内容正文:
真题解构与重构 导函数
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众所周知,利用导数的几何意义求曲线的切线方程是导数概念的具体
体现,利用导数研究函数的单调性彰显了导数的本质特征,而利用函数的
单调性研究函数的其他性质是导数应用价值的体现,无论是函数的单调性、
最值,还是与其有关的不等式问题,都是导数的用武之地.新课标高考试题
中关于导数及其应用的问题基本上一大一小,小题主要体现在导数的基本
应用,而解答题则涉及函数性质或不等式等多方面问题,一般情况下都会
作为试卷的压轴题出现,根据试题的难易程度,关于导数问题的试题偶尔
会放在第18题或第19题位置.下面以2024年新课标Ⅱ卷第16题进行解构与重
构,展示导数在函数应用中的风采,对指导高考复习具有十分重要的作用
和意义.
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[真题呈现] (2024·新课标Ⅱ卷)已知函数 .
(1)当时,求曲线在点 处的切线方程;
[规范解答]解:当时,,则 ,则
.
,所以切点坐标为 ,所以切线方程为
,即 .
注解①
[关键步骤]①求曲线切线方程的基本步骤必须掌握
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(2)若有极小值,且极小值小于0,求 的取值范围.
[规范解答] 解: 易知函数的定义域为, .
当时,,函数在 上单调递增,无极值,不符合题意;
当时,由,得,由,得
所以函数在区间上单调递减,在区间 上单调递增,
所以的极小值为 .
注解②
[关键步骤] ②含参时,必须对参数进行分类讨论
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由题意知,等价于 .
注解③
[关键步骤] ③建立关于参数 的关系是求参数范围的基石
方法一:令 ,
则 ,
所以函数在上单调递减,又 ,
故当时,;当时, .
故实数的取值范围为 .
注解④
[关键步骤] ④单调性零点猜算 问题求解
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方法二:由,得 .
注解⑤
如图为函数与在区间 上的
大致图象,由图易知当时, ,即
.所以实数的取值范围为 .
[关键步骤] ⑤分解成两个初等函数进行数形结合,是求解问题的关键.(注:本题也可分解为 ,从而可得 )
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[真题分析] 试题以关于“”与“ ”两个重点元素构建问题.第一问是
导数的几何意义的基本应用,是十分基础的知识,第二问利用极小值与0
的关系巧妙建构不等关系——求 的取值范围,看似解不等式,实则是函
数的零点问题,利用函数零点解此类不等式是数形结合的典型,是高考的
热点问题.试题考查数学运算、逻辑推理等核心素养,考查化归与转化思想、
分类讨论思想与数形结合思想,试题将导数在研究函数的应用中的功能巧
妙落到实处,堪称小综合,精而新,试题对导数知识的教育教学与高考复
习具有明确的指导意义.
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[源头与活水]
类别 教材题(选择性必修第二册
、例7与 ) 考题 关联特征
条
件 ① 直接给出关于 的函数 当 时,
具体关于“ ”
的函数 相一致
② 求与 轴的交点 给点 都是要求出点的坐
标
③ 研究极值 求极小值 相一致
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类别 教材题(选择性必修第
二册、 例7与
) 考题 关联特征
问
题 ① 求曲线在曲线与 轴交
点处的切线方程 求在点
处的切线方程 相一致
② 直接证明不等式 利用极小值建
立不等关系,
求参数范围 ①都可用导数研究函数
②都可用数形结合,一
个是先有不等式给证
明,一个是先有不等式
求参数.
续表
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[真题解构]
解构1 考题中,当时, ,有下列信息.
(1)① ,正是教材人教A版选择性必修第二册
的问题.
②在处的切线方程即为 ,
①②都可在图1中呈现出来.
③若用替换中的,则有 ,正是教
材 要证明的不等式.
若再用替换上式中的得, ,这就是高
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考中常遇的问题.特别地,当时,即得教材例4图示关系与 的不
等式,这个式子也即为,这就反映在教材 求
函数的图象在点处的切线方程: ,由图2即可知
.这些充分说明了考题是教材问题的集中体现.
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(2)的充要条件是 .
“”这个零点是教材问题与高考的“热点”设置,若用
替换,则有,由图3得出 的结论,从
而 .
解构2 已知曲线,直线 .
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(1)若是的一条切线,求 的值;
解:设与相切于点 ,
由得 .
由题意得
消去,得 .
令 ,
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,
所以在 上单调递增.
又 ,
即有且只有一个零点 .
故方程的解为,此时, .
(注:这里正是揭示第(2)问的设置的内涵,也正好展示了曲线
在处(即点处)的切线方程为 )
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(2)若曲线恒在直线的上方,求 的取值范围.
解:令,曲线恒在直线的上方,即为在 上
恒成立.
,
①当时,,在 上单调递增.
由于, ,
故存在,使得 ,不符合题意.
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②当时,令,得 ,
所以当时, ,
当时, ,
所以在 上单调递减,
在 上单调递增.
故 ,
即 .
下同真题呈现解法可得,所以的取值范围为 .
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[真题重构]
重构1 已知函数 .
(1)若在处有极值,求 的值;
解: .
依题意知,解得 .
当时,,易判断 在
处有极大值,符合题意,所以 .
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(2)若当时,,求实数 的取值范围.
解:当时, ,
即,即 .
令,则 .
①当时, ,
所以在 上单调递增,
所以,所以 满足条件.
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②当时,若 ,
则,若,则 .
所以在 上单调递减,
在 上单调递增,
所以 .
令 ,
所以 ,
所以在 上单调递减.
所以与矛盾,故 不满足条件.
综上,实数的取值范围是 .
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重构2 已知函数 .
(1)若,求曲线在点 处的切线方程;
解:当时, ,
, ,
又,所以切点为 ,
所以切线方程为,即 .
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(2)证明:当时, .
证明:因为,所以 ,
所以 .
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方法一:令 ,
所以,令 ,
所以 ,
所以在 上单调递增,
又,所以当时, ,
当时, ,
所以在 上单调递减,
在 上单调递增,
所以,所以 ,
所以,即证得 .
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方法二:令 ,
所以 .
当时, ,
当时, ,
所以在 上单调递减,
在 上单调递增,
所以,所以 ,
故,当且仅当 时取等号.
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同理可证当时,,当且仅当 时取等号.
由,当且仅当 时取等号,由
,当且仅当 时取等号,所以
,
即,即,当且仅当 时取等号,即证得
.
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方法三:令, ,
令, ,
则 .
令, ,
令,得 .
当时,,当时, ,
所以在上单调递减,在 上单调递增,所以
,所以,即.因为 在
上为增函数,则当时, ,所以
,所以,即证得 .
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重构3 若对任意实数,都有函数 的图象与直线
相切,则称函数 为“恒切函数”.设函数
,, .
(1)讨论函数 的单调性.
解: ,
当时,恒成立,函数在 上单调递减;
当时,由得,由得 ,所以函数
在上单调递减,在 上单调递增.
综上,当时,在上单调递减;当时,在
上单调递减,在 上单调递增.
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(2)已知函数 为“恒切函数”.
①求实数 的取值范围;
解: 若函数为“恒切函数”,则函数 的图象与直线
相切,
设切点为 ,
则且,即, .
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因为函数为“恒切函数”,所以存在,使得, ,
即
得,
设,则,由,得,由 ,
得,故在上单调递增,在 上单调递减,
从而 ,
故实数的取值范围为 .
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②当取最大值时,若函数 为“恒切函数”,求证:
.(参考数据: )
证明:由①知当取最大值时,, ,
故 ,
.
因为函数为“恒切函数”,故存在,使得, ,
由得 ,
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即 .
设,则,由得 ,由
得 ,
故在 上单调递减,
在 上单调递增.
在单调递增区间 上,
,故,则由,得 .
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在单调递减区间上,,
,
故在区间,上存在唯一的 ,
使得,即 ,
此时由,得
,
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令,则在,上单调递增,且 ,
,
故 .
综上, .
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