当前位置:首页>文档>重难点突破03三次函数的图象和性质(八大题型)(解析版)_2.2025数学总复习_2025年新高考资料_一轮复习_2025年高考数学一轮复习讲练测(新教材新高考,含2024高考真题)

重难点突破03三次函数的图象和性质(八大题型)(解析版)_2.2025数学总复习_2025年新高考资料_一轮复习_2025年高考数学一轮复习讲练测(新教材新高考,含2024高考真题)

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重难点突破03三次函数的图象和性质(八大题型)(解析版)_2.2025数学总复习_2025年新高考资料_一轮复习_2025年高考数学一轮复习讲练测(新教材新高考,含2024高考真题)
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docx
文档大小
4.429 MB
文档页数
62 页
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2026-03-29 01:18:48

文档内容

重难点突破 03 三次函数的图象和性质 目录 01方法技巧与总结...............................................................................................................................2 02题型归纳总结...................................................................................................................................4 题型一:三次函数的零点问题....................................................................................................................................4 题型二:三次函数的最值、极值问题........................................................................................................................9 题型三:三次函数的单调性问题..............................................................................................................................12 题型四:三次函数的切线问题..................................................................................................................................14 题型五:三次函数的对称问题..................................................................................................................................16 题型六:三次函数的综合问题..................................................................................................................................19 题型七:三次函数恒成立问题..................................................................................................................................28 题型八:等极值线问题..............................................................................................................................................32 03过关测试.........................................................................................................................................361、基本性质 设三次函数为: ( 、 、 、 且 ),其基本性质有: 性质1:①定义域为 .②值域为 ,函数在整个定义域上没有最大值、最小值.③单调性和图像: 图像 性质2:三次方程 的实根个数 由于三次函数在高考中出现频率最高,且四次函数、分式函数等都可转化为三次函数来解决,故以三 次函数为例来研究根的情况,设三次函数 其导函数为二次函数: , 判别式为:△= ,设 的两根为 、 ,结合函数草图易得: (1) 若 ,则 恰有一个实根; (2) 若 ,且 ,则 恰有一个实根; (3) 若 ,且 ,则 有两个不相等的实根; (4) 若 ,且 ,则 有三个不相等的实根. 说明:(1)(2) 含有一个实根的充要条件是曲线 与 轴只相交一次,即 在R上为单 调函数(或两极值同号),所以 (或 ,且 ); (5) 有两个相异实根的充要条件是曲线 与 轴有两个公共点且其中之一为切点,所以 ,且 ; (6) 有三个不相等的实根的充要条件是曲线 与 轴有三个公共点,即 有一个极大 值,一个极小值,且两极值异号.所以 且 . 性质3:对称性 (1)三次函数是中心对称曲线,且对称中心是; ;(2)奇函数的导数是偶函数,偶函数的导数是奇函数,周期函数的导数还是周期函数. 2、常用技巧 (1)其导函数为 对称轴为 ,所以对称中心的横坐标也就是导函数 的对称轴,可见, 图象的对称中心在导函数 的对称轴上,且又是两个极值点的中点,同 时也是二阶导为零的点; (2) 是可导函数,若 的图象关于点 对称,则 图象关于直线 对称. (3)若 图象关于直线 对称,则 图象关于点 对称. (4)已知三次函数 的对称中心横坐标为 ,若 存在两个极值点 , , 则有 .题型一:三次函数的零点问题 【典例1-1】一般地,对于一元三次函数 ,若 ,则 为三次函数 的对称中心, 已知函数 图象的对称中心的横坐标为 ( ),且 有三个零点,则实数 的取 值范围是( ) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】由函数 求导得: ,则 , 由 解得 ,则有 , ,当 或 时, ,当 时, , 则 在 , 上单调递增,在 上单调递减, 因此,当 时, 取得极大值 ,当 时, 取得极小值 , 因函数 有三个零点,即函数 的图象与x轴有三个公共点,由三次函数图象与性质知, , 于是得 ,解得 , 综上得: , 实数a的取值范围是 . 故选:A. 【典例1-2】已知 , , ,若三次函数 有三个零点 , , ,且满足 , ,则 的取值范围是( )A. B. C. D. 【答案】D 【解析】∵ , ,即 , 得 ,代入得 , ∵ , ,解得 , 设三次函数的零点式为 , 比较系数得 , , 故 故选:D. 【变式1-1】已知三次函数 有两个零点,若方程 有四个实数根, 则实数a的范围为( ) A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 一定有两零点 与 ,所以只需 或 共有四个根即 可.结合 有两个零点,所以必有 或 .然后分两种情况结合函数图象讨论即可.由 ,则 得 或 三次函数 有两个零点,且程 有四个实数根, 所以只需 或 共有四个根即可, 所以 或 . 又方程 有四个实数根,则 或 共有四个根.在 , 上单调递增,在 单调递减. 当 时, ,要满足条件,作出函数的大致图像.(如图①) 则 ,即 ,解得 . 当 ,得 ,要满足条件,作出函数的大致图像.(如图②) 则 ,即 ,解得 . 综上所述,当 时,方程 有四个实数根. 故选:C 【变式1-2】已知 , 为三次函数,其图象如图所示.若 有9个零 点,则 的取值范围是 . 【答案】【解析】由题设 ,其图象如下, 当 , 与 只有一个交点且 ; 当 , 与 有两个交点且 或 ; 当 , 与 有三个交点且 ; 当 , 与 有两个交点且 ; 由题图,要使 , 有9个零点,则 , ,且 有 , 根据 解析式: , 综上, , 可得 ,故 . 故答案为: 【变式1-3】已知三次函数 在 和 处取得极值,且 在 处的 切线方程为 . (1)若函数 的图象上有两条与 轴平行的切线,求实数 的取值范围; (2)若函数 与 在 上有两个交点,求实数 的取值范围.【解析】(1) , 由题得 ,且 , 即 解得 , . 于是 ,即 , 故切线方程为 . 因为切点在切线上,所以 , 将 代入 ,解得 , . . 由题得 有两个不相等的实根, , 解得 . (2)由题得 在 上有两个不同的解, 即 在 上有两个不同的解. 令 , , 则 , 由 得 或 , 由 得 , 因为 ,所以 在 上单调递增,在 上单调递减, . , , , 由图象知 . 【变式1-4】已知三次函数 的零点从小到大依次为m,0,2,其图象在 处的切线l经过点 , 则 ( )A. B. C. D. 【答案】B 【解析】由题意可设 , 则 , 可得 , 即切点坐标为 ,切线斜率 , 则切线方程为 , 代入点 得 , 且 ,得 ,解得 . 故选:B. 题型二:三次函数的最值、极值问题 【典例2-1】已知三次函数 ,其导函数为 ,存在 ,满足 .记 的极大值为 ,则 的取值范围是 . 【答案】 【解析】因为 , 所以 是 的零点也是极值点, 也是 的零点, 不妨设 , 故 , 因为 ,所以 , 故当 或 时, , 单调递增, 当 时, , 单调递减, 可得 的极大值 , 因为 ,所以 . 故答案为:【典例2-2】已知三次函数 无极值,且满足 ,则 . 【答案】 【解析】由题设 ,则 ,即 , 所以 ,当且仅当 时等号成立, 又 ,故 ,可得 , 所以 . 故答案为: 【变式2-1】已知三次函数 在 上单调递增,则 最小值为( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 在 上单调递增, 恒成立, , , , , , 令 ,设 , 则 , , , (当且仅当 ,即 时取等号), ,即 的最小值为 . 故选: . 【变式2-2】(多选题)定义:设 是 的导函数, 是函数 的导数,若方程 有 实数解 ,则称点 为函数 的“拐点”.经过探究发现:任何一个三次函数都有“拐点” 且“拐点”就是三次函数图象的对称中心.已知函数 图象的对称中心为 ,则下列说法中正确的有( ) A. , B.函数 的极大值与极小值之和为6 C.函数 有三个零点 D.函数 在区间 上的最小值为1 【答案】AB 【解析】由题意,点 在函数 的图象上,故 ; 又 . 由 ,即 .故A正确; 所以 ,所以 . 由 或 . 所以 在 和 上单调递增,在 上单调递减, 所以 的极大值为 ;极小值为 , 所以极大值与极小值之和为: ,故B正确; 因为函数的极小值 ,所以三次函数只有一个零点,故C错误; 又 , , 所以函数 在 上的最小值为 ,故D错. 故选:AB 【变式2-3】(2024·全国·模拟预测)已知三次函数 的极小值点为 ,极大值点为 , 则 等于( ) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】由题意,得 ,关于x的一元二次方程 的两根为b,2b, 又极小值点为 ,极大值点为 ,所以 ,即 , 由韦达定理得到 ,所以 , ,得到 . 故选:A. 【变式2-4】(2024·江西新余·二模)已知三次函数的导函数 , , 为实数. (1)若曲线 在点 处切线的斜率为12,求 的值; (2)若 在区间 上的最小值,最大值分别为 ,1,且 ,求函数 的解析式.【解析】(1)由已知,三次函数的导函数 , 曲线 在点 处切线的斜率为12, 由导数的几何意义 =12,∴ ∴ ,∴ . (2)∵ , ∴ , 由 得 , , ∵ , , ∴当 时, , 递增; 当 时, , 递减. ∴ 在区间 上的最大值为 , ∵ ,∴ , ∵ , , ∴ ,∴ 是函数 的最小值, ∴ ,∴ , ∴ . 题型三:三次函数的单调性问题 【典例3-1】(2024·江西景德镇·一模)设三次函数 (b,c为实数)的导数为 ,设 ,若 在R上是增函数,则 的最大值为 . 【答案】 【解析】 , , , 恒成立 , 故 ,, 令 , , 当且仅当 ,即 时等号成立, 故答案为: 【典例3-2】已知函数 . (1)若函数 的图象在点 处的切线与直线 垂直,函数 在 处取得极值,求函 数 的解析式.并确定函数的单调递减区间; (2)若 ,且函数 在 上减函数,求 的取值范围. 【解析】(1)先对函数 进行求导,根据 , 确定函数的解析式,然后令 求单调递减区间;(2)将 代入函数 后对函数进行求导,根据 在 上恒成 立转化为 在 上恒成立求出 的值. 试题解析:(1)已知函数 , . 又函数 图象在点 处的切线与直线 垂直,且函数 在 处取得极值, , 且 ,计算得出 , . 令 得: , 所以函数的单调递减区间为 . (2)当 时, ,又函数 在 上是减函数, 在 上恒成立, 即 在 上恒成立, . 当 时, 不恒为0, . 【变式3-1】三次函数 在 上是减函数,则 的取值范围是( ) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】对函数 求导,得因为函数 在 上是减函数,则 在 上恒成立, 即 恒成立, 当 ,即 时, 恒成立; 当 ,即 时, ,则 ,即 , 因为 ,所以 ,即 ; 又因为当 时, 不是三次函数,不满足题意, 所以 . 故选:A. 题型四:三次函数的切线问题 【典例4-1】(2024·新疆乌鲁木齐·一模)已知函数 在R上是增函数,且存在垂直 于y轴的切线,则 的取值范围是 . 【答案】 【解析】由已知得: 恒成立且 有解, ∴ , ①当 时,可得 ,∴ , ②当 时, ,且 , , ③当 时, ,且 , , 令 , ,∴ , 综上, , 故答案为: 【典例4-2】(2024·江苏·模拟预测)贝塞尔曲线(Beziercurve)是应用于二维图形应用程序的数学曲线, 一般的矢量图形软件通过它来精确画出曲线.三次函数 的图象是可由 , , , 四点确定的贝塞 尔曲线,其中 , 在 的图象上, 在点 , 处的切线分别过点 , .若 , , , ,则 ( ) A. B. C. D. 【答案】C 【解析】设 ,则 , 由题意 ,解得 ,所以 . 故选:C. 【变式4-1】已知函数 在点 处的切线方程为 .若经过点 可以作出曲线 的三条切线,则实数 的取值范围为 . 【答案】 【解析】∵ ,∴ , 根据题意得 ,解得 , ∴函数的解析式为 , 设切点为 ,则 , ,故切线的斜率为 , 由题意得 ,即 , ∵过点 可作曲线 的三条切线,∴方程 有三个不同的实数解, ∴函数 有三个不同的零点. 由于 , ∴当 时, 单调递增, 当 时, 单调递减, 当 时, 单调递增. ∴当 时, 有极大值,且极大值为 ; 当 时, 有极小值,且极小值为 . ∵函数 有3个零点,∴ ,解得 . ∴实数 的取值范围是 . 故答案为: 【变式4-2】(2024·广东深圳·一模)已知函数 ,设曲线 在 点 处切线的斜率为 ,若 均不相等,且 ,则 的最小值为 . 【答案】18 【解析】由于 , 故 , 故 , , 则 , 由 ,得 , 由 ,即 ,知 位于 之间, 不妨设 ,则 , 故 , 当且仅当 ,即 时等号成立,故则 的最小值为18, 故答案为:18 题型五:三次函数的对称问题 【典例5-1】(2024·高三·广东珠海·开学考试)设函数 是 的导函数.某同学经过探究发现, 任意一个三次函数 的图像都有对称中心 ,其中 满足 . 已知三次函数 ,若 ,则 . 【答案】 【解析】由题意, , ,令 解得 ,又 ,故 的对称中心为 .故当 时, . 故答案为: 【典例5-2】(2024·全国·模拟预测)对于三次函数 给出定义:设 是函 数 的导数, 是 的导数,若方程 有实数解 ,则称点 为函数 的“拐点”,同学经过探究发现:任何一个三次函数都有“拐点”;任何一个三次函数都有对称 中心,且拐点就是对称中心,若 ,请你根据这一发现计算: ( ) A.2021 B.2022 C.2023 D.2024 【答案】C 【解析】由题意可知 ,所以 ,令 ,则 , 所以 ,由题意可知函数 的对称中心为 , 所以 ,即 , 所以 , 所以 ,所以 . 故选:C 【变式5-1】设 是函数 的导数, 是 的导数,若方程 有实数解 ,则称点 为函数 的“拐点”.已知:任何三次函数既有拐点,又有对称中心,且拐点就是对称 中心.设 ,数列 的通项公式为 ,则 ( ) A.8 B.7 C.6 D.5 【答案】C 【解析】由 ,得 , 由 可得: , 因为 所以 的图象关于点 对称, 所以 , 因为 , 所以 , 所以 , , , 所以 , 故选:C 【变式5-2】函数 的图象关于点 成中心对称图形的充要条件是函数 为奇函数. 已知任意一个一元三次函数的图象均为中心对称图形,若 ,则 的值 为( ) A.-4 B.-2 C.0 D.2 【答案】A 【解析】设 的对称中心为 , 设 , 则 为奇函数,由题可知 ,且 , 所以 ,即 , 则 , 整理得 ,所以 ,解得 , 所以函数 的对称中心为 ; 所以 , . 故选:A. 【变式5-3】已知任意三次函数的图象必存在唯一的对称中心,若函数 ,且 为曲线 的对称中心,则必有 其中函数 若实数 , 满足 ,则 ( ) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】令 ,则 , 令 , 解得 , 又 . 函数 的图象关于点 成中心对称. 因为 , 所以 , 又 , 所以函数 在 上单调递增, 所以 . 故选:A. 题型六:三次函数的综合问题 【典例6-1】若 ,关于 的一元二次方程 的两个根分别为 ,则方程可写成 ,即 ,容易发现根与系数的关系: 若,设关于 的一元三次方程 的三个非零实数根分别为 ,则 . 【答案】 【解析】由题意可得: , 由待定系数法可得: 则 , 所以 , 故答案为: . 【典例6-2】(多选题)已知三次函数 有三个不同的零点 ,函数 .则( ) A. B.若 成等差数列,则 C.若 恰有两个不同的零点 ,则 D.若 有三个不同的零点 ,则 【答案】ABD 【解析】 , , ,对称中心为 ,对A:因为 有三个零点,所以 必有两个极值点,所以 , ,A正确; 对B,由 成等差数列,及三次函数的中心对称性可知 , 所以 , 又 ,故 ,所以 ,所以 ,故B正确;对C: ,即 , 若 恰有两个零点,则 或 必为极值点; 若 为极值点,则该方程的三个根为 , , ,由一元三次方程的韦达定理可知: ; 若 为极值点,同理可得 ,故C错; 对D:由韦达定理 , 得 , 即 ,故D正确. 故选:ABD. 【变式6-1】(多选题)下列关于三次函数 叙述正确的是( ) A.函数 的图象一定是中心对称图形 B.函数 可能只有一个极值点 C.当 时, 在 处的切线与函数 的图象有且仅有两个交点 D.当 时,则过点 的切线可能有一条或者三条 【答案】AC 【解析】对于A, , 故 为定值,故函数 的图象一定是中心对称图形. 对于B, , 若 有极值点,则 有变号零点,而 的图像为抛物线,故 ,故 有两个变号零点, 故 有两个极值点,故B错误. 对于C, 在 处的切线方程为 , 令 , 则 ,当 时, , 所以 , 因为 ,故 ,不妨设 , 若 ,则当 或 时, ,当 时, , 故 在 上为增函数,在 上为减函数, 而 ,故 , 而 时, ,故 有两个不同的零点, 故 的图像与切线 有且只有两个不同交点, 同理可得当 时,故 的图象与切线有且只有两个不同的交点,故C正确. 对于D,过点 的切线的切点为 , 由(2)的切线方程可得 , 故 , 整理得到: , 故 或 , 下面考虑 的解, 整理得到: , , 而 , 故方程 有且只有一个异于 的实数根, 过点 的切线有且只有两条,故D错误. 故选:AC. 【变式6-2】(多选题)(2024·江苏·模拟预测)已知三次函数 ,若函数的图象关于点(1,0)对称,且 ,则( ) A. B. 有3个零点 C. 的对称中心是 D. 【答案】ABD 【解析】由题设, ,且 , 所以 ,整理得 , 故 ,可得 ,故 , 又 ,即 ,A正确; 有3个零点,B正确; 由 ,则 ,所以 关于 对称,C错误; ,D正确. 故选:ABD 【变式6-3】给出定义:设 是函数 的导函数, 是函数 的导函数,若方程 有 实数解 ,则称 )为函数 的“拐点”. (1)经研究发现所有的三次函数 都有“拐点”,且该“拐点”也是函数 的图象的对称中心.已知函数 的图象的对称中心为 ,讨论函数 的 单调性并求极值. (2)已知函数 ,其中 . (i)求 的拐点; (ii)若 ,求证: . 【解析】(1) , , 由题意得 ,即 ,解得 , 且 ,即 ,解得 , 故 , , , 令 得 或 ,令 得 , 故 在 上单调递增,在 上单调递减, 故 在 处取得极大值,在 处取得极小值, 故极大值为 ,极小值为 ;(2)(i) , 由于 , ,故 ,即 的定义域为 , , , 令 得, , 令 , , 则 在 上恒成立, 故 在 上单调递增, 又 ,由零点存在性定理知, 有唯一的零点 , 故 ,即 时,满足 , 当 时, , 故 的拐点为 ; (ii)由(i)可知, 在 上单调递增, 又 , 故当 时, ,当 时, , 故 在 上单调递减,在 上单调递增, 其中 , 故 在 上恒成立,故 在 上单调递增, 因为 , , 故 , 设 ,则 , , 令 ,解得 , 又 , 故 的拐点为 , 由(1)知, 关于 中心对称, 令 , 又 的拐点为 , , 要证明 ,只需证明 的极值点左偏, 故 , 当 时, ,当 时, , 故 在 上单调递减,在 上单调递增, 即证当 时, , 不妨设 , 令 , , 则 , 因为 ,所以, 所以 在 上单调递减, 又 ,故 在 上恒成立, 因为 ,所以 ,即 , 因为 ,所以 , 其中 在 上单调递增,故 , 故 ,故 的极值点左偏,所以 . 【变式6-4】对三次函数 ,如果其存在三个实根 ,则有 .称为三次方程根与系数关系. (1)对三次函数 ,设 ,存在 ,满足 .证 明:存在 ,使得 ; (2)称 是 上的广义正弦函数当且仅当 存在极值点 ,使得 .在平面直角坐标系 中, 是第一象限上一点,设 .已知 在 上有两根 . (i)证明: 在 上存在两个极值点的充要条件是 ; (ii)求点 组成的点集,满足 是 上的广义正弦函数. 【解析】(1)因为 ,所以不妨设 , 所以 , 因为 , 所以 , 所以不妨取 满足题意,且此时必有 ,否则若 ,则有 , , , 而此时 与已知 矛盾, 综上所述,存在 ,使得 . (2)(i) 是第一象限上一点,所以 , 因为 ,所以 , 设 ,则 , 而 时, , 时, , 所以 存在负根, 因为 在 上存在两个极值点,等价于方程 在 上有两个根, 等价于方程 在 上存在两个根, 注意到三次方程最多有3个根, 所以方程 有一个负根,两个不同的正根, 而 , 当 时, , 单调递增, 当 时, , 单调递减, 所以当且仅当 ,即当且仅当 , 综上所述,命题(i)得证; (ii)容易验证, 时, 也恰好有两个正根 , 此时:由于对 来说, 等价于 , 等价于 , 所以对 ,如果 , 那么 , 这意味着 , 然后,对两个不相等的正数 , 所以 当且仅当 ,那么如果 或 ,就有 或 ,故 , 此时 , 所以 , 这意味着 , 最后,由于 有一个极值点 , 所以 都不等于 ( 是不相等的正零点,同时该方程还有另一个负零点,但 只要是根就是二重的, 所以 不可能是根), 这就说明 , 结合 的单调性以及 ,必有 , 所以此时 一定是广义正弦函数, 综上所述,满足题意的 . 题型七:三次函数恒成立问题 【典例7-1】已知 ,若不等式 对任意 恒成立, 则 的取值范围为 . 【答案】 【解析】 , 由不等式 对 恒成立, 可得 对 恒成立, 由三次函数图像性质可知,若 时,该不等式不可能恒成立, ∴ 且 ,解得, , 不等式可转化为 对 恒成立, ∴ , ∴ ,∴ . 故答案为: . 【典例7-2】若对于任意 ,存在 ,使得 成立,则实数a的取值范围是 . 【答案】 【解析】由 可知 ,设 , , ,作草图如下, 则由题意可知,对任意的 ,函数 的图像介于函数 与函数 的图形之间,由图像可知, 只需两条虚线函数介于函数 与函数 的图形之间即可. 又 , ,设切点 ,则 , 解得 ,即 ,所以直线 的方程为 ,即 .同理可求得,直 线 的方程为 . 又函数 恒过定点 ,函数 恒过定点 . 故由图像观察可知, ,解得 . 故答案为: 【变式7-1】已知x=2是三次函数f(x)=x3+ax2+bx+c(a,b,c∈R)的极值点,且直线3x+y-5=0与曲线 y=f(x)相切与点(1,f(1)). (1)求实数a,b,c的值; (2)若f(t)=-1,f(s)=5,求f(t+s)的值;(3)若对于任意实数x,都有f(x2-2x+4)+f(x2+λx)>4恒成立,求实数λ的取值范围. 【解析】(1) ,在 中令 得 ,即 , 所以 ,解得 ; (2)由(1) , , 或 时, , 时, , 在 和 上递增,在 上递减, 极大值为 ,极小值为 , , ,因此 都是唯一的实数. , 所以 的图象关于 对称,而 , 又 和 都是 图象上唯一的点, 所以 , ; (3) ,当且仅当 时, , 所以 ,且 时, , 由f(x2-2x+4)+f(x2+λx)>4恒成立,得 (*), 又 的图象关于点 对称,所以 , 所以不等式(*)为 , 所以 ,所以 恒成立, ,所以 . 【变式7-2】(2024·内蒙古呼和浩特·一模)已知三次函数 . (1)若函数 过点 且在点 处的切线方程是 ,求函数 的解析式; (2)在(1)的条件下,若对于区间 上任意两个自变量的值 , ,都有 ,求出 实数 的取值范围. 【解析】(1) , ,由题意知 , 解得: , , , . (2)由(1)知 , 令 得 , 所以 在 和 上分别单调递增,在 上单调递减, 而 , , , , 在区间 上 , , 对于区间 上任意两个自变量 , , 都有 , . 【变式7-3】已知三次函数 ,a, ,若函数 的图象在 处的切线方程为 (I)求函数 的解析式; (II)求函数 的极小值; (Ⅲ)若存在 ,使得 成立,求实数m的取值范围. 【解析】(1)因为 ,直线 的斜率为 所以 , 当切点坐标为 , , (2) ,由 可得 或 由 可得 所以 在 、 上单调递增,在 上单调递减 所以 的极小值为 (3)令 ,则令 ,则 或 当 时, ,函数 单调递减 当 时, ,函数 单调递增 所以函数 在 内取得最大值 存在 ,使得 成立 即使得 成立 题型八:等极值线问题 【典例8-1】设函数 ,其中a,b为实常数. (1)若 ,求 的单调区间; (2)若 存在极值点 ,且 其中 .求证: ; 【解析】(1)由 ,可得 . 令 得 或 ,所以 的单调递增区为 , , 令 得 ,所以 的单调递减区为 ; (2)证明:因为 = ,所以 , 当 时, ,所以 的增区间是 , 当 时,令 ,得 或 , 当 或 时, , 当 时, , 所以 的增区间是 ,减区间是 , 因为 存在极值点,所以 ,且 , 由题意,得 ,即 ,进而 , 又 , 即为 ,即有 ,即为 ; 【典例8-2】设函数 , ,其中 、 . (1)求 的单调区间; (2)若 存在极值点 ,且 ,其中 ,求 的值. 【解析】(1)因为函数 , ,其中 、 , 则 ,则 . ①当 时,对任意的 , 且 不恒为零, 此时,函数 的递增区间为 ; ②当 时, ,由 可得 , 由 可得 或 , 此时函数 的增区间为 、 ,减区间为 . 综上所述,当 时,函数 的递增区间为 ; 当 时,函数 的增区间为 、 ,减区间为 . (2)因为函数 存在极值点,由(1)可知, 且 , 由题意可得 ,可得 , 由 且 , 可得 , 即 , 即 , 所以, .【变式8-1】设函数 , . (1)求 的单调区间; (2)若 存在极值点 ,且 ,其中 ,求证: . 【解析】(1)由 求导,可得 . 下面分两种情况讨论: ① 当 时,有 恒成立,所以 的单调递增区间为 ; ② 当 时,令 ,解得 . 当x变化时, , 的变化情况如下表: x 0 0 单调递增 极大值 单调递减 极小值 单调递增 所以 的单调递减区间为 , 单调递增区间为 , . 综上:当 时, 的单调递增区间为 , 当 时,所以 的单调递减区间为 ,单调递增区间为 , . (2)因为 存在极值点,所以由(1)知 ,且 , 由题意,得 ,即 , , 进而 . 又 ,且 . 由题意及(1)知,存在唯一实数满足 ,且 , 因此 ,所以 .【变式8-2】设 ,已知函数 . (1)若 ,求实数a的值; (2)求函数 的单调区间; (3)对于函数 的极值点 ,存在 ,使得 ,试问对任意的正数a, 是 否为定值?若是,求出这个定值;若不是,请说明理由. 【解析】(1)由 , ,求导得 ,则由 ,解得 , 所以实数a的值是 . (2) ,由 ,解得 或 , 当 或 时, ,函数 单调递增, 当 时, ,函数 单调递减, 所以函数 单调递增区间是 , ,递减区间是 . (3)因为函数 存在极值点 ,由(2)知: ,且 , 因为 , ,又 , 得 ,即 , 因为 ,则 , 依题意, ,即 , 因此 ,即 , 亦即 ,而 ,因此 , 所以对任意的正数a, 为定值6.1.以下四图都是同一坐标系中某三次函数 及其导函数的图象,其中可能正确 的是( ) A. B. C. D. 【答案】B 【解析】易知 ,它是二次函数,图象为抛物线, A错,二次函数的两个零点都应是原函数的极值点,A图中不全是; B正确,二次函数的两个零点是原函数的极值点,单调性也相符; C错,二次函数的两个极值点间原函数应为减函数,图象有一部分是增函数,极值点也不正确; D错,二次函数的两个零点才是原函数的极值点,D图中不全是. 故选:B. 2.人们在研究学习过程中,发现:三次整式函数 都有对称中心,其对称中心为 (其中 ).已知函数 .若 ,则 ( ) A. B. C. D. 【答案】C 【解析】由题意得, , ,令 ,解得: , 所以函数 的对称中心为: ,又 ,所以 . 故选:C 3.(2024·全国·一模)已知三次函数 , ,且 有三个零点.若三次函数 和 均为 上的单调函数,且这两个函数的 导函数均有零点,则 零点的个数为( )A. 个 B. 个 C. 个 D. 个或 个 【答案】A 【解析】由 可得 , 因为三次函数 和 均为 上的单调函数,且这两个函数的导函数均有 零点, 所以这两个函数的导函数必为完全平方式, 设 , , , 有三个零点, 不单调,即 必有两个不相等的实数根, , ,且 与 同号, 不可能有两个不相 等的实数根,故 单调, 由于当 趋向于正无穷时, 趋向于正无穷的增长速率远远大于 和 趋向于正无穷的增长速 率;当 趋向于负无穷时, 趋向于负无穷的增长速率远远大于 趋向于正无穷和 趋向于负 无穷的增长速率; 故当 趋向于正无穷和负无穷时,三次函数两侧都趋向于无穷,且异号, 所以三次函数 必有零点,故 有唯一零点 故选: 4.(多选题)(2024·贵州·模拟预测)定义:设 是 的导函数, 是函数 的导数,若方 程 有实数解 ,则称点 为函数 的“拐点”.经过探究发现:任何一个三次函数 都有“拐点”且“拐点”就是三次函数图象的对称中心.已知函数 图象的对称中心为 ,则下列说法中正确的有( ) A. , B.函数 的极大值与极小值之和为2 C.函数 有三个零点 D. 在区间 上单调递减 【答案】AB 【解析】由 ,可得 , , 令 ,得 ,因为函数 图象的对称中心为 , 因此 ,解得 , ,故选项A正确; 由以上过程可知 , , 且当 或 时, ;当 时, . 于是 在 和 上都是增函数,在 上是减函数, 故选项D错误; 因为 关于点 对称, 所以 的极大值与极小值之和为 ,故选项B正确; 因为函数 极小值 , 由三次函数的性质知, 只有一个零点,所以选项C错误, 故选:AB. 5.(多选题)经研究发现:任意一个三次多项式函数 的图象都只有一个对 称中心点 ,其中 是 的根, 是 的导数, 是 的导数.若函数 图象的对称点为 ,且不等式 对任意 恒成立,则下列结论正确的是( ) A. B. C. 的值可能是 D. 的值可能是 【答案】ABC 【解析】由题意可得 ,因为 ,所以 ,所以 , 解得 ,所以 .因为 ,所以 等价于 对任意 恒成 立.令 ,则 . 设 ,则 ,从而 在 上单调递增.因为 ,所以 ,即 , 则 (当且仅当 时,等号成立), 从而 ,所以 . 故选:ABC. 6.(多选题)定义:设 是 的导函数, 是函数 的导数,若方程 有实数解 , 则称点 为函数 的“拐点”.经过探究发现:任何一个三次函数都有“拐点”且“拐点” 就是三次函数图象的对称中心.已知函数 的对称中心为 ,则下列说法中正确 的有( ) A. , B.函数 既有极大值又有极小值 C.函数 有三个零点 D.过 可以作三条直线与 图象相切 【答案】AB 【解析】由 ,求导得 , , 令 ,得 ,由函数 的对称中心为 , 得 ,且 ,解得 ,A正确; 于是 , , 当 或 时, ,当 时, , 则函数 在 , 上都单调递增,在 上单调递减, 因此函数 既有极大值 ,又有极小值 ,B正确; 由于极小值 ,因此函数 不可能有三个零点, C错误;显然 ,若 是切点,则 ,切线方程为 ; 若 不是切点,设过点 的直线与 图象相切于点 , , 由 ,解得 ,即切点 ,切线方程为 , 过 只可以作两条直线与 图象相切,D错误. 故选:AB 7.(多选题)定义:设 是 的导函数, 是函数 的导数,若方程 有实数 解 ,则称点 为函数 的“拐点”.经探究发现:任何一个三次函数都有“拐点” 且“拐点”就是三次函数图像的对称中心. 已知函数 的对称中心为 ,则下 列说法中正确的有( ) A. B.函数 既有极大值又有极小值 C.函数 有三个零点 D.对任意 ,都有 【答案】AB 【解析】由题意可知 , , 而 ,故A正确; 此时 , , 显然 或 时, ,则 在 上单调递增, 时, ,即 在 上单调递减,所以 在 时取得极大值,在 时取得极 小值,故B正确; 易知 , 结合B结论及零点存在性定理可知 在 存在一个零点,故C错误; 易知 ,故D错误. 故选:AB 8.(多选题)已知三次函数 有三个不同的零点 ,若函数也有三个不同的零点 ,则下列等式或不等式一定成立的有( ) A. B. C. D. 【答案】BC 【解析】 ,因为原函数有三个不同的零点,则 有两个不同的实根, 即 ,则 ,即 ,所以A错误; 因为三次函数 有三个不同的零点 , 所以 , 所以 , 同理 , 所以 ,故C正确,D错误; 由 的图象与直线 的交点可知 ,B正确. 故选:BC. 9.(多选题)对于三次函数 ,给出定义: 是函数 的导数, 是函数 的导数,若方程 有实数解 ,则称 为函数 的“拐点”.某 同学经探究发现:任何一个三次函数都有“拐点”;任何一个三次函数都有对称中心,且“拐点”就是对 称中心.若函数 ,则下列说法正确的是( ) A. 的极大值为 B. 有且仅有2个零点 C.点 是 的对称中心 D. 【答案】ACD【解析】由函数 ,可得 , 令 ,解得 或 ;令 ,解得 , 所以函数 在 上单调递增,在 上单调递减,在 单调递增, 当 时, 取得极大值,极大值为 ,所以A正确; 又由极小值 ,且当 时, , 当 时, ,所以函数 有3个零点,所以B错误; 由 ,可得 ,令 ,可得 , 又由 ,所以点 是函数 的对称中心, 所以C正确; 因为 是函数 的对称中心,所以 , 令 , 可得 , 所以 , 所以 ,即 , 所以D正确. 故选:ACD. 10.(多选题)(2024·山西晋中·二模)对于三次函数 ,给出定义:设 是函数 的导数, 是函数 的导数,若方程 有实数解 ,则称 为函数 的“拐点”.某同学经过探究发现:任何一个三次函数都有“拐点”;任何一个三次函数 都有对称中心,且“拐点”就是对称中心.若函数 ,则( ) A. 一定有两个极值点B.函数 在R上单调递增 C.过点 可以作曲线 的2条切线 D.当 时, 【答案】BCD 【解析】由题意知 , , 恒成立, 所以 在R上单调递增,没有极值点,A错误,B正确; 设切点为 ,则 , 切线方程为 , 代入点 得 , 即 ,解得 或 , 所以切线方程为 或 ,C正确; 易知 ,令 ,则 . 当 时, , ,所以点 是 的对称中心, 所以有 ,即 . 令 , 又 , 所以 , 所以 ,D正确. 故选:BCD. 11.(多选题)(山东省枣庄市2024届高三第二次模拟考试数学试题)已知函数 , 则下列结论正确的是( ) A.当 时,若 有三个零点,则b的取值范围为B.若 满足 ,则 C.若过点 可作出曲线 的三条切线,则 D.若 存在极值点 ,且 ,其中 ,则 【答案】ACD 【解析】对于A , ,当 时, , , 令 ,解得 或 , 在 上单调递增,在 上单调递减,在 上单调递增; 当 时 取得极大值 ,当 时 取得极小值 , 有三个零点, ,解得 ,故选项A正确; 对于B , 满足 ,根据函数的对称可知 的对称点为 ,将其代入 ,得 , 解得 ,故选项B错误; 对于C , , 设切点为 ,则切线的斜率 化简 , 得 由条件可知该方程有三个实根, 有三个实根, 记 , 令 ,解得 或 , 当 时 取得极大值 ,当 时, 取得极小值 , 因为过点 可作出曲线 的三条切线,所以 ,解得 ,故选项C正确; 对于D , , , 当 , 在 上单调递增; 当 , 在 上单调递增,在 上单调递减,在 上单调递增; 存在极值点 , 由 得 令 , ,于是 , 所以 , 化简得: , , ,于是 , .故选项D正确; 故选:ACD. 12.已知三次函数 有三个零点 , , ,且在点 处切线的斜率为 ,则 . 【答案】0 【解析】令 ,其中 , , , 互不相等. 则 . . 故答案为:0. 13.已知所有的三次函数 的图象都有对称中心 , ,若函数,则 . 【答案】8090 【解析】 , 则 , 即函数 的图象的对称中心为 , 则 , 故 . 故答案为:8090. 14.今年是我校建校100周年,也是同学们在宜丰中学的最后一年,朱朱与毛毛同学想以数学的浪漫纪念 这特殊的一年,他们以三次函数及其三条切线为蓝本设计了一枚“NK章”,并把它放入一个盒子,埋藏 于宜丰中学的某角落,并为这“时间胶囊”设置了一个密码,他们把密码隐藏于刻在盒子上的一道“数学 谜语”中:在这盒子中有一枚我们留下的徽章,它由“N”,“K”两个字母组合而成.其中“N”蕴含在函数 的图象中,过点 与曲线相切的直线恰有三条,这三条切线勾勒出了“K”的 形状,请你求出使满足条件的三条切线均存在的整数a的个数,这就是打开盒子的密码: . 【答案】31 【解析】由题意可得: ,且 , 设切点坐标为 ,切线斜率 , 则切线方程 , 因为切线过点 ,则 ,整理得 , 构建 , 原题意等价于 与 有三个不同的交点,因为 , 令 ,解得 ;令 ,解得 或 ; 则 在 上单调递增,在 , 上单调递减, 且 , 若 与 有三个不同的交点,则 ,其中的整数有31个, 所以整数 的个数为31, 故答案为:31. 15.对于三次函数 ,经研究发现:任何一个三次函数都有对称中心,而且三 次函数的拐点(使二阶导数 的点)正好是它的图像的对称中心.若 ,则 .( 且 ) 【答案】 【解析】 , ,由 ,得 ,且 , ∴ 的对称中心是点 ,因此 . 故当n为奇数时, . 当n为偶数时, . 综上所述, . 故答案为: . 16.已知三次函数 ,且 , ,,则 【答案】2035 【解析】设 ,则 ,所以 ,所以 ,所以 . 故答案为:2035. 17.设 是 的导函数.某同学经过探究发现,任意一个三次函数 的图象都有对称中心 ,其中 满足 . (1)函数 的对称中心为 ; (2)现已知当直线 和 的图象交于 、 、 三点时, 的图象在点 、点 处的切线总平行,则过点 可作 的 条切线. 【答案】 【解析】(1) ,则 , , 由 ,可得 ,且 , 故函数 的对称中心为 ; (2) 的图象在点 、点 处的切线总平行, 所以,点 、 关于 的对称中心对称,故点 为函数 的对称中心, 又因为直线 恒过定点 , 所以,函数 的对称中心为 ,即点 , 因为 ,则 , , 所以, ,解得 ,即 ,则 . 所以,函数 在 处的切线方程为 , 即 ,将点 代入切线方程得 ,整理得 , 即 ,解得 或 . 故过点 的函数 的图象的切线有 条. 故答案为:(1) ;(2) . 18.(2024·四川成都·三模)若指数函数 ( 且 )与三次函数 的图象恰好有两个不同 的交点,则实数 的取值范围是 . 【答案】 【解析】由题意可得: 指数函数 ( 且 )与三次函数 的图象 恰好有两个不同的交点, 等价于方程 有两个不同的解, 对方程 两边同时取对数得: , 即 , , , 从而可转化为: 与 在图像上有两个不同的交点, 当 时, , 当 时, , 所以函数 在 上单调递增,在 上单调递减, 所以函数 在 处取到极大值,也是最大值,最大值为 , 又因为当 时, , 当 时, , 所以 , 解得故答案为: 19.已知三次函数 ,对于任意 ,均有 且存在唯一 ,满 足 ,则 【答案】 【解析】 , , 即 , 又 存在唯一 满足 , 必为二次函数,且最大值为 , 即 , , , , , 故答案为: . 20.已知函数 , ,其中 、 ,若 存在极值点 ,且 , 其中 ,则 . 【答案】 【解析】 , , 由题意可得 ,则 , , , , , , , , , ,即 , ,即 .故答案为: . 21.设函数 ,其中 .若 存在极值点 ,且 ,其中 ,则 . 【答案】4 【解析】依题意, ,因 存在极值点 ,则 ,即 , 由 得 , 由 得 , 而 ,于是得 ,即 , ,从而得 , 所以 . 故答案为:4 22.已知 ,函数 恰有两个零点,则 的取值范围为 . 【答案】 【解析】∵ 且 , ∴ , . 则方程 必有两个不等的实根 . 设 ,则 , . 则必有 ,且 ①. 当 或 时, ;当 时, . 因此函数 的单调递增区间为 ,单调递减区间为 和 . 由于 ,若函数 有两个零点,则 ②. 联立①②得 ,解得 ,∴ . 令 ,令 ,则 . 从而 ,解得 .因此 . 故当 时, ,函数 单调递增. 因此 . 故答案为: 23.已知函数 .若 时,函数 恰有两个不同的零点,则 的值为 ,若 时, 的解集为 ,且 中有且仅有一个整数,则实数b的取值范围为 . 【答案】 3 【解析】对于第一空,利用导数判断出函数的单调性,结合零点的个数可得 或 ,从而 可求 的值. 对于第二空,利用参变分离可得 的解集 中有且只有一个整数,令 ,利用导数讨论 其单调性后可得 的取值范围. , 若 ,则 , 故 恒成立(不恒等于零)或 恒成立(不恒等于零), 故 为单调函数,这与 恰有两个不同的零点矛盾. 当 时,令 ,则 或 , 若 , 故当 时, , 当 时, , 故 的增区间为 ,减区间为 . 因为 恰有两个不同的零点,故 或 , 同理可得当 或 或 时均有相同的结论. 若 ,则 ,矛盾;故 ,即 ,解得 . 若 时, 即为 即 , 令 ,则 , 当 时, ,当 时, , 故 在 为增函数,在 上为减函数, 因为 的解集 中有且只有一个整数,且 , , 故 , 又 , ,故 . 故答案为:3, . 24.函数 的图像如图所示,则 的取值范围是 . 【答案】 【解析】 , 由题图可知, , , , 则 , …①, …②, ②-①得 ,即 . ①+②得 ,则 , 所以 ,则 . 则 , 所以 的取值范围为:故答案为: . 25.给出定义:设 是函数 的导函数, 是函数 的导函数,若方程 有实数 解 ,则称 为函数 的“拐点”.经研究发现所有的三次函数 都有“拐点”,且该“拐点”也是函数 图象的对称中心. (1)若函数 ,求函数 图象的对称中心; (2)已知函数 ,其中 . (ⅰ)求 的拐点; (ⅱ)若 ,求证: . 【解析】(1)因为 ,所以 , 所以 .令 ,解得 ,又 , 所以函数 的“拐点”为 , 所以函数 图象的对称中心为 . (2)(ⅰ)因为 , , 所以 , ,且 , 令 ,则 在 上恒成立, 所以 在 上单调递增,又 , 由零点存在性定理知, 有唯一的零点 , 所 ,且 ,当 时, , 所以 的拐点为 . (ⅱ)证明:由(i)可知, 在 上单调递增, , ∴当 时, ;当 时, , ∴ 在 上单调递减,在 上单调递增,又 , ∴ 在 上恒成立,∴ 在 上单调递增, 又 , , 所以 . 26.给出定义:设 是函数 的导函数, 是函数 的导函数,若方程 有实 数解 ,则称 为函数 的.“固点”.经研究发现所有的三次函数 都有“固点”,且该“固点”也是函数 的图象的对称中心.根据以上信息和相关知识回答下 列问题:已知函数 . (1)当 时,试求 的对称中心. (2)讨论 的单调性; (3)当 时, 有三个不相等的实数根 ,当 取得最大值时,求 的值. 【解析】(1) , , , 令 , , , 故 的对称中心为 . (2) , 令 ,则 , , 当 时, , 恒成立,所以函数 在 上单调递增; 当 时, ,在 , 上, ,函数 在 , 上单调递 增,在 上, ,所以函数 在 上单调递减; 当 时, ,在 , 上, ,函数 在 , 上单调 递增,在 上, ,函数 在 上单调递减. 综上所述: 当 时, 在 上单调递增; 当 时, 在 , 上单调递增,在 上单调递减; 当 时, 在 , 上单调递增,在 上单调递减.(3) , , 令 , , ,所以对称中心为 , 当 和 时, ,函数单调递增; 当 时, ,函数单调递减; ; , 要使得 有三个解,故 , , 且 , , 是方程 的根, 由于对称性,为了简化研究,只研究 的情况, , 根据常数项知: ,根据对称性知: , ,且 , 故 ,即 , . 当 时, 取得最大值 ,此时 . 27.已知三次函数 的极大值是20,其导函数 的图象经过点 , .如 图所示. (1)求 的单调区间; (2)求a,b,c的值; (3)若函数 有三个零点,求m的取值范围. 【解析】(1)根据图象可知 时, ,即 单调递减; 和 时, ,即 单调递增; 故答案为: 单调递减区间是 ; 单调递增是 和 .(2)由已知可得: 和 是 的两个根, 由(1)可得 的极大值在 处取得,故 解得: 故答案为: (3)由(2)知 , 的极小值为: 结合 的单调性可作其草图,如下所示 函数 有三个零点等价于 与 有三个交点,所以 . 故答案为: 28.(2024·高三·山东滨州·期中)已知三次函数 . (1)当 时,求曲线 在点 处的切线方程, (2)讨论 的单调性. 【解析】(1)当 时, , , 所以曲线 在点 处的切线斜率为 , 又 , , 整理可得曲线 在点 处的切线方程为 ; (2) , 若 ,由 可得 ,当 时, , 为增函数, 当 时, , 为减函数, 当 时, , 可得 或 , 所以 在 为增函数,在 上为减函数, 当 时, 若 , 在 为减函数,在 上为增函数, 若 , , 在 上为减函数, 若 , 在 为减函数,在 上为增函数, 综上可得: 若 , 在 上为增函数,在 上为减函数, 当 时, 在 为增函数,在 上为减函数, 当 时, 若 在 为减函数,在 上为增函数, 若 , , 在 上为减函数, 若 , 在 为减函数,在 上为增函数. 29.已知三次函数 在 处取得极值,且在 点处的切线与直线 平行. (1)求 的解析式; (2)若函数 在区间(1,2)上单调递增,求 的取值范围. 【解析】(1) ,由题意 ,解得 ,所以 ; (2)由(1) , , 在 是递增,则 在 上恒成立, , 时, ,所以 . 30.已知三次函数 . (1)若函数 在区间 上具有单调性,求a的取值范围; (2)当 时,若 ,求 的取值范围. 【解析】由 可得: (1)由已知可得 当 时,令 得 . 与 在区间 上的情况如下: x 0 2 0 0 增 极大值 减 极小值 增 因为 在 上具有单调性,所以 . 当 时, 与 在区间 上的情况如下: x 0 2 0 0 减 极小值 增 极大值 减 因为 在 上具有单调性,所以 ,即 . 综上所述,a的取值范围是 . (2)先证明: .由(1)知,当 时, 的递增区间是 ,递减区间是 .因为 ,不妨设 ,则 . 若 ,则 .所以 . 若 ,因为 ,所以 ,当且仅当 时取等号. 综上所述, .再证明: 的取值范围是 . 假设存在常数 ,使得对任意 . 取 ,且 则 ,与 矛盾. 所以 的取值范围是 . 31.已知三次函数 . (1)求证: 是 的零点; (2)如果 是 的零点,求证: 也是 的零点. 【解析】(1) ,则 ,故 是 的零点. (2) 是 的零点,则 , , 则 ,故 也是 的零点. 32.已知任意三次函数 都有对称中心 ,且 的对称中心为 , (1)当 时,求曲线 在点 处的切线方程; (2)若 恒成立,求实数 的取值范围. 【解析】(1)由已知得 , 当 时, , , , 曲线 在点 处的切线方程是 , 即 , (2)由(1)知 , 时, 恒成立,即 恒成立, 即 , 令 , 令 , , 时, 在 单调递减, , , , 单调递增; 单调递减; , 的取值范围为 . 33.已知三次函数 过点 ,且函数 在点 处的切线恰好是直 线 . (1)求函数 的解析式; (2)设函数 ,若函数 在区间 上有两个零点,求实数 的取值范围. 【解析】(1) , 由题意可知: ; (2)令 , 设 , 当 时, 单调递增,当 时, 单调递减, 所以 , 因为函数 在区间 上有两个零点, 所以直线 与函数 的图象有两个交点, 故有 ,即实数 的取值范围为 .