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五年（2019-2023）年高考真题分项汇编
专题04 导数及应用（解答题）
函数导数应用是高考必考知识点 ，解答题主要是压轴题的形式出现，常考题型如图所示：
考点01 利用导数求函数单调性，求参数
一、解答题
1．（2023·年全国新高考Ⅰ卷数学试题）已知函数
．
(1)讨论
的单调性；
(2)证明：当
时，
．
【答案】(1)答案见解析(2)证明见解析
【分析】（1）先求导，再分类讨论
与
两种情况，结合导数与函数单调性的关系即可得解；
（2）方法一：结合（1）中结论，将问题转化为
的恒成立问题，构造函数
，利用导数证得
即可.
方法二：构造函数
，证得
，从而得到
，进而将问题转化为
的恒成立问题，由此得证.
【详解】（1）因为
，定义域为
，所以
，
当
时，由于
，则
，故
恒成立，
所以
在
上单调递减；
当
时，令
，解得
，
当
时，
，则
在
上单调递减；
当
时，
，则
在
上单调递增；
综上：当
时，
在
上单调递减；
当
时，
在
上单调递减，
在
上单调递增.
（2）方法一：
由（1）得，
，
要证
，即证
，即证
恒成立，
令
，则
，
令
，则
；令
，则
；
所以
在
上单调递减，在
上单调递增，
所以
，则
恒成立，
所以当
时，
恒成立，证毕.
方法二：
令
，则
，
由于
在
上单调递增，所以
在
上单调递增，
又
，
所以当
时，
；当
时，
；
所以
在
上单调递减，在
上单调递增，
故
，则
，当且仅当
时，等号成立，
因为
，
当且仅当
，即
时，等号成立，
所以要证
，即证
，即证
，
令
，则
，
令
，则
；令
，则
；
所以
在
上单调递减，在
上单调递增，
所以
，则
恒成立，
所以当
时，
恒成立，证毕.
2．（2023 年全国高考乙卷数学（文）试题）已知函数
．
(1)当
时，求曲线
在点
处的切线方程．
(2)若函数
在
单调递增，求
的取值范围．
【答案】(1)
；(2)
.
【分析】（1）由题意首先求得导函数的解析式，然后由导数的几何意义确定切线的斜率和切点坐标，最
后求解切线方程即可；
（2）原问题即
在区间
上恒成立，整理变形可得
在区间
上恒成立，然后分类讨论
三种情况即可求得实数
的取值范围.
【详解】（1）当
时，
，
则
，
据此可得
，
所以函数在
处的切线方程为
，即
.
（2）由函数的解析式可得
，
满足题意时
在区间
上恒成立.
令
，则
，
令
，原问题等价于
在区间
上恒成立，
则
，
当
时，由于
，故
，
在区间
上单调递减，
此时
，不合题意;
令
，则
，
当
，
时，由于
，所以
在区间
上单调递增，
即
在区间
上单调递增，
所以
，
在区间
上单调递增，
，满足题意.
当
时，由
可得
，
当
时，
在区间
上单调递减，即
单调递减，
注意到
，故当
时，
，
单调递减，
由于
，故当
时，
，不合题意.
综上可知：实数
得取值范围是
.
【点睛】方法点睛：
（1）求切线方程的核心是利用导函数求切线的斜率，求函数的导数要准确地把函数拆分成基本初等函数
的和、差、积、商，再利用运算法则求导，合函数求导，应由外到内逐层求导，必要时要进行换元.
（2）由函数的单调性求参数的取值范围的方法
①函数在区间
上单调，实际上就是在该区间上
(或
)恒成立．
②函数在区间
上存在单调区间，实际上就是
(或
)在该区间上存在解集．
3．（2022 年全国高考乙卷数学（文）试题）已知函数
．
(1)当
时，求
的最大值；
(2)若
恰有一个零点，求a 的取值范围．
【答案】(1)
(2)
【分析】（1）由导数确定函数的单调性，即可得解；
（2）求导得
，按照
、
及
结合导数讨论函数的单调性，求得函数的
极值，即可得解.
【详解】（1）当
时，
，则
，
当
时，
，
单调递增；
当
时，
，
单调递减；
所以
；
（2）
，则
，
当
时，
，所以当
时，
，
单调递增；
当
时，
，
单调递减；
所以
，此时函数无零点，不合题意；
当
时，
，在
上，
，
单调递增；
在
上，
，
单调递减；
又
，
由（1）得
，即
，所以
，
当
时，
，
则存在
，使得
，
所以
仅在
有唯一零点，符合题意；
当
时，
，所以
单调递增，又
，
所以
有唯一零点，符合题意；
当
时，
，在
上，
，
单调递增；
在
上，
，
单调递减；此时
，
由（1）得当
时，
，
，所以
，
此时
存在
，使得
，
所以
在
有一个零点，在
无零点，
所以
有唯一零点，符合题意；
综上，a 的取值范围为
.
【点睛】关键点点睛：解决本题的关键是利用导数研究函数的极值与单调性，把函数零点问题转化为函数
的单调性与极值的问题.
4．（2022 年全国高考甲卷数学（文）试题）已知函数
，曲线
在点
处的切线也是曲线
的切线．
(1)若
，求a；
(2)求a 的取值范围．
【答案】(1)3(2)
【分析】（1）先由
上的切点求出切线方程，设出
上的切点坐标，由斜率求出切点坐标，再由函
数值求出
即可；
（2）设出
上的切点坐标，分别由
和
及切点表示出切线方程，由切线重合表示出
，构造函
数，求导求出函数值域，即可求得
的取值范围.
【详解】（1）由题意知，
，
，
，则
在点
处
的切线方程为
，
即
，设该切线与
切于点
，
，则
，解得
，则
，解得
；
（2）
，则
在点
处的切线方程为
，整理得
，
设该切线与
切于点
，
，则
，则切线方程为
，整理
得
，
则
，整理得
，
令
，则
，令
，解得
或
，
令
，解得
或
，则
变化时，
的变化情况如下表：
0
1
0
0
0
则
的值域为
，故
的取值范围为
.
5．（2021 年全国高考甲卷数学（文）试题）设函数
，其中
.
（1）讨论
的单调性；
（2）若
的图象与
轴没有公共点，求a 的取值范围.
【答案】（1）
的减区间为
，增区间为
；（2）
.
【分析】（1）求出函数的导数，讨论其符号后可得函数的单调性.
（2）根据
及（1）的单调性性可得
，从而可求a 的取值范围.
【详解】（1）函数的定义域为
，
又
，
因为
，故
，
当
时，
；当
时，
；
所以
的减区间为
，增区间为
.
（2）因为
且
的图与
轴没有公共点，
所以
的图象在
轴的上方，
由（1）中函数的单调性可得
，
故
即
.
【点睛】方法点睛：不等式的恒成立问题，往往可转化为函数的最值的符号来讨论，也可以参变分离后转
化不含参数的函数的最值问题，转化中注意等价转化.
6．（2020 年全国高考Ⅰ卷（文）数学试题）已知函数
.
（1）当
时，讨论
的单调性；
（2）若
有两个零点，求
的取值范围.
【答案】（1）
的减区间为
，增区间为
；（2）
.
【分析】（1）将
代入函数解析式，对函数求导，分别令导数大于零和小于零，求得函数的单调增区
间和减区间；
（2）若
有两个零点，即
有两个解，将其转化为
有两个解，令
，求导研究函数图象的走向，从而求得结果.
【详解】（1）当
时，
，
，
令
，解得
，令
，解得
，
所以
的减区间为
，增区间为
；
（2）若
有两个零点，即
有两个解，
从方程可知，
不成立，即
有两个解，
令
，则有
，
令
，解得
，令
，解得
或
，
所以函数
在
和
上单调递减，在
上单调递增，
且当
时，
，
而
时，
，当
时，
，
所以当
有两个解时，有
，
所以满足条件的
的取值范围是：
.
【点睛】本题考查的是有关应用导数研究函数的问题，涉及到的知识点有应用导数研究函数的单调性，根
据零点个数求参数的取值范围，在解题的过程中，也可以利用数形结合，将问题转化为曲线
和直线
有两个交点，利用过点
的曲线
的切线斜率，结合图形求得结果.
7．（2020 年全国新高考Ⅰ卷数学试题）已知函数
．
（1）当
时，求曲线
在点
处的切线与两坐标轴围成的三角形的面积；
（2）若不等式
恒成立，求a 的取值范围．
【答案】（1）
（2）
【分析】（1）利用导数的几何意义求出在点
切线方程，即可得到坐标轴交点坐标，最后根据三角
形面积公式得结果；
（2）方法一：利用导数研究函数
的单调性，当a=1 时，由
得
,符合题意；
当a>1 时，可证
，从而
存在零点
，使得
，得到
，利
用零点的条件，结合指数对数的运算化简后，利用基本不等式可以证得
恒成立；当
时，研
究
.即可得到不符合题意.综合可得a 的取值范围.
【详解】（1）
，
，
.
，∴切点坐标为(1,1+e),
∴函数
在点(1,f(1)处的切线方程为
,即
,
切线与坐标轴交点坐标分别为
,
∴所求三角形面积为
．
（2）［方法一］：通性通法
,
，且
.
设
,则
g(
∴x)在
上单调递增，即
在
上单调递增，
当
时，
,∴
,∴
成立.
当
时，
，
，
,
∴存在唯一
，使得
，且当
时
，当
时
，
，
，
因此
>1,
∴
∴
恒成立；
当
时，
∴
不是恒成立.
综上所述，实数a 的取值范围是[1,+∞).
［方法二］【最优解】：同构
由
得
，即
，而
，所以
．
令
，则
，所以
在R 上单调递增．
由
，可知
，所以
，所以
．
令
，则
．
所以当
时，
单调递增；
当
时，
单调递减．
所以
，则
，即
．
所以a 的取值范围为
．
［方法三］：换元同构
由题意知
，令
，所以
，所以
．
于是
．
由于
，而
在
时为增函数，故
，即
，分离参数后有
．
令
，所以
．
当
时，
单调递增；当
时，
单调递减．
所以当
时，
取得最大值为
．所以
．
［方法四］：
因为定义域为
，且
，所以
，即
．
令
，则
，所以
在区间
内单调递增．
因为
，所以
时，有
，即
．
下面证明当
时，
恒成立．
令
，只需证当
时，
恒成立．
因为
，所以
在区间
内单调递增，则
．
因此要证明
时，
恒成立，只需证明
即可．
由
，得
．
上面两个不等式两边相加可得
，故
时，
恒成立．
当
时，因为
，显然不满足
恒成立．
所以a 的取值范围为
．
【整体点评】（2）方法一：利用导数判断函数
的单调性，求出其最小值，由
即可求出，解法
虽稍麻烦，但是此类题，也是本题的通性通法；
方法二：利用同构思想将原不等式化成
，再根据函数
的单调性
以及分离参数法即可求出，是本题的最优解；
方法三：通过先换元，令
，再同构，可将原不等式化成
，再根据函数
的
单调性以及分离参数法求出；
方法四：由特殊到一般，利用
可得
的取值范围，再进行充分性证明即可．
考点02 恒成立问题
1．（2023 年全国新高考Ⅱ卷（文））（1）证明：当
时，
；
（2）已知函数
，若
是
的极大值点，求a 的取值范围．
【答案】（1）证明见详解（2）
【分析】（1）分别构建
，
，求导，利用导数判断原函
数的单调性，进而可得结果；
（2）根据题意结合偶函数的性质可知只需要研究
在
上的单调性，求导，分类讨论
和
，结合（1）中的结论放缩，根据极大值的定义分析求解.
【详解】（1）构建
，则
对
恒成立，
则
在
上单调递增，可得
，
所以
；
构建
，
则
，
构建
，则
对
恒成立，
则
在
上单调递增，可得
，
即
对
恒成立，
则
在
上单调递增，可得
，
所以
；
综上所述：
.
（2）令
，解得
，即函数
的定义域为
，
若
，则
，
因为
在定义域内单调递减，
在
上单调递增，在
上单调递减，
则
在
上单调递减，在
上单调递增，
故
是
的极小值点，不合题意，所以
.
当
时，令
因为
，
且
，
所以函数
在定义域内为偶函数，
由题意可得：
，
（i）当
时，取
，
，则
，
由（1）可得
，
且
，
所以
，
即当
时，
，则
在
上单调递增，
结合偶函数的对称性可知：
在
上单调递减，
所以
是
的极小值点，不合题意；
（ⅱ）当
时，取
，则
，
由（1）可得
，
构建
，
则
，
且
，则
对
恒成立，
可知
在
上单调递增，且
，
所以
在
内存在唯一的零点
，
当
时，则
，且
，
则
，
即当
时，
，则
在
上单调递减，
结合偶函数的对称性可知：
在
上单调递增，
所以
是
的极大值点，符合题意；
综上所述：
，即
，解得
或
，
故a 的取值范围为
.
【点睛】关键点睛：
1.当
时，利用
，换元放缩；
2.当
时，利用
，换元放缩.
2．（2020 年全国高考Ⅱ卷（文）数学试题）已知函数
．
（1）当
时，求曲线
在点
处的切线与两坐标轴围成的三角形的面积；
（2）若不等式
恒成立，求a 的取值范围．
【答案】（1）
（2）
【分析】（1）利用导数的几何意义求出在点
切线方程，即可得到坐标轴交点坐标，最后根据三角
形面积公式得结果；
（2）方法一：利用导数研究函数
的单调性，当a=1 时，由
得
,符合题意；
当a>1 时，可证
，从而
存在零点
，使得
，得到
，利
用零点的条件，结合指数对数的运算化简后，利用基本不等式可以证得
恒成立；当
时，研
究
.即可得到不符合题意.综合可得a 的取值范围.
【详解】（1）
，
，
.
，∴切点坐标为(1,1+e),
∴函数
在点(1,f(1)处的切线方程为
,即
,
切线与坐标轴交点坐标分别为
,
∴所求三角形面积为
．
（2）［方法一］：通性通法
,
，且
.
设
,则
g(
∴x)在
上单调递增，即
在
上单调递增，
当
时，
,∴
,∴
成立.
当
时，
，
，
,
∴存在唯一
，使得
，且当
时
，当
时
，
，
，
因此
>1,
∴
∴
恒成立；
当
时，
∴
不是恒成立.
综上所述，实数a 的取值范围是[1,+∞).
［方法二］【最优解】：同构
由
得
，即
，而
，所以
．
令
，则
，所以
在R 上单调递增．
由
，可知
，所以
，所以
．
令
，则
．
所以当
时，
单调递增；
当
时，
单调递减．
所以
，则
，即
．
所以a 的取值范围为
．
［方法三］：换元同构
由题意知
，令
，所以
，所以
．
于是
．
由于
，而
在
时为增函数，故
，即
，分离参数后有
．
令
，所以
．
当
时，
单调递增；当
时，
单调递减．
所以当
时，
取得最大值为
．所以
．
［方法四］：
因为定义域为
，且
，所以
，即
．
令
，则
，所以
在区间
内单调递增．
因为
，所以
时，有
，即
．
下面证明当
时，
恒成立．
令
，只需证当
时，
恒成立．
因为
，所以
在区间
内单调递增，则
．
因此要证明
时，
恒成立，只需证明
即可．
由
，得
．
上面两个不等式两边相加可得
，故
时，
恒成立．
当
时，因为
，显然不满足
恒成立．
所以a 的取值范围为
．
【整体点评】（2）方法一：利用导数判断函数
的单调性，求出其最小值，由
即可求出，解法
虽稍麻烦，但是此类题，也是本题的通性通法；
方法二：利用同构思想将原不等式化成
，再根据函数
的单调性
以及分离参数法即可求出，是本题的最优解；
方法三：通过先换元，令
，再同构，可将原不等式化成
，再根据函数
的
单调性以及分离参数法求出；
方法四：由特殊到一般，利用
可得
的取值范围，再进行充分性证明即可．
3．（2019·全国Ⅰ卷数学试题）已知函数f（x）=2sinx－xcosx－x，f′（x）为f（x）的导数．
（1）证明：f′（x）在区间（0，π）存在唯一零点；
（2）若x [0
∈
，π]时，f（x）≥ax，求a 的取值范围．
【答案】（1）见解析；
（2）
.
【分析】（1）求导得到导函数后，设为
进行再次求导，可判断出当
时，
，当
时，
，从而得到
单调性，由零点存在定理可判断出唯一零点所处的位置，证得结
论；（2）构造函数
，通过二次求导可判断出
，
；分别在
，
，
和
的情况下根据导函数的
符号判断
单调性，从而确定
恒成立时
的取值范围.
【详解】（1）
令
，则
当
时，令
，解得：
当
时，
；当
时，
在
上单调递增；在
上单调递减
又
，
，
即当
时，
，此时
无零点，即
无零点
，使得
又
在
上单调递减
为
，即
在
上的唯一零点
综上所述：
在区间
存在唯一零点
（2）若
时，
，即
恒成立
令
则
，
由（1）可知，
在
上单调递增；在
上单调递减
且
，
，
，
①当
时，
，即
在
上恒成立
在
上单调递增
，即
，此时
恒成立
②当
时，
，
，
，使得
在
上单调递增，在
上单调递减
又
，
在
上恒成立，即
恒成立
③当
时，
，
，使得
在
上单调递减，在
上单调递增
时，
，可知
不恒成立
④当
时，
在
上单调递减
可知
不恒成立
综上所述：
【点睛】本题考查利用导数讨论函数零点个数、根据恒成立的不等式求解参数范围的问题.对于此类端点值
恰为恒成立不等式取等的值的问题，通常采用构造函数的方式，将问题转变成函数最值与零之间的比较，
进而通过导函数的正负来确定所构造函数的单调性，从而得到最值.
4．（2019 年全国高考Ⅱ卷（文））已知函数
.证明：
（1）
存在唯一的极值点；
（2）
有且仅有两个实根，且两个实根互为倒数.
【答案】（1）见详解；（2）见详解
【分析】（1）先对函数
求导，根据导函数的单调性，得到存在唯一
，使得
，进而可得判
断函数
的单调性，即可确定其极值点个数，证明出结论成立；
（2）先由（1）的结果，得到
，
，得到
在
内存在唯一
实根，记作
，再求出
，即可结合题意，说明结论成立.
【详解】（1）由题意可得，
的定义域为
，
由
，
得
，
显然
单调递增；
又
，
，
故存在唯一
，使得
；
又当
时，
，函数
单调递增；当
时，
，函数
单调递减；
因此，
存在唯一的极值点；
（2）
[方法一]【利用对称性转化为研究两个函数根的问题】
的根的情况问题可转化为函数
与
的图像在区间
内的交点情况．
．
当
时，
在区间
内单调递增；又因为
，所以当
时，
，则
时，
单调递减；当
时，
，则当
时，
单调递增．又
，所以函数
与
的图像，如
图8 所示，只有两个交点，横坐标分别为
和
，且
，即
和
为
的两个实根．
又因为
，当
时，
，由于
，所以
，即
，所以两个实根互为倒数．
[方法二]【分类讨论】
由（1）知，
．又
，所以
有且仅有两
个实根
，可令
．
下面证明
，
由
，得
，显然有
，
．
（*）
（1）当
时，
，（*）式不成立；
（2）当
时，
，（*）式不成立；
（3）当
时，
，（*）式成立．
综上，
有且仅有两个实根，且两个实根互为倒数．
[方法三]【利用函数的单调性结合零点存在定理】
的定义域为
，显然
不是方程
的根，
所以
有两个实根等价于
有两个零点，且
定义域为
．
而
，所以
在区间
内单调递增，在区间
内单调递增．
当
时，
，
，
所以
在区间
内有唯一零点
，即
，
所以
．
结合单调性知
在区间
内有唯一零点
，所以
有且仅有两个零点，且两个零点互为倒数，
即
有且仅有两个实根，且两个实根互为倒数．
【整体点评】(2)方法一：对称性是函数的重要性质，利用函数的对称性研究函数体现了整体思想；
方法二：分类讨论是最常规的思想，是处理导数问题最常规的手段；
方法三：函数的单调性和零点存在定理的综合运用使得问题简单化.
考点03 三角函数相关导数问题
2022 年8 月11 日高中数学作业
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、解答题
1．（2023·全国甲卷）已知函数
．
(1)当
时，讨论
的单调性；
(2)若
，求
的取值范围．
【答案】(1)
在
上单调递减
(2)
【分析】（1）代入
后，再对
求导，同时利用三角函数的平方关系化简
，再利用换元法判
断得其分子与分母的正负情况，从而得解；
（2）法一：构造函数
，从而得到
，注意到
，从而得到
，进而
得到
，再分类讨论
与
两种情况即可得解；
法二：先化简并判断得
恒成立，再分类讨论
，
与
三种情况，利用零点存在
定理与隐零点的知识判断得
时不满足题意，从而得解.
【详解】（1）因为
，所以
，
则
，
令
，由于
，所以
，
所以
，
因为
，
，
，
所以
在
上恒成立，
所以
在
上单调递减.
（2）法一：
构建
，
则
，
若
，且
，
则
，解得
，
当
时，因为
，
又
，所以
，
，则
，
所以
，满足题意；
当
时，由于
，显然
，
所以
，满足题意；
综上所述：若
，等价于
，
所以
的取值范围为
.
法二：
因为
，
因为
，所以
，
，
故
在
上恒成立，
所以当
时，
，满足题意；
当
时，由于
，显然
，
所以
，满足题意；
当
时，因为
，
令
，则
，
注意到
，
若
，
，则
在
上单调递增，
注意到
，所以
，即
，不满足题意；
若
，
，则
，
所以在
上最靠近
处必存在零点
，使得
，
此时
在
上有
，所以
在
上单调递增，
则在
上有
，即
，不满足题意；
综上：
.
【点睛】关键点睛：本题方法二第2 小问讨论
这种情况的关键是，注意到
，从而分类讨论
在
上的正负情况，得到总存在靠近
处的一个区间，使得
，从而推得存在
，由此得解.
2．（2023·全国新课标Ⅱ卷）（1）证明：当
时，
；
（2）已知函数
，若
是
的极大值点，求a 的取值范围．
【答案】（1）证明见详解（2）
【分析】（1）分别构建
，
，求导，利用导数判断原函
数的单调性，进而可得结果；
（2）根据题意结合偶函数的性质可知只需要研究
在
上的单调性，求导，分类讨论
和
，结合（1）中的结论放缩，根据极大值的定义分析求解.
【详解】（1）构建
，则
对
恒成立，
则
在
上单调递增，可得
，
所以
；
构建
，
则
，
构建
，则
对
恒成立，
则
在
上单调递增，可得
，
即
对
恒成立，
则
在
上单调递增，可得
，
所以
；
综上所述：
.
（2）令
，解得
，即函数
的定义域为
，
若
，则
，
因为
在定义域内单调递减，
在
上单调递增，在
上单调递减，
则
在
上单调递减，在
上单调递增，
故
是
的极小值点，不合题意，所以
.
当
时，令
因为
，
且
，
所以函数
在定义域内为偶函数，
由题意可得：
，
（i）当
时，取
，
，则
，
由（1）可得
，
且
，
所以
，
即当
时，
，则
在
上单调递增，
结合偶函数的对称性可知：
在
上单调递减，
所以
是
的极小值点，不合题意；
（ⅱ）当
时，取
，则
，
由（1）可得
，
构建
，
则
，
且
，则
对
恒成立，
可知
在
上单调递增，且
，
所以
在
内存在唯一的零点
，
当
时，则
，且
，
则
，
即当
时，
，则
在
上单调递减，
结合偶函数的对称性可知：
在
上单调递增，
所以
是
的极大值点，符合题意；
综上所述：
，即
，解得
或
，
故a 的取值范围为
.
【点睛】关键点睛：
1.当
时，利用
，换元放缩；
2.当
时，利用
，换元放缩.
3．（2022·天津·统考高考真题）已知
，函数
(1)求函数
在
处的切线方程；
(2)若
和
有公共点，
（i）当
时，求
的取值范围；
（ii）求证：
．
【答案】(1)
(2)（i）
；（ii）证明见解析
【分析】（1）求出
可求切线方程；
（2）（i）当
时，曲线
和
有公共点即为
在
上有零点，求导
后分类讨论结合零点存在定理可求
.
（ii）曲线
和
有公共点即
，利用点到直线的距离得到
，利用导数可证
，从而可得不等式成立.
【详解】（1）
，故
，而
，
曲线
在点
处的切线方程为
即
.
（2）（i）当
时，
因为曲线
和
有公共点，故
有解，
设
，故
，故
在
上有解，
设
，故
在
上有零点，
而
，
若
，则
恒成立，此时
在
上无零点，
若
，则
在
上恒成立，故
在
上为增函数，
而
，
，故
在
上无零点，
故
，
设
，则
，
故
在
上为增函数，
而
，
，
故
在
上存在唯一零点
，
且
时，
；
时，
；
故
时，
；
时，
；
所以
在
上为减函数，在
上为增函数，
故
，
因为
在
上有零点，故
，故
，
而
，故
即
，
设
，则
，
故
在
上为增函数，
而
，故
.
（ii）因为曲线
和
有公共点，
所以
有解
，其中
，
若
，则
，该式不成立，故
.
故
，考虑直线
，
表示原点与直线
上的动点
之间的距离，
故
，所以
，
下证：对任意
，总有
，
证明：当
时，有
，故
成立.
当
时，即证
，
设
，则
（不恒为零），
故
在
上为减函数，故
即
成立.
综上，
成立.
下证：当
时，
恒成立，
，则
，
故
在
上为增函数，故
即
恒成立.
下证：
在
上恒成立，即证：
，
即证：
，即证：
，
而
，故
成立.
故
，即
成立.
【点睛】思路点睛：导数背景下零点问题，注意利用函数的单调性结合零点存在定理来处理，而多变量的
不等式的成立问题，注意从几何意义取构建不等式关系，再利用分析法来证明目标不等式.
4．（2021 年全国高考Ⅰ卷数学试题）已知函数f（x）=2sinx－xcosx－x，f′（x）为f（x）的导数．
（1）证明：f′（x）在区间（0，π）存在唯一零点；
（2）若x [0
∈
，π]时，f（x）≥ax，求a 的取值范围．
【答案】（1）见解析；
（2）
.
【分析】（1）求导得到导函数后，设为
进行再次求导，可判断出当
时，
，当
时，
，从而得到
单调性，由零点存在定理可判断出唯一零点所处的位置，证得结
论；（2）构造函数
，通过二次求导可判断出
，
；分别在
，
，
和
的情况下根据导函数的
符号判断
单调性，从而确定
恒成立时
的取值范围.
【详解】（1）
令
，则
当
时，令
，解得：
当
时，
；当
时，
在
上单调递增；在
上单调递减
又
，
，
即当
时，
，此时
无零点，即
无零点
，使得
又
在
上单调递减
为
，即
在
上的唯一零点
综上所述：
在区间
存在唯一零点
（2）若
时，
，即
恒成立
令
则
，
由（1）可知，
在
上单调递增；在
上单调递减
且
，
，
，
①当
时，
，即
在
上恒成立
在
上单调递增
，即
，此时
恒成立
②当
时，
，
，
，使得
在
上单调递增，在
上单调递减
又
，
在
上恒成立，即
恒成立
③当
时，
，
，使得
在
上单调递减，在
上单调递增
时，
，可知
不恒成立
④当
时，
在
上单调递减
可知
不恒成立
综上所述：
【点睛】本题考查利用导数讨论函数零点个数、根据恒成立的不等式求解参数范围的问题.对于此类端点值
恰为恒成立不等式取等的值的问题，通常采用构造函数的方式，将问题转变成函数最值与零之间的比较，
进而通过导函数的正负来确定所构造函数的单调性，从而得到最值.
考点04 导数类综合问题
一、解答题
1．（2023·北京·统考高考真题）设函数
，曲线
在点
处的切线方程为
．
(1)求
的值；
(2)设函数
，求
的单调区间；
(3)求
的极值点个数．
【答案】(1)
(2)答案见解析
(3)3 个
【分析】（1）先对
求导，利用导数的几何意义得到
，
，从而得到关于
的方程组，
解之即可；
（2）由（1）得
的解析式，从而求得
，利用数轴穿根法求得
与
的解，由此求
得
的单调区间；
（3）结合（2）中结论，利用零点存在定理，依次分类讨论区间
，
，
与
上
的零点的情况，从而利用导数与函数的极值点的关系求得
的极值点个数.
【详解】（1）因为
，所以
，
因为
在
处的切线方程为
，
所以
，
，
则
，解得
，
所以
.
（2）由（1）得
，
则
，
令
，解得
，不妨设
，
，则
，
易知
恒成立，
所以令
，解得
或
；令
，解得
或
；
所以
在
，
上单调递减，在
，
上单调递增，
即
的单调递减区间为
和
，单调递增区间为
和
.
（3）由（1）得
，
，
由（2）知
在
，
上单调递减，在
，
上单调递增，
当
时，
，
，即
所以
在
上存在唯一零点，不妨设为
，则
，
此时，当
时，
，则
单调递减；当
时，
，则
单调递增；
所以
在
上有一个极小值点；
当
时，
在
上单调递减，
则
，故
，
所以
在
上存在唯一零点，不妨设为
，则
，
此时，当
时，
，则
单调递增；当
时，
，则
单调递减；
所以
在
上有一个极大值点；
当
时，
在
上单调递增，
则
，故
，
所以
在
上存在唯一零点，不妨设为
，则
，
此时，当
时，
，则
单调递减；当
时，
，则
单调递增；
所以
在
上有一个极小值点；
当
时，
，
所以
，则
单调递增，
所以
在
上无极值点；
综上：
在
和
上各有一个极小值点，在
上有一个极大值点，共有个极值点.
【点睛】关键点睛：本题第3 小题的解题关键是判断
与
的正负情况，充分利用
的单调
性，寻找特殊点判断即可得解.
2．（2023·天津·统考高考真题）已知函数
．
(1)求曲线
在
处切线的斜率；
(2)当
时，证明：
；
(3)证明：
．
【答案】(1)
(2)证明见解析
(3)证明见解析
【分析】（1）利用导数的几何意义求斜率；
（2）问题化为
时
，构造
，利用导数研究单调性，即可证结论；
（3）构造
，
，作差法研究函数单调性可得
，再构造
且
，应用导数研究其单调性得到
恒成立，对
作放缩处理，结合累加得到
，即可证结论.
【详解】（1）
，则
，
所以
，故
处的切线斜率为
；
（2）要证
时
，即证
，
令
且
，则
，
所以
在
上递增，则
，即
.
所以
时
.
（3）设
，
，
则
，
由（2）知：
，则
，
所以
，故
在
上递减，故
；
下证
，
令
且
，则
，
当
时
，
递增，当
时
，
递减，
所以
，故在
上
恒成立，
则
，
所以
，
，…，
，
累加得：
，而
，
因为
，所以
，
则
，
所以
，故
；
综上，
，即
.
【点睛】关键点点睛：第三问，作差法研究
单调性证右侧不等关系，再构造
且
，导数研究其函数符号得
恒成立，结合放缩、累加得到
为关键.
3．（2022 年全国新高考Ⅰ卷）已知函数
和
有相同的最小值．
(1)求a；
(2)证明：存在直线
，其与两条曲线
和
共有三个不同的交点，并且从左到右的三个交
点的横坐标成等差数列．
【答案】(1)
(2)见解析
【分析】（1）根据导数可得函数的单调性，从而可得相应的最小值，根据最小值相等可求a.注意分类讨
论.
（2）根据（1）可得当
时，
的解的个数、
的解的个数均为2，构建新函数
，利用导数可得该函数只有一个零点且可得
的大小关系，根据存在直线
与曲线
、
有三个不同的交点可得
的取值，再根据两类方程的根的关系可证明三根
成等差数列.
【详解】（1）
的定义域为
，而
，
若
，则
，此时
无最小值，故
.
的定义域为
，而
.
当
时，
，故
在
上为减函数，
当
时，
，故
在
上为增函数，
故
.
当
时，
，故
在
上为减函数，
当
时，
，故
在
上为增函数，
故
.
因为
和
有相同的最小值，
故
，整理得到
，其中
，
设
，则
，
故
为
上的减函数，而
，
故
的唯一解为
，故
的解为
.
综上，
.
（2）[方法一]：
由（1）可得
和
的最小值为
.
当
时，考虑
的解的个数、
的解的个数.
设
，
，
当
时，
，当
时，
，
故
在
上为减函数，在
上为增函数，
所以
，
而
，
，
设
，其中
，则
，
故
在
上为增函数，故
，
故
，故
有两个不同的零点，即
的解的个数为2.
设
，
，
当
时，
，当
时，
，
故
在
上为减函数，在
上为增函数，
所以
，
而
，
，
有两个不同的零点即
的解的个数为2.
当
，由（1）讨论可得
、
仅有一个解，
当
时，由（1）讨论可得
、
均无根，
故若存在直线
与曲线
、
有三个不同的交点，
则
.
设
，其中
，故
，
设
，
，则
，
故
在
上为增函数，故
即
，
所以
，所以
在
上为增函数，
而
，
，
故
上有且只有一个零点
，
且：
当
时，
即
即
，
当
时，
即
即
，
因此若存在直线
与曲线
、
有三个不同的交点，
故
，
此时
有两个不同的根
，
此时
有两个不同的根
，
故
，
，
，
所以
即
即
，
故
为方程
的解，同理
也为方程
的解
又
可化为
即
即
，
故
为方程
的解，同理
也为方程
的解，
所以
，而
，
故
即
.
[方法二]：
由
知，
，
，
且
在
上单调递减，在
上单调递增；
在
上单调递减，在
上单调递增，且
①
时，此时
，显然
与两条曲线
和
共有0 个交点，不符合题意；
②
时，此时
，
故
与两条曲线
和
共有2 个交点，交点的横坐标分别为0 和1；
③
时，首先，证明
与曲线
有2 个交点，
即证明
有2 个零点，
，
所以
在
上单调递减，在
上单调递增，
又因为
，
，
，
令
，则
，
所以
在
上存在且只存在1 个零点，设为
，在
上存在且只存在1 个零点，设
为
其次，证明
与曲线和
有2 个交点，
即证明
有2 个零点，
，
所以
上单调递减，在
上单调递增，
又因为
，
，
，
令
，则
，
所以
在
上存在且只存在1 个零点，设为
，在
上存在且只存在1 个零点，设为
再次，证明存在b，使得
因为
，所以
，
若
，则
，即
，
所以只需证明
在
上有解即可，
即
在
上有零点，
因为
，
，
所以
在
上存在零点，取一零点为
，令
即可，
此时取
则此时存在直线
，其与两条曲线
和
共有三个不同的交点，
最后证明
，即从左到右的三个交点的横坐标成等差数列，
因为
所以
，
又因为
在
上单调递减，
，
即
，所以
，
同理，因为
，
又因为
在
上单调递增，
即
，
，所以
，
又因为
，所以
，
即直线
与两条曲线
和
从左到右的三个交点的横坐标成等差数列.
【点睛】思路点睛：函数的最值问题，往往需要利用导数讨论函数的单调性，此时注意对参数的分类讨论，
而不同方程的根的性质，注意利用方程的特征找到两类根之间的关系.
4．（2022·全国新高考Ⅱ卷（文））已知函数
．
(1)当
时，讨论
的单调性；
(2)当
时，
，求a 的取值范围；
(3)设
，证明：
．
【答案】(1)
的减区间为
，增区间为
.
(2)
(3)见解析
【分析】（1）求出
，讨论其符号后可得
的单调性.
（2）设
，求出
，先讨论
时题设中的不等式不成立，再就
结合放缩法
讨论
符号，最后就
结合放缩法讨论
的范围后可得参数的取值范围.
（3）由（2）可得
对任意的
恒成立，从而可得
对任意的
恒成立，
结合裂项相消法可证题设中的不等式.
【详解】（1）当
时，
，则
，
当
时，
，当
时，
，
故
的减区间为
，增区间为
.
（2）设
，则
，
又
，设
，
则
，
若
，则
，
因为
为连续不间断函数，
故存在
，使得
，总有
，
故
在
为增函数，故
，
故
在
为增函数，故
，与题设矛盾.
若
，则
，
下证：对任意
，总有
成立，
证明：设
，故
，
故
在
上为减函数，故
即
成立.
由上述不等式有
，
故
总成立，即
在
上为减函数，
所以
.
当
时，有
，
所以
在
上为减函数，所以
.
综上，
.
（3）取
，则
，总有
成立，
令
，则
，
故
即
对任意的
恒成立.
所以对任意的
，有
，
整理得到：
，
故
，
故不等式成立.
【点睛】思路点睛：函数参数的不等式的恒成立问题，应该利用导数讨论函数的单调性，注意结合端点处
导数的符号合理分类讨论，导数背景下数列不等式的证明，应根据已有的函数不等式合理构建数列不等式.
5．（2022·北京·统考高考真题）已知函数
．
(1)求曲线
在点
处的切线方程；
(2)设
，讨论函数
在
上的单调性；
(3)证明：对任意的
，有
．
【答案】(1)
(2)
在
上单调递增.
(3)证明见解析
【分析】（1）先求出切点坐标，在由导数求得切线斜率，即得切线方程；
（2）在求一次导数无法判断的情况下，构造新的函数，再求一次导数，问题即得解；
（3）令
，
，即证
，由第二问结论可知
在[0,+∞）上单调递增，
即得证.
【详解】（1）解：因为
，所以
，
即切点坐标为
，
又
，
∴切线斜率
∴切线方程为：
（2）解：因为
，
所以
，
令
，
则
，
∴
在
上单调递增，
∴
∴
在
上恒成立，
∴
在
上单调递增.
（3）解：原不等式等价于
，
令
，
，
即证
，
∵
，
，
由（2）知
在
上单调递增，
∴
，
∴
∴
在
上单调递增，又因为
，
∴
，所以命题得证.
6．（2021·全国乙卷）已知函数
．
（1）讨论
的单调性；
（2）求曲线
过坐标原点的切线与曲线
的公共点的坐标．
【答案】(1)答案见解析；(2)
和
.
【分析】(1)首先求得导函数的解析式，然后分类讨论导函数的符号即可确定原函数的单调性；
(2)首先求得导数过坐标原点的切线方程，然后将原问题转化为方程求解的问题，据此即可求得公共点坐标.
【详解】(1)由函数的解析式可得：
，
导函数的判别式
，
当
时，
在R 上单调递增，
当
时，
的解为：
，
当
时，
单调递增；
当
时，
单调递减；
当
时，
单调递增；
综上可得：当
时，
在R 上单调递增，
当
时，
在
，
上
单调递增，在
上单调递减.
(2)由题意可得：
，
，
则切线方程为：
，
切线过坐标原点，则：
,
整理可得：
，即：
，
解得：
，则
，
切线方程为：
,
与
联立得
，
化简得
,由于切点的横坐标1 必然是该方程的一个根，
是
的一个因式，
∴该方程可以分解因式为
解得
,
，
综上，曲线
过坐标原点的切线与曲线
的公共点的坐标为
和
.
【点睛】本题考查利用导数研究含有参数的函数的单调性问题，和过曲线外一点所做曲线的切线问题，注
意单调性研究中对导函数，要依据其零点的不同情况进行分类讨论；再求切线与函数曲线的公共点坐标时，
要注意除了已经求出的切点，还可能有另外的公共点(交点),要通过联立方程求解，其中得到三次方程求解
时要注意其中有一个实数根是求出的切点的横坐标，这样就容易通过分解因式求另一个根.三次方程时高考
压轴题中的常见问题，不必恐惧，一般都能容易找到其中一个根，然后在通过分解因式的方法求其余的根.
7．（2021 年全国高考Ⅱ卷（文））已知函数
．
（1）讨论
的单调性；
（2）从下面两个条件中选一个，证明：
只有一个零点
①
；
②
．
【答案】(1)答案见解析；(2)证明见解析.
【分析】(1)首先求得导函数的解析式，然后分类讨论确定函数的单调性即可；
(2)由题意结合(1)中函数的单调性和函数零点存在定理即可证得题中的结论.
【详解】(1)由函数的解析式可得：
，
当
时，若
，则
单调递减，
若
，则
单调递增；
当
时，若
，则
单调递增，
若
，则
单调递减，
若
，则
单调递增；
当
时，
在
上单调递增；
当
时，若
，则
单调递增，
若
，则
单调递减，
若
，则
单调递增；
(2)若选择条件①：
由于
，故
，则
，
而
，
而函数在区间
上单调递增，故函数在区间
上有一个零点.
，
由于
，
，故
，
结合函数的单调性可知函数在区间
上没有零点.
综上可得，题中的结论成立.
若选择条件②：
由于
，故
，则
，
当
时，
，
，
而函数在区间
上单调递增，故函数在区间
上有一个零点.
当
时，构造函数
，则
，
当
时，
单调递减，
当
时，
单调递增，
注意到
，故
恒成立，从而有：
，此时：
，
当
时，
，
取
，则
，
即：
，
而函数在区间
上单调递增，故函数在区间
上有一个零点.
，
由于
，
，故
，
结合函数的单调性可知函数在区间
上没有零点.
综上可得，题中的结论成立.
【点睛】导数是研究函数的单调性、极值(最值)最有效的工具，而函数是高中数学中重要的知识点，所以
在历届高考中，对导数的应用的考查都非常突出，对导数的应用的考查主要从以下几个角度进行：(1)考查
导数的几何意义，往往与解析几何、微积分相联系．(2)利用导数求函数的单调区间，判断单调性；已知单
调性，求参数．(3)利用导数求函数的最值(极值)，解决生活中的优化问题．(4)考查数形结合思想的应用．
8．（2020·全国高考Ⅱ卷）已知函数f（x）=2lnx+1．
（1）若f（x）≤2x+c，求c 的取值范围；
（2）设a>0 时，讨论函数g（x）=
的单调性．
【答案】（1）
；（2）
在区间
和
上单调递减，没有递增区间
【分析】（1）[方法三]不等式
转化为
，构造新函数，利用导数求出新函数的
最大值，进而进行求解即可；
（2）对函数
求导，把导函数
的分子构成一个新函数
，再求导得到
，根据
的正负，
判断
的单调性，进而确定
的正负性，最后求出函数
的单调性.
【详解】（1）
[方法一]【最优解】：
等价于
．
设
，则
．
当
时，
，所以
在区间
内单调递增；
当
时，
，所以
在区间
内单调递减．
故
，所以
，即
，所以c 的取值范围是
．
[方法二]：切线放缩
若
，即
，即
当
时恒成立，
而
在点
处的切线为
，从而有
，
当
时恒成立，即
，则
．所以c 的取值范围为
．
[方法三]：利用最值求取值范围
函数
的定义域为：
，
设
，则有
，
当
时，
单调递减，
当
时，
单调递增，
所以当
时，函数
有最大值，
即
，
要想不等式
在
上恒成立，
只需
；
所以c 的取值范围为
．
（2）
且
因此
，设
，
则有
，
当
时，
，所以
，
单调递减，因此有
，即
，所以
单调递减；
当
时，
，所以
，
单调递增，因此有
，即
，所以
单调递减，
所以函数
在区间
和
上单调递减，没有递增区间.
【整体点评】(1)方法一：分类参数之后构造函数是处理恒成立问题的最常用方法，它体现了等价转化的数
学思想，同时是的导数的工具也得到了充分利用；
方法二：切线放缩体现了解题的灵活性，将数形结合的思想应用到了解题过程之中，掌握常用的不等式是
使用切线放缩的基础.
方法二：利用最值确定参数取值范围也是一种常用的方法，体现了等价转化的数学思想.
9．（2020·全国高考Ⅲ卷(文)）已知函数
．
（1）讨论
的单调性；
（2）若
有三个零点，求
的取值范围．
【答案】（1）详见解析；(2)
.
【分析】（1）
，对
分
和
两种情况讨论即可；
（2）
有三个零点，由（1）知
，且
，解不等式组得到
的范围，再利用零点存在性
定理加以说明即可.
【详解】（1）由题，
，
当
时，
恒成立，所以
在
上单调递增；
当
时，令
，得
，令
，得
，
令
，得
或
，所以
在
上单调递减，在
，
上单调递增.
（2）由（1）知，
有三个零点，则
，且
即
，解得
，
当
时，
，且
，
所以
在
上有唯一一个零点，
同理
，
，
所以
在
上有唯一一个零点，
又
在
上有唯一一个零点，所以
有三个零点，
综上可知
的取值范围为
.
【点晴】本题主要考查利用导数研究函数的单调性以及已知零点个数求参数的范围问题，考查学生逻辑推
理能力、数学运算能力，是一道中档题.
10（2021·年全国新高考Ⅰ卷数学试题）已知函数
.
（1）讨论
的单调性；
（2）设
，
为两个不相等的正数，且
，证明：
.
【答案】（1）
的递增区间为
，递减区间为
；（2）证明见解析.
【分析】(1) 首先确定函数的定义域，然后求得导函数的解析式，由导函数的符号即可确定原函数的单调
性.
(2)方法二：将题中的等式进行恒等变换，令
，命题转换为证明：
，然后构造对称
差函数，结合函数零点的特征和函数的单调性即可证得题中的结论.
【详解】(1)
的定义域为
．
由
得，
，
当
时，
；当
时
；当
时，
．
故
在区间
内为增函数，在区间
内为减函数，
(2)[方法一]：等价转化
由
得
，即
．
由
，得
．
由（1）不妨设
，则
，从而
，得
，
①令
，
则
，
当
时，
，
在区间
内为减函数，
，
从而
，所以
，
由（1）得
即
．①
令
，则
，
当
时，
，
在区间
内为增函数，
，
从而
，所以
．
又由
，可得
，
所以
．②
由①②得
．
[方法二]【最优解】：
变形为
，所以
．
令
．则上式变为
，
于是命题转换为证明：
．
令
，则有
，不妨设
．
由（1）知
，先证
．
要证：
．
令
，
则
，
在区间
内单调递增，所以
，即
．
再证
．
因为
，所以需证
．
令
，
所以
，故
在区间
内单调递增．
所以
．故
，即
．
综合可知
．
[方法三]：比值代换
证明
同证法2．以下证明
．
不妨设
，则
，
由
得
，
，
要证
，只需证
，两边取对数得
，
即
，
即证
．
记
，则
.
记
，则
，
所以，
在区间
内单调递减．
，则
，
所以
在区间
内单调递减．
由
得
，所以
，
即
．
[方法四]：构造函数法
由已知得
，令
，
不妨设
，所以
．
由（Ⅰ）知，
，只需证
．
证明
同证法2．
再证明
．令
．
令
，则
．
所以
，
在区间
内单调递增．
因为
，所以
，即
又因为
，所以
，
即
．
因为
，所以
，即
．
综上，有
结论得证．
【整体点评】(2)方法一：等价转化是处理导数问题的常见方法，其中利用的对称差函数，构造函数的思想，
这些都是导数问题必备的知识和技能.
方法二：等价转化是常见的数学思想，构造对称差函数是最基本的极值点偏移问题的处理策略.
方法三：比值代换是一种将双变量问题化为单变量问题的有效途径，然后构造函数利用函数的单调性证明
题中的不等式即可.
方法四：构造函数之后想办法出现关于
的式子，这是本方法证明不等式的关键思想所在.
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