要讲清楚)
在上>0是增函数,与矛盾。
综上:
对有恒成立时,实数的取值范围是.
例4设函数,其中,求函数的极值点。
解:
由题意可得的定义域为,,的分母在定义域上恒为正,方程是否有实根,需要对参数的取值进行讨论。
(1)当,即时,方程无实根或只有唯一根,所以,在上恒成立,则在上恒成立,所以函数在上单调递增,从而函数在上无极值点。
(2)当,即时,方程,即有两个不相等的实根:
。
这两个根是否都在定义域内呢?
又需要对参数的取值分情况作如下讨论:
(ⅰ)当时,,所以。
此时,与随的变化情况如下表:
0
递减
极小值
递增
由此表可知:
当时,有唯一极小值点。
(ⅱ)当时,,所以。
此时,与随的变化情况如下表:
递增
极大值
递减
极小值
递增
由此表可知:
当时,有一个极大值点和一个极小值点。
综上所述:
(1)当时,有唯一极小值点;
(2)当时,有一个极大值点和一个极小值点;
(3)当时,无极值点。
从以上诸例不难看出,在对含参数的导数问题的讨论时,只要把握以上三个基本讨论点,那么讨论就有了方向和切入点,即使问题较为复杂,讨论起来也会得心应手、层次分明,从而使问题迎刃而解。
(19)(Ⅰ)小问5分,(Ⅱ)小问7分.)
已知函数(其中常数a,b∈R),是奇函数.
(Ⅰ)求的表达式;
(Ⅱ)讨论的单调性,并求在区间[1,2]上的最大值和最小值.
(21)已知函数
(I)当时,求曲线在点处的切线方程;(II)当时,讨论的单调性.
解:
(Ⅰ)当所以
因此,即曲线又所以曲线
(Ⅱ)因为,所以,令
(1)当
所以,当,函数单调递减;
当时,,此时单调递
(2)当即,解得
①当时,恒成立,
此时,函数在(0,+∞)上单调递减;
②当
时,单调递减;
时,单调递增;
,此时,函数单调递减;
③当时,由于
时,,此时,函数单调递减;
时,,此时,函数单调递增。
综上所述:
当时,函数在(0,1)上单调递减;
函数在(1,+∞)上单调递增;
当时,函数在(0,+∞)上单调递减;
当时,函数在(0,1)上单调递减;
函数在上单调递增;
函数上单调递减,
(22)已知函数.
(Ⅰ)当时,讨论的单调性;
(Ⅱ)设当时,若对任意,存在,使
,求实数取值范围.
解:
(Ⅰ)因为,所以,
令,
①当时,恒成立,此时,函数在上单调递减;
②当,
时,,此时,函数单调递减;
时,此时,函数单调递增;
时,,此时,函数单调递减;
③当时,由于,
,,此时,函数单调递减;
时,,此时,函数单调递增.
综上所述:
0
(Ⅱ)因为a=,由(Ⅰ)知,=1,=3,当时,,函数单调递减;当时,,函数单调递增,所以在(0,2)上的最小值为。
由于“对任意,存在,使”等价于
“在上的最小值不大于在(0,2)上的最小值”(*)
又=,,所以
①当时,因为,此时与(*)矛盾
②当时,因为,同样与(*)矛盾
③当时,因为,解不等式8-4b,可得
综上,b的取值范围是。
(21)已知函数.(Ⅰ)讨论函数的单调性;
(Ⅱ)设,证明:
对任意,.
解:
(Ⅰ)f(x)的定义域为(0,+),.
当a≥0时,>0,故f(x)在(0,+)单调增加;
当a≤-1时,<0,故f(x)在(0,+)单调减少;
当-1<a<0时,令=0,解得x=.当x∈(0,)时,>0;
x∈(,+)时,<0,故f(x)在(0,)单调增加,在(,+)单调减少.
(Ⅱ)不妨假设x1≥x2.由于a≤-2,故f(x)在(0,+)单调减少.
所以等价于
≥4x1-4x2,
即f(x2)+4x2≥f(x1)+4x1.
令g(x)=f(x)+4x,则
+4
=.
于是≤=≤0.
从而g(x)在(0,+)单调减少,故g(x1)≤g(x2),
即 f(x1)+4x1≤f(x2)+4x2,故对任意x1,x2∈(0,+),.
(21)已知函数
(I)讨论函数的单调性;
(II)(II)设.如果对任意,,求的取值范围。
解:
(Ⅰ)的定义域为(0,+∞)..
当时,>0,故在(0,+∞)单调增加;
当时,<0,故在(0,+∞)单调减少;
当-1<<0时,令=0,解得.
则当时,>0;时,<0.
故在单调增加,在单调减少.
(Ⅱ)不妨假设,而<-1,由(Ⅰ)知在(0,+∞)单调减少,从而
,
等价于,①
令,则
①等价于在(0,+∞)单调减少,即.
从而故a的取值范围为(-∞,-2].
(18)已知函数()=In(1+)-+(≥0)。
(Ⅰ)当=2时,求曲线=()在点(1,
(1))处的切线方程;(Ⅱ)求()的单调区间。
解:
(I)当时,,
由于,,所以曲线在点处的切线方程为
即
(II),.当时,.所以,在区间上,;在区间上,.故得单调递增区间是,单调递减区间是.
当时,由,得,
所以,在区间和上,;在区间上,
故得单调递增区间是和,单调递减区间是.
当时,故得单调递增区间是.
当时,,得,.
所以没在区间和上,;在区间上,
故得单调递增区间是和,单调递减区间是
20、(本小题满分16分)设是定义在区间上的函数,其导函数为。
如果存在实数和函数,其中对任意的都有>0,使得,则称函数具有性质。
(1)设函数,其中为实数。
(i)求证:
函数具有性质;(ii)求函数的单调区间。
(2)已知函数具有性质。
给定设为实数,
,,且,
若||<||,求的取值范围。
[解析]本小题主要考查函数的概念、性质、图象及导数等基础知识,考查灵活运用数形结合、分类讨论的思想方法进行探索、分析与解决问题的综合能力。
满分16分。
(1)(i),∵时,恒成立,
∴函数具有性质;
(ii)(方法一)设,与的符号相同。
当时,,,故此时在区间上递增;
当时,对于,有,所以此时在区间上递增;
当时,图像开口向上,对称轴,而,
对于,总有,,故此时在区间上递增;
(方法二)当时,对于,
所以,故此时在区间上递增;
当时,图像开口向上,对称轴,方程的两根为:
,而
当时,,,故此时在区间上递减;同理得:
在区间上递增。
综上所述,当时,在区间上递增;
当时,在上递减;在上递增。
(2)(方法一)由题意,得:
又对任意的都有>0,
所以对任意的都有,在上递增。
又。
当时,,且,
综合以上讨论,得:
所求的取值范围是(0,1)。
(方法二)由题设知,的导函数,其中函数对于任意的都成立。
所以,当时,,从而在区间上单调递增。
①当时,有,
,得,同理可得,所以由的单调性知、,
从而有||<||,符合题设。
②当时,,
,于是由及的单调性知,所以||≥||,与题设不符。
③当时,同理可得,进而得||≥||,与题设不符。
因此综合①、②、③得所求的的取值范围是(0,1)。
待研究的以下问题
在求函数的单调区间时涉及的分类讨论问题;
在求函数的极值与最值问题引出分类讨论问题;
在涉及函数的零点时引起的分类讨论问题;
参考资料:
导数的应用与分类讨论
【例1】设函数f(x)=2x3-3(a+1)x2+6ax+8,其中a∈R.
(Ⅰ)若f(x)在x=3处取得极值,求常数a的值;
(Ⅱ)若f(x)在(-∞,0)上为增函数,求a的取值范围.
解:
(Ⅰ)f′(x)=6x2-6(a+1)x+6a=6(x-a)(x-1).
∵f(x)在x=3处取得极值,
∴f′(3)=12(3-a)=0,a=3,检验知成立.
(Ⅱ)由f′(x)=6(x-a)(x-1)=0得x1=a或x2=1.
若a<1,则当x∈(-∞,a)∪(1,+∞)时,f′(x)>0,所以f(x)在(-∞,a)和(1,+∞)上为增函数,而f(x)在(-∞,0)上为增函数,所以0≤a<1;
若a≥1,则当x∈(-∞,1)∪(a,+∞)时,f′(x)>0,所以f(x)在∈(-∞,1)和(a,+∞)上为增函数,f(x)在(-∞,0)上也为增函数.
综上,所求a的取值范围为[0,+∞).
【点评】(Ⅱ)中对a的值进行分类讨论,当a<1时很容易忽视a≥0这个条件,注意这时f(x)在(-∞,0)上为增函数,必须有a≥0.
【例2】设函数y=ax5-bx3+c(c≠0)在x=±1时有极值,且极大值为4,极小值为0.求a、b、c的值.
解:
令y′=5ax4-3bx2=0,x2(5ax2-3b)=0.所以极值点可能是0和±1.
因为函数x=±1时有极值,所以5a=3b,y′=5ax2(x2-1)=5ax2(x+1)(x-1).
若a>0,当x变化时,函数递增与递减及极值情况如下表:
若a<0,用同样的方法得a=-3,b=-5,c=2.
【点评】这里实施的是一个二级分类讨论,使用表格简明清晰;在“0”处,为什么没有极值,要深入理解.
【例3】函数y=f(x)在区间(0,+∞)内可导,导函数f′(x)是减函数,且f′(x)>0.设x0∈(0,+∞),y=kx+m是曲线y=f(x)在点(x0,f(x0))处的切线方程,并设函数g(x)=kx+m.
(Ⅰ)用x0,f(x0),f ′(x0)表示m;
(Ⅱ)证明:
当x0∈(0,+∞)时,g(x)≥f(x);
(Ⅲ)若关于x的不等式x2+1≥ax+b≥在[0,+∞)上恒成立,其中a、b为实数,求b的取值范围及a与b所满足的关系式.
解:
(Ⅰ)易知m=f(x0)-x0f ′(x0).
(Ⅱ)令h(x)=g(x)-f(x),则h′(x)=g′(x)-f′(x)=f′(x0)-f′(x),且h′(x0)=0.
∵f′(x)是减函数,∴h′(x)是增函数,则当x>x0时,
h′(x)>0;当x(Ⅲ)将x=0代入题设不等式中,得0≤b≤1,则“a>0,且0≤b≤1”是不等式成立的必要条件.
下面在a>0,且0≤b≤1的条件下求a与b所满足的关系式及b的取值范围.
x2+1≥ax+bx2-ax+(1-b)≥0,对任意x∈[0,+∞)成立的充要条件是x2-ax+(1-b)在[0,+∞)上的最小值1-b-≥0,即a≤2
令S(x)=ax+b-,则对于任意x∈[0,+∞)不等式ax+b≥恒成立S(x)≥0.
由S′(x)=a-=0得x=a-3,则当0a-3时,S′(x)>0,所以当x=a-3时,S(x)取得最小值.因此S(x)≥0的充要条件是S(a-3)≥0,即a•a-3+b-≥0,解得a≥.
故a、b所满足的关系式为≤a≤2.
解不等式≤2,得≤b≤,这就是所求的b的取值范围.
【点评】在(Ⅱ)中判断“x0是h(x)惟一的极值点”,在(Ⅲ)中求S(x)的最小值,都用到了分类讨论.
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