高考数学专题训练专题131—函数与导数压轴题命题区间

专题131—函数与导数压轴题命题区间目录第一部分构造辅助函数求解导数问题 (2)技法一：“比较法”构造函数 (2)技法二：“拆分法”构造函数 (3)技法三：“换元法”构造函数 (5)技法四：二次(甚至多次)构造函数 (8)强化训练 (10)第二部分利用导数探究含参数函数的性质 (14)技法一：利用导数研究函数的单调性 (14)技法二：利用导数研究函数的极值 (17)技法三：利用导数研究函数的最值 (19)强化训练 (22)第三部分导数的综合应用 (29)技法一：利用导数研究函数的零点或方程的根 (29)技法二：利用导数证明不等式 (31)技法三：利用导数研究不等式恒成立问题 (34)技法四：利用导数研究存在性与任意性问题 (44)技法五：利用导数研究探究性问题 (47)强化训练 (50)第一部分构造辅助函数求解导数问题对于证明与函数有关的不等式，或已知不等式在某个范围内恒成立求参数取值范围、讨论一些方程解的个数等类型问题时，常常需要构造辅助函数，并求导研究其单调性或寻求其几何意义来解决；题目本身特点不同，所构造的函数可有多种形式，解题的繁简程度也因此而不同，这里给出几种常用的构造技巧．技法一：“比较法”构造函数[典例](2017·广州模拟)已知函数f(x)＝e x－ax(e为自然对数的底数，a为常数)的图象在点(0,1)处的切线斜率为－1．(1)求a的值及函数f(x)的极值；(2)证明：当x＞0时，x2＜e x．[解](1)由f(x)＝e x－ax，得f′(x)＝e x－a．因为f′(0)＝1－a＝－1，所以a＝2，所以f(x)＝e x－2x，f′(x)＝e x－2，令f′(x)＝0，得x＝ln 2，当x＜ln 2时，f′(x)＜0，f(x)单调递减；当x＞ln 2时，f′(x)＞0，f(x)单调递增．所以当x＝ln 2时，f(x)取得极小值，且极小值为f(ln 2)＝e ln 2－2ln 2＝2－ln 4，f(x)无极大值．(2)证明：令g(x)＝e x－x2，则g′(x)＝e x－2x．由(1)得g′(x)＝f(x)≥f(ln 2)＞0，故g(x)在R上单调递增．所以当x＞0时，g(x)＞g(0)＝1＞0，即x2＜e x．[方法点拨]在本例第(2)问中，发现“x2，e x”具有基本初等函数的基因，故可选择对要证明的“x2＜e x”构造函数，得到“g(x)＝e x－x2”，并利用(1)的结论求解．[对点演练]已知函数f(x)＝xe x，直线y＝g(x)为函数f(x)的图象在x＝x0(x0＜1)处的切线，求证：f (x )≤g (x )．证明：函数f (x )的图象在x ＝x 0处的切线方程为y ＝g (x )＝f ′(x 0)(x －x 0)＋f (x 0)． 令h (x )＝f (x )－g (x )＝f (x )－f ′(x 0)(x －x 0)－f (x 0)， 则h ′(x )＝f ′(x )－f ′(x 0)＝1－x e x －1－x 0e0x ＝1－x e 0x －1－x 0e x e 0＋x x ．设φ(x )＝(1－x )e 0x －(1－x 0)e x ，则φ′(x )＝－e 0x －(1－x 0)e x ， ∵x 0＜1，∴φ′(x )＜0，∴φ(x )在R 上单调递减，又φ(x 0)＝0，∴当x ＜x 0时，φ(x )＞0，当x ＞x 0时，φ(x )＜0， ∴当x ＜x 0时，h ′(x )＞0，当x ＞x 0时，h ′(x )＜0，∴h (x )在区间(－∞，x 0)上为增函数，在区间(x 0，＋∞)上为减函数， ∴h (x )≤h (x 0)＝0， ∴f (x )≤g (x )．技法二：“拆分法”构造函数[典例] 设函数f (x )＝ae x ln x ＋bex －1x ，曲线y ＝f (x )在点(1，f (1))处的切线为y＝e (x －1)＋2．(1)求a ，b ； (2)证明：f (x )＞1．[解] (1)f ′(x )＝ae x ⎝ ⎛⎭⎪⎫ln x ＋1x ＋be x－1x －1x 2(x ＞0)，由于直线y ＝e (x －1)＋2的斜率为e ，图象过点(1,2)， 所以⎩⎨⎧ f 1＝2，f ′1＝e ，即⎩⎨⎧ b ＝2，ae ＝e ，解得⎩⎨⎧a ＝1，b ＝2.(2)证明：由(1)知f (x )＝e x ln x ＋2ex －1x (x ＞0)，从而f (x )＞1等价于x ln x ＞xe －x －2e ．构造函数g (x )＝x ln x ，则g ′(x )＝1＋ln x ， 所以当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0，1e 时，g ′(x )＜0， 当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ，＋∞时，g ′(x )＞0，故g (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，1e 上单调递减，在⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ，＋∞上单调递增， 从而g (x )在(0，＋∞)上的最小值为g ⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ＝－1e ．构造函数h (x )＝xe －x －2e ， 则h ′(x )＝e －x (1－x )．所以当x ∈(0,1)时，h ′(x )＞0； 当x ∈(1，＋∞)时，h ′(x )＜0；故h (x )在(0,1)上单调递增，在(1，＋∞)上单调递减， 从而h (x )在(0，＋∞)上的最大值为h (1)＝－1e ． 综上，当x ＞0时，g (x )＞h (x )，即f (x )＞1． [方法点拨]对于第(2)问“ae x ln x ＋be x －1x ＞1”的证明，若直接构造函数h (x )＝ae x ln x ＋bex －1x－1，求导以后不易分析，因此并不宜对其整体进行构造函数，而应先将不等式“ae x ln x ＋be x －1x ＞1”合理拆分为“x ln x ＞xe －x －2e ”，再分别对左右两边构造函数，进而达到证明原不等式的目的．QQ 群 545423319 微信公众号：中学数学研讨部落[对点演练] 已知函数f (x )＝a ln x x ＋1＋bx，曲线y ＝f (x )在点(1，f (1))处的切线方程为x ＋2y －3＝0．(1)求a ，b 的值；(2)证明：当x ＞0，且x ≠1时，f (x )＞ln xx －1． 解：(1)f ′(x )＝a ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋1x －ln xx ＋12－bx 2(x ＞0)．由于直线x ＋2y －3＝0的斜率为－12，且过点(1,1)， 故⎩⎪⎨⎪⎧f 1＝1，f ′1＝－12，即⎩⎪⎨⎪⎧b ＝1，a 2－b ＝－12.解得⎩⎨⎧a ＝1，b ＝1.(2)证明：由(1)知f (x )＝ln x x ＋1＋1x(x ＞0)， 所以f (x )－ln x x －1＝11－x 2⎝ ⎛⎭⎪⎫2ln x －x 2－1x ． 考虑函数h (x )＝2ln x －x 2－1x (x ＞0)， 则h ′(x )＝2x －2x 2－x 2－1x 2＝－x －12x 2．所以当x ≠1时，h ′(x )＜0．而h (1)＝0， 故当x ∈(0,1)时，h (x )＞0，可得11－x 2h (x )＞0； QQ 群 545423319 微信公众号：中学数学研讨部落当x ∈(1，＋∞)时，h (x )＜0，可得11－x 2h (x )＞0．从而当x ＞0，且x ≠1时，f (x )－ln xx －1＞0， 即f (x )＞ln xx －1． 技法三：“换元法”构造函数[典例] 已知函数f (x )＝ax 2＋x ln x (a ∈R )的图象在点(1，f (1))处的切线与直线x ＋3y ＝0垂直．(1)求实数a 的值；(2)求证：当n ＞m ＞0时，ln n －ln m ＞m n －n m ． [解] (1)因为f (x )＝ax 2＋x ln x ，所以f ′(x )＝2ax ＋ln x ＋1，因为切线与直线x ＋3y ＝0垂直，所以切线的斜率为3， 所以f ′(1)＝3，即2a ＋1＝3，故a ＝1． (2)证明：要证ln n －ln m ＞m n －nm ，即证ln n m ＞m n －n m ，只需证ln n m －m n ＋nm ＞0． 令n m ＝x ，构造函数g (x )＝ln x －1x ＋x (x ≥1)， 则g ′(x )＝1x ＋1x 2＋1．因为x ∈[1，＋∞)，所以g ′(x )＝1x ＋1x 2＋1＞0， 故g (x )在(1，＋∞)上单调递增． 由已知n ＞m ＞0，得nm ＞1， 所以g ⎝ ⎛⎭⎪⎫n m ＞g (1)＝0，即证得ln n m －m n ＋nm ＞0成立，所以命题得证． [方法点拨]对“待证不等式”等价变形为“ln n m －m n ＋n m ＞0”后，观察可知，对“nm ”进行换元，变为“ln x －1x ＋x ＞0”，构造函数“g (x )＝ln x －1x ＋x (x ≥1)”来证明不等式，可简化证明过程中的运算．[对点演练]已知函数f (x )＝x 2ln x ． (1)求函数f (x )的单调区间；(2)证明：对任意的t ＞0，存在唯一的s ，使t ＝f (s )；(3)设(2)中所确定的s 关于t 的函数为s ＝g (t )，证明：当t ＞e 2时，有25＜ln g t ln t＜12．解：(1)由已知，得f ′(x )＝2x ln x ＋x ＝x (2ln x ＋1)(x ＞0)，令f ′(x )＝0，得x ＝1e． 当x 变化时，f ′(x )，f (x )的变化情况如下表：x ⎝ ⎛⎭⎪⎫0，1e1e ⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ，＋∞ f ′(x ) － 0 ＋ f (x )极小值所以函数f (x )的单调递减区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫0，1e ，单调递增区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ，＋∞．(2)证明：当0＜x ≤1时，f (x )≤0， ∵t ＞0，∴当0＜x ≤1时不存在t ＝f (s )． 令h (x )＝f (x )－t ，x ∈[1，＋∞)．由(1)知，h (x )在区间(1，＋∞)上单调递增． h (1)＝－t ＜0，h (e t )＝e 2t ln e t －t ＝t (e 2t －1)＞0． 故存在唯一的s ∈(1，＋∞)，使得t ＝f (s )成立． (3)证明：因为s ＝g (t )，由(2)知，t ＝f (s )，且s ＞1， 从而ln g tln t＝ln s ln f s ＝ln sln s 2ln s＝ln s 2ln s ＋ln ln s ＝u2u ＋ln u，其中u ＝ln s ． 要使25＜ln g t ln t＜12成立，只需0＜ln u ＜u 2．当t ＞e 2时，若s ＝g (t )≤e ，则由f (s )的单调性，有t ＝f (s )≤f (e )＝e 2，矛盾． 所以s ＞e ，即u ＞1，从而ln u ＞0成立．另一方面，令F (u )＝ln u －u 2，u ＞1，F ′(u )＝1u －12， 令F ′(u )＝0，得u ＝2． 当1＜u ＜2时，F ′(u )＞0；当u ＞2时，F ′(u )＜0． 故对u ＞1，F (u )≤F (2)＜0， 因此ln u ＜u2成立．综上，当t ＞e 2时，有25＜ln g tln t＜12．技法四：二次(甚至多次)构造函数[典例] (2017·广州综合测试)已知函数f (x )＝e x ＋m －x 3，g (x )＝ln(x ＋1)＋2． (1)若曲线y ＝f (x )在点(0，f (0))处的切线斜率为1，求实数m 的值； (2)当m ≥1时，证明：f (x )＞g (x )－x 3． [解] (1)因为f (x )＝e x ＋m －x 3， 所以f ′(x )＝e x ＋m －3x 2．因为曲线y ＝f (x )在点(0，f (0))处的切线斜率为1， 所以f ′(0)＝e m ＝1，解得m ＝0．(2)证明：因为f (x )＝e x ＋m －x 3，g (x )＝ln(x ＋1)＋2， 所以f (x )＞g (x )－x 3等价于e x ＋m －ln(x ＋1)－2＞0． 当m ≥1时，e x ＋m －ln(x ＋1)－2≥e x ＋1－ln(x ＋1)－2． 要证e x ＋m －ln(x ＋1)－2＞0， 只需证明e x ＋1－ln(x ＋1)－2＞0．设h (x )＝e x ＋1－ln(x ＋1)－2，则h ′(x )＝e x ＋1－1x ＋1． 设p (x )＝ex ＋1－1x ＋1，则p ′(x )＝e x ＋1＋1x ＋12＞0，所以函数p (x )＝h ′(x )＝e x ＋1－1x ＋1在(－1，＋∞)上单调递增．因为h ′⎝ ⎛⎭⎪⎫－12＝e 12－2＜0，h ′(0)＝e －1＞0，所以函数h ′(x )＝e x ＋1－1x ＋1在(－1，＋∞)上有唯一零点x 0，且x 0∈⎝ ⎛⎭⎪⎫－12，0．因为h ′(x 0)＝0，所以ex 0＋1＝1x 0＋1，即ln(x 0＋1)＝－(x 0＋1)． 当x ∈(－1，x 0)时，h ′(x )＜0，当x∈(x0，＋∞)时，h′(x)＞0，所以当x＝x0时，h(x)取得最小值h(x0)，所以h(x)≥h(x0)＝ex0＋1－ln(x0＋1)－2＝1x0＋1＋(x0＋1)－2＞0．综上可知，当m≥1时，f(x)＞g(x)－x3．QQ 群545423319 微信公众号：中学数学研讨部落[方法点拨]本题可先进行适当放缩，m≥1时，e x＋m≥e x＋1，再两次构造函数h(x)，p(x)．[对点演练](2016·合肥一模)已知函数f(x)＝ex－x ln x，g(x)＝e x－tx2＋x，t∈R，其中e为自然对数的底数．(1)求函数f(x)的图象在点(1，f(1))处的切线方程；(2)若g(x)≥f(x)对任意的x∈(0，＋∞)恒成立，求t的取值范围．解：(1)由f(x)＝ex－x ln x，知f′(x)＝e－ln x－1，则f′(1)＝e－1，而f(1)＝e，则所求切线方程为y－e＝(e－1)(x－1)，即y＝(e－1)x＋1．(2)∵f(x)＝ex－x ln x，g(x)＝e x－tx2＋x，t∈R，∴g(x)≥f(x)对任意的x∈(0，＋∞)恒成立等价于e x－tx2＋x－ex＋x ln x≥0对任意的x∈(0，＋∞)恒成立，即t≤e x＋x－ex＋x ln xx2对任意的x∈(0，＋∞)恒成立．令F(x)＝e x＋x－ex＋x ln xx2，则F′(x)＝xe x＋ex－2e x－x ln xx3＝1x2⎝⎛⎭⎪⎫e x＋e－2e xx－ln x，令G(x)＝e x＋e－2e xx－ln x，则G′(x)＝e x－2xe x－e xx2－1x＝e x x－12＋e x－xx2＞0对任意的x∈(0，＋∞)恒成立．∴G (x )＝e x＋e －2e xx －ln x 在(0，＋∞)上单调递增，且G (1)＝0，∴当x ∈(0,1)时，G (x )＜0，当x ∈(1，＋∞)时，G (x )＞0， 即当x ∈(0,1)时，F ′(x )＜0，当x ∈(1，＋∞)时，F ′(x )＞0， ∴F (x )在(0,1)上单调递减，在(1，＋∞)上单调递增， ∴F (x )≥F (1)＝1， ∴t ≤1，即t 的取值范围是(－∞，1]．强化训练1．设函数f (x )＝x 2e x －1＋ax 3＋bx 2，已知x ＝－2和x ＝1为f (x )的极值点． (1)求a ，b 的值； (2)讨论f (x )的单调性；(3)设g (x )＝23x 3－x 2，比较f (x )与g (x )的大小． 解：(1)因为f ′(x )＝e x －1(2x ＋x 2)＋3ax 2＋2bx ＝xe x －1(x ＋2)＋x (3ax ＋2b )， 又x ＝－2和x ＝1为f (x )的极值点， 所以f ′(－2)＝f ′(1)＝0， 因此⎩⎨⎧－6a ＋2b ＝0，3＋3a ＋2b ＝0，解得⎩⎪⎨⎪⎧a ＝－13，b ＝－1.(2)因为a ＝－13，b ＝－1， 所以f ′(x )＝x (x ＋2)(e x －1－1)， 令f ′(x )＝0，解得x 1＝－2，x 2＝0，x 3＝1．因为当x ∈(－∞，－2)∪(0,1)时，f ′(x )＜0； 当x ∈(－2,0)∪(1，＋∞)时，f ′(x )＞0．所以f (x )在(－2,0)和(1，＋∞)上是单调递增的； 在(－∞，－2)和(0,1)上是单调递减的． (3)由(1)可知f (x )＝x 2e x －1－13x 3－x 2． 故f (x )－g (x )＝x 2e x －1－x 3＝x 2(e x －1－x )， 令h (x )＝e x －1－x ，则h ′(x )＝e x －1－1． 令h ′(x )＝0，得x ＝1，因为当x ∈(－∞，1]时，h ′(x )≤0， 所以h (x )在(－∞，1]上单调递减； 故当x ∈(－∞，1]时，h (x )≥h (1)＝0； 因为当x ∈[1，＋∞)时，h ′(x )≥0， 所以h (x )在[1，＋∞)上单调递增； 故x ∈[1，＋∞)时，h (x )≥h (1)＝0． 所以对任意x ∈(－∞，＋∞)，恒有h (x )≥0； 又x 2≥0，因此f (x )－g (x )≥0．故对任意x ∈(－∞，＋∞)，恒有f (x )≥g (x )． 2．(2015·北京高考)已知函数f (x )＝ln 1＋x1－x ．(1)求曲线y ＝f (x )在点(0，f (0))处的切线方程；(2)求证：当x ∈(0,1)时，f (x )＞2⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋x 33；(3)设实数k 使得f (x )＞k ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋x 33对x ∈(0,1)恒成立，求k 的最大值．解：(1)因为f (x )＝ln(1＋x )－ln(1－x )(－1＜x ＜1)， 所以f ′(x )＝11＋x ＋11－x，f ′(0)＝2． QQ 群 545423319 微信公众号：中学数学研讨部落 又因为f (0)＝0，所以曲线y ＝f (x )在点(0，f (0))处的切线方程为y ＝2x ．(2)证明：令g (x )＝f (x )－2⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋x 33，则g ′(x )＝f ′(x )－2(1＋x 2)＝2x41－x 2．因为g ′(x )＞0(0＜x ＜1)，所以g (x )在区间(0,1)上单调递增． 所以g (x )＞g (0)＝0，x ∈(0,1)，即当x ∈(0,1)时，f (x )＞2⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋x 33．(3)由(2)知，当k ≤2时，f (x )＞k ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋x 33对x ∈(0,1)恒成立．当k ＞2时，令h (x )＝f (x )－k ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋x 33，则h ′(x )＝f ′(x )－k (1＋x 2)＝kx 4－k ＋21－x 2．所以当0＜x ＜4k －2k 时，h ′(x )＜0， 因此h (x )在区间⎝ ⎛⎭⎪⎫0，4k －2k 上单调递减． 故当0＜x ＜4k －2k 时，h (x )＜h (0)＝0，即f (x )＜k ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋x 33．QQ 群 545423319 微信公众号：中学数学研讨部落所以当k ＞2时，f (x )＞k ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋x 33并非对x ∈(0,1)恒成立．综上可知，k 的最大值为2．3．(2016·广州综合测试)已知函数f (x )＝me x －ln x －1． (1)当m ＝1时，求曲线y ＝f (x )在点(1，f (1))处的切线方程； (2)当m ≥1时，证明：f (x )＞1． 解：(1)当m ＝1时，f (x )＝e x －ln x －1， 所以f ′(x )＝e x －1x ．所以f (1)＝e －1，f ′(1)＝e －1．所以曲线y ＝f (x )在点(1，f (1))处的切线方程为y －(e －1)＝(e －1)(x －1)，即y ＝(e －1)x ．(2)证明：当m ≥1时，f (x )＝me x －ln x －1≥e x －ln x －1(x ＞0)．要证明f (x )＞1，只需证明e x －ln x －2＞0． 设g (x )＝e x －ln x －2，则g ′(x )＝e x －1x ． 设h (x )＝e x －1x ，则h ′(x )＝e x ＋1x 2＞0，所以函数h (x )＝g ′(x )＝e x －1x 在(0，＋∞)上单调递增． 因为g ′⎝ ⎛⎭⎪⎫12＝e 12－2＜0，g ′(1)＝e －1＞0，所以函数g ′(x )＝e x －1x 在(0，＋∞)上有唯一零点x 0，且x 0∈⎝ ⎛⎭⎪⎫12，1．因为g ′(x 0)＝0，所以ex 0＝1x 0，即ln x 0＝－x 0．当x ∈(0，x 0)时，g ′(x )＜0；当x ∈(x 0，＋∞)时，g ′(x )＞0． 所以当x ＝x 0时，g (x )取得最小值g (x 0)． 故g (x )≥g (x 0)＝ex 0－ln x 0－2＝1x 0＋x 0－2＞0．综上可知，当m ≥1时，f (x )＞1．QQ 群 545423319 微信公众号：中学数学研讨部落4．(2017·石家庄质检)已知函数f (x )＝a x －x 2e x (x ＞0)，其中e 为自然对数的底数．(1)当a ＝0时，判断函数y ＝f (x )极值点的个数；(2)若函数有两个零点x 1，x 2(x 1＜x 2)，设t ＝x 2x 1，证明：x 1＋x 2随着t 的增大而增大．解：(1)当a ＝0时，f (x )＝－x 2e x (x ＞0)，f ′(x )＝－2x ·e x －－x 2·e xe x 2＝x x －2e x，令f ′(x )＝0，得x ＝2，当x ∈(0,2)时，f ′(x )＜0，y ＝f (x )单调递减， 当x ∈(2，＋∞)时，f ′(x )＞0，y ＝f (x )单调递增， 所以x ＝2是函数的一个极小值点，无极大值点， 即函数y ＝f (x )有一个极值点．(2)证明：令f (x )＝a x －x 2e x ＝0，得x 32＝ae x ，因为函数有两个零点x 1，x 2(x 1＜x 2)，所以x 1321＝aex 1，x 322＝aex 2，可得32ln x 1＝ln a ＋x 1，32ln x 2＝ln a ＋x 2．故x 2－x 1＝32ln x 2－32ln x 1＝32ln x 2x 1．又x 2x 1＝t ，则t ＞1，且⎩⎪⎨⎪⎧x 2＝tx 1，x 2－x 1＝32ln t ，解得x 1＝32ln t t －1，x 2＝32t ln tt －1．所以x 1＋x 2＝32·t ＋1ln tt －1．①令h (x )＝x ＋1ln xx －1，x ∈(1，＋∞)，则h ′(x )＝－2ln x ＋x －1xx －12．令u (x )＝－2ln x ＋x －1x ，得u ′(x )＝⎝⎛⎭⎪⎫x －1x 2． 当x ∈(1，＋∞)时，u ′(x )＞0． 因此，u (x )在(1，＋∞)上单调递增， 故对于任意的x ∈(1，＋∞)，u (x )＞u (1)＝0， 由此可得h ′(x )＞0，故h (x )在(1，＋∞)上单调递增． 因此，由①可得x 1＋x 2随着t 的增大而增大．第二部分 利用导数探究含参数函数的性质技法一：利用导数研究函数的单调性[典例] 已知函数g (x )＝ln x ＋ax 2＋bx ，函数g (x )的图象在点(1，g (1))处的切线平行于x轴．(1)确定a与b的关系；(2)若a≥0，试讨论函数g(x)的单调性．[解](1)依题意得g′(x)＝1x＋2ax＋b(x＞0)．由函数g(x)的图象在点(1，g(1))处的切线平行于x轴得：g′(1)＝1＋2a＋b＝0，∴b＝－2a－1．(2)由(1)得g′(x)＝2ax2－2a＋1x＋1x＝2ax－1x－1x．∵函数g(x)的定义域为(0，＋∞)，∴当a＝0时，g′(x)＝－x－1 x．由g′(x)＞0，得0＜x＜1，由g′(x)＜0，得x＞1，当a＞0时，令g′(x)＝0，得x＝1或x＝12a，若12a＜1，即a＞12，由g′(x)＞0，得x＞1或0＜x＜12a，由g′(x)＜0，得12a＜x＜1；若12a＞1，即0＜a＜12，由g′(x)＞0，得x＞12a或0＜x＜1，由g′(x)＜0，得1＜x＜12a，若12a＝1，即a＝12在(0，＋∞)上恒有g′(x)≥0．综上可得：当a＝0时，函数g(x)在(0,1)上单调递增，在(1，＋∞)上单调递减；当0＜a＜12时，函数g(x)在(0,1)上单调递增，在⎝ ⎛⎭⎪⎫1，12a 上单调递减，在⎝ ⎛⎭⎪⎫12a ，＋∞上单调递增； 当a ＝12时，函数g (x )在(0，＋∞)上单调递增， 当a ＞12时，函数g (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，12a 上单调递增，在⎝ ⎛⎭⎪⎫12a ，1上单调递减，在(1，＋∞)上单调递增． [方法点拨](1)研究含参数的函数的单调性，要依据参数对不等式解集的影响进行分类讨论．(2)划分函数的单调区间时，要在函数定义域内讨论，还要确定导数为0的点和函数的间断点．(3)本题(2)求解应先分a ＝0或a ＞0两种情况，再比较12a 和1的大小． [对点演练](2016·太原一模)已知函数f (x )＝x －a ln x (a ∈R )． (1)当a ＝2时，求曲线y ＝f (x )在x ＝1处的切线方程； (2)设函数h (x )＝f (x )＋1＋ax ，求函数h (x )的单调区间． 解：(1)当a ＝2时，f (x )＝x －2ln x ，f (1)＝1， 即切点为(1,1)，∵f ′(x )＝1－2x ，∴f ′(1)＝1－2＝－1，∴曲线y ＝f (x )在点(1,1)处的切线方程为y －1＝－(x －1)，即x ＋y －2＝0． (2)由题意知，h (x )＝x －a ln x ＋1＋ax (x ＞0)， 则h ′(x )＝1－a x －1＋a x 2＝x 2－ax －1＋ax 2＝x ＋1[x －1＋a]x 2，①当a ＋1＞0，即a ＞－1时， 令h ′(x )＞0，∵x ＞0，∴x ＞1＋a ， 令h ′(x )＜0，∵x ＞0，∴0＜x ＜1＋a ．②当a＋1≤0，即a≤－1时，h′(x)＞0恒成立，综上，当a＞－1时，h(x)的单调递减区间是(0，a＋1)，单调递增区间是(a＋1，＋∞)；当a≤－1时，h(x)的单调递增区间是(0，＋∞)，无单调递减区间．技法二：利用导数研究函数的极值[典例]设a＞0，函数f(x)＝12x2－(a＋1)x＋a(1＋ln x)．(1)若曲线y＝f(x)在(2，f(2))处的切线与直线y＝－x＋1垂直，求切线方程．(2)求函数f(x)的极值．[解](1)由已知，得f′(x)＝x－(a＋1)＋ax(x＞0)，又由题意可知y＝f(x)在(2，f(2))处切线的斜率为1，所以f′(2)＝1，即2－(a＋1)＋a2＝1，解得a＝0，此时f(2)＝2－2＝0，故所求的切线方程为y＝x－2．(2)f′(x)＝x－(a＋1)＋ax＝x2－a＋1x＋ax＝x－1x－ax(x＞0)．①当0＜a＜1时，若x∈(0，a)，则f′(x)＞0，函数f(x)单调递增；若x∈(a,1)，则f′(x)＜0，函数f(x)单调递减；若x∈(1，＋∞)，则f′(x)＞0，函数f(x)单调递增．此时x＝a是f(x)的极大值点，x＝1是f(x)的极小值点，函数f(x)的极大值是f(a)＝－12a2＋a ln a，极小值是f(1)＝－1 2．②当a＝1时，f′(x)＝x－12x≥0，所以函数f(x)在定义域(0，＋∞)内单调递增，此时f (x )没有极值点，故无极值． ③当a ＞1时，若x ∈(0,1)，则f ′(x )＞0，函数f (x )单调递增； 若x ∈(1，a )，则f ′(x )＜0，函数f (x )单调递减； 若x ∈(a ，＋∞)，则f ′(x )＞0，函数f (x )单调递增．此时x ＝1是f (x )的极大值点，x ＝a 是f (x )的极小值点，函数f (x )的极大值是f (1)＝－12，极小值是f (a )＝－12a 2＋a ln a ．综上，当0＜a ＜1时，f (x )的极大值是－12a 2＋a ln a ， 极小值是－12；当a ＝1时，f (x )没有极值；当a ＞1时f (x )的极大值是－12，极小值是－12a 2＋a ln a ． [方法点拨]对于解析式中含有参数的函数求极值，有时需要分类讨论后解决问题．讨论的思路主要有：(1) 参数是否影响f ′(x )零点的存在；QQ 群 545423319 微信公众号：中学数学研讨部落 (2)参数是否影响f ′(x )不同零点(或零点与函数定义域中的间断点)的大小； (3)参数是否影响f ′(x )在零点左右的符号(如果有影响，需要分类讨论)． [对点演练](2016·山东高考)设f (x )＝x ln x －ax 2＋(2a －1)x ，a ∈R ． (1)令g (x )＝f ′(x )，求g (x )的单调区间；(2)已知f (x )在x ＝1处取得极大值，求实数a 的取值范围． 解：(1)由f ′(x )＝ln x －2ax ＋2a ，可得g (x )＝ln x －2ax ＋2a ，x ∈(0，＋∞)． 所以g ′(x )＝1x －2a ＝1－2ax x ．当a ≤0，x ∈(0，＋∞)时，g ′(x )＞0，函数g (x )单调递增； 当a ＞0，x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0，12a 时，g ′(x )＞0，函数g (x )单调递增，x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫12a ，＋∞时，g ′(x )＜0，函数g (x )单调递减． 所以当a ≤0时，g (x )的单调增区间为(0，＋∞)；当a ＞0时，g (x )的单调增区间为⎝ ⎛⎭⎪⎫0，12a ，单调减区间为⎝ ⎛⎭⎪⎫12a ，＋∞．(2)由(1)知，f ′(1)＝0．①当a ≤0时，f ′(x )单调递增， 所以当x ∈(0,1)时，f ′(x )＜0，f (x )单调递减； 当x ∈(1，＋∞)时，f ′(x )＞0，f (x )单调递增． 所以f (x )在x ＝1处取得极小值，不合题意． ②当0＜a ＜12时，12a ＞1，由(1)知f ′(x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，12a 内单调递增， 可得当x ∈(0,1)时，f ′(x )＜0，当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫1，12a 时，f ′(x )＞0．所以f (x )在(0,1)内单调递减，在⎝ ⎛⎭⎪⎫1，12a 内单调递增，所以f (x )在x ＝1处取得极小值，不合题意． ③当a ＝12时，12a ＝1，f ′(x )在(0,1)内单调递增，在(1，＋∞)内单调递减，所以当x ∈(0，＋∞)时，f ′(x )≤0，f (x )单调递减，不合题意． ④当a ＞12时，0＜12a ＜1，当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫12a ，1时，f ′(x )＞0，f (x )单调递增，当x ∈(1，＋∞)时，f ′(x )＜0，f (x )单调递减． 所以f (x )在x ＝1处取极大值，符合题意． 综上可知，实数a 的取值范围为⎝ ⎛⎭⎪⎫12，＋∞．技法三：利用导数研究函数的最值[典例] 已知函数f (x )＝ln x －ax (a ∈R )． (1)求函数f (x )的单调区间；(2)当a ＞0时，求函数f (x )在[1,2]上的最小值．[解] (1)由题意，f ′(x )＝1x －a (x ＞0)，①当a ≤0时，f ′(x )＝1x －a ＞0，即函数f (x )的单调递增区间为(0，＋∞)． ②当a ＞0时，令f ′(x )＝1x －a ＝0，可得x ＝1a ， 当0＜x ＜1a 时，f ′(x )＝1－ax x ＞0； 当x ＞1a 时，f ′(x )＝1－ax x ＜0， 故函数f (x )的单调递增区间为⎝ ⎛⎦⎥⎤0，1a ，单调递减区间为⎣⎢⎡⎭⎪⎫1a ，＋∞．综上可知，当a ≤0时，函数f (x )的单调递增区间为(0，＋∞)；当a ＞0时，函数f (x )的单调递增区间为⎝ ⎛⎦⎥⎤0，1a ，单调递减区间为⎣⎢⎡⎭⎪⎫1a ，＋∞．(2)①当1a ≤1，即a ≥1时，函数f (x )在区间[1,2]上是减函数，所以f (x )的最小值是f (2)＝ln 2－2a ．②当1a ≥2，即0＜a ≤12时，函数f (x )在区间[1,2]上是增函数，所以f (x )的最小值是f (1)＝－a ．③当1＜1a ＜2，即12＜a ＜1时，函数f (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤1，1a 上是增函数，在⎣⎢⎡⎦⎥⎤1a ，2上是减函数．又f (2)－f (1)＝ln 2－a ，所以当12＜a ＜ln 2时，最小值是f (1)＝－a ； 当ln 2≤a ＜1时，最小值为f (2)＝ln 2－2a ．综上可知，当0＜a ＜ln 2时，函数f (x )的最小值是－a ； 当a ≥ln 2时，函数f (x )的最小值是ln 2－2a ． [方法点拨](1)在闭区间上图象连续的函数一定存在最大值和最小值，在不是闭区间的情况下，函数在这个区间上的最大值和最小值可能都存在，也可能只存在一个，或既无最大值也无最小值；(2)在一个区间上，如果函数只有一个极值点，则这个极值点就是最值点． [对点演练] 1．若函数f (x )＝x x 2＋a(a ＞0)在[1，＋∞)上的最大值为33，则a 的值为( ) A ．33 B ． 3 C ．3＋1 D ．3－1解析：选D f ′(x )＝x 2＋a －2x 2x 2＋a 2＝a －x 2x 2＋a2．令f ′(x )＝0，得x ＝a 或x ＝－a (舍去)，若a ≤1，即0＜a ≤1时，在[1，＋∞)上f ′(x )＜0，f (x )max ＝f (1)＝11＋a ＝33．解得a ＝3－1，符合题意．若a ＞1，即a ＞1时，在[1，a )上f ′(x )＞0，在(a ，＋∞)上f ′(x )＜0，所以f (x )max ＝f (a )＝a 2a ＝33， 解得a ＝34＜1，不符合题意，综上知，a ＝3－1． 2．已知函数f (x )＝x ln x ，g (x )＝(－x 2＋ax －3)e x (a 为实数)． (1)当a ＝5时，求函数y ＝g (x )在x ＝1处的切线方程； (2)求f (x )在区间[]t ，t ＋2(t ＞0)上的最小值． 解：(1)当a ＝5时，g (x )＝(－x 2＋5x －3)e x ，g (1)＝e ． 又g ′(x )＝(－x 2＋3x ＋2)e x ， 故切线的斜率为g ′(1)＝4e ． 所以切线方程为y －e ＝4e (x －1)， 即y ＝4ex －3e ．(2)函数f (x )的定义域为(0，＋∞)，f ′(x )＝ln x ＋1， 当x 变化时，f ′(x )，f (x )的变化情况如下表：x⎝ ⎛⎭⎪⎫0，1e 1e ⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ，＋∞f ′(x ) － 0 ＋ f (x )极小值①当t ≥1e 时，在区间[]t ，t ＋2上f (x )为增函数， 所以f (x )min ＝f (t )＝t ln t ．②当0＜t ＜1e 时，在区间⎣⎢⎡⎭⎪⎫t ，1e 上f (x )为减函数，在区间⎝ ⎛⎦⎥⎤1e ，t ＋2上f (x )为增函数，所以f (x )min ＝f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ＝－1e ．综上，f (x )min ＝⎩⎪⎨⎪⎧t ln t ，t ≥1e ，－1e ，0＜t ＜1e .强化训练1．已知函数f (x )＝x －12ax 2－ln(1＋x )(a ＞0)． (1)若x ＝2是f (x )的极值点，求a 的值； (2)求f (x )的单调区间． 解：f ′(x )＝x 1－a －axx ＋1，x ∈(－1，＋∞)． (1)依题意，得f ′(2)＝0，即21－a －2a 2＋1＝0，解得a ＝13．经检验，a ＝13符合题意，故a 的值为13． (2)令f ′(x )＝0，得x 1＝0，x 2＝1a－1．①当0＜a ＜1时，f (x )与f ′(x )的变化情况如下： x (－1，x 1) x 1 (x 1，x 2) x 2 (x 2，＋∞)f ′(x ) － 0 ＋ 0 －f (x )f (x 1)f (x 2)∴f (x )的单调增区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫0，1a －1，单调减区间是(－1,0)和⎝ ⎛⎭⎪⎫1a －1，＋∞．②当a ＝1时，f (x )的单调减区间是(－1，＋∞)． ③当a ＞1时，－1＜x 2＜0，f (x )与f ′(x )的变化情况如下：∴f (x )的单调增区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫1a －1，0，单调减区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫－1，1a －1和(0，＋∞)．综上，当0＜a ＜1时，f (x )的单调增区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫0，1a －1，单调减区间是(－1,0)和⎝ ⎛⎭⎪⎫1a －1，＋∞；当a ＝1时，f (x )的单调减区间是(－1，＋∞)；当a ＞1时，f (x )的单调增区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫1a －1，0，单调减区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫－1，1a －1和(0，＋∞)．2．已知函数f (x )＝⎩⎨⎧－x 3＋x 2，x ＜1，a ln x ，x ≥1.(1)求f (x )在区间(－∞，1)上的极小值和极大值点； (2)求f (x )在[－1，e ](e 为自然对数的底数)上的最大值． 解：(1)当x ＜1时，f ′(x )＝－3x 2＋2x ＝－x (3x －2)， 令f ′(x )＝0，解得x ＝0或x ＝23．当x 变化时，f ′(x )，f (x )的变化情况如下表：＝23． (2)①当－1≤x ＜1时，由(1)知，函数f (x )在[－1,0]和⎣⎢⎡⎭⎪⎫23，1上单调递减，在⎣⎢⎡⎦⎥⎤0，23上单调递增．因为f (－1)＝2，f ⎝ ⎛⎭⎪⎫23＝427，f (0)＝0，所以f (x )在[－1,1)上的最大值为2．②当1≤x ≤e 时，f (x )＝a ln x ，当a ≤0时，f (x )≤0； 当a ＞0时，f (x )在[1，e ]上单调递增， 则f (x )在[1，e ]上的最大值为f (e )＝a ．综上所述，当a ≥2时，f (x )在[－1，e ]上的最大值为a ； 当a ＜2时，f (x )在[－1，e ]上的最大值为2． 3．已知函数f (x )＝ax －1－ln x (a ∈R )． (1)讨论函数f (x )在定义域内的极值点的个数；(2)若函数f (x )在x ＝1处取得极值，∀x ∈(0，＋∞)，f (x )≥bx －2恒成立，求实数b 的取值范围．解：(1)由已知得f ′(x )＝a －1x ＝ax －1x (x ＞0)．当a ≤0时，f ′(x )≤0在(0，＋∞)上恒成立，函数f (x )在(0，＋∞)上单调递减， ∴f (x )在(0，＋∞)上没有极值点． 当a ＞0时，由f ′(x )＜0，得0＜x ＜1a ， 由f ′(x )＞0，得x ＞1a ，∴f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，1a 上单调递减，在⎝ ⎛⎭⎪⎫1a ，＋∞上单调递增，即f (x )在x ＝1a 处有极小值．∴当a ≤0时，f (x )在(0，＋∞)上没有极值点， 当a ＞0时，f (x )在(0，＋∞)上有一个极值点． (2)∵函数f (x )在x ＝1处取得极值，∴f ′(1)＝0，解得a ＝1，∴f (x )≥bx －2⇒1＋1x －ln xx ≥b ， 令g (x )＝1＋1x －ln xx ，则g ′(x )＝ln x －2x 2， 令g ′(x )＝0，得x ＝e 2．则g (x )在(0，e 2)上单调递减，在(e 2，＋∞)上单调递增，∴g (x )min ＝g (e 2)＝1－1e 2，即b ≤1－1e 2， 故实数b 的取值范围为⎝ ⎛⎦⎥⎤－∞，1－1e 2． 4．已知方程f (x )·x 2－2ax ＋f (x )－a 2＋1＝0，其中a ∈R ，x ∈R ． (1)求函数f (x )的单调区间；(2)若函数f (x )在[0，＋∞)上存在最大值和最小值，求实数a 的取值范围． 解：(1)由f (x )·x 2－2ax ＋f (x )－a 2＋1＝0得f (x )＝2ax ＋a 2－1x 2＋1，则f ′(x )＝－2x ＋a ax －1x 2＋12．①当a ＝0时，f ′(x )＝2x x 2＋12，所以f (x )在(0，＋∞)上单调递增，在(－∞，0)上单调递减， 即f (x )的单调递增区间为(0，＋∞)，单调递减区间为(－∞，0)．②当a ＞0时，令f ′(x )＝0，得x 1＝－a ，x 2＝1a ，当x 变化时，f ′(x )与f (x )的变化情况如下：x (－∞，x 1)x 1 (x 1，x 2) x 2 (x 2，＋∞)f ′(x ) － 0 ＋ 0 －f (x )极小值极大值故f (x )的单调递减区间是(－∞，－a )，⎝ ⎛⎭⎪⎫1a ，＋∞，单调递增区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫－a ，1a ． ③当a ＜0时，令f ′(x )＝0，得x 1＝－a ，x 2＝1a ，当x 变化时，f ′(x )与f (x )的变化情况如下：x (－∞，x 2)x 2 (x 2，x 1) x 1 (x 1，＋∞)f ′(x ) ＋ 0 － 0 ＋f (x )极大值极小值所以f (x )的单调递增区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫－∞，1a ，(－a ，＋∞)，单调递减区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫1a ，－a ．(2)由(1)得，a ＝0不合题意．当a ＞0时，由(1)得，f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，1a 上单调递增，在⎝ ⎛⎭⎪⎫1a ，＋∞上单调递减，所以f (x )在[0，＋∞)上存在最大值f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1a ＝a 2＞0．设x 0为f (x )的零点，易知x 0＝1－a 22a ，且x 0＜1a ． 从而当x ＞x 0时，f (x )＞0；当x ＜x 0时，f (x )＜0． 若f (x )在[0，＋∞)上存在最小值，必有f (0)≤0， 解得－1≤a ≤1．所以当a ＞0时，若f (x )在[0，＋∞)上存在最大值和最小值，则实数a 的取值范围是(0,1]．当a ＜0时，由(1)得，f (x )在(0，－a )上单调递减，在(－a ，＋∞)上单调递增，所以f (x )在[0，＋∞)上存在最小值f (－a )＝－1．易知当x ≥－a 时，－1≤f (x )＜0，所以若f (x )在[0，＋∞)上存在最大值，必有f (0)≥0，解得a ≥1或a ≤－1．所以当a ＜0时，若f (x )在[0，＋∞)上存在最大值和最小值，则实数a 的取值范围是(－∞，－1]．综上所述，实数a 的取值范围是(－∞，－1]∪(0,1]． 5．设函数f (x )＝x 2－ax ＋b ．(1)讨论函数f (sin x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫－π2，π2内的单调性并判断有无极值，有极值时求出极值；(2)记f 0(x )＝x 2－a 0x ＋b 0，求函数|f (sin x )－f 0(sin x )|在⎣⎢⎡⎦⎥⎤－π2，π2上的最大值D ；(3)在(2)中，取a 0＝b 0＝0，求z ＝b －a 24满足条件D ≤1时的最大值． 解：(1)由题意，f (sin x )＝sin 2x －a sin x ＋b ＝sin x (sin x －a )＋b ， 则f ′(sin x )＝(2sin x －a )cos x ，因为－π2＜x ＜π2，所以cos x ＞0，－2＜2sin x ＜2． ①a ≤－2，b ∈R 时，函数f (sin x )单调递增，无极值；②a ≥2，b ∈R 时，函数f (sin x )单调递减，无极值；③对于－2＜a ＜2，在⎝ ⎛⎭⎪⎫－π2，π2内存在唯一的x 0，使得2sin x 0＝a ．－π2＜x ≤x 0时，函数f (sin x )单调递减； x 0≤x ＜π2时，函数f (sin x )单调递增．因此，－2＜a ＜2，b ∈R 时，函数f (sin x )在x 0处有极小值f (sin x 0)＝f ⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2＝b－a 24．(2)当－π2≤x ≤π2时，|f (sin x )－f 0(sin x )|＝|(a 0－a )sin x ＋b －b 0|≤|a －a 0|＋|b －b 0|， 当(a 0－a )(b －b 0)≥0，x ＝π2时等号成立， 当(a 0－a )(b －b 0)＜0时，x ＝－π2时等号成立．由此可知，|f (sin x )－f 0(sin x )|在⎣⎢⎡⎦⎥⎤－π2，π2上的最大值为D ＝|a －a 0|＋|b －b 0|．(3)D ≤1即为|a |＋|b |≤1，此时0≤a 2≤1，－1≤b ≤1，从而z ＝b －a 24≤1．取a ＝0，b ＝1，则|a |＋|b |≤1，并且z ＝b －a 24＝1． 由此可知，z ＝b －a 24满足条件D ≤1的最大值为1． 6．已知函数f (x )＝x －1x ，g (x )＝a ln x (a ∈R )． (1)当a ≥－2时，求F (x )＝f (x )－g (x )的单调区间；(2)设h (x )＝f (x )＋g (x )，且h (x )有两个极值点为x 1，x 2，其中x 1∈⎝ ⎛⎦⎥⎤0，12，求h (x 1)－h (x 2)的最小值．解：(1)由题意得F (x )＝x －1x －a ln x (x ＞0)，则F ′(x )＝x 2－ax ＋1x 2，令m (x )＝x 2－ax ＋1，则Δ＝a 2－4． ①当－2≤a ≤2时，Δ≤0，从而F ′(x )≥0，所以F (x )的单调递增区间为(0，＋∞)； ②当a ＞2时，Δ＞0，设F ′(x )＝0的两根为 x 1＝a －a 2－42，x 2＝a ＋a 2－42，所以F (x )的单调递增区间为⎝ ⎛⎭⎪⎫0，a －a 2－42和⎝ ⎛⎭⎪⎫a ＋a 2－42，＋∞， F (x )的单调递减区间为⎝ ⎛⎭⎪⎫a －a 2－42，a ＋a 2－42． 综上，当－2≤a ≤2时，F (x )的单调递增区间为(0，＋∞)； 当a ＞2时，F (x )的单调递增区间为 ⎝ ⎛⎭⎪⎫0，a －a 2－42和⎝ ⎛⎭⎪⎫a ＋a 2－42，＋∞，F (x )的单调递减区间为⎝ ⎛⎭⎪⎫a －a 2－42，a ＋a 2－42． (2)对h (x )＝x －1x ＋a ln x ，x ∈(0，＋∞)求导得， h ′(x )＝1＋1x 2＋a x ＝x 2＋ax ＋1x 2，h ′(x )＝0的两根分别为x 1，x 2，则有x 1·x 2＝1，x 1＋x 2＝－a ， 所以x 2＝1x 1，从而有a ＝－x 1－1x 1．令H (x )＝h (x )－h ⎝ ⎛⎭⎪⎫1x＝x －1x ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫－x －1x ln x －⎣⎢⎡⎦⎥⎤1x －x ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫－x －1x ·ln 1x ＝2⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫－x －1x ln x ＋x －1x ，即H ′(x )＝2⎝ ⎛⎭⎪⎫1x 2－1ln x ＝21－x1＋x ln xx 2(x ＞0)．当x ∈⎝ ⎛⎦⎥⎤0，12时，H ′(x )＜0，所以H (x )在⎝ ⎛⎦⎥⎤0，12上单调递减，又H (x 1)＝h (x 1)－h ⎝ ⎛⎭⎪⎫1x 1＝h (x 1)－h (x 2)，所以[h (x 1)－h (x 2)]min ＝H ⎝ ⎛⎭⎪⎫12＝5ln 2－3．第三部分 导数的综合应用(一)技法一：利用导数研究函数的零点或方程的根[典例] (2016·北京高考)设函数f (x )＝x 3＋ax 2＋bx ＋c ． (1)求曲线y ＝f (x )在点(0，f (0))处的切线方程；(2)设a ＝b ＝4，若函数f (x )有三个不同零点，求c 的取值范围； (3)求证：a 2－3b ＞0是f (x )有三个不同零点的必要而不充分条件． [解] (1)由f (x )＝x 3＋ax 2＋bx ＋c ， 得f ′(x )＝3x 2＋2ax ＋b ． 因为f (0)＝c ，f ′(0)＝b ，所以曲线y ＝f (x )在点(0，f (0))处的切线方程为y ＝bx ＋c ． (2)当a ＝b ＝4时，f (x )＝x 3＋4x 2＋4x ＋c ， 所以f ′(x )＝3x 2＋8x ＋4． 令f ′(x )＝0，得3x 2＋8x ＋4＝0， 解得x ＝－2或x ＝－23．f (x )与f ′(x )在区间(－∞，＋∞)上的情况如下：所以当c ＞0且c －3227＜0时，存在x 1∈(－4，－2)，x 2∈⎝ ⎛⎭⎪⎫－2，－23，x 3∈⎝ ⎛⎭⎪⎫－23，0，使得f (x 1)＝f (x 2)＝f (x 3)＝0．由f (x )的单调性知，当且仅当c ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0，3227时，函数f (x )＝x 3＋4x 2＋4x ＋c 有三个不同零点． (3)证明：当Δ＝4a 2－12b ＜0时，f ′(x )＝3x 2＋2ax ＋b ＞0，x ∈(－∞，＋∞)， 此时函数f (x )在区间(－∞，＋∞)上单调递增， 所以f (x )不可能有三个不同零点． 当Δ＝4a 2－12b ＝0时，f ′(x )＝3x 2＋2ax ＋b 只有一个零点，记作x 0． 当x ∈(－∞，x 0)时，f ′(x )＞0，f (x )在区间(－∞，x 0)上单调递增； 当x ∈(x 0，＋∞)时，f ′(x )＞0，f (x )在区间(x 0，＋∞)上单调递增． 所以f (x )不可能有三个不同零点． 综上所述，若函数f (x )有三个不同零点， 则必有Δ＝4a 2－12b ＞0．故a 2－3b ＞0是f (x )有三个不同零点的必要条件． 当a ＝b ＝4，c ＝0时，a 2－3b ＞0，f (x )＝x 3＋4x 2＋4x ＝x (x ＋2)2只有两个不同零点， 所以a 2－3b ＞0不是f (x )有三个不同零点的充分条件． 因此a 2－3b ＞0是f (x )有三个不同零点的必要而不充分条件． [方法点拨]利用导数研究方程根的方法(1)研究方程根的情况，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．(2)根据题目要求，画出函数图象的走势规律，标明函数极(最)值的位置． (3)通过数形结合的思想去分析问题，可以使问题的求解有一个清晰、直观的整体展现．[对点演练]已知函数f (x )＝(2－a )x －2(1＋ln x )＋a ． (1)当a ＝1时，求f (x )的单调区间．(2)若函数f (x )在区间⎝ ⎛⎭⎪⎫0，12上无零点，求a 的最小值．解：(1)当a ＝1时，f (x )＝x －1－2ln x ，则f ′(x )＝1－2x ，其中x ∈(0，＋∞)．由f ′(x )＞0，得x ＞2，由f ′(x )＜0，得0＜x ＜2，故f (x )的单调递减区间为(0,2)，单调递增区间为(2，＋∞)．(2)f (x )＝(2－a )x －2(1＋ln x )＋a＝(2－a )(x －1)－2ln x ，令m (x )＝(2－a )(x －1)，h (x )＝2ln x ，其中x ＞0，则f (x )＝m (x )－h (x )．①当a ＜2时，m (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，12上为增函数，h (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，12上为增函数， 结合图象知，若f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，12上无零点， 则m ⎝ ⎛⎭⎪⎫12≥h ⎝ ⎛⎭⎪⎫12， 即(2－a )⎝ ⎛⎭⎪⎫12－1≥2ln 12， 所以a ≥2－4ln 2，所以2－4ln 2≤a ＜2．②当a ≥2时，在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，12上m (x )≥0，h (x )＜0， 所以f (x )＞0，所以f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，12上无零点． 由①②得a ≥2－4ln 2，所以a min ＝2－4ln 2．技法二：利用导数证明不等式[典例] 设f (x )＝e x －1．(1)当x ＞－1时，证明：f (x )＞2x 2＋x －1x ＋1； (2)当a ＞ln 2－1且x ＞0时，证明：f (x )＞x 2－2ax ．[证明] (1)当x ＞－1时，f (x )＞2x 2＋x －1x ＋1，即e x－1＞2x2＋x－1x＋1＝2x－1，当且仅当ex＞2x，即e x－2x＞0恒成立时原不等式成立．令g(x)＝e x－2x，则g′(x)＝e x－2．令g′(x)＝0，即e x－2＝0，解得x＝ln 2．当x∈(－∞，ln 2)时，g′(x)＝e x－2＜0，故函数g(x)在(－1，ln 2)上单调递减；当x∈[ln 2，＋∞)时，g′(x)＝e x－2≥0，故函数g(x)在[ln 2，＋∞)上单调递增．所以g(x)在(－1，＋∞)上的最小值为g(ln 2)＝e ln 2－2ln 2＝2(1－ln 2)＞0，所以在(－1，＋∞)上有g(x)≥g(ln 2)＞0，即e x＞2x．故当x∈(－1，＋∞)时，f(x)＞2x2＋x－1x＋1．(2)f(x)＞x2－2ax，即e x－1＞x2－2ax，则e x－x2＋2ax－1＞0．令p(x)＝e x－x2＋2ax－1，则p′(x)＝e x－2x＋2a，令h(x)＝e x－2x＋2a，则h′(x)＝e x－2．由(1)可知，当x∈(－∞，ln 2)时，h′(x)＜0，函数h(x)单调递减；当x∈[ln 2，＋∞)时，h′(x)≥0，函数h(x)单调递增．所以h(x)的最小值为h(ln 2)＝e ln 2－2ln 2＋2a＝2－2ln 2＋2a．因为a＞ln 2－1，所以h(ln 2)＞2－2ln 2＋2(ln 2－1)＝0，即h(x)≥h(ln 2)＞0，所以p′(x)＝h(x)＞0，即p(x)在R上为增函数，故p(x)在(0，＋∞)上为增函数，所以p(x)＞p(0)，而p(0)＝0，所以p(x)＝e x－x2＋2ax－1＞0，即当a＞ln 2－1且x＞0时，f(x)＞x2－2ax．[方法点拨]对于最值与不等式的证明相结合试题的求解往往先对不等式进行化简，然后通过构造新函数，转化为函数的最值，利用导数来解决．解决此类问题应该注意三个方面：(1)在化简所证不等式的时候一定要注意等价变形，尤其是两边同时乘以或除以一个数或式的时候，注意该数或式的符号；(2)灵活构造函数，使研究的函数形式简单，便于计算最值；(3)在利用导数求解最值时要注意定义域的限制，且注意放缩法的灵活应用．[对点演练](2017·兰州诊断)已知函数f(x)＝e x－ax－1(a为常数)，曲线y＝f(x)在与y轴的交点A处的切线斜率为－1．(1)求a的值及函数y＝f(x)的单调区间；(3)若x1＜ln 2，x2＞ln 2，且f(x1)＝f(x2)，试证明：x1＋x2＜2ln 2．解：(1)由f(x)＝e x－ax－1，得f′(x)＝e x－a．又f′(0)＝1－a＝－1，所以a＝2，所以f(x)＝e x－2x－1，f′(x)＝e x－2．由f′(x)＝e x－2＞0，得x＞ln 2．所以函数y＝f(x)在区间(－∞，ln 2)上单调递减，在(ln 2，＋∞)上单调递增．(2)证明：设x＞ln 2，所以2ln 2－x＜ln 2，f(2ln 2－x)＝e(2ln 2－x)－2(2ln 2－x)－1＝4e x＋2x－4ln 2－1．令g(x)＝f(x)－f(2ln 2－x)＝e x－4e x－4x＋4ln 2(x≥ln 2)，所以g′(x)＝e x＋4e－x－4≥0，当且仅当x＝ln 2时，等号成立，所以g(x)＝f(x)－f(2ln 2－x)在(ln 2，＋∞)上单调递增．又g(ln 2)＝0，所以当x＞ln 2时，g(x)＝f(x)－f(2ln 2－x)＞g(ln 2)＝0，即f(x)＞f(2ln 2－x)，所以f(x2)＞f(2ln 2－x2)，又因为f(x1)＝f(x2)，所以f(x1)＞f(2ln 2－x2)，由于x2＞ln 2，所以2ln 2－x2＜ln 2，因为x1＜ln 2，由(1)知函数y＝f(x)在区间(－∞，ln 2)上单调递减，所以x1＜2ln 2－x2，即x1＋x2＜2ln 2．技法三：利用导数研究不等式恒成立问题[典例]设f(x)＝e x－a(x＋1)．(1)若∀x∈R，f(x)≥0恒成立，求正实数a的取值范围；(2)设g(x)＝f(x)＋ae x，且A(x1，y1)，B(x2，y2)(x1≠x2)是曲线y＝g(x)上任意两点，若对任意的a≤－1，直线AB的斜率恒大于常数m，求m的取值范围．[解](1)因为f(x)＝e x－a(x＋1)，所以f′(x)＝e x－a．由题意，知a＞0，故由f′(x)＝e x－a＝0，解得x＝ln a．故当x∈(－∞，ln a)时，f′(x)＜0，函数f(x)单调递减；当x∈(ln a，＋∞)时，f′(x)＞0，函数f(x)单调递增．所以函数f(x)的最小值为f(ln a)＝e ln a－a(ln a＋1)＝－a ln a．由题意，若∀x∈R，f(x)≥0恒成立，即f(x)＝e x－a(x＋1)≥0恒成立，故有－a ln a≥0，又a＞0，所以ln a≤0，解得0＜a≤1．所以正实数a的取值范围为(0,1]．(2)设x1，x2是任意的两个实数，且x1＜x2．则直线AB的斜率为k＝g x2－g x1x2－x1，由已知k＞m，即g x2－g x1x2－x1＞m．因为x2－x1＞0，所以g(x2)－g(x1)＞m(x2－x1)，即g(x2)－mx2＞g(x1)－mx1．因为x1＜x2，所以函数h(x)＝g(x)－mx在R上为增函数，故有h′(x)＝g′(x)－m≥0恒成立，所以m≤g′(x)．而g′(x)＝e x－a－ae x，又a≤－1＜0，故g′(x)＝e x＋－ae x－a≥2ex·－ae x－a＝2－a－a．而2－a－a＝2－a＋(－a)2＝(－a ＋1)2－1≥3，所以m 的取值范围为(－∞，3]．[方法点拨]解决该类问题的关键是根据已知不等式的结构特征灵活选用相应的方法，由不等式恒成立求解参数的取值范围问题一般采用分离参数的方法．而第(2)问则巧妙地把直线的斜率与导数问题结合在一起，命题思路比较新颖，解决此类问题需将已知不等式变形为两个函数值的大小问题，进而构造相应的函数，通过导函数研究其单调性解决．[对点演练]已知f (x )＝x ln x ，g (x )＝－x 2＋ax －3．(1)若对一切x ∈(0，＋∞)，2f (x )≥g (x )恒成立，求实数a 的取值范围．(2)证明：对一切x ∈(0，＋∞)，ln x ＞1e x －2ex 恒成立．解：(1)由题意知2x ln x ≥－x 2＋ax －3对一切x ∈(0，＋∞)恒成立，则a ≤2ln x ＋x ＋3x ，设h (x )＝2ln x ＋x ＋3x (x ＞0)，则h ′(x )＝x ＋3x －1x 2．①当x ∈(0,1)时，h ′(x )＜0，h (x )单调递减；②当x ∈(1，＋∞)时，h ′(x )＞0，h (x )单调递增．所以h (x )min ＝h (1)＝4，对一切x ∈(0，＋∞)，2f (x )≥g (x )恒成立，所以a ≤h (x )min ＝4，即实数a 的取值范围是(－∞，4]．(2)问题等价于证明x ln x ＞x e x －2e (x ＞0)．又f (x )＝x ln x (x ＞0)，f ′(x )＝ln x ＋1，当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0，1e 时，f ′(x )＜0，f (x )单调递减； 当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ，＋∞时，f ′(x )＞0，f (x )单调递增，。