex(2x﹣1)﹣ax+a(a>0).
(1)若a<1且仅存在两个整数x,使得f(x)<0,求a的取值范围;
(2)讨论f(x)零点的个数.
5.已知函数f(x)=xex+ax2+2ax﹣1.
(1)当时,求f(x)在x=﹣2处的切线方程;
(2)当时,讨论f(x)零点的个数.
题型三 零点个数求参数范围
利用函数的零点求参数范围的方法
(1)分离参数()后,将原问题转化为的值域(最值)问题或转化为直线与的图象的交点个数问题(优选分离、次选分类)求解;
(2)利用函数零点存在定理构建不等式求解;
(3)转化为两个熟悉的函数图象的位置关系问题,从而构建不等式求解.
【例题精讲】
1.已知函数f(x)=x2﹣x﹣acos2πx+2有且仅有一个零点,则实数a的值为( )
A. B. C. D.
2.若函数f(x)=lnx﹣mx3+1有2个零点,则m的取值范围是 .
3.已知函数f(x)=xex﹣a(x+lnx)有两个零点,则实数a的取值范围是 .
4.已知函数f(x)=lnx﹣ax.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)只有一个零点,求a的取值范围;
(3)设g(x)=ex﹣1+xf(x),若g(x)≥0恒成立,求a的取值范围.
5.已知函数.
(1)求f(x)在[﹣2,3]上的最大值;
(2)若函数f(x)恰有三个零点,求a的取值范围.
课时精练
一.选择题(共8小题)
1.若函数有且只有一个极值点,则实数a的取值范围是( )
A.(1,+∞) B.(﹣∞,1] C.(﹣∞,0] D.[0,+∞)
2.曲线y=ex﹣1与y=x2的公切线的条数为( )
A.0 B.1 C.2 D.3
3.已知函数,则“”是“f(x)有极值”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
4.已知f(x)=﹣2x3+11x2﹣18x+a,若f(x)<0当且仅当1<x<b或x>c,其中a,b,c为实数,则方程的所有实根的和为( )
A.﹣11 B. C. D.11
5.设函数f(x)=x3+ax2+bx(a,b∈R),则“a2>3b”是“f(x)有三个不同的零点”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
6.已知函数f(x)=x2﹣x﹣acos2πx+2有且仅有一个零点,则实数a的值为( )
A. B. C. D.
7.关于函数,下列说法正确的是( )
①曲线y=f(x)在点(3,f(3))处的切线方程为8x﹣2y﹣25=0;
②f(x)的图象关于原点对称;
③若y=f(x)﹣m有三个不同零点,则实数m的范围是;
④f(x)在(﹣1,1)上单调递减.
A.①④ B.②④ C.①②③ D.①③④
8.设函数f(x)=eax﹣2+(a﹣1)x﹣lnx﹣2有2个零点,则实数a的取值范围是( )
A.(﹣∞,e) B. C. D.(0,e)
二.多选题(共3小题)
(多选)9.已知x1是函数f(x)=x+1﹣ln(x+2)的零点,x2是函数g(x)=x2﹣2ax+4a+4的零点,且满足|x1﹣x2|≤1,则实数a的取值可能是( )
A.﹣1 B.﹣2 C. D.
(多选)10.已知函数y=x+ex的零点为x1,y=x+lnx的零点为x2,则( )
A.x1+x2>0 B.x1x2<0
C.lnx2=0 D.x1x2﹣x1+x2<1
(多选)11.函数在(0,+∞)上有唯一零点x0,则( )
A. B.
C.k=1 D.k>1
三.填空题(共3小题)
12.已知函数恰有2个极值点,则实数a的取值范围为 .
13.已知函数f(x)=e﹣2x+ax2在(﹣∞,0)恰有两个极值点,则实数a的取值范围是 .
14.函数f(x)=x3+ax+2有3个零点,则a的取值范围是 .
四.解答题(共5小题)
15.已知函数f(x)=ax﹣(lnx)2.
(I)a=1时,求f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)f(x)有3个零点x1,x2,x3,且(x1<x2<x3).
(i)求a的取值范围;
(ii)证明:(lnx2﹣lnx1)•lnx3.
16.已知函数f(x)=ax(a+1)lnx.
(1)当a=0时,求f(x)的最大值;
(2)若f(x)恰有一个零点,求a的取值范围.
17.已知函数f(x)=ex﹣a(x+2).
(1)当a=1时,讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)有两个零点,求a的取值范围.
18.已知函数f(x)=x3﹣kx+k2.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)有三个零点,求k的取值范围.
19.已知函数f(x)=ae2x+(a﹣2)ex﹣x.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)有两个零点,求a的取值范围.
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