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6 8 5年高考3年模拟 B版 数学(教师用书)
微专题四 对称化构造解极值点偏移问题
学生用书P216
一、名师支招 二、类型分析
1.极值点偏移的含义 类型一:x x x 型(“和”型)
1+ 2>2 0
若单峰函数f x 的极值点为x 则极值点的偏移问题的图示 例1 已知函数f x x 2- x.
( ) 0, ( )= e
及函数值的大小关系如表所示. 求f x 的极值
(1) ( ) ;
若a b a b f a f b 证明 a b .
函数值的 (2) >1, >1, < , ( )+( )=4, : + <4
极值点x 0 大小关系 图示 解析 ( 1 )因为f(x) = x e 2- x,
所以f ′(x) ( x) 2- x,
= 1- e
由f ′(x) ,解得x ,由f ′(x) ,解得x ,
极值 >0 <1 <0 >1
x x f x 所以f(x)在( , )上单调递增,在( , )上单调递减,
点不 x 1+ 2 ( 1)= -∞ 1 1 +∞
偏移
0=
2
f
(2
x
0-
x
2)
因此f(x)在x
=1
处取得极大值
e
,无极小值.
( )证明:由( )可知, f(x)在( , )上单调递减, f( ) ,
2 1 1 +∞ 2 =2
因为a ,b ,a b, f(a) f(b) ,
>1 >1 < + =4
所以不妨设 a b.
1< <2<
峰口向上 要证a b ,只要证b a,
: + <4 <4-
f x 而b , a ,
( 1)< >2 2<4- <3
f x x 所以只要证f(b) f( a),
极值 (2 0- 2) > 4-
左 x x 即证 f(a) f( a),即证f(a) f( a) .
点偏 x 1+ 2 4- > 4- + 4- <4
移 0< 令F(x) f(x) f( x), x ,
移 2 = + 4- 1< <2
峰口向下 则F′(x) f ′(x) f ′( x)
: = - 4-
f x ( x) 2- x x -2(x ),
( 1)> = 1- e -e -3
f x x 令h(x) ( x) 2- x x -2(x ), x ,
(2 0- 2) = 1- e -e -3 1< <2
则h′(x) 2- x(x ) x -2(x )
=e -2 -e -2
(x )( 2- x x -2).
= -2 e -e
峰口向上 因为 1< x <2 ,所以x -2<0 , e 2- x -e x -2 >0 ,
:
所以h′(x) ,
f x <0
( 1)>
即h(x)在( , )上单调递减,
f x x 1 2
极值
(2 0- 2)
则h(x) h( ) ,
右 x x > 2 =0
点偏 x 1+ 2 即F′(x) ,
移 0> >0
移 2 所以F(x)在( , )上单调递增,
峰口向下 1 2
: 所以F(x) F( ) f( ) ,
< 2 =2 2 =4
f x
( 1)< 即当 x 时, f(x) f( x) ,
1< <2 + 4- <4
f x x
(2 0- 2) 所以原命题成立.
类型二:x ·x x2 型(“积”型)
1 2> 0
2.对称化构造法 例2 已知函数f x x ax.
( )=ln -
对称化构造法主要用来解决与两个极值点之和 积相关的不 设函数g x f x x 若g x 在其定义域内恒成
、 (1) ( )= ( )-2 +1, ( )≤0
等式的证明问题.其解题要点如下 立 求实数a的最小值
: , ;
定函数 极值点为x 利用导函数符号的变化判断函数 若方程f x x2 恰有两个相异的实根x x 试求实数a的
(1) ( 0): (2) ( )= 1, 2,
的单调性 进而确定函数的极值点x . 取值范围 并证明 x x .
, 0 , : 1 2>1
(2) 构造函数 : 对于x 1+ x 2>2 x 0 型 , 构造函数F ( x )= f ( x )- f (2 x 0 解析 ( 1 )易知g(x)的定义域为( 0 , +∞ ).
x
x 或F x f x x f x x 对于x x x2 型 构造函数 由g(x) f(x) x 得a ln +1在( , )上恒成立,
- ) ( )= ( 0+ )-( 0- ); 1· 2> 0 , = -2 +1≤0 +2≥ x 0 +∞
æx2ö
F x f x fç 0÷. x
( )= ( )- è x ø 设t(x) ln +1(x ),
= x >0
判断单调性 利用导数讨论F x 的单调性.
(3) : ( ) x
则t′(x) ln ,
(4)
比较大小
:
判断函数 F
(
x
)
在某段区间上的正负
,
并得出 =- x2
f x 与f x x 的大小关系. 当 x 时,t′(x) ,t(x)单调递增,当x 时,t′(x) ,t
( ) (2 0- ) ∴ 0< <1 >0 >1 <0
转化 利用函数f x 的单调性 将f x 与f x x 的大小 (x)单调递减,
(5) : ( ) , ( ) (2 0- )
关系转化为x与 x x之间的关系 问题得证. t(x) t( ) ,
2 0- , ∴ max= 1 =1
专题三 导数及其应用 6 9
a ,即a , ( )
∴ +2≥1 ≥-1 x x x 1 h(x ) h 1 ,
实数a的最小值为 . ∴ 1 2>1⇔ 1>x ⇔ 1 > x
∴ -1 2 2
(
2
)由f(x)
=
x2 得
ln
x
-
ax
-
x2
=0
, 又h(x
1
)
=
h(x
2
)
=0
,
( ) ( )
x
即ln a x , h(x ) h 1 h(x ) h 1
x - - =0 ∴ 1 - x = 2 - x
2 2
x æ ö
令h(x) = ln x - a - x(x >0 ), æ x ö çln x 1 ÷
çln 2 x a÷ ç 2 1 a÷
则h′(x) 1-ln x 1- x2 -ln x , =è x 2 - 2- ø- è ç x 1 -x 2 - ø ÷
= x2 -1= x2
2
( )
设s(x) x2 x,x , 1 x x x 1 ,
=1- -ln >0 = x + 2 ln 2- 2+x
2 2
则s′(x) x 1 , ( )
=-2 - x <0 令φ(x) x 1 x x 1 (x ),
= + x ln - + x >1
s(x)在( , )上单调递减,又s( ) ,
∴ 0 +∞ 1 =0 æ ö
在( , )上,s(x) ,h′(x) ,h(x)单调递增,在( , )上, 则φ′(x) ç 1 ÷ x ,
∴ 0 1 >0 >0 1 +∞ =è1-x2 øln >0
s(x) ,h′(x) ,h(x)单调递减,
<0 <0 φ(x)在( , )上单调递增,
h(x) h( ) a. ∴ 1 +∞
∴ max= 1 =-1- 当x 时,φ(x) φ( ) ,
当x趋近于 时,h(x) ,当x趋近于 时,h(x) . ∴ >1 > 1 =0
0 →-∞ +∞ →-∞ ( )
若方程f(x) = x2 恰有两个相异的实根x 1 ,x 2 ,则 -1- a >0 , 即 x 1 + x 2 ln x 2- x 2+x 1 >0 ,
2 2
a , ( )
∴ <-1 h(x ) h 1 .
即实数a的取值范围为( , ). ∴ 1 > x
-∞ -1 2
下面证明x x ,不妨令x x , x x 得证.
1 2>1 1< 2 ∴ 1 2>1
则 x x , 1 ,
0< 1<1< 2 0<x <1
2
学生用书P40
1.( 广东湛江一模, )已知函数f x x ln a1x. x
2024 18 ( )=(1+ln )e 由图知当 a 时 方程1+ln a有两个根.
讨论f x 的单调性 0< <1 , x =
(1) ( ) ;
若方程f x 有两个根x x 求实数a的取值范围 并 x x
(2) ( )=1 1, 2, , 证明 不妨令x x 则 x x 1+ln 1 1+ln 2
证明 x x . : 1< 2, 0< 1<1< 2, x = x ,
: 1 2>1 1 2
( ) x
解析 由题意可得x 1 所以a 设h x g x g 1 1+ln x x
(1) >0,ax>0, >0, ( )= ( )- x = x - (1-ln ),
f ( x )=(1+ln x )e ln a1x = 1+ a l x n x 的定义域为 (0,+∞), 则h′
(
x
)=
-l
x
n
2
x
+ln
x
=
x2
x
-
2
1
ln
x
≥0,
æ
è
ç
0<
x
<1
时, x2
x
-
2
1与
ln
x
1
x ·
ax
-(1+ln
x
)·
a
x 同时小于 ,x 时,h′(x) ,x 时,
x2
-1与 x同时大于
f ′
(
x
)= ax 2 =-
l
a
n
x2,
0 =1 =0 >1 x2 ln
( )
ö
由f ′ x 得x
( )=0, =1, ,故h′(x) ÷
当 x 时 f ′ x 则f x 在 上单调递增
0 ≥0ø
0< <1 , ( )>0, ( ) (0,1) ,
当x 时 f ′ x 则f x 在 上单调递减. 所以h x 在 上单调递增
>1 , ( )<0, ( ) (1,+∞) ( ) (0,+∞) ,
x x x ( )
由1+ln 得1+ln a 设g x 1+ln x 又h 所以h x g x g 1
(2) ax =1, x = , ( )= x , >0, (1)=0, ( 1)= ( 1)- x <0,
1
( )
1 x x 即g x g 1
则g′ ( x )=
x · -
x
(
2
1+ln )
= -l x n 2
x
, 由g′ ( x )=0, 得x =1,
( 1)< x
1
,
( )
又g x g x 所以g x g 1
当 x 时 g′ x 则g x 在 上单调递增 ( 1)= ( 2), ( 2)< x ,
0< <1 , ( )>0, ( ) (0,1) , 1
当x 时 g′ x 则g x 在 上单调递减.
>1 , ( )<0, ( ) (1,+∞) 又x 1 g x 在 上单调递减 所以x 1
( ) 2>1,x >1, ( ) (1,+∞) , 2>x ,
又g 1 g 且当x 时 g x 1 1
=0, (1)=1, >1 , ( )>0, 故x x .
e 1 2>1
故g x 1+ln x 的图象如图所示 2.( 湖南三湘创新发展联合体联考, )已知函数f x x
( )= x , 2024 19 ( )=2e
ax.
Z +
讨论f x 的单调性
(1) ( ) ;
若方程 f x m有两个不相等的根 x x 且 x x
0 Y (2) ( )= 1, 2, 0< 1< 2,
F f x 的导函数为f ′ x 证明 f ′ x x .
( ) ( ), : ( 1 2)<0
7 0 5年高考3年模拟 B版 数学(教师用书)
解析 f x x ax 则f ′ x x a g x 有两个不等实根x x x x .
(1) ( )=2e + , ( )=2e + , ( ) 1, 2( 1< 2)
当a 时 f ′ x 函数f x 在R上单调递增 求实数a的取值范围
≥0 , ( )>0, ( ) ; (i) ;
( a )
当a 时 令f ′ x 得x 证明 x2 x2 2 .
<0 , ( )<0, <ln - , (ii) : 1+ 2>
2 e
( a ) x
令f ′ x 得x 解析 因为顶点B在x轴上方 所以ln x .
( )>0, >ln - , (1) , x >0⇒ >1
2
( ( a )) ( x)
所以 函 数 f x 在 上 单 调 递 减 在 由题意知AB x轴.设A x 则B x ln 所得圆锥体积
( ) -∞,ln - , ⊥ ( ,0), , x ,
2
( ( a ) ) 上单调递增. V 1 ( ln x) 2 x π ln 2x x .
ln - ,+∞ = ·π x · = · x ( >1)
2 3 3
(2)
证明
:
因为方程f
(
x
)=
m有两个不相等的根x
1,
x
2,
且
0<
x
1 设m x ln
2x
x 则m′ x 2ln
x
-ln
2x
x ( )= x ( >1), ( )= x2 ,
< 2,
( a ) 由m′ x x 2x x x .
所以由 知 a x x ( )>0⇒2ln -ln >0⇒ln (2-ln )>0
(1) , <0,0< 1<ln - 2 < 2, 因为x >1, 所以 2-ln x >0⇒ x <e 2 ,
要证f ′ ( x 1 x 2)<0, 即证 2e x 1 x 2+ a <0, 即证 e x 1 x 2 <- a , 即证 所以m ( x ) 在 (1,e 2 ) 上单调递增 , 在 (e 2 ,+∞) 上单调递减 ,
2 2 2
x 1 x 2 <ln ( - 2 a ) , 因为 x 1 x 2 < x 1+ 2 x 2 , 所以可证 x 1+ 2 x 2 < 所以m ( 因 x ) 为 max f = x m (e g 2 )= x ln e 即 2 e = ax e 2 4 2 .从 x 而 ax2 V max= 3 4 e π 2 x . 即 ax2 ax2
( a ) ( a ) ( a ) (2)(i) ( )= ( ), e -e + -1=ln , e + =
即证x x 即证x x ln(e x ) x 令u t t t 所以u ax2 u x
ln - , 1+ 2<2ln - , 1<2ln - - 2, e +ln(e ), ( )=e+, ( )= (ln(e )),
2
( ( a )
2
) ( a )
2 因为u
(
t
)=e
t
+
t为增函数
,
所以ax2
=ln(e
x
),
即ax2
=ln
x
+1,
令g ( x )= f ( x )- f 2ln - - x ,0< x <ln - (提醒:构造 所以方程f x g x 有两个不等实根x x 等价于a ln x +1
函数,将双变量转化为单变 2 量) 2 ( )= ( ) 1, 2 = x2
,
则g′
(
x
)=
f ′
(
x
)+
f ′ (
2ln
(
-
a )
-
x )
=2e
x
+
a
+2e
2ln(- a 2)- x
+
a
=
有两个不等实
x
根x 1, x 2,
x
2 令h x ln +1 则h′ x -1-2ln
x ( a ) 2 - x a x ( a ) 2 - x a a a ( æ )= x ö 2 , ( )= x3 ,
2e +2 - 2 e +2 >2·2 e · - 2 e +2 =-2 +2 当x ∈è ç 0, 1 ø ÷时 , h′ ( x )>0, h ( x ) 单调递增 ;
e
=0,
所以函数g ( x ) 在 ( 0,ln ( - a )) 上单调递增 , 当x ∈ æ è ç 1 ,+∞ ö ø ÷时 , h′ ( x )<0, h ( x ) 单调递减.
2 e
( ( a )) ( ( a )) ( ( a )) æ ö
所以g x g f f 所以h x hç 1 ÷ 1 .
( )< ln - = ln - - ln - =0, ( )max= è ø= e
2 2 2 e 2
所以f x f
( ( a )
x
) 当x
→0
时
,
h
(
x
)→-∞;
当x
→+∞
时
,
y
=ln
x
+1
与y
=
x2 均为
( )< 2ln - - ,
2 增函数 且 y x2 的增长速度更快 故 h x 所以 a
( ( a ) ) ( , ) = , ( )→0,
所以f x f x
( 1)< 2ln - 2 - 1 , ∈ 0, 1 e .
2
因为f ( x 1)= f (
(
x 2)
(
,
a ) ) 证明 由 知
{ax2
1=1+ln
x
1,两式作差得ax2 ax2 x
所以f x f x (ii) : (i) ax2 x 1- 2=ln 1-
( 2)< 2ln - - 1 , 2=1+ln 2,
2
又 x 2 > ln ( - 2 a ) , 2ln ( - 2 a ) - x 1 > ln ( - 2 a ) , f ( x ) 在 ln x 2, 即 ln x x 2 1 2 1 - - x ln 2 2 x2 2 = 2 1 a, 令G ( x )=ln x - 2( x x + - 1 1) , x >1,
( ( a ) ) x 2
上单调递增 则G′ x 1 4 ( -1)
ln - ,+∞ , ( )= x - x 2 =x x 2>0,
2 ( +1) ( +1)
( a ) 故G x 在 上单调递增 故G x G 即当x
所以x x 所以f ′ x x . ( ) (1,+∞) , ( )> (1)=0, >1
1<2ln -
2
- 2, ( 1 2)<0 æx2 ö
ç 2 ÷
3.( 2024 吉林省吉林市二模)在平面直角坐标系 xOy 中 , 时 x 2( x -1) 又x x 故 x2 2 2èx2 1 -1ø 故 x2 1+ x2 2
Rt△
OAB的直角顶点A在x轴上
,
另一个顶点B在函数f
(
x
)
,ln > x
+1
, 2> 1>0, ln x2
1
> x2
2
,
2
>
= ln x
x
的图象上.
x2
1
+1
x2 x2 x2 x2 x2 x2
当顶点B在x轴上方时 求 OAB以x轴为旋转轴 边 1- 2 故 1+ 2 1 由 知 a e 故 1+ 2 1
(1) , Rt△ , x2 x2, > a, (i) 0< < , > ,
AB和边OB 旋转一周形成的面所围成的几何体体积的最 ln 1-ln 2 2 2 2 2 e
大值.
即x2
1+
x2
2>
2 .
e
ax2 x ax2
已知函数 g x e -e + -1 关于 x 的方程 f x
(2) ( )= x , ( )=