内容正文:
隐零点问题
隐零点
一、函数零点按是否可求精确解可以分为两类:一类是数值上能精确求解的,称之为“显零点”;
另一类是能够判断其存在但无法直接表示的,称之为“隐零点”
二、利用导数求函数的最值或单调区间,常常会把最值问题转化为求导函数的零点问题,若导
数零点存在,但无法求出,我们可以设其为x。,再利用导函数的单调性确定x,所在区间,最后
根据f'(x。)=0,研究f(x。),我们把这类问题称为隐零点问题.注意若f(x)中含有参数a,
关系式f'(x)=0是关于xo,a的关系式,确定x,的合适范围,往往和a的范围有关
不含参函数的“隐零点”问题的解策略:
已知不含参函数f(x),,导函数方程(x)=0的根存在,却无法求出,
设方程∫'(x)=0的根为x,则有:①关系式'(x。)=0成立;②注意确定x,的合适范围
“虚设零点”的具体操作方法:
第一步:用零点存在性定理判定导函数零点的存在性,列出零点方程∫'(x)=0,并结合
∫(x)的单调性得到零点的范围;这里应注意,确定隐性零点范围的方式是多种多样的,可以
由零点的存在性定理确定,也可以由函数的图象特征得到,甚至可以由题设直接得到,等等:
至于隐性零点范围精确到多少,由所求解问题决定,因此必要时尽可能缩小其范围;
第二步:以零点为分界点,说明导函数f'(x)的正负,进而得到f(x)的最值表达式;这里应
注意,进行代数式的替换过程中,尽可能将目标式变形为整式或分式,那么就需要尽可能将
指、对数函数式用有理式替换,这是能否继续深入的关键;
第三步:将零点方程8(x,)=0适当变形,整体代入最值式子进行化简证明;有时候第一步中
的零点范围还可以适当缩小.导函数零点虽然隐形,但只要抓住特征(零点方程),判断其范
围(用零点存在性定理),最后整体代入即可.(即注意零点的范围和性质特征)
含参函数的“隐零点”问题解题策略:
已知含参函数f(x,Q),其中a为参数,导函数方程'(x,Q)=0的根存在,却无法求出,
设方程'(w)=0的根为,则有①有关系式'(x)=0成立,该关系式给出了,“的关
系;②注意确定0的合适范围,往往和4的范围有关
常见形式:
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一、基础指对互化(由'(xo)=0得来)
这部分是“设而不求"后,进行整体代换的基石。
类型
导函数方程f'(x)=0常见形式
核心代换式(必背)
备注
指数型
e-=0
e=贵
核心推导:由此可得xo=一nxo
e2+x-a=0
eo a-to
将指数转化为一次式
对数型
nx-是=0
nx0=云
Inx+x=0
In to =-Zo
将对数转化为一次式
Inx+2x-a=0
In co a-2co
含参常见形式
幂指型
ze"-a=0
xoeto=a
常结合同构,a常为1或e
二、高频二级结论(看到即可直接写)
这几个等式是在“基础代换式”上推导出的,在化简最值表达式时极高频出现,建议直接记。
·结论1(最经典):
若e=六,则必有:
Zo +ln zo=0
In zo =-Zo
应用场景:当原函数f(x)的最值表达式里同时出现eo和l血xo时,用此式统一变量。
·结论2(消除指对数):
若xoe0=1,则必有:
Inzo+zo=0
应用场景:化简含xe与lnx混合的函数最值,如f(x)=xe2-lnx-x.
·结论3(指对同余):
若e0+lnxo=0,则等价于:
1
eto In
,或x0·e0=1
To
(注意:此式需结合单调性说明唯一解,但作为结论可用)
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·ln0.5≈-0.693,e0.5≈1.648
·1≈0.367,e≈1.648
。经典零点定位点:
。f(x)=lnx+x的零点在(0.5,1)
。f(x)=e2-1/x的零点在(0.5,1)
。f(x)=xe2-1的零点在(0.5,0.6)附近(即朗伯w函数值W(1)≈0.567)
例1.已知函数f(x=e-ax2.
(1)若a=1,证明:当x≥0时,f(x)≥1;
(2)若f(x)在0,+∞)有一个零点,求a
例2.已知函数f(x=xlnx-mx(meR).
(1)当m=2时,求曲线y=∫(x在点1,f1月处的切线方程;
(2)当x>1时,不等式f(x)+lnx+3>0恒成立,求整数m的最大值,
例3.已知函数f(x)=a-elog。x-e,其中a>1.
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(1)若a=e,证明.f(x)≥0;
(2)讨论f(x)的极值点的个数.
例4.(1)求函数f(x)=e-x的极值;
(2)若a∈(0,1],证明:当x>0时,(x-I)e-“+1≥lnx+a.
例s.函数fy-al-enx
(1)当a=e时,讨论函数f(x)的单调性;
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(2)当a>e时,证明:f(x<a-l)e.
第5页共5页
隐零点问题
隐零点
一、函数零点按是否可求精确解可以分为两类:一类是数值上能精确求解的,称之为“显零点”;另一类是能够判断其存在但无法直接表示的,称之为“隐零点”.
二、利用导数求函数的最值或单调区间,常常会把最值问题转化为求导函数的零点问题,若导数零点存在,但无法求出,我们可以设其为,再利用导函数的单调性确定所在区间,最后根据,研究,我们把这类问题称为隐零点问题. 注意若中含有参数a,关系式是关于的关系式,确定的合适范围,往往和的范围有关.
不含参函数的“隐零点”问题的解策略:
已知不含参函数,导函数方程的根存在,却无法求出,
设方程的根为,则有:①关系式成立;②注意确定的合适范围.
“虚设零点”的具体操作方法:
第一步:用零点存在性定理判定导函数零点的存在性,列出零点方程,并结合的单调性得到零点的范围;这里应注意,确定隐性零点范围的方式是多种多样的,可以由零点的存在性定理确定,也可以由函数的图象特征得到,甚至可以由题设直接得到,等等;至于隐性零点范围精确到多少,由所求解问题决定,因此必要时尽可能缩小其范围;
第二步:以零点为分界点,说明导函数的正负,进而得到的最值表达式;这里应注意,进行代数式的替换过程中,尽可能将目标式变形为整式或分式,那么就需要尽可能将指、对数函数式用有理式替换,这是能否继续深入的关键;
第三步:将零点方程适当变形,整体代入最值式子进行化简证明;有时候第一步中的零点范围还可以适当缩小.导函数零点虽然隐形,但只要抓住特征(零点方程),判断其范围(用零点存在性定理),最后整体代入即可.(即注意零点的范围和性质特征)
含参函数的“隐零点”问题解题策略:
已知含参函数,其中为参数,导函数方程的根存在,却无法求出,
设方程的根为,则有①有关系式成立,该关系式给出了的关系;②注意确定的合适范围,往往和的范围有关.
常见形式:
例1.
已知函数.
(1)若,证明:当时,;
(2)若在有一个零点,求.
【答案】(1)证明见解析;(2)
【解析】(1)当时,,,则,
令,则,
令,解得.
当时,,在上单调递减,
当时,,在上单调递增,
所以,当,有最小值为,
即,即,
所以在上单调递增,所以,命题得证.
(2)若在有一个零点,则方程在上有一个解,
即在上有一个解,
令,,则,
由得,
当时,,在上单调递减,
当时,,在上单调递增,
所以时,,
所以.
例2.
已知函数.
(1)当时,求曲线在点处的切线方程;
(2)当时,不等式恒成立,求整数的最大值.
【答案】(1);(2)2
【解析】(1)当时,,
因为,所以,
所以曲线在点处的切线方程为,即.
(2)由题意,知对任意恒成立,
可知对任意恒成立.
设函数,只需.
对函数求导,得.
设函数,对函数求导,得,
所以函数在上单调递增.
又,
所以存在,使,即,
所以当时,,函数单调递减;
当时,,函数单调递增,
所以,
所以.又,所以,
所以整数的最大值为2.
例3.
已知函数,其中.
(1)若,证明;
(2)讨论的极值点的个数.
【答案】(1)证明见解析;(2)有且仅有一个极值点.
【解析】(1)证明:当时,,,,,
又易知在上为增函数,所以当时,,单调递减;
当时,,单调递增,从而.
(2)由题意知,函数的定义域为,
,
设,,显然函数在上单调递增,与同号,
①当时,,,
所以函数在内有一个零点,且,,,,
故在单调递减,在单调递增;
所以函数在上有且仅有一个极值点;
②当时,由(1)知,函数在上有且仅有一个极值点;
③当时,,,
因为,所以,,
又,所以函数在内有一个零点,
且,,,,
故在单调递减,在单调递增;
所以函数在上有且仅有一个极值点;
综上所述,函数在上有且仅有一个极值点.
例4.
(1)求函数的极值;
(2)若,证明:当时,.
【答案】(1)极小值为0,无极大值;(2)证明见解析
【解析】(1)依题意,,令,解得,
所以当时,,当时,,
即在上单调递减,在上单调递增,
而,故的极小值为0,无极大值.
(2)由(1)可知,当时,,则.
令,
则,易知在上单调递增.
因为,所以,,
故,使得,即①.
当时,,当时,,
所以在上单调递减,在上单调递增,
故②.
由①可得,
代入②,得,
而,故,故,即原命题得证.
例5.
函数
(1)当时,讨论函数的单调性;
(2)当时,证明:.
【答案】(1)在上单调递增,在上单调递减;(2)证明见解析.
【解析】(1)依题意,函数的定义域为,
当时,,求导得,
令,则,
则在上单调递减,而,
当时,,,当时,,,
所以函数的单调递增区间为,单调递减区间为.
(2)当时,,,
令,则,
在上单调递减,而,,
则有,即,有,
当时,,,在上单调递增,
时,,,在上单调递减,
因此函数在时取最大值,即,
令函数,
则在上单调递减,即有,
要证,即证,只需证,
令,,则在上单调递减,
因此,,
即成立,则有成立,
所以当时,不等式成立.
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