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导数与函数的切线及函数零点问题专题

导数与函数的切线及函数零点问题专题
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导数与函数的切线及函数零点问题

高考定位 高考对本内容的考查主要有:(1)导数的几何意义是考查热点,要求是B 级,理解导数的几何意义是曲线上在某点处的切线的斜率,能够解决与曲线的切线有关的问题;(2)在高考试题导数压轴题中涉及函数的零点问题是高考命题的另一热点.

真 题 感 悟

(2016·江苏卷)已知函数f (x )=a x

+b x

(a >0,b >0,a ≠1,b ≠1). (1)设a =2,b =1

2.

①求方程f (x )=2的根;

②若对任意x ∈R ,不等式f (2x )≥mf (x )-6恒成立,求实数m 的最大值; (2)若0<a <1,b >1,函数g (x )=f (x )-2有且只有1个零点,求ab 的值. 解 (1)①由已知可得2x

+? ??

??12x

=2,

即2x

+1

2

x =2.∴(2x )2-2·2x +1=0,

解得2x =1,∴x =0.

②f (x )=2x

+? ??

??12x

=2x +2-x ,

令t =2x +2-x ,则t ≥2. 又f (2x )=22x +2-2x =t 2-2,

故f (2x )≥mf (x )-6可化为t 2-2≥mt -6, 即m ≤t +4t ,又t ≥2,t +4

t

≥2

t ·4

t

=4(当且仅当t =2时等号成立),

∴m ≤? ?

???t +4t min =4,即m 的最大值为4.

(2)∵0<a <1,b >1,∴ln a <0,ln b >0.

g (x )=f (x )-2=a x +b x -2,

g′(x)=a x ln a+b x ln b且g′(x)为单调递增,值域为R的函数.∴g′(x)一定存在唯一的变号零点,

∴g(x)为先减后增且有唯一极值点.

由题意g(x)有且仅有一个零点,

则g(x)的极值一定为0,

而g(0)=a0+b0-2=0,故极值点为0.

∴g′(0)=0,即ln a+ln b=0,∴ab=1.

考点整合

1.求曲线y=f (x)的切线方程的三种类型及方法

(1)已知切点P(x0,y0),求y=f (x)过点P的切线方程:求出切线的斜率

f ′(x

),由点斜式写出方程.

(2)已知切线的斜率为k,求y=f (x)的切线方程:设切点P(x0,y0),通过方程k=f ′(x

)解得x0,再由点斜式写出方程.

(3)已知切线上一点(非切点),求y=f (x)的切线方程:设切点P(x0,y0),利用导数求得切线斜率f ′(x0),再由斜率公式求得切线斜率,列方程(组)解得x

,再由点斜式或两点式写出方程.

2.三次函数的零点分布

三次函数在存在两个极值点的情况下,由于当x→∞时,函数值也趋向∞,只要按照极值与零的大小关系确定其零点的个数即可.存在两个极值点x1,x2且x1<x2的函数f (x)=ax3+bx2+cx+d(a≠0)的零点分布情况如下:

3.(1)研究函数零点问题或方程根问题的思路和方法

研究函数图象的交点、方程的根、函数的零点,归根到底还是研究函数的图

象,如单调性、值域、与x 轴的交点等,其常用解法如下:

①转化为形如f (x 1)·f (x 2)<0的不等式:若y =f (x )满足f (a )f (b )<0,则f (x )在(a ,b )内至少有一个零点;

②转化为求函数的值域:零点及两函数的交点问题即是方程g (x )=0有解问题,将方程分离参数后(a =f (x ))转化为求y =f (x )的值域问题;

③数形结合:将问题转化为y =f (x )与y =g (x )的交点问题,利用函数图象位置关系解决问题.

(2)研究两条曲线的交点个数的基本方法

①数形结合法,通过画出两个函数图象,研究图象交点个数得出答案. ②函数与方程法,通过构造函数,研究函数零点的个数得出两曲线交点的个数.

热点一 函数图象的切线问题

【例1】 (1)(2016·全国Ⅱ卷)若直线y =kx +b 是曲线y =ln x +2的切线,也是曲线y =ln(x +1)的切线,则b =________.

解析 y =ln x +2的切线为:y =1

x 1

·x +ln x 1+1(设切点横坐标为x 1).

y =ln(x +1)的切线为:y =1x 2+1x +ln(x 2+1)-x 2

x 2+1,(设切点横坐标为x 2)

∴?

????1x 1

=1

x 2

+1,ln x 1

+1=ln (x 2

+1)-x

2

x 2

+1,

解得x 1=1

2,∴b =ln x 1+1=1-ln 2.

答案 1-ln 2

(2)已知函数f (x )=2x 3-3x .

①求f (x )在区间[-2,1]上的最大值;

②若过点P (1,t )存在3条直线与曲线y =f (x )相切,求t 的取值范围.

解 ①由f (x )=2x 3-3x 得f ′(x )=6x 2-3. 令f ′(x )=0,得x =-

22或x =22

. 因为f (-2)=-10,f ? ????-22=2,f ? ??

??22=-2,

f (1)=-1,

所以f (x )在区间[-2,1]上的最大值为f ? ????

-22= 2.

②设过点P (1,t )的直线与曲线y =f (x )相切于点(x 0,y 0),

则y 0=2x 30-3x 0,且切线斜率为k =6x 2

0-3,

所以切线方程为y -y 0=(6x 20-3)(x -x 0), 因为t -y 0=(6x 20-3)(1-x 0).

整理得4x 30-6x 20+t +3=0,

设g (x )=4x 3-6x 2+t +3,

则“过点P (1,t )存在3条直线与曲线y =f (x )相切”等价于“g (x )有3个不同零点”.

g ′(x )=12x 2-12x =12x (x -1),

当x 变化时,g (x )与g ′(x )的变化情况如下:

所以,g (0)=t +3是g (x )的极大值,g (1)=t +1是g (x )的极小值.

当g (0)=t +3≤0,即t ≤-3时,此时g (x )在区间(-∞,1)和[1,+∞)上分别至多有1个零点,所以g (x )至多有2个零点.

当g (1)=t +1≥0,即t ≥-1时,此时g (x )在区间(-∞,0)和[0,+∞)上分别至多有1个零点,所以g (x )至多有2个零点.

当g (0)>0且g (1)<0,即-3<t <-1时,因为g (-1)=t -7<0,g (2)=t +11>0,所以g (x )分别在区间[-1,0),[0,1)和[1,2)上恰有1个零点,由于g (x )在区间

(-∞,0)和(1,+∞)上单调,所以g(x)分别在区间(-∞,0)和[1,+∞)上恰有1个零点.

综上可知,当过点P(1,t)存在3条直线与曲线y=f (x)相切时,t的取值范围是

(-3,-1).

探究提高解决曲线的切线问题的关键是求切点的横坐标,解题时先不要管其他条件,先使用曲线上点的横坐标表达切线方程,再考虑该切线与其他条件的关系,如本题第(2)问中的切线过点(1,t).

【训练1】已知函数f (x)=x3-x.

(1)设M(λ0,f (λ0))是函数f (x)图象上的一点,求图象在点M处的切线方程;

(2)证明:过点N(2,1)可以作曲线f (x)=x3-x的三条切线.

(1)解因为f ′(x)=3x2-1.

所以曲线f (x)=x3-x在点M(λ0,f (λ0))处的切线的斜率为k=f ′(λ0)=3λ20-1.

所以切线方程为y-(λ30-λ0)=(3λ20-1)(x-λ0),

即y=(3λ20-1)x-2λ30.

(2)证明由(1)知曲线f (x)=x3-x在点(λ,f (λ))处的切线的方程为y=(3λ2-1)x-2λ3.若切线过点N(2,1),则1=2(3λ2-1)-2λ3,即2λ3-6λ2+3=0.

过点N可作曲线f (x)的三条切线等价于方程2λ3-6λ2+3=0有三个不同的解. 设g(λ)=2λ3-6λ2+3,则g′(λ)=6λ2-12λ=6λ(λ-2).

当λ变化时,g′(λ),g(λ)的变化情况如下表:

因为g(λ)在R上只有一个极大值3和一个极小值-5,

所以过点N可以作曲线f (x)=x3-x的三条切线.

热点二 利用导数解决与函数零点(或方程的根)有关的问题 [命题角度1] 讨论函数零点的个数

【例2-1】 (2015·全国Ⅰ卷)已知函数f (x )=x 3

+ax +1

4

,g (x )=-ln x .

(1)当a 为何值时,x 轴为曲线y =f (x )的切线;

(2)用min{m ,n }表示m ,n 中的最小值,设函数h (x )=min{f (x ),

g (x )}(x >0),讨论h (x )零点的个数.

解 (1)设曲线y =f (x )与x 轴相切于点(x 0,0), 则f (x 0

)=0,f ′(x 0

)=0.即???x 30

+ax 0

+1

4=0,

3x 20

+a =0,

解得x 0=12,a =-3

4

.

因此,当a =-3

4时,x 轴为曲线y =f (x )的切线.

(2)当x ∈(1,+∞)时,g (x )=-ln x <0, 从而h (x )=min{f (x ),g (x )}≤g (x )<0, 故h (x )在(1,+∞)上无零点. 当x =1时,若a ≥-5

4

则f (1)=a +5

4≥0,h (1)=min{f (1),g (1)}=g (1)=0,故x =1是h (x )的零

点;

若a <-5

4,则f (1)<0,h (1)=min{f (1),g (1)}=f (1)<0,故x =1不是h (x )

的零点.

当x ∈(0,1)时,g (x )=-ln x >0. 所以只需考虑f (x )在(0,1)的零点个数. (ⅰ)若a ≤-3或a ≥0,

则f ′(x )=3x 2+a 在(0,1)上无零点,

故f (x )在(0,1)上单调.而f (0)=14,f (1)=a +5

4,

所以当a ≤-3时,f (x )在(0,1)内有一个零点; 当a ≥0时,f (x )在(0,1)上没有零点. (ⅱ)若-3

?

??

0,

-a 3上单调递减, 在? ??

??

-a

3,1上单调递增,故在(0,1)中, 当x =

-a

3

时,f (x )取得最小值, 最小值为f ?

?

???-a 3=2a 3-a 3+14

. ①若f ?

?

?

??

-a 3>0, 即-3

4

②若f ?

?

?

??

-a 3=0, 即a =-3

4,则f (x )在(0,1)有唯一零点;

③若f ?

?

?

??

-a 3<0,即-3

4,

由于f (0)=14,f (1)=a +5

4

所以当-54

4时,f (x )在(0,1)有两个零点;

当-3

4时,f (x )在(0,1)有一个零点.

综上,当a >-34或a <-5

4

时,h (x )有一个零点;

当a =-34或a =-5

4时,h (x )有两个零点;

当-54

4

时,h (x )有三个零点.

探究提高 对于函数零点的个数的相关问题,利用导数和数形结合的数学思想来求解.这类问题求解的通法是:

(1)构造函数,这是解决此类题的关键点和难点,并求其定义域;(2)求导数,得单调区间和极值点;(3)画出函数草图;(4)数形结合,挖掘隐含条件,确定函数图象与x 轴的交点情况进而求解. [命题角度2] 根据函数零点求参数范围

【例2-2】 (2017·徐州考前信息卷)已知函数f (x )=x ln x ,g (x )=-x 2+ax -2(e 为自然对数的底数,a ∈R).

(1)判断曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线与曲线y =g (x )的公共点个数; (2)当x ∈??????

1e ,e 时,若函数y =f (x )-g (x )有两个零点,求a 的取值范围.

解 (1)f ′(x )=ln x +1, 所以切线斜率k =f ′(1)=1.

又f (1)=0,∴曲线在点(1,0)处的切线方程为y =x -1. 由???y =-x 2

+ax -2,y =x -1

?x 2

+(1-a )x +1=0. 由Δ=(1-a )2-4=a 2-2a -3=(a +1)(a -3)可知: 当Δ>0时,即a <-1或a >3时,有两个公共点; 当Δ=0时,即a =-1或a =3时,有一个公共点; 当Δ<0时,即-1<a <3时,没有公共点. (2)y =f (x )-g (x )=x 2-ax +2+x ln x , 由y =0,得a =x +2

x

+ln x .

令h (x )=x +2x +ln x ,则h ′(x )=(x -1)(x +2)

x

2

.

当x ∈????

??

1e ,e 时,由h ′(x )=0,得x =1.

所以h (x )在??????

1e ,1上单调递减,在[1,e]上单调递增,

因此h (x )min =h (1)=3.

由h ? ????1e =1

e

+2e -1,h (e)=e +2e +1,

比较可知h ? ????

1e >h (e),所以,结合函数图象可得,

当3<a ≤e+2

e

+1时,函数y =f (x )-g (x )有两个零点.

探究提高 研究方程的根(或函数零点)的情况,可以通过导数研究函数的单调性、最大值、最小值、变化趋势等,并借助函数的大致图象判断方程根(函数零点)的情况,这是导数这一工具在研究方程中的重要应用.

【训练2-1】 (2017·南通调研节选)已知函数f (x )=ax 2-x -ln x ,a ∈R. (1)当a =3

8

时,求函数f (x )的最小值;

(2)若-1≤a ≤0,证明:函数f (x )有且只有一个零点. (1)解 当a =38时,f (x )=3

8

x 2-x -ln x .

所以f ′(x )=34x -1-1x =(3x +2)(x -2)

4x (x >0).

令f ′(x )=0,得x =2,

当x ∈(0,2)时,f ′(x )<0;当x ∈(2,+∞)时,f ′(x )>0,

所以函数 f (x )在(0,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增.所以当x =2时,f (x )有最小值f (2)=-1

2-ln 2.

(2)证明 由f (x )=ax 2-x -ln x 得

f ′(x )=2ax -1-1x

2ax 2-x -1

x

,x >0.

所以当a ≤0时,f ′(x )=

2ax 2

-x -1

x

<0,

函数f (x )在(0,+∞)上单调递减,

所以当a ≤0时,函数f (x )在(0,+∞)上最多有一个零点.因为当-1≤a ≤0时,f (1)=a -1<0,

f ? ??

??1e =e 2

-e +a e 2>0,

所以当-1≤a ≤0时,函数f (x )在(0,+∞)上有零点. 综上,当-1≤a ≤0时,函数f (x )有且只有一个零点.

【训练2-2】 (2015·江苏卷)已知函数f (x )=x 3+ax 2+b (a ,b ∈R). (1)试讨论f (x )的单调性;

(2)若b =c -a (实数c 是与a 无关的常数),当函数f (x )有三个不同的零点时,a 的取值范围恰好是(-∞,-3)∪? ????1,32∪

? ????

32,+∞,求c 的值. 解 (1)f ′(x )=3x 2+2ax ,令f ′(x )=0, 解得x 1=0,x 2=-2a

3

.

当a =0时,因为f ′(x )=3x 2≥0, 所以函数f (x )在(-∞,+∞)上单调递增;

当a >0时,x ∈? ?

???-∞,-2a 3∪(0,+∞)时,f ′(x )>0,

x ∈

? ??

??

-2a 3,0时,f ′(x )<0, 所以函数f (x )在? ?

???-∞,-2a 3,(0,+∞)上单调递增,

在? ??

??

-2a 3,0上单调递减; 当a <0时,x ∈(-∞,0)∪? ????-2a 3,+∞时,f ′(x )>0,x ∈?

?

???0,-2a 3时,

f ′(x )<0,所以函数 f (x )在(-∞,0),?

??

??

-2a 3

,+∞上单调递增,在

?

?

???0,-2a 3上单调递减.

(2)由(1)知,函数f (x )的两个极值为f (0)=b ,

f ?

??

??-2a 3=427

a 3+

b ,则函数 f (x )有三个零点等价于 f (0)·f ?

??

??

-2a 3=b ? ??

??

427a 3+b <0, 从而???a >0,-427a 3

<b <0或???a <0,0<b <-4

27a 3

.

又b =c -a ,所以当a > 0时,

427a 3-a +c >0或当a <0时,4

27

a 3-a +c <0. 设g (a )=4

27a 3-a +c ,因为函数f (x )有三个零点时,a 的取值范围恰好是

(-∞,-3)∪? ????1,32∪? ??

??

32,+∞,

则在(-∞,-3)上g (a )<0,且在? ????1,32∪? ????

32,+∞上g (a )>0均恒成立.

从而g (-3)=c -1≤0, 且g ? ??

??

32=c -1≥0,因此c =1.

此时,f (x )=x 3+ax 2+1-a =(x +1)[x 2+(a -1)x +1-a ],

因函数有三个零点,则x 2+(a -1)x +1-a =0有两个异于-1的不等实根, 所以Δ=(a -1)2-4(1-a )=a 2+2a -3>0, 且(-1)2-(a -1)+1-a ≠0,

解得a ∈(-∞,-3)∪? ????1,32∪? ??

??

32,+∞.综上c =1.

1.求曲线的切线方程的方法是利用切线方程的公式y -y 0=f ′(x 0)(x -x 0),它的难点在于分清“过点P 的切线”与“在点P 处的切线”的差异.突破这个难点的关键是理解这两种切线的不同之处在哪里,在过点P (x 0,y 0)的切线中,点P 不一定是切点,点P 也不一定在已知曲线上,而在点P (x 0,y 0)处的切线,必以点P 为切点,则此时切线的方程是y -y 0=f ′(x 0)(x -x 0).

2.我们借助于导数探究函数的零点,不同的问题,比如方程的解、直线与函数图象的交点、两函数图象交点问题都可以转化为函数零点问题.

3.对于存在一个极大值和一个极小值的函数,其图象与x 轴交点的个数,除了受两个极值大小的制约外,还受函数在两个极值点外部函数值的变化的制约,在解题时要注意通过数形结合找到正确的条件.

4.求函数零点或两函数的交点问题,综合了函数、方程、不等式等多方面知识,可以全面地考察学生对函数性质、函数图象等知识的综合应用能力,同时考察学生的变形、转化能力.因此在高考压轴题中占有比较重要的地位.

一、填空题

1.曲线y =x e x +1在点(0,1)处的切线方程是________. 解析 y ′=e x +x e x =(x +1)e x ,

y ′|x =0=1,∴所求切线方程为x -y +1=0. 答案 x -y +1=0

2.(2017·南通调研)已知两曲线f (x )=2sin x ,g (x )=a cos x ,x ∈? ?

???0,π2相

交于点P .若两曲线在点P 处的切线互相垂直,则实数a 的值为________. 解析 设P (x 0,y 0),x 0∈? ?

???0,π2,则2sin x 0=a cos x 0,且f ′(x 0)g ′(x 0)=

2cos x 0·

(-a sin x 0)=-1,联立以上两式,解得x 0=

π6,则a =2sin x 0cos x 0=233

. 答案

23

3

3.(2016·全国Ⅲ卷)已知f (x )为偶函数,当x <0时,f (x )=ln(-x )+3x ,则曲线y =f (x )在点(1,-3)处的切线方程是________.

解析 设x >0,则-x <0,f (-x )=ln x -3x ,又f (x )为偶函数,f (x )=ln x -3x ,f ′(x )=1

x

-3,f ′(1)=-2,切线方程为y =-2x -1.

答案 2x +y +1=0

4.已知f (x )=x 3

+f ′? ????23x 2

-x ,则f (x )的图象在点? ????23

,f ? ????23处的切线斜率是

________.

解析 f ′(x )=3x 2

+2f ′ ? ????23x -1,令x =23,可得f ′ ? ????23=3×? ??

??232

+2 f ′

? ????23×23-1,解得f ′ ? ????

23=-1,所以f (x )的图象在点? ????23,f ? ????23处的切线斜率

是-1. 答案 -1

5.已知y =f (x )为R 上的可导函数,当x ≠0时,f ′(x )+f (x )

x

>0,若g (x )=f (x )+1

x

,则函数g (x )的零点个数为________.

解析 令h (x )=xf (x ),因为当x ≠0时,

x f ′(x )+f (x )

x

>0,所以

h ′(x )

x >0,因此当x >0时,h ′(x )>0,当x <0时,h ′(x )<0,又h (0)=0,易知当x ≠0时,h (x )>0,又g (x )=

h (x )+1

x

,所以g (x )≠0,故函数

g (x )的零点个数为0. 答案 0

6.(2017·扬州调研)关于x 的方程x 3-3x 2-a =0有三个不同的实数解,则实数

a 的取值范围是________.

解析 由题意知使函数f (x )=x 3-3x 2-a 的极大值大于0且极小值小于0即可,又f ′(x )=3x 2-6x =3x (x -2),令f ′(x )=0,得x 1=0,x 2=2.当x <0时,f ′(x )>0;当0<x <2时,f ′(x )<0;当x >2时,f ′(x )>0,所以当x =0时,f (x )取得极大值,即f (x )极大值=f (0)=-a ;当x =2时,f (x )取得极小值,即f (x )极小值=f (2)=-4-a ,所以???-a >0,

-4-a <0,解得-4<a <0.

答案 (-4,0)

7.(2017·宿迁调研)已知函数f (x )=???sin x ,x <1,

x 3-9x 2

+25x +a ,x ≥1.

若函数f (x )的图象与直线y =x 有三个不同的公共点,则实数a 的取值集合为________.

解析 当x <1时,f (x )=sin x 与y =x 的图象有1个交点,为(0,0),则当

x ≥1时,f (x )=x 3-9x 2+25x +a 与y =x 的图象有2个交点,即关于x 的方程x 3-9x 2+24x +a =0在x ∈[1,+∞)有两个不同解.令g (x )=x 3-9x 2+24x +a ,x ∈[1,+∞),则g ′(x )=3x 2-18x +24=3(x -2)(x -4),令g ′(x )=0,解得x =2或x =4,且当x ∈[1,2)时,g ′(x )>0,g (x )单调递增;当x ∈(2,4)时,g ′(x )<0,g (x )单调递减;当x ∈(4,+∞)时,g ′(x )>0,g (x )单调递增.又因为g (1)=g (4)=16+a ,所以g (2)=20+a =0或g (4)=g (1)=16+a =0,解得a =-20或a =-16,故实数a 的取值集合为{-20,-16}. 答案 {-20,-16}

8.设x 3+ax +b =0,其中a ,b 均为实数,下列条件中,使得该三次方程仅有一个实根的是________(写出所有正确条件的编号). ①a =-3,b =-3;②a =-3,b =2;③a =-3,b >2; ④a =0,b =2;⑤a =1,b =2.

解析 令f (x )=x 3+ax +b ,f ′(x )=3x 2+a ,

当a ≥0时,f ′(x )≥0,f (x )单调递增,必有一个实根,④⑤正确;当a <0时,由于选项当中a =-3,∴只考虑a =-3这一种情况,f ′(x )=3x 2-3=3(x +1)(x -1),∴f (x )极大=f (-1)=-1+3+b =b +2,f (x )极小=f (1)=1-3+b =b -2,要使

f (x )=0仅有一个实根,则需f (x )极大<0或f (x )极小>0,∴b <-2或b >2,①③正确,所有正确条件为①③④⑤. 答案 ①③④⑤ 二、解答题

9.(2017·泰州质检)已知函数f (x )=2ln x -x 2+ax (a ∈R). (1)当a =2时,求f (x )的图象在x =1处的切线方程;

(2)若函数g (x )=f (x )-ax +m 在??????

1e ,e 上有两个零点,求实数m 的取值范围.

解 (1)当a =2时,f (x )=2ln x -x 2+2x ,

f ′(x )=2

x

-2x +2,切点坐标为(1,1),

切线的斜率k =f ′(1)=2,则切线方程为y -1=2(x -1),即y =2x -1. (2)g (x )=2ln x -x 2+m ,

则g ′(x )=2x -2x =-2(x +1)(x -1)

x

.

因为x ∈??????

1e ,e ,所以当g ′(x )=0时,x =1.

当1

e

<x <1时,g ′(x )>0,此时函数单调递增; 当1<x <e 时,g ′(x )<0,此时函数单调递减. 故g (x )在x =1处取得极大值g (1)=m -1. 又g ? ??

??

1e =m -2-1e 2,g (e)=m +2-e 2,

g (e)-g ? ??

??

1e =4-e 2+1e

2<0,则g (e)<g ? ??

??1e ,

所以g (x )在??????

1e ,e 上的最小值是g (e).

g (x )在????

??

1e ,e 上有两个零点的条件是

???g (1)=m -1>0,g ? ??

??1e =m -2-1e 2

≤0,

解得1<m ≤2+1

e 2

, 所以实数m 的取值范围是?

?

???1,2+1e 2.

10.已知函数f (x )=x 2-a ln x -1,函数F (x )=

x -1

x +1

. (1)如果函数f (x )的图象上的每一点处的切线斜率都是正数,求实数a 的取值范围;

(2)当a =2时,你认为函数y =f (x )

x -1

的图象与y =F (x )的图象有多少个公共点?请证明你的结论.

解 (1)∵f (x )=x 2-a ln x -1的定义域为(0,+∞),函数f (x )的图象上的每一点处的切线斜率都是正数,

∴f ′(x )=2x -a x

>0在(0,+∞)上恒成立. ∴a <2x 2在(0,+∞)上恒成立,

∵y =2x 2>0在(0,+∞)上恒成立,∴a ≤0. ∴所求的a 的取值范围为(-∞,0]. (2)当a =2时,函数y =f (x )

x -1

的图象与y =F (x )的图象没有公共点.证明如下:

当a =2时,y =f (x )x -1=x 2-2ln x -1

x -1,它的定义域为

{x |x >0且x ≠1},F (x )的定义域为[0,+∞).

当x >0且x ≠1时,由

f (x )

x -1

=F (x )得x 2-2ln x -x +2x -2=0. 设h (x )=x 2-2ln x -x +2x -2, 则h ′(x )=2x -2x

-1+1

x

=(x -1)(2x x +2x +x +2)x

.

∴当0<x <1时,h ′(x )<0,此时,h (x )单调递减; 当x >1时,h ′(x )>0,此时,h (x )单调递增. ∴当x >0且x ≠1时,h (x )>h (1)=0, 即h (x )=0无实数根. ∴当a =2,x >0且x ≠1时,

f (x )

x -1

=F (x )无实数根. ∴当a =2时,函数y =

f (x )

x -1

的图象与y =F (x )的图象没有公共点. 11.(2017·山东卷)已知函数f (x )=13x 3-12

ax 2

,a ∈R.

(1)当a =2时,求曲线y =f (x )在点(3,f (3))处的切线方程;

(2)设函数g (x )=f (x )+(x -a )cos x -sin x ,讨论g (x )的单调性并判断有无极值,有极值时求出极值. 解 (1)由题意f ′(x )=x 2-ax ,

所以当a =2时,f (3)=0,f ′(x )=x 2-2x , 所以f ′(3)=3,

因此曲线y =f (x )在点(3,f (3))处的切线方程是

y =3(x -3),即3x -y -9=0.

(2)因为g (x )=f (x )+(x -a )cos x -sin x , 所以g ′(x )=f ′(x )+cos x -(x -a )sin x -cos x =x (x -a )-(x -a )sin x =(x -a )(x -sin x ), 令h (x )=x -sin x ,则h ′(x )=1-cos x ≥0,

所以h(x)在R上单调递增.

因为h(0)=0,所以,当x>0时,h(x)>0;

当x<0时,h(x)<0.

①当a<0时,g′(x)=(x-a)(x-sin x),

当x∈(-∞,a)时,x-a<0,g′(x)>0,g(x)单调递增;当x∈(a,0)时,x-a>0,g′(x)<0,g(x)单调递减;

当x∈(0,+∞)时,x-a>0,g′(x)>0,g(x)单调递增. 所以,当x=a时,g(x)取到极大值,

极大值是g(a)=-1

6

a3-sin a,

当x=0时,g(x)取到极小值,极小值是g(0)=-a.

②当a=0时,g′(x)=x(x-sin x),

当x∈(-∞,+∞)时,g′(x)≥0,g(x)单调递增;

所以g(x)在(-∞,+∞)上单调递增,g(x)无极大值也无极小值.

③当a>0时,g′(x)=(x-a)(x-sin x),

当x∈(-∞,0)时,x-a<0,g′(x)>0,g(x)单调递增;

当x∈(0,a)时,x-a<0,g′(x)<0,g(x)单调递减;

当x∈(a,+∞)时,x-a>0,g′(x)>0,g(x)单调递增.

所以,当x=0时,g(x)取到极大值,极大值是g(0)=-a;

当x=a时g(x)取到极小值,

极小值是g(a)=-1

6

a3-sin a.

综上所述:

当a<0时,函数g(x)在(-∞,a)和(0,+∞)上单调递增,在(a,0)上单调递

减,函数既有极大值,又有极小值,极大值是g(a)=-1

6

a3-sin a,极小值是

g(0)=

-a;

当a=0时,函数g(x)在(-∞,+∞)上单调递增,无极值;

当a>0时,函数g(x)在(-∞,0)和(a,+∞)上单调递增,在(0,a)上单调递

减,函数既有极大值,又有极小值,极大值是g (0)=-a ,极小值是g (a )=-

1

6

a 3-sin a .

高考数学(理)总复习:利用导数解决函数零点问题

题型一 利用导数讨论函数零点的个数 【题型要点解析】 对于函数零点的个数的相关问题,利用导数和数形结合的数学思想来求解.这类问题求解的通法是: (1)构造函数,这是解决此类题的关键点和难点,并求其定义域; (2)求导数,得单调区间和极值点; (3)画出函数草图; (4)数形结合,挖掘隐含条件,确定函数图象与x 轴的交点情况进而求解.1.已知f (x )= ax 3-3x 2+1(a >0),定义h (x )=max{f (x ),g (x )}=????? f (x ),f (x )≥ g (x ),g (x ),f (x )0)的零点个数. 【解】 (1)∈函数f (x )=ax 3-3x 2+1,∈f ′(x )=3ax 2-6x =3x (ax -2),令f ′(x )=0,得x 1 =0或x 2=2 a ,∈a >0,∈x 1

即不等式2a ≤1x 3+3 x 在x ∈[1,2]上有解. 设y =1x 3+3x =3x 2+1 x 3(x ∈[1,2]), ∈y ′=-3x 2-3x 4<0对x ∈[1,2]恒成立, ∈y =1x 3+3 x 在x ∈[1,2]上单调递减, ∈当x =1时,y =1x 3+3 x 的最大值为4, ∈2a ≤4,即a ≤2. (3)由(1)知,f (x )在(0,+∞)上的最小值为f ?? ? ??a 2=1-4a 2, ∈当1-4 a 2>0,即a >2时,f (x )>0在(0,+∞)上恒成立,∈h (x )=max{f (x ),g (x )}在(0,+ ∞)上无零点. ∈当1-4 a 2=0,即a =2时,f (x )min =f (1)=0. 又g (1)=0,∈h (x )=max{f (x ),g (x )}在(0,+∞)上有一个零点. ∈当1-4 a 2<0,即00, ∈存在唯一的x 0∈?? ? ??1,1e ,使得φ(x 0)=0, (∈)当0

用导数求切线方程的四种类型84657

题型一:利用导数去切线斜率 类型一:已知切点,求曲线的切线方程 此类题较为简单,只须求出曲线的导数()f x ',并代入点斜式方程即可. 例1 曲线3231y x x =-+在点(11)-,处的切线方程为 解:由2()36f x x x '=-则在点(11)-,处斜率(1)3k f '==-,故所求的切线方程为(1)3(1)y x --=--,即32y x =-+,. 类型二:已知过曲线上一点,求切线方程 过曲线上一点的切线,该点未必是切点,故应先设切点,再求切点,即用待定切点法. 例2 求过曲线32y x x =-上的点(11)-,的切线方程. 类型三:已知过曲线外一点,求切线方程 此类题可先设切点,再求切点,即用待定切点法来求解. 例3 求过点(20),且与曲线1y x =相切的直线方程. 题型二:利用导数判断函数单调性 总结求解函数f(x)单调区间的步骤: 练习:判断下列函数的单调性,并求出单调区间。 (1)确定函数f(x)的定义域; (2)求f(x)的导数f'(x); (3)解不等式 f'(x)>0 ,解集在定义域内的部分为 增区间; (4)解不等式 f'(x)<0 ,解集在定义域内的部分为 减区间. 例1.:已知导函数 的下列信息: 注意: x x x f x x x f x x x x f ln 2 1 )()3(7 62)()2(),0(,sin )()1(223-=+-=∈-=π图像的大致形状。 试画出或当或当当)(0)(,1,40)(,1,40)(,41x f x f x x x f x x x f x ='==<'<>>'<<3211 11(1)2231(11)y x y x x =-+-=-+-练习:、在,处的切线方程 、在,处的切线方程1(01)x y xe =+-3、曲线在,处的切线方程sin 20x y x e x =++=5、曲线在处的切线方程

导数与函数的切线及函数零点问题专题

导数与函数的切线及函数零点问题 高考定位 高考对本内容的考查主要有:(1)导数的几何意义是考查热点,要求是B 级,理解导数的几何意义是曲线上在某点处的切线的斜率,能够解决与曲线的切线有关的问题;(2)在高考试题导数压轴题中涉及函数的零点问题是高考命题的另一热点. 真 题 感 悟 (2016·江苏卷)已知函数f (x )=a x +b x (a >0,b >0,a ≠1,b ≠1). (1)设a =2,b =1 2. ①求方程f (x )=2的根; ②若对任意x ∈R ,不等式f (2x )≥mf (x )-6恒成立,求实数m 的最大值; (2)若0<a <1,b >1,函数g (x )=f (x )-2有且只有1个零点,求ab 的值. 解 (1)①由已知可得2x +? ?? ??12x =2, 即2x +1 2 x =2.∴(2x )2-2·2x +1=0, 解得2x =1,∴x =0. ②f (x )=2x +? ?? ??12x =2x +2-x , 令t =2x +2-x ,则t ≥2. 又f (2x )=22x +2-2x =t 2-2, 故f (2x )≥mf (x )-6可化为t 2-2≥mt -6, 即m ≤t +4t ,又t ≥2,t +4 t ≥2 t ·4 t =4(当且仅当t =2时等号成立), ∴m ≤? ? ???t +4t min =4,即m 的最大值为4. (2)∵0<a <1,b >1,∴ln a <0,ln b >0. g (x )=f (x )-2=a x +b x -2,

g′(x)=a x ln a+b x ln b且g′(x)为单调递增,值域为R的函数.∴g′(x)一定存在唯一的变号零点, ∴g(x)为先减后增且有唯一极值点. 由题意g(x)有且仅有一个零点, 则g(x)的极值一定为0, 而g(0)=a0+b0-2=0,故极值点为0. ∴g′(0)=0,即ln a+ln b=0,∴ab=1. 考点整合 1.求曲线y=f (x)的切线方程的三种类型及方法 (1)已知切点P(x0,y0),求y=f (x)过点P的切线方程:求出切线的斜率 f ′(x ),由点斜式写出方程. (2)已知切线的斜率为k,求y=f (x)的切线方程:设切点P(x0,y0),通过方程k=f ′(x )解得x0,再由点斜式写出方程. (3)已知切线上一点(非切点),求y=f (x)的切线方程:设切点P(x0,y0),利用导数求得切线斜率f ′(x0),再由斜率公式求得切线斜率,列方程(组)解得x ,再由点斜式或两点式写出方程. 2.三次函数的零点分布 三次函数在存在两个极值点的情况下,由于当x→∞时,函数值也趋向∞,只要按照极值与零的大小关系确定其零点的个数即可.存在两个极值点x1,x2且x1<x2的函数f (x)=ax3+bx2+cx+d(a≠0)的零点分布情况如下: 3.(1)研究函数零点问题或方程根问题的思路和方法 研究函数图象的交点、方程的根、函数的零点,归根到底还是研究函数的图

用导数求切线方程的四种类型

用导数求切线方程的四种类型 浙江 曾安雄 求曲线的切线方程是导数的重要应用之一,用导数求切线方程的关键在于求出切点00()P x y ,及斜率,其求法为:设00()P x y ,是曲线()y f x =上的一点,则以P 的切点的切线 方程为:000()()y y f x x x '-=-.若曲线()y f x =在点00(())P x f x ,的切线平行于y 轴(即导数不存在)时,由切线定义知,切线方程为0x x =. 下面例析四种常见的类型及解法. 类型一:已知切点,求曲线的切线方程 此类题较为简单,只须求出曲线的导数()f x ',并代入点斜式方程即可. 例1 曲线3231y x x =-+在点(11)-,处的切线方程为( ) A.34y x =- B.32y x =-+ C.43y x =-+ D.45y x =- 解:由2 ()36f x x x '=-则在点(11)-,处斜率(1)3k f '==-,故所求的切线方程为 (1)3(1)y x --=--,即32y x =-+,因而选B. 类型二:已知斜率,求曲线的切线方程 此类题可利用斜率求出切点,再用点斜式方程加以解决. 例2 与直线240x y -+=的平行的抛物线2y x =的切线方程是( ) A.230x y -+= B.230x y --= C.210x y -+= D.210x y --= 解:设00()P x y ,为切点,则切点的斜率为0022x x y x ='==|. 01x =∴. 由此得到切点(11),.故切线方程为12(1)y x -=-,即210x y --=,故选D. 评注:此题所给的曲线是抛物线,故也可利用?法加以解决,即设切线方程为2y x b =+,代入2y x =,得220x x b --=,又因为0?=,得1b =-,故选D. 类型三:已知过曲线上一点,求切线方程 过曲线上一点的切线,该点未必是切点,故应先设切点,再求切点,即用待定切点法. 例3 求过曲线32y x x =-上的点(11)-,的切线方程. 解:设想00()P x y ,为切点,则切线的斜率为02032x x y x ='=-|. ∴切线方程为2000(32)()y y x x x -=--.

高三数学专题复习 函数的零点与导数的应用关系

高三数学专题复习 函数的零点与导数的应用关系 21、(本题满分14分) 已知函数1()ln ,()f x a x a R x =-∈其中 (1)设()(),h x f x x =+讨论()h x 的单调性。 (2)若函数()f x 有唯一的零点,求a 取值范围。 21.解:(1)1()ln h x a x x x =-+,定义域为(0,)+∞………………1分 22211()1a ax x h x x x x ++'=++=………………2分 令22()1,4g x x ax a =++?=- 当0?≤,即22a -≤≤时()0g x ≥,()0h x '≥此时()h x 在(0,)+∞上单调递增。………………4分 当0?>即2a <-或2a >时,由()0g x =得1x =,2x = ………………5分 若2a >则10x <又1210x x =>所以20x < 故()0h x '>在(0,)+∞上恒成立 所以()h x 在(0,)+∞单调递增……………………6分 若2a <-则20x >又1210x x =>所以20x > 此时当1(0,)x x ∈时()0h x '>;当12(,)x x x ∈时()0h x '<当2(,)x x ∈+∞时()0h x '> 故()h x 在1(0,)x ,2(,)x +∞上单调递增,在12(,)x x 单调递减……………………7分 综上,当2a ≥-时()h x 在(0,)+∞上单调递增 当2a <-时()h x 在1(0,)x ,2(,)x +∞单调递增,在12(,)x x 单调递减……………8分 (2)方法1:问题等价于1ln a x x = 有唯一实根 显然0a ≠则关于x 的方程1ln x x a =有唯一实根……………10分 构造函数()ln x x x ?=,则()1ln x x ?'=+ 由0ln 1'=+=x ?,得e x 1=

数学高考导数难题导数零点问题导数整理2017

含参导函数零点问题的几种处理方法方法一:直接求出,代入应用对于导函数为二次函数问题,可以用二次函数零点的基本方法来求。 1)因式分解求零点(1123)?Rx?1(?(a?)x)f(x?a?2ax 例1 讨论函数的单调区间232)?2?1)(x?1)x?2?(axf'(x)?ax?(2a)(xf'可以因式分的符号问 题。由解析:即求 方法二:猜出特值,证明唯一对于有些复杂的函数,有些零点可能是很难用方程求解的方法求出的,这时我们可以考虑用特殊值去猜出零点,再证明该函数的单调性而验证其唯一性。 112x3ax1)x??x(a?f(x)?(x?a?1)e?R?a,讨论函数,的极值情况例4 23x2x)1e?x?a?(x?a)(?(x?a)ex?(a?1)x?f'(x)?a)f'(x其它的零点就的一个零点为,解析:,只能解 出x0?1?e?x的根,不能解。是 2Ra?x?a)ln x,f(x)?(例5(2011高考浙江理科)设函数a?ex)xy?f(的极值点,求实数(Ⅰ)若为2exf()?4ea],3e(0,x?为自然对数),(Ⅱ)求实数恒有的取值范围,使得对任意的成立(注:方法三:锁定区间,设而不求对于例5,也可以直接设函数来求,2e)?0?4f(xa e1?1?x?30?x 有实时,对于任意的数题,恒有意,首②当先①当,由立成a e22e22,?e?a) 4e ln(3e)f(3e)?(3)1???a)(2ln xf'(x)?(x?e?e?3?a3,但这时解得由 x)e3ln(ln(3e)a??12ln x ax?0?'(x)f=0外还有会发现的解除了的解,显然无法用特殊值猜出。 xa??(x)2ln x?1h h(1)?1?a?0h(a)?2ln a?0,,令,注意到x2e?3e ln(3e)1a)f02(ln3e?h(3e)?2ln(3e?2ln(3e)?1?)?1?且。= e33e)e3ln(3f'(x)?0(1,a)h(x)h(x)(1,3e]内,及(13e在)至少还有一个零点,又在故+∞)内 单调递增,所以函数0在(,x1?x?a。,则有唯一零点,但此时无法求出此零点怎么办。我们 可以采取设而不求的方法,记此零点为从 00x?(x,a)(0,x))x?x(0,)x f x)0f()x f0f,x)f'(x f a?(a??)'('(f在时,;当而,当时,,即;当时, 000?2e?x(1,3)xa(ef?)(x4)a(??,恒成立,只要内单调递增,在对内单调递增。所以要使内单调递减,在0,. 22?f(x)?(x?a)ln x?4e,(1)?000成 立。?22f(3e)?(3e?a)ln(3e)?4e,(2)??a2320??2ln x?1?)h(xx f1a?2ln x?xe ln4xx?4,注意到函1)得, 又(,知3)将(3)代入(0000000x0231p x?exx ln2x ln x?x在(1.+ +∞)。再由()内单调递增,故数3)以及函数内单调递增,可得在[1,+∞02e2e2e?a?3e??a?3e3e3e??e13p a?。所以的取值范围为)解得,综上,a。由(2ln(3e)ln(3e)ln(3e23ea??3?。

利用导数求函数切线方程

利用导数求函数切线方程 摘要:导数是高中数学学习中分析和解决问题的有效工具,其中,导数在求解函数切线方程的应用中有很强的功能。本文采用“目标法”,通过对几个用导数求函数切线方程的例子的剖析,给出这类题的解题思路和技巧,让大家更深入地理解如何用“目标法”解决用导数求函数切线方程的问题,并在解题过程中通过“目标法”寻找策略,发现疏漏,同时展示高考题中用导数求切线方程的缜密的数学逻辑思维过程。 关键词:导数;切线方程;目标法;解题思路;数学逻辑 前言 导数作为高中教材必学内容之一,无论是在高中生的平时学习或者是在高考试题中,都毫无疑问的占有一席之地,已经有很多的教育工作者对有关导数在高中学习中的重要性和应该注意的一些问题进行了研究。付禹[1]采用问卷调查法,通过分析学生在测试中出现的问题和错误,对学生在学习“导数及其应用”中遇到的困难进行了分析。在高考试题中,导数已经从作为解决问题的辅助地位上升为分析和解决问题必不可少的工具[2]。而且,导数的广泛应用,也成为新教材高考试题的热点和命题的增长点[3]。可见,导数在高中学习中占有重要的位置。应用导数求函数的切线方程,这是导数的一个重要应用,对于高中生来说,也还存在一些解题误区,高春娇[4]对此做了分析。针对导数在求函数的切线方程中的重要性和高中生在学习过程中遇到的问题,作者主要想从一个高中生的视角,结合自己的解题经验,总结利用导数求函数切线方程的要点,并发现了解决导数问题的有效工具——“目标法”,同时在应用时体现数学的逻辑。希望对正在学习导数及其应用的高中学生有一定的帮助。文中选取的一些例题,主要来源于参考文献[5],作者从另一角度给出了解题的思路和步骤,以及解答的过程,同时给出了解题中应该要注意到的诸多的细节问题,以期读者能掌握良好的做题习惯,感受强大的数学逻辑。 1用“目标法”解决用导数求函数的切线方程

2020高考数学(文)总复习《导数与函数的零点》

导数与函数的零点 考点一 判断零点的个数 【例1】 (2020·潍坊检测)已知函数f (x )=ln x -x 2+ax ,a ∈R . (1)证明ln x ≤x -1; (2)若a ≥1,讨论函数f (x )的零点个数. (1)证明 令g (x )=ln x -x +1(x >0),则g (1)=0, g ′(x )=1 x -1=1-x x , 可得x ∈(0,1)时,g ′(x )>0,函数g (x )单调递增; x ∈(1,+∞)时,g ′(x )<0,函数g (x )单调递减. ∴当x =1时,函数g (x )取得极大值也是最大值, ∴g (x )≤g (1)=0,即ln x ≤x -1. (2)解 f ′(x )=1 x -2x +a =-2x 2+ax +1x ,x >0. 令-2x 20+ax 0+1=0,解得 x 0=a +a 2+8 4 (负值舍去), 在(0,x 0)上,f ′(x )>0,函数f (x )单调递增; 在(x 0,+∞)上,f ′(x )<0,函数f (x )单调递减. ∴f (x )max =f (x 0). 当a =1时,x 0=1,f (x )max =f (1)=0,此时函数f (x )只有一个零点x =1. 当a >1时,f (1)=a -1>0, f ????12a =ln 12a -14a 2+12<12a -1-14a 2+12 =-????12a -122 -14<0, f (2a )=ln 2a -2a 2<2a -1-2a 2=-2 ????a -122 -12 <0. ∴函数f (x )在区间????12a ,1和区间(1,2a )上各有一个零点. 综上可得:当a =1时,函数f (x )只有一个零点x =1; 当a >1时,函数f (x )有两个零点. 规律方法 1.利用导数求函数的零点常用方法:

导数与函数零点问题解题方法归纳

导函数零点问题 一.方法综述 导数是研究函数性质的有力工具,其核心又是由导数值的正、负确定函数的单调性.应用导数研究函数的性质或研究不等式问题时,绕不开研究()f x 的单调性,往往需要解方程()0f x '=.若该方程不易求解时,如何继续解题呢?在前面专题中介绍的“分离参数法”、“构造函数法”等常见方法的基础上,本专题举例说明“三招”妙解导函数零点问题. 二.解题策略 类型一 察“言”观“色”,“猜”出零点 【例1】【2020·福建南平期末】已知函数()() 2 1e x f x x ax =++. (1)讨论()f x 的单调性; (2)若函数()() 2 1e 1x g x x mx =+--在[)1,-+∞有两个零点,求m 的取值范围. 【分析】(1)首先求出函数的导函数因式分解为()()()11e x f x a x x =++'+,再对参数a 分类讨论可得; (2)依题意可得()()2 1e x g x m x =+'-,当0m …函数在定义域上单调递增,不满足条件; 当0m >时,由(1)得()g x '在[)1,-+∞为增函数,因为()01g m '=-,()00g =.再对1m =,1m >, 01m <<三种情况讨论可得. 【解析】(1)因为()() 2 1x f x x ax e =++,所以()()221e x f x x a x a ??=+++??'+, 即()()()11e x f x a x x =++'+. 由()0f x '=,得()11x a =-+,21x =-. ①当0a =时,()()2 1e 0x f x x =+'…,当且仅当1x =-时,等号成立. 故()f x 在(),-∞+∞为增函数. ②当0a >时,()11a -+<-, 由()0f x >′得()1x a <-+或1x >-,由()0f x <′得()11a x -+<<-; 所以()f x 在()() ,1a -∞-+,()1,-+∞为增函数,在()() 1,1a -+-为减函数.

(完整版)利用导数求曲线的切线和公切线

利用导数求曲线的切线和公切线 一.求切线方程 【例1】.已知曲线f(x)=x3-2x2+1. (1)求在点P(1,0)处的切线l 1 的方程; (2)求过点Q(2,1)与已知曲线f(x)相切的直线l 2 的方程. 提醒:注意是在某个点处还是过某个点! 二.有关切线的条数 【例2】.(2014?北京)已知函数f(x)=2x3﹣3x. (Ⅰ)求f(x)在区间[﹣2,1]上的最大值; (Ⅱ)若过点P(1,t)存在3条直线与曲线y=f(x)相切,求t的取值范围;(Ⅲ)问过点A(﹣1,2),B(2,10),C(0,2)分别存在几条直线与曲线y=f(x)相切?(只需写出结论) 【解答】解:(Ⅰ)由f(x)=2x3﹣3x得f′(x)=6x2﹣3, 令f′(x)=0得,x=﹣或x=, ∵f(﹣2)=﹣10,f(﹣)=,f()=﹣,f(1)=﹣1, ∴f(x)在区间[﹣2,1]上的最大值为. (Ⅱ)设过点P(1,t)的直线与曲线y=f(x)相切于点(x 0,y ), 则y 0=2﹣3x ,且切线斜率为k=6﹣3, ∴切线方程为y﹣y 0=(6﹣3)(x﹣x ), ∴t﹣y 0=(6﹣3)(1﹣x ),即4﹣6+t+3=0,设g(x)=4x3﹣6x2+t+3, 则“过点P(1,t)存在3条直线与曲线y=f(x)相切”,等价于“g(x)有3个不同的零点”.∵g′(x)=12x2﹣12x=12x(x﹣1), ∴g(0)=t+3是g(x)的极大值,g(1)=t+1是g(x)的极小值. ∴g(0)>0且g(1)<0,即﹣3<t<﹣1, ∴当过点过点P(1,t)存在3条直线与曲线y=f(x)相切时,t的取值范围是(﹣3,﹣1). (Ⅲ)过点A(﹣1,2)存在3条直线与曲线y=f(x)相切; 过点B(2,10)存在2条直线与曲线y=f(x)相切; 过点C(0,2)存在1条直线与曲线y=f(x)相切.

导数和函数零点问题

导数和函数零点问题 Prepared on 24 November 2020

导数和函数零点 1、已知函数3()31,0f x x a x a =--≠ (1)求()f x 的单调区间; (2)若()f x 在1x =-处取得极值,直线y=m 与()y f x =的图象有三个不同的交 点, 求m 的取值范围。 2、设a 为实数,函数a x x x f ++-=3)(3 (1)求)(x f 的极值; (2)若方程0)(=x f 有3个实数根,求a 的取值范围; (3)若0)(=x f 恰有两个实数根,求a 的值。 3、已知函数)(ln 2)(2R a x ax x f ∈-= (1)讨论)(x f 的单调性; (2)是否存在a 的值,使得方程3)(=x f 有两个不等的实数根 若存在,求出a 的取值范围;若不存在,说明理由。 4、已知函数a ax x a x x f ---+=232 131)(,x R ∈,其中0>a 。 (1)求函数)(x f 的单调区间; (2)若函数)(x f 在区间)0,2(-内恰有两个零点,求a 的取值范围; 5、已知函数)0()23()(2 3>+--++=a d x b a c bx ax x f 的图象如图所示. (1)求c ,d 的值; (2)若函数,01132)(=-+=y x x x f 处的切线方程 在求函数)(x f 的解析式; (3)在(2)的条件下,函数m x x f y x f y ++= =5)(3 1)('与的图象有三个不同的交点, 求m 的取值范围; 6、已知定义域为R 的奇函数)(x f ,当0>x 时,)(1ln )(R a ax x x f ∈+-=

利用导数解决函数零点问题

利用导数解决函数零点问题(第二轮大题) 这是一类利用导数解决函数零点的问题,解决这类问题的一般步骤是:转化为所构造函数的零点问题(1)求导分解定义域(2)导数为零列表去,(先在草稿纸进行)(3)含参可能要分类 (4)一对草图定大局(零点判定定理水上水下,找端点与极值点函数值符号) 目标:确保1分,争取2分,突破3分. (一)课前测试 1.(2015年全国Ⅰ卷,21)设函数x a e x f x ln )(2-=. (1)讨论)(x f 的导函数)(x f '零点的个数; (二)典型例题 2.(2017年全国Ⅰ卷,21)已知函数 e a ae x f x x -+=)2()(2(2)若0>a 且)(x f 有两个零点,求a 的取值范围. 注: ①求导分解定义域,这1分必拿, )0)(2(1 )(2>-= 'x a xe x x f x ②草稿纸上令0)(='x f ,构造函数)0(2)(>-=x a xe x g x ,重复上面步骤, 042)(22>+='x x xe e x g , )(x g 在),0(+∞递增 ③草图 a g -=)0(, +∞→+∞→)(x g x 时。 一定要用零点判定定理确定零点个数 ④综上所述送1分. )(x f ' )(x f

(三)强化巩固 3.(2017年全国Ⅱ卷,21)(2)证明:x x x x x f ln )(2 --=存在唯一 的极大值点0x ,且202 2)(--<

导数之一:导数求导与切线方程

本章节知识提要 考试要求1.导数概念及其几何意义(1)了解导数概念的实际背景; (2)理解导数的几何 意义. 2.导数的运算 (1)能根据导数定义,求函数y =c (c 为常数),y =x ,y =x 2,y =x 3,y = x 1,y =x 的导数; (2)能利用基本初等函数的导数公式和导数的四则运算法则求简单函数的导数,能求简单的复合函数(仅限于形如f (ax +b )的复合函数)的导数. 3.导数在研究函数中的应用 (1)了解函数单调性和导数的关系,能利用导数研究函数的单调性,会求函数的单调区间(其中多项式函数一般不超过三次); (2)了解函数在某点取得极值的必要条件和充分条件;会用导数求函数的极大值、极小值(其中多项式函数一般不超过三次);会求闭区间上函数的最大值、最小值(其中多项式函数一般不超过三次). 4.生活中的优化问题:会利用导数解决某些实际问题. 5.定积分与微积分基本定理 (1)了解定积分的实际背景,了解定积分的基本思想,了解定积分的概念; (2)了解微积分基本定理的含义 导数(1):求导与切线 ?知识点梳理? 1. 求导公式与求导法则:

0'=C ; 1)'(-=n n nx x ; x x cos )'(sin =; x sin )'(cos -= x x 1)'(ln = ; x x e e =)'( a a a x x ln )'(= 2. 法则1 )(.))'(('=x f c x cf 法则2 '''[()()]()()f x g x f x g x ±=±. 法则3 [()()]'()()()f x g x f x g x f x g x '= +, [()]'(cf x cf x '= 法则4:'2()'()()()'()(()0)()()f x f x g x f x g x g x g x g x ??-=≠ ??? 3.利用导数求曲线的切线方程:函数()y f x =在点0x 的导数的几何意义就是曲线()y f x =在点00(,)p x y 处的切线的斜率,也就是说,曲线()y f x =在点00(,)p x y 处的切线斜率是0()f x ',切线的方程为000()()y y f x x x '-=- 曲线f (x )在A (m,n )处的切线方程求法: ①求函数f (x )的导数f ′(x ). ②求值:f ′(m )得过A 点的切线的斜率 ③由点斜式写出切线方程:y –n = f ′(m )(x-m) ?精选例题? 例1.求下列函数的导函数 1. x x f =)( 2.2)(e x f = 3.y=2x+3 4.x x f = )( 5.y=x 2+3x-3 6. 1y x = 7. x x x f ln 2)(= 8. 32)sin()(x x x f += 9. x x x x f 2ln )(+= 例2:.求函数12+=x y 在-1,0,1处导数。 例3:已知曲线313y x =上一点P (2,38 ),求点P 处的切线的斜率及切线方程?

导数与函数的零点讲义.docx

【题型一】函数的零点个数 【解题技巧】用导数来判断函数的零点个数,常通过研究函数的单调性、极值后,描绘出函数的图象,再借助图象加以判断。 【例 1】已知函数 f ( x) x33ax 1,a0 求 f ( x) 的单调区间; 若 f (x) 在x 1 处取得极值,直线y=m 与y f (x) 的图象有三个不同的交点,求m 的取值范围。 变式:已知定义在R 上的奇函数,满足,且在区间 [0,2]上是增函数,若方程 f ( x) m (m 0) 在区间 [ 8 , 8]上有四个不同的根,则 【答案】 -8 【解析】因为定义在R 上的奇函数,满足,所以,所以,由为奇函数,所以函数图象关于直 线对称且,由知,所以函数是以8 为周期的周期函数,又因为在区间[0,2]上是增函数,所以在区间 [-2,0]上也是增函数.如图所示,那么方程f(x)=m(m>0)在区间上有四个不同的根,不妨设,由对称性知,.所以. y f(x)=m -8 -6 -4 -2 0 2 4 6x 【题型二】复合函数的零点个数 复合函数是由内层函数与外层函数复合而成的,在处理其零点个数问题时,应分清内层和外层函数与零点的关系。 【解题技巧】函数h( x) f ( f ( x))c的零点个数的判断方法可借助换元法解方程的思想 分两步进行。即令f (x) d ,则 h(x) f (d ) c 第一步:先判断 f (d ) c 的零点个数情况 第二步:再判断 f ( x) d 的零点个数情况

【例 2】已知函数 f (x) x33x 设 h(x) f ( f ( x)) c ,其中 c [ 2 ,2] ,求函数 y h(x) 的零点个数 1 .(江苏省连云港市2013届高三上学期摸底考试(数学)已知函数 f ( x) x33ax 29a2 x(a 0) .若方程 f ' ( x) 121nx 6ax 9a2 a 在[l,2]恰好有两 个相异的实根, 求实数 a 的取值范围 ( 注:1n2 ≈: 【题型三】如何运用导数求证函数“存在、有且只有一个”零点 【解题技巧】( 1)要求证一个函数存在零点,只须要用“ 函数零点的存在性定理” 即可证明。 即: 如果函数 f ( x) 在区间a, b 上是一条连续不断曲线,并且 f ( a) f (b)0 ,则函数 f (x) 在区间a, b上至少有一个零点。即存在一点x0a, b,使得 f (x0)0 , 这个 x0也就是方程 f (x)0 的根. (2)要求证一个函数“ 有且只有一个”零点,先要证明函数为单调函数,即存在零点;再用“ 函数零点的存在性定理”求证函数零点的唯一性。其依据为: 如果函数 f ( x) 在区间a, b 上是单调函数,并且 f (a) f (b) 0 ,则函数 f ( x) 在区间 a, b 上至多有一个零点。 【例 3】设函数f ( x) x39 x26x a . 2 ( 1)对于任意实数x,f(x) m 恒成立,求 m 的最大值; ( 2)若方程 f ( x) 0 有且仅有一个实根,求 a 的取值范围.

利用导数解决函数零点问题

1 利用导数解决函数零点问题(第二轮大题) 这是一类利用导数解决函数零点的问题,解决这类问题的一般步骤是:转化为所构造函数的零点问题(1)求导分解定义域(2)导数为零列表去,(先在草稿纸进行)(3)含参可能要分类 (4)一对草图定大局(零点判定定理水上水下,找端点与极值点函数值符号) 目标:确保1分,争取2分,突破3分. (一)课前测试 1.(2015年全国Ⅰ卷,21)设函数x a e x f x ln )(2-=. (1)讨论)(x f 的导函数)(x f '零点的个数; (二)典型例题 2.(2017年全国Ⅰ卷,21)已知函数 e a ae x f x x -+=)2()(2(2)若0>a 且)(x f 有两个零点,求a 的取值范围. 注: ①求导分解定义域,这1分必拿, )0)(2(1 )(2>-= 'x a xe x x f x ②草稿纸上令0)(='x f ,构造函数)0(2)(>-=x a xe x g x ,重复上 面步骤, 042)(22>+='x x xe e x g , )(x g 在),0(+∞递增 ③草图 a g -=)0(, +∞→+∞→)(x g x 时。 一定要用零点判定定理确定零点个数 )(x f ' )(x f

2 (三)强化巩固 3.(2017年全国Ⅱ卷,21)(2)证明:x x x x x f ln )(2--=存在唯一 的极大值点0x ,且2022)(--<

导数和函数零点问题

导数和函数零点问题 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】

导数和函数零点 1、已知函数3()31,0f x x a x a =--≠ (1)求()f x 的单调区间; (2)若()f x 在1x =-处取得极值,直线y=m 与()y f x =的图象有三个不同的交 点, 求m 的取值范围。 2、设a 为实数,函数a x x x f ++-=3)(3 (1)求)(x f 的极值; (2)若方程0)(=x f 有3个实数根,求a 的取值范围; (3)若0)(=x f 恰有两个实数根,求a 的值。 3、已知函数)(ln 2)(2R a x ax x f ∈-= (1)讨论)(x f 的单调性; (2)是否存在a 的值,使得方程3)(=x f 有两个不等的实数根 若存在,求出a 的取值范围;若不存在,说明理由。 4、已知函数a ax x a x x f ---+=232 131)(,x R ∈,其中0>a 。 (1)求函数)(x f 的单调区间; (2)若函数)(x f 在区间)0,2(-内恰有两个零点,求a 的取值范围; 5、已知函数)0()23()(2 3>+--++=a d x b a c bx ax x f 的图象如图所示. (1)求c ,d 的值; (2)若函数,01132)(=-+=y x x x f 处的切线方程 在求函数)(x f 的解析式; (3)在(2)的条件下,函数m x x f y x f y ++= =5)(3 1)('与的图象有三个不同的交点, 求m 的取值范围; 6、已知定义域为R 的奇函数)(x f ,当0>x 时,)(1ln )(R a ax x x f ∈+-= (1)求函数)(x f 的解析式;

导数与函数的零点讲义(非常好,有解析)

函数的零点 【题型一】函数的零点个数 【解题技巧】用导数来判断函数的零点个数,常通过研究函数的单调性、极值后,描绘出函数的图象,再借助图象加以判断。 【例1】已知函数3 ()31,0f x x ax a =--≠ ()I 求()f x 的单调区间; ()II 若()f x 在1x =-处取得极值,直线y=m 与()y f x = 的图象有三个不同的交点, 求m 的取值范围。 变式:已知定义在R 上的奇函数)(x f ,满足(4)()f x f x -=-,且在区间[0,2]上是增函数,若方程 ()(0)f x m m =>在区间[8,8]-上有四个不同的根1234,,,x x x x ,则 1234_________. x x x x +++= 【答案】 -8 【解析】因为定义在R 上的奇函数,满足(4)()f x f x -=-,所以(4)()f x f x -=-,所以, 由)(x f 为奇函数,所以函数图象关于直线2x =对称且(0)0f =,由(4)()f x f x -=-知(8)()f x f x -=,所以函数是以8为周期的周期函数,又因为)(x f 在区间[0,2]上 是增函数,所以)(x f 在区间[-2,0]上也是增函数.如图所示,那么方程f(x)=m(m>0) 在区间 []8,8-上有四个不同的根1234,,,x x x x ,不妨设1234x x x x <<<,由对称性知 1212 x x +=-, 344 x x +=. 所以12341248 x x x x +++=-+=-. 6

【题型二】复合函数的零点个数 复合函数是由内层函数与外层函数复合而成的,在处理其零点个数问题时,应分清内层和外层函数与零点的关系。 【解题技巧】函数()(())h x f f x c =-的零点个数的判断方法可借助换元法解方程的思想 分两步进行。即令()f x d =,则()()h x f d c =- 第一步:先判断()f d c =的零点个数情况 第二步:再判断()f x d =的零点个数情况 【例2】已知函数3()3f x x x =- 设()(())h x f f x c =-,其中[22]c ∈-,,求函数()y h x =的零点个数 1.(江苏省连云港市2013届高三上学期摸底考试(数学)已知函数 322()39(0)f x x ax a x a =--≠.若方程'2()12169f x nx ax a a =---在[l,2]恰好有两个 相异的实根,求实数a 的取值范围(注:1n2≈0.69): 【题型三】如何运用导数求证函数“存在、有且只有一个”零点 【解题技巧】(1)要求证一个函数存在零点,只须要用“函数零点的存在性定理”即可证明。即:

第16讲-导数与函数的零点(解析版)

第16讲-导数与函数的零点 一、 经典例题 考点一 判断零点的个数 【例1】已知二次函数f (x )的最小值为-4,且关于x 的不等式f (x )≤0的解集为{x |-1≤x ≤3,x ∈R }. (1)求函数f (x )的解析式; (2)求函数g (x )=f (x )x -4ln x 的零点个数. 解 (1)∵ f (x )是二次函数,且关于x 的不等式f (x )≤0的解集为{x |-1≤x ≤3,x ∈R }, ∴设f (x )=a (x +1)(x -3)=ax 2-2ax -3a ,且a >0. ∴f (x )min =f (1)=-4a =-4,a =1. 故函数f (x )的解析式为f (x )=x 2-2x -3. (2)由(1)知g (x )=x 2-2x -3x -4ln x =x -3x -4ln x -2, ∴g (x )的定义域为(0,+∞),g ′(x )=1+3x 2-4x =(x -1)(x -3)x 2 ,令g ′(x )=0,得x 1=1,x 2=3. 当x 变化时,g ′(x ),g (x )的取值变化情况如下表: X (0,1) 1 (1,3) 3 (3,+∞) g ′(x ) + 0 - 0 + g (x ) 极大值 极小值 当03时,g (e 5)=e 5-3e 5-20-2>25-1-22=9>0. 又因为g (x )在(3,+∞)上单调递增, 因而g (x )在(3,+∞)上只有1个零点, 故g (x )仅有1个零点. 规律方法 利用导数确定函数零点或方程根个数的常用方法 (1)构建函数g (x )(要求g ′(x )易求,g ′(x )=0可解),转化确定g (x )的零点个数问题求解,利用导数研究该函数的单调性、极值,并确定定义区间端点值的符号(或变化趋势)等,画出g (x )的图象草图,数形结合求解函数零点的个数.

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导数和函数零点 1、已知函数3()31,0f x x a x a =--≠ (1)求()f x 的单调区间; (2)若()f x 在1x =-处取得极值,直线y=m 与()y f x =的图象有三个不同的交 点, 求m 的取值范围。 2、设a 为实数,函数a x x x f ++-=3)(3 (1)求)(x f 的极值; (2)若方程0)(=x f 有3个实数根,求a 的取值范围; (3)若0)(=x f 恰有两个实数根,求a 的值。 3、已知函数)(ln 2)(2R a x ax x f ∈-= (1)讨论)(x f 的单调性; (2)是否存在a 的值,使得方程3)(=x f 有两个不等的实数根? 若存在,求出a 的取值范围;若不存在,说明理由。 4、已知函数a ax x a x x f ---+=232 131 )(,x R ∈,其中0>a 。 (1)求函数)(x f 的单调区间;

(2)若函数)(x f 在区间)0,2(-内恰有两个零点,求a 的取值范围; 5、已知函数)0()23()(23>+--++=a d x b a c bx ax x f 的图象如图所示. (1)求c ,d 的值; (2)若函数,01132)(=-+=y x x x f 处的切线方程在求函数)(x f 的解析式; (3)在(2)的条件下,函数m x x f y x f y ++==5)(31)('与的图象有三个不同的交 点, 求m 的取值范围; 6、已知定义域为R 的奇函数)(x f ,当0>x 时,)(1ln )(R a ax x x f ∈+-= (1)求函数)(x f 的解析式; (2)若函数)(x f y =在R 上恰有5个零点,求实数a 的取值范围。

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