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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普通

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) -
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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
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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). 学科网(北京)股份有限公司 $ 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. 学科网(北京)股份有限公司 $

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第18讲 导数中的零点问题 讲义——2026届高三数学一轮复习
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