内容正文:
高分进阶4 极值点偏移
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极值点偏移是函数在极值点左右的增减速度不一样, 导致函数的图象不具有对称性.例如我们学过的二次函数为标准的对称结构(如①),也有对称轴,但是有些函数没有对称轴, 即关于类对称轴对称的两点横坐标之和不等于对称点横坐标两倍 (如②③), 我们把这种现象叫做极值点偏移.
①如图1,左右对称,无偏移,如二次函数;若 f(x1)=f(x2),则 x1+x2=2x0;
②如图2,左陡右缓,极值点向左偏移;若 f(x1)=f(x2),则 x1+x2>2x0;
③如图3,左缓右陡,极值点向右偏移;若 f(x1)=f(x2),则 x1+x2<2x0.
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类型一 对称化构造函数法
角度1 “和”不等式的证明
[例1] 已知函数 f(x)=(x-1)ln x-x2+ax(a∈R).
(1)若函数 y=f′(x) 有两个零点,求 a 的取值范围;
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因此g(x)min=g(1)=2.当x→0时,g(x)→+∞,当x→+∞时,g(x)→+∞,
作出函数y=g(x)的大致图象与直线y=a,如图所示,要使二者有两个不同交点,
则a>2,故a的取值范围为(2,+∞).
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(2)设x1,x2是函数f(x)的两个极值点,证明:2x1·2x2>4.
【解】 证明:因为x1,x2是函数f(x)的两个极值点,所以f′(x1)=f′(x2)=0.
由(1)知g(x1)=g(x2)=a,不妨设0<x1<1<x2,
要证2x1·2x2 >4,即证x1+x2>2,
只需证x2>2-x1,显然2-x1>1.
由(1)知当x∈(1,+∞)时,g(x)单调递增,所以只需证g(x2)>g(2-x1),
而g(x1)=g(x2)=a,所以即证g(x1)>g(2-x1).
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角度2 “积”不等式的证明
[例2] (2025·潍坊模拟)已知函数f(x)=ex+x2,g(x)=xlnx+(a+1)x.
(1)求曲线y=g(x)在(1,g(1))处的切线方程;
【解】 g(1)=a+1,g′(x)=ln x+a+2,g′(1)=a+2,
所以曲线y=g(x) 在 (1,g(1)) 处的切线方程为 y-(a+1)=(a+2)(x-1),即(a+2)x-y-1=0.
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(2)若f(x)≥g(x)恒成立,求a的取值范围;
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(3)若f(x)=g(x)有两个实数解x1,x2,证明:lnx1+lnx2<0.
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消参减元法是根据已知条件首先建立 x1,x2 之间的关系,然后利用 x1,x2 之比(差)作为变量,从而实现消参、减元的目的. 此法用比值或差值(一般用 t)表示 x1,x2,继而将所求解问题转化为关于 t 的函数问题. 其解题要点如下:
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1.已知函数 f(x)=x-ln x-a.
(1)若 f(x)≥0,求 a 的取值范围;
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(2)证明: 若 f(x) 有两个零点 x1,x2,则 x1x2<1.
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2.已知函数 f(x)=xe-x(x∈R).
(1)求函数 f(x) 的单调区间和极值;
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(2)若x1≠x2,且f(x1)=f(x2),求证:x1+x2>2.
解:证明:构造辅助函数F(x)=f(x)-f(2-x),x>1,
则F′(x)=f′(x)+f′(2-x)=e-x(1-x)+ex-2(x-1)=(x-1)(ex-2-e-x),
当x>1时,x-1>0,x-2>-x,则ex-2-e-x>0,则F′(x)>0,
所以F(x)在(1,+∞)上单调递增,当x>1时,F(x)>F(1)=0,
故当x>1时,f(x)>f(2-x),(*)
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由f(x1)=f(x2),x1≠x2,因为函数f(x)的单调递增区间为(-∞,1),单调递减区间为(1,+∞),
可设x1<1<x2,将x2代入(*)式可得f(x2)>f(2-x2),
又f(x1)=f(x2),所以f(x1)>f(2-x2).
又x1<1,2-x2<1,而f(x)在(-∞,1)上单调递增,
所以x1>2-x2,即x1+x2>2.
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对称化构造函数证明“和”不等式的思路
对称化构造函数法解决证明 x1+x2>2x0 为 f(x) 的极值点)问题的基本思路:要证 x1+x2>2x0,即证 x1>2x0-x2,也就是证明 f(x1)>f(2x0-x2)或者f(x1)<f(2x0-x2)(此处根据函数图象分析),又因为 f(x1)=f(x2),也就是证明 f(x2)>f(2x0-x2) 或者 f(x2)<f(2x0-x2),即证明 f(x2)-f(2x0-x2)>0 或者 f(x2)-f(2x0-x2)<0,设 g(x)=f(x)-f(2x0-x),求 g(x) 的单调性及最值即可.
则 F(x1)=F(x2)=0,F(x) 在(0,1)上单调递减,
欲证 ln x1+ln x2<0,即证 x1x2<1,x1<,
等价于 F(x1)>F,即 F(x2)>F,
等价于 -ln x2+x2>x2e+ln x2+,
整理得 +ln >x2e+ln ,①
解:因为 f(x)=xe-x,其中 x∈R,则 f′(x)=(1-x)e-x,
令 f′(x)=0,解得 x=1,当 x 变化时, f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x
(-∞,1)
1
(1,+∞)
f′(x)
+
0
-
f(x)
单调递增
极大值
单调递减
所以f(x)的单调递增区间为 (-∞,1),单调递减区间为 (1,+∞).
故函数 f(x) 在 x=1 处取得极大值 ,无极小值.
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