内容正文:
第七讲 导数与恒(能)成立问题 基础课
第一部分 专题突破
专题七 函数与导数
高考分析
恒(能)成立问题多与参数的取值范围问题联系在一起,是近几年高考的热门题型,常出现在选择、填空或解答题中,也经常以压轴解答题形式出现,难度较大.
考点一 分类讨论法解决恒(能)成立问题
内容索引
考点二 参变分离法解决恒(能)成立问题
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考点一 分类讨论法解决恒(能)成立问题
考点一 分类讨论法解决恒(能)成立问题
[例1] 已知函数f(x)=ex-ax,g(x)=x2+1.
(1)讨论函数f(x)的单调区间;
[解] 对函数f(x)求导得f'(x)=ex-a,
①当a≤0时,f'(x)>0,所以f(x)在R上单调递增;
②当a>0时,由f'(x)>0可得x>ln a,由f'(x)<0可得x<ln a,
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,f(x)在R上单调递增;
当a>0时,f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,在(ln a,+∞)上单调递增.
考点一 分类讨论法解决恒(能)成立问题
(2)若不等式f(x)≥g(x)在[0,+∞)上恒成立,求实数a的取值范围.
[解] 令h(x)=f(x)-g(x)=ex-ax-x2-1,
求导得h'(x)=ex-x-a,x∈[0,+∞),
令u(x)=h'(x),
因为x∈[0,+∞),由u'(x)=ex-1≥0,
可得u(x)(即h'(x))在[0,+∞)上单调递增,
当a≤1时,h'(x)≥h'(0)=1-a≥0在[0,+∞)上恒成立,
故得h(x)在[0,+∞)上单调递增,则h(x)≥h(0)=e0-0-0-1=0,
即有f(x)≥g(x),符合题意.
考点一 分类讨论法解决恒(能)成立问题
当a>1时,h'(0)=1-a<0,
令p(x)=ex-2x,则p'(x)=ex-2,
当x<ln 2时,p'(x)<0;当x>ln 2时,p'(x)>0,
则p(x)在(-∞,ln 2)上单调递减,在(ln 2,+∞)上单调递增,
故p(x)≥p(ln 2)=2-2ln 2>0,
所以h'(a)=ea-a-a=ea-2a>0,又h'(x)在[0,+∞)上单调递增,且h'(0)<0,
故∃x0∈(0,a),使得h'(x0)=0,
则当x∈(0,x0)时,h'(x)<0,当x∈(x0,+∞)时,h'(x)>0,
即h(x)在(0,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增,
故h(x0)<h(0)=0,即有f(x0)<g(x0),不符合题意.
综上所述,实数a的取值范围是(-∞,1].
考点一 分类讨论法解决恒(能)成立问题
将恒(能)成立问题转化为利用导数求函数的最值问题,然后通过分类讨论研究函数的最值.
方法总结
考点一 分类讨论法解决恒(能)成立问题
1.(2025·山西太原模拟)已知函数f(x)=x3-ax2-4(a∈R).
(1)判断函数f(x)的单调性;
对点训练
考点一 分类讨论法解决恒(能)成立问题
解:由题意得,f(x)的定义域为R,
∵f(x)=x3-ax2-4,∴f'(x)=3x2-2ax=x(3x-2a).
由f'(x)=0得x=0或a.
当a=0时,f'(x)≥0恒成立;
当a>0时,由f'(x)>0,得x<0或x>a,由f'(x)<0,得0<x<a;
当a<0时,由f'(x)>0,得x>0或x<a,由f'(x)<0,得a<x<0.
综上可得,当a=0时,f(x)在R上单调递增;
当a>0时,f(x)在(-∞,0),(a,+∞)上单调递增,在(0,a)上单调递减;
当a<0时,f(x)在(-∞,a),(0,+∞)上单调递增,在(a,0)上单调递减.
考点一 分类讨论法解决恒(能)成立问题
(2)若存在x0∈[-4,0],使得f(x0)≥0,求a的取值范围.
解:由(1)得a≥0时,f(x)在[-4,0]上单调递增,f(x)在[-4,0]上的最大值为f(0)=-4,故不存在x0∈[-4,0],使得f(x0)≥0.
当a<0时,若a≤-4,即a≤-6,则f(x)在[-4,0]上单调递减,f(x)在[-4,0]上的最大值为f(-4)=-16a-68.
若存在x0∈[-4,0],使得f(x0)≥0,只需-16a-68≥0,解得a≤-,故a≤-6.
若a>-4,即-6<a<0,则f(x)在[-4,]上单调递增,在[,0]上单调递减,f(x)在[-4,0]上的最大值为f()=-a3-4,
若存在x0∈[-4,0],使得f(x0)≥0,只需-a3-4≥0,解得-6<a≤-3.
综上可得,a的取值范围为(-∞,-3].
考点二 参变分离法解决恒(能)成立问题
考点二 参变分离法解决恒(能)成立问题
[例2] (2025·浙江杭州模拟)已知函数f(x)=x(ex-1-1).
(1)求函数f(x)的图象在点(1,0)处的切线方程;
[解] f'(x)=(ex-1-1)+xex-1=(x+1)ex-1-1,所以f'(1)=1,
所以f(x)的图象在点(1,0)处的切线方程为y=x-1.
考点二 参变分离法解决恒(能)成立问题
(2)若不等式f(x)≥ln x+ax恒成立,求实数a的取值范围.
[解] 若f(x)≥ln x+ax,x>0,
则a≤,
令g(x)=,
得g'(x)=,
令h(x)=x2ex-1+ln x-1,h'(x)=(2x+x2)ex-1+>0,
考点二 参变分离法解决恒(能)成立问题
故h(x)在(0,+∞)上单调递增,又h(1)=0,所以当x∈(0,1)时,h(x)<0,当x∈(1,+∞)时,h(x)>0,
即当x∈(0,1)时,g'(x)<0,当x∈(1,+∞)时,
g'(x)>0,
所以当x∈(0,1)时,g(x)单调递减,当x∈(1,+∞)时,g(x)单调递增,
g(x)的最小值为g(1)=0,所以a≤0,即实数a的取值范围是(-∞,0].
考点二 参变分离法解决恒(能)成立问题
将参数分离出来,进而转化为a>f(x)max或a<f(x)min的形式,通过导数的应用求出f(x)的最值,即得参数的范围,这样避免了分类讨论,简化了运算.
方法总结
考点二 参变分离法解决恒(能)成立问题
对点训练
2.(2025·河北张家口模拟)已知f(x)=ln x-a(x+1),a∈R.
(1)若a=2,求曲线f(x)在x=1处的切线方程;
解:当a=2时,f(x)=ln x-2(x+1),
所以f(1)=-4,f'(x)=-2,所以切线斜率k=f'(1)=-1,
所以曲线f(x)在x=1处的切线方程为y-(-4)=-1×(x-1),即x+y+3=0.
考点二 参变分离法解决恒(能)成立问题
(2)若∃x0∈(0,2],使f(x0)>0,求a的取值范围.
解:因为∃x0∈(0,2],使得f(x0)>0,即ln x0-a(x0+1)>0,
所以a<,令g(x)=,x∈(0,2],则g'(x)=,令h(x)=1+-ln x,x∈(0,2],
所以h'(x)=--<0在(0,2]上恒成立,所以函数h(x)在(0,2]上单调递减,
所以h(x)≥h(2)=-ln 2>0,所以g'(x)>0在(0,2]上恒成立,
所以函数g(x)在(0,2]上单调递增,所以g(x)max=g(2)=,所以a<.
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