高考函數單調性類問題,難,但用上導數將事半功倍

2020-12-24 吳國平數學教育

從近幾年高考數學試捲來看,導數及導數的應用成為高考的熱點,尤其是用導數求函數的單調性有關的試題已經是高考數學的熱點。利用這一性質可以證明不等式問題、在恆成立問題中求參數的範圍、研究函數的極值與最值。

用導數的性質研究函數的單調性成為必考內容,這就要求學生既要對導數知識極其熟悉,還需要有豐富的應試技巧,從而獲得高分。

我們在解決導數求函數的單調性有關的試題時候,常常需要對參數進行討論,而如何討論?討論的依據是什麼?這個問題是困擾考生的一大難題,也是大家需要解釋清楚的問題。

涉及函數單調性的問題包括解不等式、求最值、比較大小、乃至解方程,這些都是近年高考數學的熱點問題。若利用單調性定義求解,一般較為複雜,做此類題目時學生往往半途而廢,失分率較高,但利用導數解決這類問題就變得比較簡單,學生也易於接受。

導數極大地方便了對函數單調性的研究和相關問題的解決,主要是基於這樣幾個性質:

求可導函數單調區間的一般步驟和方法:

1、確定函數f(x)的定義域;

2、求f′(x),令f′(x)=0,求出它在定義域內的一切實數根;

3、把函數f(x)的間斷點(即f(x)的無定義點)的橫坐標和上面的各實數根按由小到大的順序排列起來,然後用這些點把函數f(x)的定義區間分成若干個小區間;

4、確定f′(x)在各個開區間內的符號,根據f′(x)的符號判定函數f(x)在每個相應小開區間內的增減性.

導數求函數的單調性有關的高考試題分析,講解1:

已知a∈R,函數f(x)=(-x2+ax)ex(x∈R,e為自然對數的底數).

(1)當a=2時,求函數f(x)的單調遞增區間;

(2)是否存在a使函數f(x)為R上的單調遞減函數,若存在,求出a的取值範圍;若不存在,請說明理由.

解:(1)當a=2時,f(x)=(-x2+2x)ex,

∴f′(x)=(-2x+2)ex+(-x2+2x)ex=(-x2+2)ex.

令f′(x)>0,即(-x2+2)ex>0,

∵ex>0,∴-x2+2>0,解得-√2<x<√2.

∴函數f(x)的單調遞增區間是(-√2,√2).

(2)若函數f(x)在R上單調遞減,

則f′(x)≤0對x∈R都成立,

即[-x2+(a-2)x+a]ex≤0對x∈R都成立.

∵ex>0,

∴x2-(a-2)x-a≥0對x∈R都成立.

∴Δ=(a-2)2+4a≤0,

即a2+4≤0,這是不可能的.

故不存在a使函數f(x)在R上單調遞減.

f′(x)>0與f(x)為增函數的關係:f′(x)>0能推出f(x)為增函數,但反之不一定.如函數f(x)=x3在(-∞,+∞)上單調遞增,但f′(x)≥0,所以f′(x)>0是f(x)為增函數的充分不必要條件。

導數求函數的單調性有關的高考試題分析,講解2:

已知函數f(x)=bx﹣axlnx(a>0)的圖象在點(1,f(1))處的切線與直線平y=(1﹣a)x行.

(1)若函數y=f(x)在[e,2e]上是減函數,求實數a的最小值;

(2)設g(x)=f(x)/lnx,若存在x1∈[e,e2],使g(x1)≤1/4成立,求實數a的取值範圍.

考點分析:

利用導數研究函數的單調性;函數恆成立問題.

題幹分析:

(1)求出函數的導數,得到b﹣a=1﹣a,解出b,求出函數的解析式,問題轉化為a≥1/(lnx+1)在[e,2e]上恆成立,根據函數的單調性求出a的範圍即可;

(2)問題等價於x1∈[e,e2]時,有g(x)min≤1/4成立,通過討論a的範圍結合函數的單調性求出a的具體範圍即可.

函數的單調性:

在(a,b)內可導函數f(x),f′(x)在(a,b)任意子區間內都不恆等於0.

f′(x)≥0f(x)在(a,b)上為增函數.

f′(x)≤0f(x)在(a,b)上為減函數.

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