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2021版高考数学一轮复习第三章导数及其应用3.2利用导数解决函数的单调性问题教学案苏教版

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12

[解] (1)h(x)=ln x-ax-2x,x∈(0,+∞),

2

1

所以h′(x)=-ax-2,由于h(x)在(0,+∞)上存在单调递减区间,

x1

所以当x∈(0,+∞)时,-ax-2<0有解,

x12

即a>2-有解.

xx12

设G(x)=2-,

xx所以只要a>G(x)min即可.

2

?1?而G(x)=?-1?-1,

?x?

所以G(x)min=-1.

所以a>-1且a≠0,即a的取值范围是(-1,0)∪(0,+∞). (2)由h(x)在[1,4]上单调递减得,

1

当x∈[1,4]时,h′(x)=-ax-2≤0恒成立,

x12

即a≥2-恒成立.

xx2

?1?所以a≥G(x)max,而G(x)=?-1?-1,

?x?

1

因为x∈[1,4],所以x∈

7

所以G(x)max=-(此时x=4),

167

所以a≥-16且a≠0,即a的取值范围是[母题探究]

1.(变问法)若函数h(x)=f(x)-g(x)在[1,4]上单调递增,求a的取值范围. [解] 由h(x)在[1,4]上单调递增得,当x∈[1,4]时,h′(x)≥0恒成立, 12

所以当x∈[1,4]时,a≤2-恒成立,

∪(0,+∞).

xx?12?又当x∈[1,4]时,?2-?min=-1(此时x=1), xx?

?

所以a≤-1且a≠0,即a的取值范围是(-∞,-1].

2.(变问法)若函数h(x)=f(x)-g(x)在[1,4]上存在单调递减区间,求a的取值范围.

[解] h(x)在[1,4]上存在单调递减区间, 则h′(x)<0在[1,4]上有解, 12

所以当x∈[1,4]时,a>2-有解,

xx?12?又当x∈[1,4]时,?2-?min=-1,

?xx?

所以a>-1,且a≠0.即a的取值范围是(-1,0)∪(0,+∞).

3.(变条件)若函数h(x)=f(x)-g(x)在[1,4]上不单调,求a的取值范围. [解] 因为h(x)在[1,4]上不单调, 所以h′(x)=0在(1,4)上有解, 12

即a=2-有解,

xx12

令m(x)=2-,x∈(1,4),

xx7则-1<m(x)<-,

16

7??所以实数a的取值范围为?-1,-?. 16??

(1)f(x)在D上单调递增(减),只要满足f′(x)≥0(≤0)在D上恒成

立即可.如果能够分离参数,则可分离参数后转化为参数值与函数最值之间的关系.

(2)二次函数在区间D上大于零恒成立,讨论的标准是二次函数的图象的对称轴与区间

D的相对位置,一般分对称轴在区间左侧、内部、右侧进行讨论.

3x 已知函数f(x)=a-2x2+ln x在区间[1,2]上为单调函数,求a的取值范

围.

31

[解] f′(x)=-4x+,若函数f(x)在区间[1,2]上为单调函数,即在[1,2]

ax3131

上,f′(x)=-4x+≥0或f′(x)=-4x+≤0,

axax3131

即-4x+≥0或-4x+≤0在[1,2]上恒成立,

aaxax3131即≥4x-或≤4x-.

xax1

令h(x)=4x-,因为函数h(x)在[1,2]上单调递增,

x333153所以≥h(2)或≤h(1),即≥或≤3,

aaa2a2

解得a<0或0<a≤或a≥1.

5

考点4 利用导数比较大小或解不等式

用导数比较大小或解不等式,常常要构造新函数,把比较大小或求解不等式的

问题转化为利用导数研究函数单调性的问题,再由单调性比较大小或解不等式.

常见构造的辅助函数形式有:

(1)已知函数f(x)是定义在R上的偶函数,设函数f(x)的导函数为f′

(x),若对任意x>0都有2f(x)+xf′(x)>0成立,则( )

A.4f(-2)<9f(3) C.2f(3)>3f(-2)

B.4f(-2)>9f(3) D.3f(-3)<2f(-2)

(2)设f(x)是定义在R上的奇函数,f(2)=0,当x>0时,有<0恒成立,则不等式xf(x)>0的解集是 .

2

xf′(x)-f(x)

x2

(1)A (2)(-∞,-2)∪(0,2) [(1)根据题意,令g(x)=xf(x),其导数

2

g′(x)=2xf(x)+x2f′(x),又对任意x>0都有2f(x)+xf′(x)>0成立,则当x>0时,有g′(x)=x(2f(x)+xf′(x))>0恒成立,即函数g(x)在(0,+∞)上为增函数,又由函数f(x)是定义在R上的偶函数,则f(-x)=f(x),则有g(-x)=(-x)f(-x)=xf(x)=g(x),即函数g(x)也为偶函数,则有g(-2)=g(2),且g(2)<g(3),则有g(-2)<g(3),即有4f(-2)<9f(3).故选A.

2

2

(2)令φ(x)=∴φ(x)=

f(x)

,∵当x>0时,x

f(x)

在(0,+∞)上为减函数,又φ(2)=0, x∴在(0,+∞)上,当且仅当0<x<2时,φ(x)>0, 此时xf(x)>0.

又f(x)为奇函数,∴h(x)=xf(x)也为奇函数.

2

2

故xf(x)>0的解集为(-∞,-2)∪(0,2).]

如本例(1)已知条件“2f(x)+xf′(x)>0”,需构造函数g(x)=x2f(x),求导后得x>0时,g′(x)>0,即函数g(x)在(0,+∞)上为增函数,从而问题

2

f(x)

得以解决.而本例(2)则需构造函数φ(x)=x解决.

1

2.已知函数f(x)(x∈R)满足f(1)=1,且f(x)的导函数f′(x)<,则不等式

2

f(x)<+的解集为 .

2

2

1

(-∞,-1)∪(1,+∞) [由题意构造函数F(x)=f(x)-x,则F′(x)=

2

2

x21

f′(x)-.因为f′(x)<,所以F′(x)=f′(x)-<0,即函数F(x)在R上单

调递减.

12

因为f(x)<+,f(1)=1,所以f(x)-<f(1)-,所以F(x)<F(1),

2222

2

2

1

21212

x21x2

又函数F(x)在R上单调递减,所以x>1,即x∈(-∞,-1)∪(1,+∞).]

2

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