函数与导数压轴题中零点问题
三角函数与导数结合类型中隐零点问题的探究

Җ㊀广东㊀房㊀彬㊀㊀三角函数和导数相结合问题是高考常见的类型.同时,在函数中会涉及三角函数㊁指数函数和对数函数,类似l n x ,e x,s i n x ,c o s x 等类型,这三类广义上被称为超越函数.求解这类题目需要运用放缩㊁换元㊁分类讨论等方法.在求导过程中,由于三角函数具有周期性,难以通过多次求导使三角函数消失,这造成学生思维上的障碍.因此,教师有必要通过深入研究和分析出三角函数与导数结合问题的解决方法,建立解决此类问题的数学思维模型,进而更加有效地解决此类问题.下面本文对三角函数与导数结合类型中隐零点问题进行探究.1㊀三角函数和对数型函数结合的极值与隐零点问题例1㊀(2019年全国卷Ⅰ理20)已知函数f (x )=s i nx -l n (1+x ),fᶄ(x )为f (x )的导数.证明:(1)fᶄ(x )在区间(-1,π2)存在唯一极大值点;(2)f (x )有且仅有2个零点.分析㊀本题考查的是三角函数和对数型函数的综合问题,是一道导数的压轴题.三角函数的出现从已知条件上就让考生产生畏惧心理,达到初步选拔的作用.第(1)问中极大值的唯一性,本质上还是在导数的层面上研究零点问题,零点值不能具体解得,注重考查隐零点的运用,进一步达到区分不同层次考生的目的.第(2)问表面上是常规的零点问题,实际上对考生提出进一步的要求,考查考生在分类讨论的基础上对隐零点问题的掌握和运用的程度,进而更加有效地起到区分和选拔考生的关键作用.(1)由题意知f(x )(如图1G甲所示)定义域为(-1,+ɕ)且f ᶄ(x )=c o s x -1x +1(如图1G乙所示),令g (x )=c o s x -1x +1,x ɪ(-1,π2),g ᶄ(x )=-s i n x +1(x +1)2(如图1G丙所示).图1㊀㊀因为函数y =1(x +1)2与y =-s i n x 在(-1,π2)上单调递减,所以g ᶄ(x )在(-1,π2)上单调递减.又g ᶄ(0)=-s i n0+1=1>0,g ᶄ(π2)=4(π+2)2-1<0,所以∃x 0ɪ(0,π2),使得g ᶄ(x 0)=0.当x ɪ(-1,x 0)时,gᶄ(x )>0;当x ɪ(x 0,π2)时,gᶄ(x )<0,故g (x )在(-1,x 0)上单调递增,在(x 0,π2)上单调递减,则x =x 0为g (x )唯一的极大值点,故f ᶄ(x )在区间(-1,π2)上存在唯一的极大值点x 0.(2)将定义域分成四个区间:x ɪ(-1,0],x ɪ(0,π2),x ɪ[π2,π],x ɪ(π,+ɕ),进行函数单调性和函数零点存在性的讨论.当x ɪ(-1,0]时,f ᶄ(x )<0,f (x )在(-1,0]上单调递减,f (x )ȡf (0)=0存在唯一零点.当x ɪ(0,π2)时,由(1)知f ᶄ(x )在(0,π2)内存在唯一极大值点,故引入x 0,x 1对极值点和零点进行虚设,这种隐零点的使用是对考生数学抽象能力运用在具体题目中的进一步考验.fᶄ(x )在(0,x 0)上单调递增,在(x 0,π2)上单调递减,又f ᶄ(0)=0,所以f ᶄ(x 0)>0,f (x )在(0,x 0)上单调递增,此时f (x )>f (0)=0,不存在零点.又因为f ᶄ(π2)=-2π+2<0,所以∃x 1ɪ(x 0,π2),使得fᶄ(x 1)=0,所以f (x )在(x 0,x 1)上单调递增,在(x 1,π2)上单调递减.又因为f (x 0)>f (0)=0,11f (π2)=l n 2e π+2>l n1=0,所以f (x )>0在(x 0,π2)上恒成立,此时不存在零点.故当x ɪ(0,π2)时,f (x )>0,从而f (x )在(0,π2)上不存在零点.当x ɪ[π2,π]时,f ᶄ(x )<0,f (x )在[π2,π]上单调递减,f (π2)>0,f (π)<0,所以f (x )在[π2,π]存在唯一零点.当x ɪ(π,+ɕ)时,l n (x +1)>1,所以f (x )<0,f (x )在(π,+ɕ)没有零点.综上,f (x )有且仅有2个零点.本题主要考查导数在函数中的应用,考查考生基础性㊁综合性㊁应用性㊁创新性四个关键能力.同时,对考生的数学抽象㊁逻辑推理㊁数学建模㊁直观想象㊁数学运算㊁数学分析六个核心素养要求较高.利用导数判断函数的单调性㊁求解极值和零点问题,重点考查等价转化思想和分类讨论思想.对函数多次求导将极值问题转化成零点问题,需要较强的逻辑推理能力,实质上极值点也是一类零点问题.零点问题主要有四类:零点存在性问题㊁零点个数问题㊁零点求解问题㊁零点应用问题.在求解零点过程中无法具体解得零点时,考生应该引入隐零点.隐零点一般采用设而不求的策略,可以虚设零点,估算零点位置,进而运用代换转化㊁参数分离㊁放缩等方法解决问题.2㊀三角函数和对数函数结合中含有参数的极值与隐零点问题例2㊀已知函数f (x )=l n x -s i n x +a x (a >0).若f (x )在(0,2π)上有且仅有1个极值点,求a 的取值范围.由题知f (x )=l n x -s i n x +a x (如图2G甲所示),fᶄ(x )=1x-c o s x +a (如图2G乙所示).当x ɪ(0,1]时,f ᶄ(x )ȡ1-c o s x +a >0,f (x )无极值点.当x ɪ(1,π2)时,设g (x )=1x-c o s x +a ,则gᶄ(x )=-1x 2+s i n x (如图2G丙所示).由于g ᶄ(1)<0,gᶄ(π2)>0,故∃x 0ɪ(1,π2),使得g ᶄ(x 0)=0,即-1x 20+s i n x 0=0,1x 0=s i n x 0,故fᶄ(x 0)=s i n x 0-c o s x 0+a .因为s i n x 0>s i n x 0,所以fᶄ(x 0)>s i n x 0-c o s x 0+a >0,f (x ).图2当x ɪ[π2,3π2]时,f ᶄ(x )>0,f (x )无极值点.当x ɪ(3π2,2π)时,易知f ᶄ(3π2)>0.因为f (x )在(0,2π)上有且仅有1个极值点,所以f ᶄ(2π)<0,即a <1-12π,故a 的取值范围为(0,1-12π).本题重点考查三角函数的单调性㊁有界性㊁周期性㊁特殊点和放缩法,先结合参数范围确定单调性,再进行分类讨论.关键是分析函数在x ɪ(1,π2)内的单调性,通过二次求导得到1x 0=s i n x 0,然后代入f ᶄ(x 0),通过s i n x 0>s i n x 0的放缩,确定此区间内无极值点.结合范围进行适当放缩是解决三角函数型导数问题的必要方法,一些结论需要先证后用,对逻辑推理思维能力有较高要求.隐零点的运用要注重三个步骤:1)根据已知条件确定零点的存在范围;2)根据零点的意义进行代数式的替换;3)结合前两步确定目标函数的范围.最后,结合零点存在性定理得到最终结果.3㊀三角函数和指数函数结合的不等式与隐零点问题例3㊀已知函数f (x )=e xs in x -a x ,当0<a <1时,求证:对任意的x ɪ[0,3π4],都有f (x )ȡ0.因为f (x )=e xs i n x -a x (如图3G甲所示),所以f ᶄ(x )=e x(s i n x +c o s x )-a (如图3G乙所示).设g (x )=e x (s i n x +c o s x )-a ,则g ᶄ(x )=2e xc o s x (如图3G丙所示).当x ɪ[0,π2]时,g ᶄ(x )ȡ0,g (x )单调递增;当21xɪ(π2,3π4]时,gᶄ(x)<0,g(x)单调递减.图3因为g(0)=fᶄ(0)=1-a>0,g(3π4)=fᶄ(3π4)=-a<0,所以∃x0ɪ[0,3π4],使得fᶄ(x0)=0.当xɪ[0,x0)时,fᶄ(x)>0,f(x)在[0,x0)上单调递增;当xɪ(x0,3π4]时,fᶄ(x)<0,f(x)在(x0,3π4]上单调递减.因为f(0)=0,f(3π4)=22e3π4-3π4a>22e3π4-3>0,所以当0<a<1时,对任意的xɪ[0,3π4],都有f(x)ȡ0.本题是指数函数和三角函数的综合问题,根据e x型函数的特点,利用其性质㊁范围㊁导数等优化函数表达式.同时在已知参数范围的前提下,利用参数边界的特点确定不等式的范围,达到消参或者放缩不等式的目标.运算过程中对结果的估算也是必不可少的,估算可以减少不必要的计算过程.在解题过程中需要使用某个方程的根,当根无法求出时,需要借助隐零点的运用对函数进行分析,让隐零点关联作用得到充分发挥.4㊀三角函数、对数函数和指数函数结合的恒成立与隐零点问题例4㊀已知函数f(x)=e x+l n(x+1)+a s i n x.若f(x)ȡ1对任意xɪ[0,π]恒成立,求实数a的取值范围.因为f(x)=e x+l n(x+1)+a s i n x(如图4G甲所示),所以fᶄ(x)=e x+1x+1+a c o s x(如图4G乙所示).当aȡ0时,因为xɪ[0,π],所以s i n xȡ0,f(x)=e x+l n(x+1)+a s i n xȡe x+㊀㊀当a<0时,设g(x)=e x+1x+1+a c o sx,则gᶄ(x)=e x-1(x+1)2-a s i n x(如图4G丙所示).当xɪ[0,π]时,因为e xȡ0,0<1(x+1)2ɤ1,-a s i n xȡ0,所以gᶄ(x)ȡ0,即g(x)在[0,π]上单调递增.g(0)=fᶄ(0)=2+a.图4当-2ɤa<0时,fᶄ(x)ȡfᶄ(0)=2+aȡ0,所以f(x)在[0,π]上单调递增,又f(0)=1,所以f(x)ȡf (0)=1恒成立.当a<-2时,fᶄ(0)=2+a<0,fᶄ(π)>0,所以∃x0ɪ[0,π],使得fᶄ(x0)=0.当xɪ[0,x0)时, fᶄ(x)<0,f(x)在[0,x0)上单调递减,f(x0)<f(0)=1,所以当a<-2时,f(x)ȡ1不恒成立.综上所述,当aȡ-2时,f(x)ȡ1对任意xɪ[0,π)恒成立.本题是指数函数㊁对数函数㊁三角函数三者相结合的综合问题.恒成立问题实际上是最值问题,利用导数研究函数的单调性和不等式恒成立问题的关键是多次构造函数并求导.判断新函数的性质,然后回溯递推.恒成立问题往往涉及分类讨论思想㊁转化思想,结合三角函数的有界性和特殊点法进行单调性的判断.隐零点的应用一般需要结合所讨论区间的端点值确定范围.不同解题模型各有优势,在选择中不是比较哪一种模型更新颖,而是考虑在同等情况下哪一种模型解决的问题更多,更接近通法通解,更有利于学生对知识的融会贯通,更有利于提高解题成功率.从学生的薄弱知识点入手,在学习过程中不是一味地记公式和结论,而是要弄清楚这一结论是如何推导出来的,适合解哪一类问题,是否可以作为解决这一类问题的通法,进而理清解题思路,构建出恰当的解题模型,达到随时可以调用的效果,真正做到以不变应万变.(作者单位:广东省佛山市顺德区乐从中学)31。
2022年高考数学全国乙卷导数压轴题解析

㊀㊀㊀讲题比赛获奖论文之六:2022年高考数学全国乙卷导数压轴题解析◉中央民族大学附属中学呼和浩特分校㊀李雪峰㊀㊀摘要:函数零点问题在高考压轴题中经常出现.在解题过程中,按照一定标准对参数分类讨论㊁把握细节确定方向㊁引入隐零点㊁区间卡根,这些方面都可能成为解决零点问题的障碍.所以,选取适当的角度观察㊁分析,根据题目中的关键信息制定策略㊁拟定解题思路,并在此基础上进行计算㊁推理论证,往往是解题的关键.只有明白了思考的底层逻辑,才能使分析问题㊁解决问题的能力有所提高.关键词:函数零点问题;分类讨论;数形结合;区间卡根1试题呈现(2022年高考数学全国乙卷第21题)已知函数f (x )=l n (1+x )+a x e -x.(1)当a =1时,求曲线y =f (x )在点(0,f (0))处的切线方程;(2)若f (x )在区间(-1,0),(0,+ɕ)各恰有一个零点,求a 的取值范围.2试题解析本题的第(1)问不多赘述,下面给出第(2)问的几种不同的思考角度和解题方法.2.1思路一及解法2.1.1解题思路一的形成因为题中所给条件是函数零点问题,所以我们先观察函数值的正负情况以及何时为零.当a ȡ0时,若x >0,则f (x )=l n (1+x )+a x e -x>0恒成立,与题意不符.因此,下面只讨论a <0时的情形.通过观察易知f (0)=0,当x ң-1时,f (x )ң-ɕ;当x ң+ɕ时,f (x )ң+ɕ.要使f (x )在区间(-1,0),(0,+ɕ)各恰有一个零点,则可以猜测f (x )的图象大致如图1所示.图1由图1可知,fᶄ(0)=a +1<0显然为其必要条件,即a <-1.下面需要说明:①当a ȡ-1时,不符合题意;②当a <-1时,讨论函数f (x )的单调性,再根据零点存在定理说明在区间(-1,0)和(0,+ɕ)上各恰有一个零点.思路一的思维导图如图2所示.函数f (x )零点问题观察函数的零点及正负情况确定讨论a 的标准说明a ȡ0和-1ɤa <0时不符合题意当a <-1时,利用隐零点讨论f (x )的单调性,并区间探点,说明a <-1时符合题意得出结论图22.1.2具体解法解法1:由思路一的分析可知a ȡ0不合题意,下面只讨论a <0时的情形.由f (x )求导,得f ᶄ(x )=e x +a (1-x 2)(x +1)ex.设g (x )=e x +a (1-x 2).当-1ɤa <0时,在区间(0,+ɕ)上,有g (x )=e x +a (1-x 2)=(e x+a )-a x 2>0.所以,在区间(0,+ɕ)上,f ᶄ(x )>0,f (x )单调递增,则f (x )>f (0)=0,这与题意不符.当a <-1时,g ᶄ(x )=e x-2a x ,因为g ᵡ(x )=e x-2a >0,所以g ᶄ(x )在区间(-1,+ɕ)上单调递增.又因为g ᶄ(-1)=e -1+2a <0,gᶄ(0)=1>0,所以存在唯一x 0ɪ(-1,0),使g ᶄ(x 0)=0.因此,当x ɪ(-1,x 0)时,g ᶄ(x )<0,g(x )单调递减;当x ɪ(x 0,+ɕ)时,g ᶄ(x)>0,g (x )单调递增.(为直观起见,下面分别画出函数g ᶄ(x ),g (x ),f (x )的大致图象,如图3~5所示.)图3㊀㊀图4322022年12月上半月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀试题研究命题考试Copyright ©博看网. All Rights Reserved.㊀㊀㊀图5于是g (x 0)<g (0)=a +1<0,又因为g (-1)=1e >0,g (1)=e >0,所以存在x 1ɪ(-1,x 0),x 2ɪ(x 0,1),使g (x 1)=g (x 2)=0.当x ɪ(-1,x 1)时,g (x )>0,f ᶄ(x )>0,f (x )单调递增;当x ɪ(x 1,x 2)时,g (x )<0,f ᶄ(x )<0,f (x )单调递减;当x ɪ(x 2,+ɕ)时,g (x )>0,fᶄ(x )>0,f (x )单调递增.同时可知f (x 1)>f (0)=0,f (x 2)<f (0)=0.(至此,利用隐零点求出了函数f (x )的单调区间.下面利用放缩法进行区间卡根,根据零点存在定理说明在区间(-1,0)和(0,+ɕ)上各恰有一个零点.)当-1<x <0时,因为x e -x>-e(证明略),所以f (x )=l n (1+x )+a x e -x<l n (x +1)-e a .由l n (x +1)-e a <0,得x <e e a -1.取m =e e a-1,则f (m )<0,从而存在唯一s ɪ(m ,x 1),使f (s )=0.当x >0时,因为x e -xɤ1e (证明略),所以f (x )=l n (1+x )+a x e -x>l n (x +1)+a e.由l n (x +1)+a e>0,得x >e -a e-1.取n =e -a e-1,则f (n )>0,从而存在唯一t ɪ(x 2,n ),使f (t )=0.所以,当a <-1时,函数f (x )区间(-1,0)和(0,+ɕ)上各恰有一个零点.综上所述,a 的取值范围是(-ɕ,-1).解法2:当a ȡ0时,在区间(0,+ɕ)上,f (x )=l n (1+x )+a x e -x>0,与题意不符.下面只讨论a <0时的情形.由f (x )求导得f ᶄ(x )=1x +1+a (1-x )ex=1x +1[1+a (1-x 2)e x].(注意常见的变形技巧:对数 单身狗 ,指数 找朋友 .)设g (x )=1+a (1-x 2)ex,x ɪ(-1,+ɕ).求导,得g ᶄ(x )=a (x 2-2x -1)ex,x ɪ(-1,+ɕ).易得g (x )在(-1,1-2)上单调递减,在(1-2,1+2)上单调递增,在(1+2,+ɕ)上单调递增.当-1ɤa <0时,g (0)=a +1ȡ0,又因为当x >1+2时,g (x )=1+a (1-x 2)ex>1,所以当x >0时,g (x )>0,f ᶄ(x )>0,f (x )单调递增,从而f (x )>f (0)=0,这与题意不符.(为直观起见,给出g (x )的图象,如图6所示.)图6当a <-1时,g (0)=a +1<0,因为g (-1)=g (1)=1>0,g (1-2)<g (0)<0,所以存在唯一x 1ɪ(-1,0),x 2ɪ(0,1),使g (x 1)=g (x 2)=0.此时f (x )在(-1,x 1)上单调递增,(x 1,x 2)上单调递减,在(x 2,+ɕ)上单调递增.故f (x 1)>f (0)=0>f (x 2).(为直观起见,给出g (x ),f (x )的图象,如图7.)㊀图7下面找点说明f (x )在区间(-1,0),(0,+ɕ)上有零点.f (x )=l n (1+x )+a xex (a <-1).设m (x )=x e x ,则x ɪ(-1,1)时,m ᶄ(x )=1-xex >0,x ɪ(1,+ɕ)时,m ᶄ(x )<0.于是m (x )ɪ-e ,1e æèçöø÷.所以,可得l n (1+x )+ae<l n (1+x )+a xex <l n (1+x )-a e .由l n (1+x )+a e=0,解得x =e -ae-1>0,f (e -a e-1)>l n (1+e --1)+a e=0.由l n (1+x )-a e =0,解得x =e e a-1.所以可得f (e a e -1)<l n (1+e a e-1)-a e =0.所以f (x )在区间(-1,0),(0,+ɕ)上各恰有一个零点.综上所述,a 的取值范围是(-ɕ,-1).点评:解法1和解法2的基本思路一样,都是按照一定的标准对参数a 进行分类讨论,然后借助隐零点将函数的定义域分成若干个单调区间,最后在每个单调区间上卡根,根据零点存在定理说明函数零点的情况.解法2在求导后将导函数等价变形,使再求导后只需解一个不含参的二次不等式,简化了运算.解题一般是按照由易到难的顺序进行思考,即先42命题考试试题研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2022年12月上半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.㊀㊀㊀观察㊁猜想,再分析㊁思辨,最后论证㊁求解.题目越复杂越要注意细节,细节往往是打通解题思路的关键.2.2思路二及解法2.2.1解题思路二的形成函数零点的问题往往可以转化为两个函数图象交点问题,因此该题可以考虑参变分离,将函数零点的问题转化为直线与另一个函数图象交点问题,同时还可以避免参数讨论带来的麻烦.思路二的思维导图,如图8所示.函数f (x )零点问题转化为直线y =-a 与y =F (x )图象交点问题求导后,讨论F ᶄ(x )的符号及F (x )的单调性x >0时,求出F (x )在x =0处的极限,由图可得a <-1当x <0时,利用隐零点,讨论F (x )的单调性,并求出F (x )当x 趋于-1时的极限,由图可得a <-1得出结论图82.2.2具体解法解法3:因为f (0)=0,所以f (x )=0等价于-a =e x l n (1+x )x.令F (x )=e x l n (1+x )x (x >-1),则F ᶄ(x )=e x[(x 2-1)l n (1+x )+x ]x 2(x +1).令g (x )=(x 2-1)l n (1+x )+x ,则gᶄ(x )=x [1+2l n (1+x )].(注意到g (0)=0,所以先讨论g (x )在x >0时的正负情况.)当x >0时,gᶄ(x )>0,则g (x )单调递增,g (x )>g (0)=0,从而当x >0时,F ᶄ(x )>0,F (x )在(0,+ɕ)单调递增.由导数定义,得㊀F (x )>l i m x ң0F (x )=l i m x ң0e xl n (1+x )-e 0l n (1+0)x -0=[e xl n (1+x )]ᶄ|x =0=[e x 11+x +e xl n (1+x )]|x =0=1.(为直观起见,下面给出F (x )的图象.)图9如图9所示,要使直线y =a 与F (x )图象在y 轴右侧恰有一个交点,则必然有-a >1,即a <-1.因为e e l n (1+e -a )e-a+a >l n (1+e -a )+a >l n e -a+a =0,所以由零点存在定理可知,a <-1时,f (x )在区间(0,+ɕ)恰有一个零点.当-1<x <0时,令g ᶄ(x )=0,得x =e --1.易知g (x )在(-1,e -12-1)上单调递增,在(e -12-1,0)上单调递减,则g (e -12-1)>g (0)=0.因为g (e -1-1)=-e 2+3e -1e2<0,所以存在唯一x 0ɪ(e -1-1,e -12-1),使g (x 0)=0.(为直观起见,给出g (x ),F (x )的图象,如图10.)㊀㊀图10当-1<x <x 0时,g (x )<0,F ᶄ(x )<0,F (x )单调递减;当x 0<x <0时,g (x )>0,F ᶄ(x )>0,F (x )单调递增.所以F (x 0)<l i m x ң0F (x )=1.又因为l i m x ң-1F (x )=+ɕ,所以要使直线y =a 与f (x )图象在y 轴左侧恰有一个交点,则必然有-a >1,即a <-1.综上所述,当a <-1时,f (x )在区间(-1,0),(0,+ɕ)各恰有一个零点.点评:解法3的好处在于对F (x )求导后避免了参数的讨论;难点在于当x 趋于0时F (x )的极限值不易求出,虽然可用洛必达法则,但是超出了高中所学.该解法绕开了洛必达法则,利用导数的定义求出F (x )在x =0处的极限,比较巧妙,不易想到.3试题链接下面给出两道高考真题,供读者练习.试题1㊀(2017年全国Ⅰ卷理科)已知函数f (x )=a e 2x +(a -2)e x-x .(1)讨论f (x )的单调性;(2)若f (x )有两个零点,求a 的取值范围.试题2㊀(2018年全国Ⅱ卷理科)已知函数f (x )=e x-a x 2.(1)若a =1,证明:当x ȡ0时,f (x )ȡ1;(2)若f (x )在(0,+ɕ)只有一个零点,求a .4总结函数零点问题是高考的常考内容,数形并用㊁合理分类是解题的关键.区间探点是一个难点,常常可以用放缩法解决.上述方法都是解决此类问题的典型方法,由于方法3中的极限值不易求出,考试中绝大多数考生选择了方法1和方法2.该题对学生的逻辑推理能力和运算能力要求较高,解题时要求学生注意细节㊁大胆猜想㊁合理分类㊁准确计算,这样才能将问题顺利解决.Z522022年12月上半月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀试题研究命题考试Copyright ©博看网. 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导数问题中虚设零点的三个技巧

技巧1 整体代换,将超越式转化为普通式.
如果f′(x)是超越形式(对字母进行了有限次初等超越运算 包 括 无 理 数 乘 方、指 数、对 数、三 角、反三角等运算的解析式,称 为 初 等 超 越 式,简称超越式),并且f′(x)的零点是存在的但 无法求出,这时可采用虚设零点法,逐步分析出“零点”所在的范围 和满足 的 关 系 式,然后分析出相应的函数的单调性,最后通过恰当 运用函数的极值与零点所满足的“关系”推演出所要求的结果.通过 这种形式化的合理 代 换 或 推 理,谋求一种整体的转换和过渡,从 而将超越式转化为普通式,有效破解求解或推理证明中的难点.
Байду номын сангаас
如果f′(x)不是超越形式,而是可转化为二次函数,这时很容易想 当然,用求根公式把零点求出来,代入极 值 中 去.但 接 下 来 要 么 计 算 偏 烦,要 么无法化简,复杂的算式让人无处下手,导致后继工
作无法开展.正所谓“思 路 简 单,过 程 烦 人”.这 时有两个处理 技巧.
如果问 题 要 求 解(或 求 证)的结论与参数有关,利用关系式f′(x)=0 (大部 分 情 况 可 转 化 为二次方程),在保留 参 数 的 情 况 下,不 断 地 把 零 点的次数降到不可再降为止,再结合其他条件,建立含参数的方程(或 不 等 式),就可求出参数的值或参数的范围.
导数问题中虚设零点的三个 技巧
导数是解决函 数 单 调 性、极 值、最 值、不 等 式证 明等问题的“利 器”.与导数有关的数学问题往往成 为高考函数压轴题,求解这些压轴题时,经常会碰到 导函数具有零点但求解相对比较繁杂甚至无法求解的 情形.此时,可以将这个零点只设出来而不必求出来, 然后谋求一种整体的转换和过渡,再结合其他条件, 从而最终获得问题的解决.我们称这种解题方法为 “虚设零点”法.
专题05 挖掘“隐零点”,破解导数压轴题-2121年高考数学压轴题之函数零点问题(解析版)

【答案】(Ⅰ)0;(Ⅱ)见解析.
【解析】(Ⅰ)解:因为 f (x) ex+m x3 , 所以 f (x) ex+m 3x2 .……………………………………………………………1 分
因为曲线 y f x 在点 0,f 0 处的切线斜率为1, 所以 f 0 em 1,解得 m 0 .…………………………………………………2 分
(Ⅱ)证法一:因为 f (x) ex+m x3 , g x ln x 1 2 ,
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所以 f x g (x) x3 等价于 ex+m ln x 1 2 0 .
当 m 1时, ex+m ln x 1 2 ex1 ln x 1 2 .
要证 ex+m ln x 1 2 0 ,只需证明 ex1 ln(x 1) 2 0 .………………4 分
,解得: ,
由
,解得:
,
故 在 递减,在
递增;
2 由 1 知要使 存在最小值,
则且
,
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令
,
,
则
在
递减,
又
,
,
故存在
使得
故在
递增,在
,
故
,
故
, 递减, ,
,
又
,
,
故
.
2.【广东省汕头市 2019 届高三上学期期末】已知函数
.
讨论 的单调性;
若 , 是 的两个极值点,证明:
.
【答案】(1)答案不唯一,具体见解析(2)见解析 【解析】
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
高考数学专题一 微专题8 利用导数研究函数零点问题

④当x∈(π,+∞)时,ln(x+1)>1, 所以f(x)<0,从而f(x)在(π,+∞)上没有零点. 综上,f(x)有且仅有2个零点.
跟踪训练1 (2023·常德模拟)已知函数f(x)=x2+2-aln x(a∈R). x
(1)若f(x)在x=2处取得极值,求f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
因为 f(x)=x2+2x-aln x,x>0,
2x3-ax-2
所以 f′(x)= x2
(x>0),
令g(x)=2x3-ax-2,则g′(x)=6x2-a,
由 a>0,g′(x)=0,可得 x= a6,
所以 g(x)在0,
a6上单调递减,在
a6,+∞上单调递增,
由于 g(0)=-2<0,故当 x∈0,
a6时,g(x)<0,
又g(1)=-a<0,故g(x)在(1,+∞)上有唯一零点,设为x1,
从而可知f(x)在(0,x1)上单调递减,在(x1,+∞)上单调递增,
由于f(x)有唯一零点x0,故x1=x0,且x0>1,
所以有 2x30-ax0-2=0,x20+x20-aln x0=0,
联立得 2ln x0-x30-3 1-1=0,
(*)
令 h(x)=2ln x-x3-3 1-1,可知 h(x)在(1,+∞)上单调递增,
由于 h(2)=2ln 2-170<2×0.7-170<0,h(3)=2ln 3-2296>2×1-2296>0, 故方程(*)的唯一解,即f(x)的唯一零点x0∈(2,3),故[x0]=2.
考点二 由零点个数求参数范围
③若a<-1, (ⅰ)当x∈(0,+∞)时, 则g′(x)=ex-2ax>0, 所以g(x)在(0,+∞)上单调递增, 又g(0)=1+a<0,g(1)=e>0, 所以存在m∈(0,1), 使得g(m)=0,即f′(m)=0, 当x∈(0,m)时,f′(x)<0,f(x)单调递减, 当x∈(m,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增, 所以当x∈(0,m)时,f(x)<f(0)=0,
导数压轴题中函数零点求参问题的分析思路和解题方法

导数压轴题中函数零点求参问题的分析思路和解题⽅法已知函数有零点(⽅程有根),求参数取值范围常⽤的⽅法
(1)直接法:直接根据题设条件构建关于参数的不等式(组),通过解不等式(组)确定参数范围;
(2)分离参数法:先将参数分离,化为a=g(x)的形式,进⽽转化成求函数最值问题加以解决;
(3)数形结合法:将函数解析式(⽅程)适当变形,转化为图象易得的函数与⼀个含参的函数的差,在同
⼀平⾯直⾓坐标系中画出这两个函数的图象,结合函数的单调性、周期性、奇偶性等性质及图象
求解.
经典例题:
的影响,所以多利⽤导数来研究函数的性质,从⽽较为准确地画出函数的草图,进⽽解决零点问题.。
导数压轴题之隐零点问题专辑含答案纯

导数压轴题之隐零点问题导数压轴题之隐零点问题共13题1.已知函数fx=ae x﹣a﹣xe x a≥0,e=…,e为自然对数的底数,若fx≥0对于x∈R恒成立.1求实数a的值;2证明:fx存在唯一极大值点x0,且.解答1解:fx=e x ae x﹣a﹣x≥0,因为e x>0,所以ae x﹣a﹣x≥0恒成立,即ae x﹣1≥x恒成立,x=0时,显然成立,x>0时,e x﹣1>0,故只需a≥在0,+∞恒成立,令hx=,x>0,h′x=<0,故hx在0,+∞递减,而==1,故a≥1,x<0时,e x﹣1<0,故只需a≤在﹣∞,0恒成立,令gx=,x<0,g′x=>0,故hx在﹣∞,0递增,而==1,故a≤1,综上:a=1;2证明:由1fx=e x e x﹣x﹣1,故f'x=e x2e x﹣x﹣2,令hx=2e x﹣x﹣2,h'x=2e x﹣1,所以hx在﹣∞,ln单调递减,在ln,+∞单调递增,h0=0,hln=2eln﹣ln﹣2=ln2﹣1<0,h﹣2=2e﹣2﹣﹣2﹣2=>0,∵h﹣2hln<0由零点存在定理及hx的单调性知,方程hx=0在﹣2,ln有唯一根,设为x0且2e x0﹣x0﹣2=0,从而hx有两个零点x0和0,所以fx在﹣∞,x0单调递增,在x0,0单调递减,在0,+∞单调递增,从而fx存在唯一的极大值点x0即证,由2e x0﹣x0﹣2=0得e x0=,x0≠﹣1,∴fx0=e x0e x0﹣x0﹣1=﹣x0﹣1=﹣x02+x0≤2=,取等不成立,所以fx0<得证,又∵﹣2<x0<ln,fx在﹣∞,x0单调递增所以fx0>f﹣2=e﹣2e﹣2﹣﹣2﹣1=e﹣4+e﹣2>e﹣2>0得证,从而0<fx0<成立.2.已知函数fx=ax+xlnxa∈R1若函数fx在区间e,+∞上为增函数,求a的取值范围;2当a=1且k∈Z时,不等式kx﹣1<fx在x∈1,+∞上恒成立,求k的最大值.解答解:1∵函数fx在区间e,+∞上为增函数,∴f′x=a+lnx+1≥0在区间e,+∞上恒成立,∴a≥﹣lnx﹣1max=﹣2.∴a≥﹣2.∴a的取值范围是﹣2,+∞.2a=1时,fx=x+lnx,k∈Z时,不等式kx﹣1<fx在x∈1,+∞上恒成立,∴k<,令gx=,则g′x=,令hx=x﹣lnx﹣2x>1.则h′x=1﹣=>0,∴hx 在1,+∞上单增,∵h3=1﹣ln3<0,h4=2﹣2ln2>0,存在x0∈3,4,使hx0=0.即当1<x<x0时hx<0 即g′x<0x>x0时hx>0 即g′x>0gx在1,x0上单减,在x0+∞上单增.令hx0=x0﹣lnx0﹣2=0,即lnx0=x0﹣2,gx min=gx0===x0∈3,4.k<gx min=x0∈3,4,且k∈Z,∴k max=3.3.函数fx=alnx﹣x2+x,gx=x﹣2e x﹣x2+m其中e=….1当a≤0时,讨论函数fx的单调性;2当a=﹣1,x∈0,1时,fx>gx恒成立,求正整数m的最大值.解答解:1函数fx定义域是0,+∞,,i当时,1+8a≤0,当x∈0,+∞时f'x≤0,函数fx的单调递减区间是0,+∞;ⅱ当,﹣2x2+x+a=0的两根分别是:,,当x∈0,x1时f'x<0.函数fx的单调递减.当x∈x1,x2时f'x>0,函数fx的单调速递增,当x∈x2,+∞时f'x<0,函数fx的单调递减;综上所述,i当时fx的单调递减区间是0,+∞,ⅱ当时,fx的单调递增区间是,单调递减区间是和2当a=﹣1,x∈0,1时,fx>gx,即m<﹣x+2e x﹣lnx+x,设hx=﹣x+2e x﹣lnx+x,x∈0,1,∴,∴当0<x≤1时,1﹣x≥0,设,则,∴ux在0,1递增,又∵ux在区间0,1上的图象是一条不间断的曲线,且,∴使得ux0=0,即,当x∈0,x0时,ux<0,h'x<0;当x∈x0,1时,ux>0,h'x>0;∴函数hx在0,x0单调递减,在x0,1单调递增,∴=,∵在x∈0,1递减,∵,∴,∴当m≤3时,不等式m<﹣x+2e x﹣lnx+x对任意x∈0,1恒成立,∴正整数m的最大值是3.4.已知函数fx=e x+a﹣lnx其中e=…,是自然对数的底数.Ⅰ当a=0时,求函数a=0的图象在1,f1处的切线方程;Ⅱ求证:当时,fx>e+1.解答Ⅰ解:∵a=0时,∴,∴f1=e,f′1=e﹣1,∴函数fx的图象在1,f1处的切线方程:y﹣e=e﹣1x﹣1,即e﹣1x﹣y+1=0;Ⅱ证明:∵,设gx=f′x,则,∴gx是增函数,∵e x+a>e a,∴由,∴当x>e﹣a时,f′x>0;若0<x<1e x+a<e a+1,由,∴当0<x<min{1,e﹣a﹣1}时,f′x<0,故f′x=0仅有一解,记为x0,则当0<x<x0时,f′x<0,fx递减;当x>x0时,f′x>0,fx递增;∴,而,记hx=lnx+x,则,﹣a<hx0<h,而hx显然是增函数,∴,∴.综上,当时,fx>e+1.5.已知函数fx=axe x﹣a+12x﹣1.1若a=1,求函数fx的图象在点0,f0处的切线方程;2当x>0时,函数fx≥0恒成立,求实数a的取值范围.解答解:1若a=1,则fx=xe x﹣22x﹣1,当x=0时,f0=2,f'x=xe x+e x﹣4,当x=0时,f'0=﹣3,所以所求切线方程为y=﹣3x+2.……3分2由条件可得,首先f1≥0,得,而f'x=ax+1e x﹣2a+1,令其为hx,h'x=ax+2e x恒为正数,所以hx即f'x单调递增,而f'0=﹣2﹣a<0,f'1=2ea﹣2a﹣2≥0,所以f'x存在唯一根x0∈0,1,且函数fx在0,x0上单调递减,在x0+∞上单调递增,所以函数fx的最小值为,只需fx0≥0即可,又x0满足,代入上式可得,∵x0∈0,1,∴,即:fx0≥0恒成立,所以.……13分6.函数fx=xe x﹣ax+b的图象在x=0处的切线方程为:y=﹣x+1.1求a和b的值;2若fx满足:当x>0时,fx≥lnx﹣x+m,求实数m的取值范围.解答解:1∵fx=xe x﹣ax+b,∴f′x=x+1e x﹣a,由函数fx的图象在x=0处的切线方程为:y=﹣x+1,知:,解得a=2,b=1.2∵fx满足:当x>0时,fx≥lnx﹣x+m,∴m≤xe x﹣x﹣lnx+1,①令gx=xe x﹣x﹣lnx+1,x>0,则=,设g′x0=0,x0>0,则=,从而lnx0=﹣x0,g′=3<0,g′1=2e﹣1>0,由g′﹣g′1<0,知:,当x∈0,x0时,g′x<0;当x∈x0,+∞时,g′x>0,∴函数gx在0,x0上单调递减,在x0,+∞上单调递增.∴gx min=gx0=﹣x0﹣lnx0=﹣x0﹣lnx0=x0﹣x0+x0=1.m≤xe x﹣x﹣lnx+1恒成立m≤gx min,∴实数m的取值范围是:﹣∞,1.7.已知函数fx=3e x+x2,gx=9x﹣1.1求函数φx=xe x+4x﹣fx的单调区间;2比较fx与gx的大小,并加以证明.解答解:1φ'x=x﹣2e x﹣2,令φ'x=0,得x1=ln2,x2=2;令φ'x>0,得x<ln2或x>2;令φ'x<0,得ln2<x<2.故φx在﹣∞,ln2上单调递增,在ln2,2上单调递减,在2,+∞上单调递增.2fx>gx.证明如下:设hx=fx﹣gx=3e x+x2﹣9x+1,∵h'x=3e x+2x﹣9为增函数,∴可设h'x0=0,∵h'0=﹣6<0,h'1=3e﹣7>0,∴x0∈0,1.当x>x0时,h'x>0;当x<x0时,h'x<0.∴hx min=hx0=,又,∴,∴==x0﹣1x0﹣10,∵x0∈0,1,∴x0﹣1x0﹣10>0,∴hx min>0,∴fx>gx.8.已知函数fx=lnx+ax﹣12a>0.1讨论fx的单调性;2若fx在区间0,1内有唯一的零点x0,证明:.解答解:1,①当0<a≤2时,f'x≥0,y=fx在0,+∞上单调递增,②当a>2时,设2ax2﹣2ax+1=0的两个根为,且,y=fx在0,x1,x2,+∞单调递増,在x1,x2单调递减.2证明:依题可知f1=0,若fx在区间0,1内有唯一的零点x0,由1可知a>2,且.于是:①②由①②得,设,则,因此gx在上单调递减,又,根据零点存在定理,故.9.已知函数fx=,其中a为常数.1若a=0,求函数fx的极值;2若函数fx在0,﹣a上单调递增,求实数a的取值范围;3若a=﹣1,设函数fx在0,1上的极值点为x0,求证:fx0<﹣2.解答解:1fx=的定义域是0,+∞,f′x=,令f′x>0,解得0<x<,令f′x<0,解得:x>,则fx在0,递增,在,+∞递减,=f=,无极小值;故fx极大值2函数fx的定义域为{x|x>0且x≠﹣a}.=,要使函数fx在0,﹣a上单调递增,则a<0,又x∈0,﹣a时,a<x+a<0,只需1+﹣2lnx≤0在0,﹣a上恒成立,即a≥2xlnx﹣x在0,﹣a上恒成立,由y=2xlnx﹣x的导数为y′=21+lnx﹣1=1+2lnx,当x>时,函数y递增,0<x<时,函数y递减,当﹣a≤即﹣<a<0时,函数递减,可得a≥0,矛盾不成立;当﹣a>即a<﹣时,函数y在0,递减,在,﹣a递增,可得y<﹣2aln﹣a+a,可得a≥﹣2aln﹣a+a,解得﹣1≤a<0,则a的范围是﹣1,0;3证明:a=﹣1,则fx=导数为f′x=,设函数fx在0,1上的极值点为x0,可得1﹣2lnx0﹣=0,即有2lnx0=1﹣,要证fx0<﹣2,即+2<0,由于+2=+2==,由于x0∈0,1,且x0=,2lnx0=1﹣不成立,则+2<0,故fx0<﹣2成立.10.已知函数fx=lnx﹣x+1,函数gx=axe x﹣4x,其中a为大于零的常数.Ⅰ求函数fx的单调区间;Ⅱ求证:gx﹣2fx≥2lna﹣ln2.解答解:Ⅰ…………………………………2分x∈0,1时,f'x>0,y=fx单增;x∈1,+∞时,f'x<0,y=fx单减 (4)Ⅱ证明:令hx=axe x﹣4x﹣2lnx+2x﹣2=axe x﹣2x﹣2lnx﹣2a>0,x>0 (5)故 (7)令h'x=0即,两边求对数得:lna+x0=ln2﹣lnx0即lnx0+x0=ln2﹣lna (9)∴,∴hx≥2lna﹣2ln2……………………………12分11.已知函数fx=x2﹣a﹣2x﹣alnxa∈R.Ⅰ求函数y=fx的单调区间;Ⅱ当a=1时,证明:对任意的x>0,fx+e x>x2+x+2.解答解:Ⅰ函数fx的定义域是0,+∞,f′x=2x﹣a﹣2﹣=…2分当a≤0时,f′x>0对任意x∈0,+∞恒成立,所以,函数fx在区间0,+∞单调递增;…4分当a>0时,由f′x>0得x>,由f′x<0,得0<x<,所以,函数在区间,+∞上单调递增,在区间0,上单调递减;Ⅱ当a=1时,fx=x2+x﹣lnx,要证明fx+e x>x2+x+2,只需证明e x﹣lnx﹣2>0,设gx=e x﹣lnx﹣2,则问题转化为证明对任意的x>0,gx>0,令g′x=e x﹣=0,得e x=,容易知道该方程有唯一解,不妨设为x0,则x0满足e x0=,当x变化时,g′x和gx变化情况如下表x0,x0x0x0,∞g′x﹣0+gx递减递增gx min=gx0=e x0﹣lnx0﹣2=+x0﹣2,因为x0>0,且x0≠1,所以gx min>2﹣2=0,因此不等式得证.12.已知函数.Ⅰ当a=2时,i求曲线y=fx在点1,f1处的切线方程;ii求函数fx的单调区间;Ⅱ若1<a<2,求证:fx<﹣1.解答解:Ⅰ当a=2时,,定义域为0,+∞,,f′1=﹣1﹣2=﹣3,f'1=2﹣2=0;所以切点坐标为1,﹣3,切线斜率为0所以切线方程为y=﹣3;ii令gx=2﹣lnx﹣2x2,所以gx在0,+∞上单调递减,且g1=0所以当x∈0,1时,gx>0即f'x>0所以当x∈1,+∞时,gx<0即f'x<0综上所述,fx的单调递增区间是0,1,单调递减区间是1,+∞.Ⅱ证明:fx<﹣1,即设,,设φx=﹣ax2﹣lnx+2所以φ'x在0,+∞小于零恒成立即h'x在0,+∞上单调递减因为1<a<2,所以h'1=2﹣a>0,h'e2=﹣a<0,所以在1,e2上必存在一个x0使得,即,所以当x∈0,x0时,h'x>0,hx单调递增,当x∈x0,+∞时,h'x<0,hx单调递减,所以,因为,所以,令hx0=0得,因为1<a<2,所以,,因为,所以hx0<0恒成立,即hx<0恒成立,综上所述,当1<a<2时,fx<﹣1.13.已知函数fx=x﹣alnx+x,其中a∈R1若曲线y=fx在点x0,fx0处的切线方程为y=x,求a的值;2若为自然对数的底数,求证:fx>0.解答解:1fx的定义域为0,+∞,,由题意知,则,解得x0=1,a=1或x0=a,a=1,所以a=1.2令,则,因为,所以,即gx在0,+∞上递增,以下证明在gx区间上有唯一的零点x0,事实上,,因为,所以,,由零点的存在定理可知,gx在上有唯一的零点x0,所以在区间0,x0上,gx=f'x<0,fx单调递减;在区间x0,+∞上,gx=f'x>0,fx单调递增,故当x=x0时,fx取得最小值,因为,即,所以,即>0.∴fx>0.。
导数压轴题中的零点问题(找点技巧和常见模型)

分析:极值点为
x
1 a
(大于
e
),
f
1 a
ln
1 a
1
0
,所以需要在左右两侧各找一个函数值小于零的点.
因为
ln
x
x
1
,要使得
ln
x
ax
0
,只需要
x
1
ax
0
,即
x
1
1
a
,考虑到
0
a
1 e
,所以
1
1
a
1,
e
e
1
,
所以左侧可取:
f 1 a 0 ,
f
1 1
a
ln
1 1
a
a 1 a
1
若 a 0 ,则 f ' x 0 恒成立,所以 f x 在 R 上递减;
若 a 0 ,令 f ' x 0 ,得 ex 1 , x ln 1 .
a
a
当
x
ln
1 a
时,
f
'x
0
,所以
f
x
在
,
ln
1 a
上递减;
当
x
ln
1 a
时,
f
'x
0 ,所以
f
x
在
ln
1 a
,
上递增.
综上,当
a
0
时,
(放缩成类反比例函数) ex 1 x 0 , ex 1 x 0 ,
1 x
x
(放缩成二次函数) ex x2 , ex 1 x 1 x2 x 0 ,
2
第三组:指对放缩
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导数压轴题零点问题练习题一、解答题1.(2020·湖南省高三考试)设函数()()21f x x bx b R =-+∈,()()(),0,0f x x F x f x x ⎧>⎪=⎨->⎪⎩.(1)如果()10f =,求()F x 的解析式;(2)若()f x 为偶函数,且()()g x f x kx =-有零点,求实数k 的取值范围.【答案】(1)()2221,021,0x x x F x x x x ⎧-+>=⎨-+-<⎩(2)(][),22,k ∈-∞-+∞【解析】(1)因为()10f =,所以110b -+=,即2b =.所以()2221,021,0x x x F x x x x ⎧-+>=⎨-+-<⎩. (2)因为()21f x x bx =-+为偶函数,所以0b =,即()21f x x =+.因为()()g x f x kx =-有零点,所以方程210x kx +-=有实数根. 所以240k ∆=-≥, 所以(][),22,k ∈-∞-+∞.2.(2020·全国高三专题练习)已知函数3()sin f x x x =-,()f x '为()f x 的导函数.(1)求()f x 在0x =处的切线方程;(2)求证:()f x '在,22ππ⎛⎫- ⎪⎝⎭上有且仅有两个零点.【答案】(1)y x =;(2)证明见解析. 【解析】(1)()2cos 3,f x x x '=-()01f '=,又()00f =,所以切点为()0,0.故()f x 在0x =处的切线方程为y x =;(2)2()cos 3,f x x x '=-因为()f x '为偶函数,且()01f '=,则只需证明()f x '在0,2π⎛⎫⎪⎝⎭上有且仅有一个零点即可.()sin 6f x x x ''=--,当0,2x π⎛⎫∈ ⎪⎝⎭时()0f x ''<, 故()f x '在0,2π⎛⎫⎪⎝⎭上单调递减, 因为()010f '=>,23022f ππ⎛⎫⎛⎫'=-⨯< ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭, 由零点存在定理,可知存在00,2x π⎛⎫∈ ⎪⎝⎭使得()00f x '=, 所以()f x '在0,2π⎛⎫⎪⎝⎭上有且仅有一个零点, 因此()f x '在,22ππ⎛⎫- ⎪⎝⎭上有且仅有两个零点.3.(2020·安徽省高三期末)已知函数1()(2)xf x e a x x=+++在区间(1,0)-内存在零点. (1)求a 的范围; (2)设22ea >,1221,()x x x x <是()f x 的两个零点,求证:122x x -<. 【答案】(1)0a >(2)证明见解析【解析】(1)由题意,方程1e (2)0x a x x+++=在区间(1,0)-有解, 即方程2e (1)0x x a x ++=在区间(1,0)-有解,设函数2()e (1)x g x x a x =++,即g()x 在区间(1,0)-存在零点. 因为()(1()e )2x g x x a '=++,①若0a >,则e 20x a +>,10x +>,()0g x '>成立,g()x 在区间(1,0)-单调递增,(0)0g a =>,1(1)0e g -=-<,(0)(1)0g g ⋅-<,所以g()x 在区间(1,0)-存在零点;②若0a =,则()e 0x g x x '=<,g()x 在(1,0)-内单调递减,且()(0)0g x g a >==,所以g()x 在区间(1,0)-无零点; ③若0a <,则e 0x x <,2(1)0a x +<, 当(1,0)x ∈-时,()0g x '<,()(1)0g x g <-< 故g()x 在区间(1,0)-无零点; 综上所述,0a >. (2)由(1)可知,22e a >时,g()x 在区间(,1)-∞-单调递减,在区间(1,)-+∞单调递增, 且g()x 在区间(1,0)-存在一个零点; 又22(2)0eg a -=-+>,(2)(1)0g g -⋅-<, 所以g()x 在区间(2,1)--也存在一个零点, 从而2120x x -<<<, 所以122x x -<,不等式得证.4.(2020·安徽省高三月考)已知函数()()()32111323a f x x a x x a R =-++-∈. (1)若1a >,求函数()f x 的极值;(2)当01a << 时,判断函数()f x 在区间[]0,2上零点的个数. 【答案】(1)详见解析;(2)详见解析. 【解析】(1)∵()()32111323a f x x a x x =-++-, ∴()()()21111f x ax a x a x x a ⎛⎫'=-++=-- ⎪⎝⎭,因为1a >,所以101a<<, 当x 变化时,()(),f x f x '的变化情况如下表:由表可得当1x a=时,()f x 有极大值,且极大值为2212316a a f a a -+-⎛⎫= ⎪⎝⎭,当1x =时,()f x 有极小值,且极小值为()()1116f a =--. (2)由(1)得()()11f x a x x a ⎛⎫=-- ⎝'⎪⎭. ∵ 01a <<,∴11a>. ① 当11202a a ≥<≤,即时,()f x 在()0,1上单调递增,在()1,2上递减 又因为()()()()()11100,110,2210363f f a f a =-=--=-≤ 所以()f x 在(0,1)和(1,2)上各有一个零点, 所以()[]0,2f x 在上有两个零点.② 当112a <<,即112a <<时,()f x 在()0,1上单调递增,在11,a ⎛⎫ ⎪⎝⎭上递减,在1,2a ⎛⎫ ⎪⎝⎭上递增, 又因为()()()()()221111100,110,0366a a f f a f a a ---⎛⎫=-=--=> ⎪⎝⎭所以()f x 在[]0,1上有且只有一个零点,在[]1,2上没有零点, 所以在[]0,2上有且只有只有一个零点. 综上:当102a <≤时,()f x 在[]0,2上有两个零点; 当112a <<时,()f x 在[]0,2上有且只有一个零点. 5.(2020·四川省棠湖中学高三月考)已知设函数()ln(2)(1)axf x x x e =+-+.(1)若0a =,求()f x 极值;(2)证明:当1a >-,0a ≠时,函数()f x 在(1,)-+∞上存在零点.【答案】(1)()f x 取得极大值0,无极小值(2)见证明【解析】(1)当0a =时,()()()ln 21f x x x =+-+,定义域为()2,-+∞,由()102x f x x +'=-=+得1x =-.当x 变化时,()f x ', ()f x 的变化情况如下表:故当1x =-时,()f x 取得极大值()()()1ln 21110f -=---+=,无极小值. (2)()()1e 112ax f x a x x ⎡⎤=-++⎣+'⎦,2x >-. 当0a >时,因为1x >-,所以()()()21e 1202axf x a a x x ⎡⎤=--++⎣+'<⎦', ()f x '在()1,-+∞单调递减.因为()11e0af --=->',()1002f b -'=-<,所以有且仅有一个()11,0x ∈-,使()10g x '=,当11x x -<<时,()0f x '>,当1x x >时,()0f x '<, 所以()f x 在()11,x -单调递增,在()1,x +∞单调递减. 所以()()010f x f >-=,而()0ln210f =-<, 所以()f x 在()1,-+∞存在零点.当10a -<<时,由(1)得()()ln 21x x +≤+, 于是e 1x x ≥+,所以()e11axax a x -≥-+>-+.所以()()()()())e e ln 21e 1ln 21]ax ax axf x x x x a x -⎡⎤⎡=+-+>-+++⎣⎣⎦. 于是1111111e e e 1ln e 21]e e 1ln e 1]0a a a a af a a -------⎡⎫⎡⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫>+-+->+--=⎪⎪⎢⎢ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎪⎢⎢⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎭⎣⎭.因为()0ln210f =-<,所以所以()f x 在1e ,a -⎛⎫+∞ ⎪⎝⎭存在零点.综上,当1a >-,0a ≠时,函数()f x 在()1,-+∞上存在零点.6.(2020·湖南省高三期末)已知函数2()(2)ln 47()f x x x ax x a a =++-+∈R .(1)若12a =,求函数()f x 的所有零点; (2)若12a ≥,证明函数()f x 不存在的极值.【答案】(1) 1x = (2)见证明 【解析】(1)当1a 2=时,()()2172ln 422f x x x x x =++-+, 函数()f x 的定义域为()0,∞+,且()2ln 3f x x x x =++-'. 设()2ln 3g x x x x=++-,则()()()2222211221x x x x g x x x x x +-+-='=-+= 0x .当01x <<时,()0g x '<;当1x >时,()0g x '>,即函数()g x 在()0,1上单调递减,在()1,+∞上单调递增, 所以当0x >时,()()10g x g ≥=(当且仅当1x =时取等号). 即当0x >时,()0f x '≥(当且仅当1x =时取等号). 所以函数()f x 在()0,∞+单调递增,至多有一个零点. 因为()10f =,1x =是函数()f x 唯一的零点. 所以若12a =,则函数()f x 的所有零点只有1x =. (2)证法1:因为()()22ln 47f x x x ax x a =++-+, 函数()f x 的定义域为()0,∞+,且()2ln 24x f x x ax x++'=+-. 当12a ≥时,()2ln 3f x x x x≥++-',由(1)知2ln 30x x x++-≥. 即当0x >时()0f x '≥,所以()f x 在()0,∞+上单调递增. 所以()f x 不存在极值.证法2:因为()()22ln 47f x x x ax x a =++-+,函数()f x 的定义域为()0+∞,,且()2ln 24x f x x ax x++'=+-. 设()2ln 24x m x x ax x+=++-, 则()22212222ax x m x a x x x+-=-+=' 0x .设()()2220h x ax x x =+-> ,则()m x '与()h x 同号. 当12a ≥时,由()2220h x ax x =+-=,解得10x =<,20x =>.可知当20x x <<时,()0h x <,即()0m x '<,当2 x x >时,()0h x >,即()0m x '>, 所以()f x '在()20,x 上单调递减,在()2,x +∞上单调递增. 由(1)知2ln 30x x x++-≥. 则()()()2222222ln 321210f x x x a x a x x =++-+-≥-≥'. 所以()()20f x f x ''≥≥,即()f x 在定义域上单调递增. 所以()f x 不存在极值.7.(2020·河北省高三期末)已知函数()11xx f x e x +=--. (Ⅰ)讨论()f x 的单调性,并证明()f x 有且仅有两个零点;(Ⅱ)设0x 是()f x 的一个零点,证明曲线xy e =在点()00,x A x e处的切线也是曲线ln y x =的切线.【答案】(Ⅰ)()f x 在(),1-∞,()1,+∞单调递增,证明见解析;(Ⅱ)见解析. 【解析】(Ⅰ)()f x 的定义域为()(),11,-∞+∞,因为()()2201'x e x f x =+>-,所以()f x 在(),1-∞,()1,+∞单调递增.因为()212103f e --=<,()110f e-=>,所以()f x 在(),1-∞有唯一零点1x , 因为12532f e ⎛⎫⎪⎝⎭=-,由3322.8225e <<<,得302f ⎛⎫< ⎪⎝⎭; 因为()2230f e =->,所以()f x 在()1,+∞有唯一零点2x . 综上,()f x 有且仅有两个零点.(Ⅱ)由题设知()00f x =,即00011x x e x +=-, 由x y e =,得'xy e =,曲线x y e =在()00,x A x e处的切线1l 为:()000x x y e x x e =-+,即()0001x x y e x e x =+-.由ln y x =,得1'y x=,则曲线ln y x =的斜率为0e x 的切线的切点横坐标x 满足01xe x =,解得0x x e -=,代入ln y x =,得00ln x y ex -==-,故曲线ln y x =的斜率为0e x 的切线2l 方程为()0x x y e x e x -=--,即()001x y ex x =-+,由00011x x ex +=-,得()()00011xe x x -=-+,从而1l 与2l 为同一条直线. 8.(2020·重庆高三月考)已知函数()lnf x x ax a =-+(a 为常数)的最大值为0. (1)求实数a 的值;(2)设函数3()(1)ln ()1F x m x x f x e=--+-,当0m >时,求证:函数()F x 有两个不同的零点1x ,2x (12x x <),且121x x e e --<-.【答案】(1)1a =(2)见解析【解析】(1)函数()f x 的定义域为:(0,)+∞,1()axf x x-'=当0a ≤时,()0f x '>,则函数()f x 在(0,)+∞上单调递增,无最大值;当0a >时,令1()0axf x x '-=>,即(1)0x ax -<,解得10x a<<, 所以函数()f x 在1(0,)a上单调递增,1(,)a +∞上单调递减,max 11()()ln 10f x f a a a ==-+=,易知函数1ln y a=与函数1y a =-的图像相交于点(1,0),所以方程1ln 10a a-+=的解为1a =; (2)3()(1)ln ln F x m x x x x e=--+-2111()(ln 1)1()mx m F x m x F x x x x -++'''=++-+⇒=当0m >时()0F x ''>,则()F x '在(0,)+∞上单调递增,又因为()10F '=,所以()F x 在(0,1)上单调递减,在(1,)+∞上单调递增,又()1031e F =-<,112()(1)10F m e e e =-+->,23()(1)0e e F e m e e--=-+>所以函数()F x 有两个不同的零点11(,1)x e ∈,2(1,)x e ∈,故211x x e e-<-. 9.(2020·安徽省高三期末)已知函数()()2e 12e x xf x a a x =+--.(1)当0a <时,讨论()f x 的单调性;(2)若()f x 有两个不同零点1x ,2x ,证明:1a >且120x x +<. 【答案】(1)分类讨论,详见解析;(2)详见解析.【解析】(1)()()()()22e 12e 1e 12e 1x x x x f x a a a '=+--=-+.因为0a <,由()0f x '=得,0x =或1ln 2x a ⎛⎫=- ⎪⎝⎭.i )1ln 02a ⎛⎫-< ⎪⎝⎭即12a <-时,()f x 在1,ln 2a ⎛⎫⎛⎫-∞- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭单调递减,在1ln ,02a ⎛⎫⎛⎫- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭单调递增,在()0,∞+单调递减;ii )1ln 02a ⎛⎫-= ⎪⎝⎭即12a =-时,()f x 在(),-∞+∞单调递减;iii )1ln 02a ⎛⎫-> ⎪⎝⎭即102a -<<时,()f x 在(),0-∞单调递减,在10,ln 2a ⎛⎫⎛⎫- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭单调递增,在1ln ,2a ⎛⎫⎛⎫-+∞ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭单调递减. (2)由(1)知,12a <-时,()f x 的极小值为111ln 1ln 10242f a a a ⎛⎫⎛⎫⎛⎫-=--->> ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭,102a -<<时,()f x 的极小值为()0110f a =->>, 12a =-时,()f x 在(),-∞+∞单调,故0a <时,()f x 至多有一个零点.当0a ≥时,易知()f x 在(),0-∞单调递减,在()0,∞+单调递增.要使()f x 有两个零点,则()00f <,即120a a +-<,得1a >.令()()()F x f x f x =--,(0x >),则()()()F x f x f x '''=+-()()22e 12e 1x xa a =+--()()22e 12e 1x x a a --++--()()()2e e 1e e 2e e 20x x x x x x a ---=+++-++-≥,所以()F x 在0x >时单调递增,()()00F x F >=,()()f x f x >-.不妨设12x x <,则10x <,20x >,20x -<, ()()()122f x f x f x =>-. 由()f x 在(),0-∞单调递减得,12x x <-,即120x x +<.10.(2020·新疆维吾尔自治区高三月考)已知函数221()ln ()x f x a x a R x-=-∈(1)若0a >时,讨论()f x 的单调性;(2)设()()2g x f x x =-,若()g x 有两个零点,求a 的取值范围 【答案】(1)答案不唯一,具体见解析(2)a e >【解析】(1)易知()f x 的定义域为(0,)+∞,且2221()x ax f x x'-+=, 对于222108x ax a -+=∆=-,,又0a >,①若0a <≤0,()0f x '∆≤≥,()f x ∴在(0,)+∞上是增函数;②若a >()0f x '=,得120,0x x =>=>,()f x ∴在()10,x 和()2,x +∞上是增函数,在()12,x x 上是减函数.(2)由1()ln g x a x x=--, ∴定义域为(0,)+∞且222111()a ax ax g x x x x x '--=-=-= ①当0a ≤时,()0g x '>恒成立,()g x 在(0,)+∞上单调递增,则()g x 至多有一个零点,不符合题意; ②当0a >时,()0g x '=得1x a=, ()g x ∴在10,a ⎛⎫ ⎪⎝⎭上单调递增,在1,a ⎛⎫+∞ ⎪⎝⎭上单调递减 max 1()ln g x g a a a a ⎛⎫∴==-+ ⎪⎝⎭∴要使()g x 有两个零点,则ln 0a a a -+>,由0a >解得a e > 此时11,(1)10g a>=-< 易知当a e >时()211,,ln a a a a a a e a e g e a e e a a e----><=--=-+, 令2(),(,),()2x x m x e x x e m x e x '=-∈+∞=-,令()2x h x e x =-,所以()2x h x e '=-, (,)x e ∴∈+∞时()0h x '<,()m x '∴在(,)x e ∈+∞为增函数,2()()20m x m e e e ''>=-> ()m x ∴在(,)x e ∈+∞为增函数,2()()0e m x m e e e >=->,所以()2,0a a e a g e -><∴函数()g x 在1,a e a -⎛⎫ ⎪⎝⎭与1,1a ⎛⎫ ⎪⎝⎭各存在一个零点 综上所述,a e >.11.(2020·全国高三专题练习)已知函数()2cos 1.f x x ax =+-(1)当12a =时,证明:()0f x ; (2)若()f x 在R 上有且只有一个零点,求a 的取值范围.【答案】(1)见解析; (2)()1,0,.2⎡⎫-∞+∞⎪⎢⎣⎭.【解析】(1)当12a =时,()21cos 12f x x x =+-, 所以()f x 的定义域为R ,且()(),f x f x -=故()f x 为偶函数.当0x 时,()sin f x x x '=-+,记()()sin g x f x x x '==-+,所以()cos 1g x x '=-+.因为()0g x '≥,所以()g x 在[)0,+∞上单调递增,即()f x '在[)0,+∞上单调递增,故()()00f x f ''≥=,所以()f x 在[)0,+∞上单调递增,所以()()00f x f ≥=,因为()f x 为偶函数,所以当x ∈R 时,()0f x ≥.(2)①当0a =时,()cos 1f x x =-,令cos 10x -=,解得()2x k k =π∈Z ,所以函数()f x 有无数个零点,不符合题意;②当0a <时,()22cos 10f x x ax ax =+-≤≤,当且仅当0x =时等号成立,故0a <符合题意;③因为()()f x f x -=,所以()f x 是偶函数,又因为()00f =,故0x =是()f x 的零点.当0a >时,()sin 2f x x ax '=-+,记()()sin 2g x f x x ax '==-+,则()cos 2g x x a '=-+. 1)当12a ≥时,()cos 2cos 10g x x a x '=-+≥-+≥, 故()g x 在()0,∞+单调递增,故当0x >时,()()00.g x g >=即()0f x '>,故()f x 在()0,∞+单调递增,故()()00.f x f >=所以()f x 在()0,∞+没有零点.因为()f x 是偶函数,所以()f x 在R 上有且只有一个零点.2)当102a <<时,当(]0,2x π∈时,存在10,2x π⎛⎫∈ ⎪⎝⎭,使得1cos 2x a =,且当10x x <<时,()g x 单调递减,故()()00g x g <=,即()10,x x ∈时,()0f x '<,故()f x 在()10,x 单调递减,()()100f x f <=,又()()222cos 22140f a a π=π+π-=π>,所以()()120f x f π<, 由零点存在性定理知()f x 在()1,2x π上有零点,又因为0x =是()f x 的零点, 故102a <<不符合题意; 综上所述,a 的取值范围为()1,0,.2⎡⎫-∞+∞⎪⎢⎣⎭ 12.(2020·河南省高三开学考试)已知函数()ln 2f x x x a =-+(a R ∈).(1)若函数()f x 有两个零点,求实数a 的取值范围(2)证明:1212ln ln 22x x x x e -+⎛⎫-≥++ ⎪⎝⎭ 【答案】(1)()1ln 2,++∞;(2)证明见解析.【解析】(1)由题意,函数()ln 2f x x x a =-+的定义域为()0,∞+,令()ln 20f x x x a =-+=,则2ln a x x =-,记()2ln g x x x =-,0x >,则()1212x g x x x ='-=-,令()0g x '=,得12x =, 当10,2x ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭时,()0g x '<,()g x 单调递减, 当1,2x ⎛⎫∈+∞ ⎪⎝⎭时,()0g x '>,()g x 单调递增, 所以()g x 有最小值,且为11ln 22g ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭, 又当0x →时,()g x →+∞;当x →+∞时,()g x →+∞,所以要使函数()f x 有两个零点,则函数()g x 的图象与y a =有两个不同的交点, 则1ln 2a >+,即实数a 的取值范围为()1ln 2,++∞.(2)由(1)知,函数()g x 有最小值为11ln 22g ⎛⎫=+⎪⎝⎭,可得2ln 1ln 2x x -≥+, 当且仅当12x =时取等号, 因此要证明1212ln e ln 22x x x x -+⎛⎫-≥++ ⎪⎝⎭, 即只需要证明121e 12x x -+⎛⎫+≤ ⎪⎝⎭, 记()121e 2x x x ϕ-+⎛⎫=+ ⎪⎝⎭,则()11221e e 2x x x x ϕ-+-+⎛⎫'=-+ ⎪⎝⎭121e 2x x -+⎛⎫=- ⎪⎝⎭, 令()0x ϕ'=,得12x =. 当10,2x ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭时,()0x ϕ'>,()x ϕ单调递增, 当1,2x ⎛⎫∈+∞ ⎪⎝⎭时,()0x ϕ'<,()x ϕ单调递减, 所以()1122111e 1222x ϕϕ-+⎛⎫⎛⎫≤=+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭, 即121e 12x x -+⎛⎫+≤ ⎪⎝⎭恒成立,当且仅当12x =时取等号, 所以1212ln e ln 22x x x x -+⎛⎫-≥++ ⎪⎝⎭,当且仅当12x =时取等号. 13.(2020·广东省执信中学高三月考)已知函数()()1xf x alnx x e =--,其中a 为非零常数. ()1讨论()f x 的极值点个数,并说明理由;()2若a e >,()i 证明:()f x 在区间()1,+∞内有且仅有1个零点;()ii 设0x 为()f x 的极值点,1x 为()f x 的零点且11x >,求证:0012x lnx x +>.【答案】(1)见解析;(2)(i )证明见解析;(ii )证明见解析.【解析】()1解:由已知,()f x 的定义域为()0,+∞,()2xx a a x e f x xe x x-=-=', ①当0a <时,20x a x e -<,从而()'0f x <,所以()f x 在()0,+∞内单调递减,无极值点;②当0a >时,令()2xg x a x e =-, 则由于()g x 在[)0,+∞上单调递减,()00g a =>,(10ga a =-=-<,所以存在唯一的()00,x ∈+∞,使得()00g x =, 所以当()00,x x ∈时,()0g x >,即()'0f x >;当()0,x x ∈+∞时,()0g x <,即()'0f x <, 所以当0a >时,()f x 在()0,+∞上有且仅有一个极值点.综上所述,当0a <时,函数()f x 无极值点;当0a >时,函数()f x 只有一个极值点;()2证明:()i 由()1知()2xa x e f x x-'=. 令()2xg x a x e =-,由a e >得()10g a e =->, 所以()0g x =在()1,+∞内有唯一解,从而()'0f x =在()0,+∞内有唯一解, 不妨设为0x ,则()f x 在()01,x 上单调递增,在()0,x +∞上单调递减,所以0x 是()f x 的唯一极值点.令()1h x lnx x =-+,则当1x >时,()1'10h x x =-<, 故()h x 在()1,+∞内单调递减,从而当1x >时,()()10h x h <=,所以1lnx x <-.从而当a e >时,1lna >,且()()()()()1110lna f lna aln lna lna ea lna lna a =--<---=又因为()10f =,故()f x 在()1,+∞内有唯一的零点.()ii 由题意,()()0100f x f x ⎧=⎪⎨='⎪⎩即()012011010x x a x e alnx x e ⎧-=⎪⎨--=⎪⎩,从而()0120111x x x e lnx x e =-,即1011201x x x lnx e x --=. 因为当11x >时,111lnx x <-,又101x x >>, 故10112011x x x e x x --<-,即1020x x e x -<, 两边取对数,得1020x x lnelnx -<, 于是1002x x lnx -<,整理得0012x lnx x +>.。