第二编 专题1 第4讲 利用导数研究函数的零点问题-【金版教程】2026年高考数学大二轮专题复习冲刺方案全书word
大二轮专题复习冲刺方案 数学
第4讲 利用导数研究函数的零点问题
「考情研析」以导数为工具,通过研究函数的单调性、极值和最值,求解函数零点或方程解的问题是高考的热点题型.
考向1 利用导数讨论函数零点的个数
例1 (2025·广东湛江一模)已知函数f(x)=aln (x-1)+x2-2x,其中a∈R.
(1)若a=-8,求函数f(x)的单调区间;
(2)当a<-2时,试判断f(x)的零点个数,并证明.
解:(1)由题意,知x>1,f′(x)=+2x-2=
,
当a=-8时,f′(x)=,
令f′(x)=0,得x=3或x=-1(舍去).
当x∈(1,3)时,f′(x)<0,
当x∈(3,+∞)时,f′(x)>0,
故函数f(x)的单调递减区间为(1,3),单调递增区间为(3,+∞).
(2)解法一:因为f(2)=0,故f(x)有一个零点2.
令f′(x)=0,解得x1=1-<1(舍去),x2=1+
,
当x∈(1,x2)时,f′(x)<0,故f(x)单调递减,
当x∈(x2,+∞)时,f′(x)>0,故f(x)单调递增.
当a<-2时,x2=1+∈(2,+∞),f(x2)<f(2)=0.
f(1-a)=aln (-a)+a2-1=-a[-a-ln (-a)]-1.
下面先证明当x≥1时,x-ln x≥1.
令g(x)=x-ln x(x≥1),
则g′(x)=1-=
≥0,
故g(x)在[1,+∞)上单调递增,
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所以g(x)≥g(1)=1.
因为-a>2>1,
所以f(1-a)=-a[-a-ln (-a)]-1>-a-1>0.
易知1-a>x2,所以f(x)在(x2,+∞)上存在唯一的零点x3,
所以当a<-2时,f(x)有两个零点,为2和x3.
解法二:令f(x)=aln (x-1)+x2-2x=0,
当x=2时,f(2)=0,故2是f(x)的一个零点,
当x≠2时,a=,
令g(x)=,易得g(x)在(1,2)和(2,+∞)上单调递减.
因为=
=-2(洛必达法则),
所以当x∈(2,+∞)时,g(x)<-2且单调递减,
故当a<-2时,a=在(2,+∞)上有唯一解,
而当x∈(1,2)时,g(x)>-2,
故当a<-2时,a=无解.
综上可知,当a<-2时,f(x)有两个零点.
利用导数研究函数零点或方程根的方法
(1)通过极值(最值)判断零点个数
借助导数研究函数的单调性、极值,通过极值的正负、函数的单调性判断函数图象的走势,从而判断函数零点的个数.
(2)构造函数法研究函数零点
根据条件构造某个函数,利用导数确定函数的单调区间及极值点,寻找函数在给定区间的极值以及区间端点的函数值与0的关系,从而求解.
解决此类问题的关键是将函数零点、方程的根、曲线交点相互转化,突出导数的工具作用,体现转化与化归的思想方法.
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已知函数f(x)=sinx+ln (x+1)-ax,且曲线y=f(x)与x轴相切于坐标原点.
(1)求实数a的值及f(x)的最大值;
(2)判断关于x的方程f(x)+x=0的实数根的个数,并证明.
解:(1)由题意知,f(0)=0,且f′(0)=0,
∵f′(x)=cosx+-a,
∴f′(0)=2-a=0,解得a=2,
∴f(x)=sinx+ln (x+1)-2x,x∈(-1,+∞),
则f′(x)=cosx+-2,
当x≥0时,cosx≤1,≤1,故f′(x)≤0,
∴f(x)在区间[0,+∞)上单调递减,
∴f(x)≤f(0)=0;
当-1<x<0时,令g(x)=cosx+-2,
则g′(x)=-sinx-,
∵-sinx∈(0,1),>1,
∴g′(x)<0,
∴f′(x)在区间(-1,0)上单调递减,
则f′(x)>f′(0)=0,
∴f(x)在区间(-1,0)上单调递增,
则f(x)<f(0)=0,
则f(x)max=f(0)=0.
综上所述,a=2,f(x)的最大值为0.
(2)关于x的方程f(x)+x=0的实数根的个数为2.证明如下:
设h(x)=f(x)+x=sinx+ln (x+1)-x,x∈(-1,+∞),
∴h′(x)=cosx+-1,
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