2020年高考加油,每日一題22:利用導數求函數的最值和單調性 - 吳國...

2021-01-15 吳國平數學教育

典型例題分析1:

已知函數f(x)=ax3﹣3x2+1(a>0),g(x)=lnx

(Ⅰ)求函數f(x)的極值;

(Ⅱ)用max{m,n}表示m,n中的最大值.設函數h(x)=max{f(x),g(x)}(x>0),討論h(x)零點的個數.

解:( I)f′(x)=3ax2﹣6x=3x(ax﹣2).

令f′(x)=0,得x1=0,x2=2/a.

∵a>0,x1<x2,

f′(x)及f(x)符號變化如下,

∴f(x)的極大值為f(0)=1,極小值為f(2/a)=8/a2﹣12/a2+1=﹣4/a2+1.

( II)令g(x)=lnx=0,得x=1.

當0<x<1時,g(x)<0;x=1時,g(x)=0;當x>1時,g(x)>0.

(1)當x>1時,g(x)>0,g(x)在(1,+∞)上無零點.

所以h(x)=max{f(x),g(x)}在(1,+∞)上無零點.

(2)當x=1時,g(1)=0,

所以1為g(x)的一個零點.

f(1)=a﹣2,

①當a=2時,1是f(x)的一個零點.

所以當a=2時,h(x)=max{f(x),g(x)}有一個零點.

②當0<a<2時,h(x)=max{f(x),g(x)}有一個零點.

③當a>2時,h(x)=max{f(x),g(x)}無零點.

(3)當0<x<1時,g(x)<0,g(x)在(0,1)上無零點.

所以h(x)=max{f(x),g(x)}在(0,1)上的零點個數就是f(x)在(0,1)上的零點個數.

當a>0時,由( I)可知f(x)在(0,2/a)上為減函數,在(2/a,+∞)上為增函數,

且f(0)=1,f(1)=a﹣2,f(2/a)=﹣4/a2+1=(a2-4)/a2.

①當2/a>1,即0<a<2時,

f(x)在(0,1)上為減函數,且f(1)=a﹣2<0,f(0)=1>0.

所以f(x)在(0,1)上有1個零點,即h(x)有1個零點.

②當2/a=1,即a=2時,f(x)在(0,1)上為減函數,且f(1)=a﹣2=0,

所以f(x)在(0,1)上無零點,即h(x)無零點.

③當2/a<1,即a>2時,

f(x)在(0,2/a)上為減函數,在(2/a,1)上為增函數,

f(2/a)=﹣4/a2+1=(a2-4)/a2>0,

所以f(x)在(0,1)上無零點.即h(x)無零點.

綜上,當0<a<2時,h(x)有2個零點,

當a=2時,h(x)有1個零點,當a>2時,h(x)無零點.

考點分析:

利用導數求閉區間上函數的最值;利用導數研究函數的極值.

題幹分析;

(I)令f′(x)=0求出f(x)的極值點,得出f(x)的單調性與單調區間,從而得出f(x)的極值;

(II)對x和a的範圍進行討論得出f(x),g(x)在(0,+∞)上的單調性,利用單調性及最值判斷f(x),g(x)的零點個數,從而得出h(x)的零點個數.

典型例題分析2:

已知函數f(x)=lnx+ax2/2+x,a∈R

(Ⅰ)若f(1)=0,求函數f(x)的最大值;

(Ⅱ)令g(x)=f(x)﹣ax2﹣ax+1,討論函數g(x)的單調區間;

(Ⅲ)若a=4,正實數x1,x2滿足f(x1)+f(x2)+3x1x2=0,證明x1+x2≥1/2.

解:(Ⅰ)∵f(x)=lnx+ax2/2+x,f(1)=0,

∴a=﹣2,且x>0.

∴f(x)=lnx﹣x2+x,

∴f′(x)=-(2x2-x-1)/x,

當f′(x)<0,即x>1時,函數f(x)的單調遞減,

當f′(x)>0,即0<x<1時,函數f(x)的單調遞增,

∴x=1時,函數f(x)取得極大值,也是最大值0;

(Ⅱ)g(x)=f(x)﹣ax2﹣ax+1=lnx﹣ax2/2+(1﹣a)x+1,

所以g′(x)=1/x﹣ax+(1﹣a)={-ax2+(1-a)x+1}/x,

當a≤0時,因為x>0,所以g′(x)>0.

所以g(x)在(0,+∞)上是遞增函數,

當a>0時,g′(x)=0,得x=1/a,

所以當x∈(0,1/a)時,g′(x)>0;

當x∈(1/a,+∞)時,g′(x)<0,

因此函數g(x)在x∈(0,1/a)是增函數,在(1/a,+∞)是減函數.

綜上,當a≤0時,函數g(x)的遞增區間是(0,+∞),無遞減區間;

當a>0時,函數g(x)的遞增區間是(0,1/a),遞減區間是(1/a,+∞).

證明:(Ⅲ)∵a=4,

∴f(x)=lnx+2x2+x,

∴f(x1)+f(x2)+3x1x2=lnx1+2x12+x1+lnx2+2x22+3x1x2+x2

=2(x1+x2)2+x1+x2+lnx1x2﹣x1x2

令g(x)=lnx﹣x,則g′(x)=1/x﹣1,

∴0<x<1時,g′(x)>0,g(x)單調遞增,

x>1時,g′(x)<0,g(x)單調遞減,

∴g(x)max=g(1)=﹣1,

∴f(x1)+f(x2)+3x1x2≤2(x1+x2)2+(x1+x2)﹣1,

即2(x1+x2)2+(x1+x2)﹣1≥0,

又∵x1,x2是正實數,

∴x1+x2≥1/2.

考點分析:

利用導數求閉區間上函數的最值;利用導數研究函數的單調性.

題幹分析:

(Ⅰ)用f(1)=0,確定a的值,求導函數,確定函數的單調性,即可求函數f(x)的最大值;

(Ⅱ)利用導數的正負,分類討論,即可討論函數g(x)的單調區間;

(Ⅲ)將代數式f(x1)+f(x2)+3x1x2放縮,構造關於x1+x2的一元二次不等式,解不等式即可.

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