5.3.1 第2课时 函数单调性的应用(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中数学选择性必修第二册(人教A版)
2026-02-03
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教辅
摘要:
该高中数学课件聚焦函数单调性的应用,涵盖含参函数单调性讨论、由单调性求参数、比较大小及解不等式等核心知识点,通过导数与单调性关系引入,以例1等例题搭建学习支架,衔接已学知识与实际应用。
其亮点在于以数学运算和逻辑推理为核心,通过规律方法总结分类讨论标准,结合变式训练(如例2变式从恒成立到区间单调)和提能点(构造函数比较大小),课堂小结强调易错点,帮助学生形成严谨思维,教师可利用实例提升教学效率。
内容正文:
第二课时 函数单调性的应用
1
1.能求简单的含参的函数的单调区间(数学运算).
2.进一步理解函数的导数和其单调性的关系,利用单调性比较大小、解不等式(数学抽象、数学运算).
3.能根据函数的单调性求参数的取值范围(数学运算).
课标要求
知识点一 含参数函数的单调性
01
知识点二 根据函数的单调性求参数
02
课时作业
03
目录
3
知识点一
含参数函数的单调性
01
PART
目 录
【例1】 讨论函数f(x)= ax2+x-(a+1)ln x(a≥0)的单调性.
解:函数f(x)的定义域为(0,+∞),
f'(x)=ax+1- = .
①当a=0时,
f'(x)= ,
由f'(x)>0,得x>1,
由f'(x)<0,得0<x<1.
∴f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增.
数学·选择性必修第二册
目 录
②当a>0时,f'(x)= ,
∵a>0,∴ >0.
由f'(x)>0,得x>1,由f'(x)<0,得0<x<1.
∴f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增.
综上所述,当a≥0时,f(x)在(0,1)内单调递减,在(1,+∞)内
单调递增.
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目 录
【规律方法】
讨论含参函数的单调性的关键点
(1)涉及含参数的函数的单调性问题,一定要判断参数对导数f'(x)在
某一个区间内的正负是否有影响.若有影响,则必须分类讨论,讨论时要
做到不重不漏,最后进行总结;
(2)求含参函数y=f(x)的单调区间,实质上就是解含参数的不等式f'
(x)>0,f'(x)<0.
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目 录
训练1 设函数f(x)=ex-ax-2(a∈R),求f(x)的单调区间.
解:f(x)的定义域为(-∞,+∞),f'(x)=ex-a.
若a≤0,则f'(x)>0,
所以f(x)在(-∞,+∞)上是增函数.
若a>0,则当x∈(-∞,ln a)时,f'(x)<0;
当x∈(ln a,+∞)时,f'(x)>0.
所以f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,在(ln a,+∞)上单调递增.
综上所述,当a≤0时,函数f(x)在(-∞,+∞)上是增函数;
当a>0时,f(x)的单调递减区间为(-∞,ln a),
单调递增区间为(ln a,+∞).
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目 录
知识点二
根据函数的单调性求参数
02
PART
目 录
【例2】 已知函数f(x)=x3-ax-1为R上的增函数,求实数a的取值
范围.
解:由已知得f'(x)=3x2-a,
因为f(x)在(-∞,+∞)上是增函数,
所以f'(x)=3x2-a≥0在(-∞,+∞)上恒成立,
即a≤3x2对x∈R恒成立,因为3x2≥0,所以只需a≤0.
即a的取值范围为(-∞,0].
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解:由题意可知f'(x)=3x2-a≤0在(-1,1)上恒成立,所以
即 所以a≥3.即a的取值范围是[3,+∞).
(2)若函数f(x)=x3-ax-1的单调递减区间为(-1,1),求a的
值.
解:f'(x)=3x2-a,①当a≤0时,f'(x)≥0,
所以f(x)在(-∞,+∞)上为增函数,不满足题意.
变式 (1)若函数f(x)=x3-ax-1在(-1,1)上单调递减,求a的
取值范围;
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目 录
②当a>0时,令3x2-a=0,得x=± ,
当- <x< 时,f'(x)<0.
所以f(x)在(- , )上单调递减,
所以f(x)的单调递减区间为(- , ),
所以 =1,即a=3.
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目 录
【规律方法】
由函数的单调性求参数的技巧
(1)转化为导数不等式恒成立问题:若f(x)在区间上单调递增
(减),则f'(x)≥(≤)0恒成立,可以利用分离参数法或函数性质求
参数,注意检验参数取“=”时是否满足题意;
(2)若f(x)在区间上不是单调函数,则解法通常有以下两种:①转化
为单调函数求参数,再求其补集;②转化为函数的导函数有变号的零点,
再求参数.
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目 录
训练2 (1)若函数f(x)= x3-2ax2-(a-2)x+5恰好有三个单调
区间,则实数a的取值范围为( D )
A. -1≤a≤2 B. -2≤a≤1
C. a>2或a<-1 D. a>1或a<-2
解析:若函数f(x)有3个单调区间,则f'(x)=4x2-4ax-(a-2)有
2个变号零点,故Δ=16a2+16(a-2)>0,解得a>1或a<-2.
D
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目 录
(2)若函数f(x)=x3-12x在区间(k-1,k+1)上不单调,则实数
k的取值范围是( B )
A. (-∞,-3]∪[-1,1]∪[3,+∞)
B. (-3,-1)∪(1,3)
C. (-2,2)
D. 不存在这样的实数k
B
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目 录
解析:由题意得,f'(x)=3x2-12=0在区间(k-1,k+1)上至少有
一个实数根.又f'(x)=3x2-12=0的根为±2,且f'(x)在x=2或-2两
侧异号,而区间(k-1,k+1)的区间长度为2,故只有2或-2在区间
(k-1,k+1)内,∴k-1<2<k+1或k-1<-2<k+1,∴1<k<3
或-3<k<-1,故选B.
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目 录
提能点|函数单调性的应用
角度1 比较大小
【例3】 已知函数f(x)= +ln x,则( )
A. f(e)<f(π)<f(2.7) B. f(π)<f(e)<f(2.7)
C. f(e)<f(2.7)<f(π) D. f(2.7)<f(e)<f(π)
解析: 函数f(x)= +ln x的定义域为(0,+∞).∵f'(x)=
( +ln x)'=( )'+(ln x)'= + >0,∴f(x)在(0,+
∞)上是增函数.∵2.7<e<π,∴f(2.7)<f(e)<f(π),故选D.
√
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目 录
变式 已知实数x,y满足2x+2x<2y+2y,则( )
A. x>y B. x=y
C. x<y D. x,y的大小不确定
解析: 设f(t)=2t+2t,所以f'(t)=2+2tln 2>0,所以函数f
(t)是增函数,由题意得f(x)<f(y),所以x<y.
√
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目 录
【规律方法】
在比较两数(式)的大小关系时,首先要判断所给函数的单调性,再根据函数的单调性比较大小,有时还需要根据待比较式的结构特征构造新的函数,由新函数的单调性来比较大小.
提醒:解题时需注意先判断所属单调区间.
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角度2 解不等式
【例4】 不等式2x≥2-log2x的解集为 .
解析:令f(x)=2x-2+log2x,x∈(0,+∞),则f'(x)=2xln 2+
>0,所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,当x=1时,f(1)=2
-2+log21=0,所以当x≥1时,f(x)≥0,即2x≥2-log2x.所以2x≥2
-log2x的解集为[1,+∞).
[1,+∞)
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目 录
【规律方法】
解不等式时,通常利用函数单调性来解决,其中函数可以是已知函数,也可以根据题目要求构造相应函数.
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目 录
训练3 (1)已知函数f(x)=3x+2 cos x.若a=f(3 ),b=f
(2),c=f(log27),则a,b,c的大小关系是( D )
A. a<b<c B. c<b<a
C. b<a<c D. b<c<a
解析:由题意,得f'(x)=3-2 sin x.因为-1≤ sin x≤1,所以f'(x)>
0恒成立,所以函数f(x)是增函数.因为log24<log27<log28,所以2<
log27<3,所以2<log27<3 ,所以f(2)<f(log27)<f(3 ),
即b<c<a.
D
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目 录
(2)已知函数f(x)为偶函数,且当x≥0时,f(x)=ex+x2- cos x,
则不等式f(x-3)-f(2x-1)<0的解集为
.
(-∞,-2)
∪
解析:当x≥0时,f'(x)=ex+2x+ sin x,(ex+2x+ sin x)'=ex+2
+ cos x>0,f'(x)单调递增,f'(0)=1,所以f'(x)>0,f(x)单调
递增.因为f(x)是偶函数,所以当x<0时,f(x)单调递减,所以f
(x-3)-f(2x-1)<0⇒f(x-3)<f(2x-1)⇒|x-3|<|2x
-1|⇒(x-3)2<(2x-1)2⇒(x+2)(3x-4)>0⇒x<-2或x>
,即不等式f(x-3)-f(2x-1)<0的解集为(-∞,-2)
∪ .
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目 录
1. 设函数f(x)=2x+ sin x,则( )
A. f(1)>f(2) B. f(1)<f(2)
C. f(1)=f(2) D. 以上都不正确
解析: f'(x)=2+ cos x>0,故f(x)是R上的增函数,故f(1)<
f(2).
√
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目 录
2. 若函数f(x)=- cos x+ax为增函数,则实数a的取值范围为
( )
A. [-1,+∞) B. [1,+∞)
C. (-1,+∞) D. (1,+∞)
解析: 由题意可得,f'(x)= sin x+a≥0恒成立,故a≥- sin x恒成
立,因为-1≤- sin x≤1,所以a≥1.
√
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目 录
3. 已知函数f(x)= ,若f(a+3)>f(2a),则a的取值范围
是 .
解析:由函数f(x)= ,可得f'(x)= >0,即f(x)为R
上的增函数,故由f(a+3)>f(2a)可得a+3>2a,∴a<3.
(-∞,3)
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目 录
4. 已知函数f(x)=x3+ax2-a2x+2(a>0),求函数f(x)的单调
区间.
解:f'(x)=3x2+2ax-a2=(x+a)(3x-a),
由f'(x)=0得x=-a或x= .
又a>0,由f'(x)<0,得-a<x< ,
由f'(x)>0,得x<-a或x> ,
故f(x)的单调递减区间为 ,单调递增区间为 和
.
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目 录
课堂小结
1. 理清单
(1)含参数函数的单调性;
(2)由单调性求参数的取值范围;
(3)利用单调性比较大小;
(4)利用单调性解不等式.
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2. 应体会
(1)解决含参数函数的单调性问题时要注意分类讨论思想的应用;
(2)利用单调性比较大小、解不等式时常利用数形结合思想.
3. 避易错
(1)求参数的取值范围时容易忽略对端点值的讨论;
(2)解不等式时,易忽略定义域.
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目 录
课时作业
03
PART
目 录
1. 已知函数f(x)=3x-ax(a∈R),则“a<0”是“函数f(x)为
增函数”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
解析: 因为f(x)=3x-ax,所以f'(x)=3xln 3-a,所以当a≤0
时,f'(x)>0,函数f(x)在定义域上是增函数.因为(-∞,0)⫋
(-∞,0],所以“a<0”是“函数f(x)为增函数”的充分不必要条
件.故选A.
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2. 若f(x)= x3-ax2的单调递减区间是(0,2),则正数a=( )
A. 1 B. 2 C. 3 D. 4
解析: f'(x)=x2-2ax,令f'(x)<0,由于a>0,故解得0<x<
2a,故2a=2,即a=1.
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3. 已知函数f(x)的定义域为R,f'(x)为f(x)的导函数,函数y=f'
(x)的图象如图所示,且f(-2)=1,f(3)=1,则不等式f(x2-
6)>1的解集是( )
A. (-3,-2)∪(2,3)
B. (- , )
C. (2,3)
D. (-∞,- )∪( ,+∞)
√
解析:由y=f'(x)的图象知,函数f(x)在(-∞,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减,且f(-2)=1,f(3)=1,则不等式f(x2-6)>1可转化为-2<x2-6<3,解得2<x<3或-3<x<-2.故选A.
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4. 已知定义在R上的函数f(x),g(x)对任意实数x,有f(-x)=
-f(x),g(-x)=g(x),且当x>0时,有f'(x)>0,g'(x)
>0,则当x<0时,有( )
A. f'(x)>0,g'(x)>0 B. f'(x)>0,g'(x)<0
C. f'(x)<0,g'(x)>0 D. f'(x)<0,g'(x)<0
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解析: 由已知,得f(x)为奇函数,g(x)为偶函数.∵当x>0时,
f'(x)>0,g'(x)>0,∴f(x),g(x)在(0,+∞)上均单调递
增,∴f(x)在(-∞,0)上单调递增,g(x)在(-∞,0)上单调
递减,∴当x<0时,f'(x)>0,g'(x)<0.
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5. 已知函数f(x)= ,当1<x<3时,下列关系正确的是( )
A. f( )<f(x)<[f(x)]2
B. f(x)<f( )<[f(x)]2
C. [f(x)]2<f( )<f(x)
D. [f(x)]2<f(x)<f( )
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解析: 由题意得f'(x)= ,当1<x<3时,f'(x)>0,所
以f(x)在(1,3)上单调递增.又1< <x<3,所以f( )<f
(x).由f(x)在(1,3)上单调递增,可知当x∈(1,3)时,f(x)
>f(1)=e,所以[f(x)]2>f(x).综上f( )<f(x)<[f
(x)]2.
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目 录
6. 〔多选〕已知定义在R上的函数f(x),其导函数y=f'(x)的大致图
象如图所示,则下列叙述正确的是( )
A. f(b)>f(a) B. f(d)>f(e)
C. f(a)>f(d) D. f(c)>f(e)
解析: 由题图可得,当x∈(-∞,c)∪(e,+∞)时,f'(x)
>0,当x∈(c,e)时,f'(x)<0,故f(x)在(-∞,c),(e,
+∞)上单调递增,在(c,e)上单调递减,所以f(b)>f(a),f
(d)>f(e),f(c)>f(e).
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7. 〔多选〕若函数f(x)= x2-9ln x在区间[m-1,m+1]上单调,则
实数m的取值可以是( )
A. 4 B. 3 C. 2 D. 1
解析: f(x)的定义域为(0,+∞),f'(x)=x- = ,由f'
(x)≥0得函数f(x)的单调递增区间为[3,+∞);由f'(x)≤0得函
数f(x)的单调递减区间为(0,3].因为f(x)在区间[m-1,m+1]上
单调,所以 或m-1≥3,解得1<m≤2或m≥4.结合选项可
得A、C正确.
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8. 函数f(x)= x3- (2a+1)x2+(a2+a)x+4(a∈R)的单调
递减区间是 .
解析:f'(x)=x2-(2a+1)x+a2+a=[x-(a+1)](x-a),
令f'(x)<0,得a<x<a+1,故f(x)的单调递减区间是(a,a+
1).
(a,a+1)
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9. 已知函数f(x)=ax-ex在(0,1)上不单调,则实数a的取值范围
为 .
解析:f'(x)=a-ex.因为f(x)=ax-ex在(0,1)上不单调,所以f'
(x)=0在(0,1)上有解,又f'(x)在(0,1)上单调递减,所以f'
(0)=a-1>0,f'(1)=a-e<0,故a∈(1,e).
(1,e)
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10. 若a>0,试讨论f(x)=aln x-(2a+1)x+x2的单调性.
解:f(x)的定义域为(0,+∞),
f'(x)= .
当0<a< 时,由f'(x)>0可得0<x<a或x> ;由f'(x)<0可得a
<x< ,
所以函数f(x)的单调递增区间为(0,a), ,单调递减区间
为 ;
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当a= 时,f'(x)≥0恒成立,所以函数f(x)的单调递增区间为(0,
+∞);
当a> 时,由f'(x)>0可得0<x< 或x>a;由f'(x)<0可得 <x
<a,所以函数f(x)的单调递增区间为 ,(a,+∞),单调递
减区间为 .
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11. 若函数f(x)=ln x+ax2-2在区间(1,4)内存在单调递增区间,则
实数a的取值范围是( )
A. B.
C. D.
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解析: 函数f(x)=ln x+ax2-2的定义域是(0,+∞),所以f'
(x)= +2ax= .当a≥0时,f'(x)>0,则f(x)在(0,+
∞)上单调递增,符合题意.当a<0时,由2ax2+1=0,得x= (负
根舍去),所以当x∈ 时,f'(x)>0,f(x)单调递增;当
x∈ 时,f'(x)<0,f(x)单调递减.
依题意,函数f(x)=ln x+ax2-2在区间(1,4)内存在单调递增区间,
所以1< ,解得- <a<0.综上,a>- .故选C.
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12. 函数f(x)=ax3+x2+5x-1恰有3个单调区间的必要不充分条件是
( )
A. a< B. 0<a<
C. a<0或0<a< D. a<0
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解析: 由f(x)=ax3+x2+5x-1,得f'(x)=3ax2+2x+5,当a
=0时,由f'(x)=0,解得x=- ,函数f(x)有两个单调区间;当a
>0时,由Δ=4-60a>0,解得a< ,即0<a< ,此时函数f(x)
=ax3+x2+5x-1恰有3个单调区间;当a<0时,Δ=4-60a>0,解得a
< ,即a<0,此时函数f(x)=ax3+x2+5x-1恰有3个单调区间.综
上所述,a<0或0<a< 是函数f(x)=ax3+x2+5x-1恰有3个单调区
间的充要条件,分析可得a< 是其必要不充分条件.
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目 录
13. 已知函数f(x)=2 sin x-ex+e-x,则关于x的不等式f(x2-4)+f
(3x)<0的解集为 .
解析:f(-x)=-2 sin x-e-x+ex,∵f(-x)+f(x)=0,∴f
(x)为奇函数,则f'(x)=2 cos x-(ex+e-x),∵2 cos x≤2,ex+e
-x≥2,∴f'(x)≤0,f(x)为减函数,又f(x2-4)+f(3x)<0,
则f(x2-4)<-f(3x)=f(-3x),∴x2-4>-3x,∴x>1或x<
-4.
(-∞,-4)∪(1,+∞)
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数学·选择性必修第二册
目 录
14. 已知函数f(x)=ax2+ln(x+1).
(1)当a=- 时,求函数f(x)的单调区间;
解:当a=- 时,f(x)=- x2+ln(x+1)(x>-1),
则f'(x)=- x+ =- (x>-1).
令f'(x)>0,解得-1<x<1;
令f'(x)<0,解得x>1.
故函数f(x)的单调递增区间是(-1,1),单调递减区间是(1,+∞).
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数学·选择性必修第二册
目 录
(2)若函数f(x)在区间[1,+∞)上单调递减,求实数a的取值范围.
解:因为函数f(x)在区间[1,+∞)上单调递减,所以f'(x)=
2ax+ ≤0对任意x∈[1,+∞)恒成立,即a≤- 对任意
x∈[1,+∞)恒成立.
令g(x)=- ,x∈[1,+∞),
易求得g'(x)>0在[1,+∞)上恒成立,
所以g(x)在[1,+∞)上单调递增,因此g(x)min=g(1)=- ,故a≤- .即实数a的取值范围是 .
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数学·选择性必修第二册
目 录
15. (2025·宁波月考)设函数f(x)=(x+a)ln x,g(x)= .已
知曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与直线2x-y=0平行.
(1)求a的值;
解: 由题意知,曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线斜率为
2,所以f'(1)=2,
又f'(x)=ln x+ +1,
所以a+1=2,解得a=1.
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数学·选择性必修第二册
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(2)是否存在自然数k,使得方程f(x)=g(x)在(k,k+1)内存
在唯一的根?如果存在,求出k;如果不存在,请说明理由.
解:存在.理由如下:
设h(x)=f(x)-g(x)=(x+1)ln x- ,
当x∈(0,1]时,h(x)<0,又h(2)=3ln 2- =ln 8- >0,
所以存在x0∈(1,2),使得h(x0)=0.
因为h'(x)=ln x+ +1+ ,
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数学·选择性必修第二册
目 录
当x∈(1,2)时,h'(x)>2- >0,
当x∈[2,+∞)时,h'(x)>0,
所以当x∈(1,+∞)时,h(x)单调递增.
所以当k=1时,方程f(x)=g(x)在(k,k+1)内存在唯一的根.
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