2013年高三数学(理科)二轮复习教案专题二第三讲导数的应用

第三讲导数的应用研热点（聚焦突破）类型一利用导数研究切线问题导数的几何意义(1)函数y＝f(x)在x＝x0处的导数f′(x0)就是曲线y＝f(x)在点(x0，f(x0))处的切线的斜率，即k＝f′(x0)；(2)曲线y＝f(x)在点(x0，f(x0))处的切线方程为y－f(x0)＝f′(x0)(x－x0)．[例1](2012年高考安徽卷改编)设函数f(x)＝aex＋1aex＋b(a0)．在点(2，f(2))处的切线方程为y＝32x，求a，b的值．[解析]∵f′(x)＝aex－1aex，∴f′(2)＝ae2－1ae2＝32，解得ae2＝2或ae2＝－12(舍去)，所以a＝2e2，代入原函数可得2＋12＋b＝3，即b＝12，故a＝2e2，b＝12.跟踪训练已知函数f(x)＝x3－x.(1)求曲线y＝f(x)的过点(1，0)的切线方程；(2)若过x轴上的点(a，0)可以作曲线y＝f(x)的三条切线，求a的取值范围．解析：(1)由题意得f′(x)＝3x2－1.曲线y＝f(x)在点M(t，f(t))处的切线方程为y－f(t)＝f′(t)(x－t)，即y＝(3t2－1)·x－2t3，将点(1，0)代入切线方程得2t3－3t2＋1＝0，解得t＝1或－12，代入y＝(3t2－1)x－2t3得曲线y＝f(x)的过点(1，0)的切线方程为y＝2x－2或y＝－14x＋14.(2)由(1)知若过点(a，0)可作曲线y＝f(x)的三条切线，则方程2t3－3at2＋a＝0有三个相异的实根，记g(t)＝2t3－3at2＋a.则g′(t)＝6t2－6at＝6t(t－a)．当a0时，函数g(t)的极大值是g(0)＝a，极小值是g(a)＝－a3＋a，要使方程g(t)＝0有三个相异的实数根，需使a0且－a3＋a0，即a0且a2－10，即a1；当a＝0时，函数g(t)单调递增，方程g(t)＝0不可能有三个相异的实数根；当a0时，函数g(t)的极大值是g(a)＝－a3＋a，极小值是g(0)＝a，要使方程g(t)＝0有三个相异的实数根，需使a0且－a3＋a0，即a0且a2－10，即a－1.综上所述，a的取值范围是(－∞，－1)∪(1，＋∞)．类型二利用导数研究函数的单调性函数的单调性与导数的关系在区间(a，b)内，如果f′(x)0，那么函数f(x)在区间(a，b)上单调递增；如果f′(x)0，那么函数f(x)在区间(a，b)上单调递减．[例2](2012年高考山东卷改编)已知函数f(x)＝lnxxke(k为常数，e＝2.71828…是自然对数的底数)，曲线y＝f(x)在点(1，f(1))处的切线与x轴平行．(1)求k的值；(2)求f(x)的单调区间．[解析](1)由f(x)＝lnx＋kex，得f′(x)＝1－kx－xlnxxex，x∈(0，＋∞)．由于曲线y＝f(x)在(1，f(1))处的切线与x轴平行，所以f′(1)＝0，因此k＝1.(2)由(1)得f′(x)＝(1－x－xlnx)，x∈(0，＋∞)．令h(x)＝1－x－xlnx，x∈(0，＋∞)，当x∈(0，1)时，h(x)0；当x∈(1，＋∞)时，h(x)0.又ex0，所以当x∈(0，1)时，f′(x)0；当x∈(1，＋∞)时，f′(x)0.因此f(x)的单调递增区间为(0，1)，单调递减区间为(1，＋∞)．跟踪训练若函数f(x)＝lnx－12ax2－2x存在单调递减区间，求实数a的取值范围．解析：由题知f′(x)＝1x－ax－2＝－ax2＋2x－1x，因为函数f(x)存在单调递减区间，所以f′(x)＝－ax2＋2x－1x≤0有解．又因为函数的定义域为(0，＋∞)，则应有ax2＋2x－1≥0在(0，＋∞)上有实数解．(1)当a0时，y＝ax2＋2x－1为开口向上的抛物线，所以ax2＋2x－1≥0在(0，＋∞)上恒有解；(2)当a0时，y＝ax2＋2x－1为开口向下的抛物线，要使ax2＋2x－1≥0在(0，＋∞)上有实数解，则Δ＝44a0，此时－1a0；(3)当a＝0时，显然符合题意．综上所述，实数a的取值范围是(－1，＋∞)．类型三利用导数研究函数的极值与最值1．求函数y＝f(x)在某个区间上的极值的步骤(1)求导数f′(x)；(2)求方程f′(x)＝0的根x0；(3)检查f′(x)在x＝x0左右的符号；①左正右负⇔f(x)在x＝x0处取极大值；②左负右正⇔f(x)在x＝x0处取极小值．2．求函数y＝f(x)在区间[a，b]上的最大值与最小值的步骤(1)求函数y＝f(x)在区间(a，b)内的极值(极大值或极小值)；(2)将y＝f(x)的各极值与f(a)，f(b)进行比较，其中最大的一个为最大值，最小的一个为最小值．[例3](2012年高考北京卷)已知函数f(x)＝ax2＋1(a0)，g(x)＝x3＋bx.(1)若曲线y＝f(x)与曲线y＝g(x)在它们的交点(1，c)处具有公共切线，求a，b的值；(2)当a2＝4b时，求函数f(x)＋g(x)的单调区间，并求其在区间(－∞，－1]上的最大值．[解析](1)f′(x)＝2ax，g′(x)＝3x2＋b，因为曲线y＝f(x)与曲线y＝g(x)在它们的交点(1，c)处具有公共切线，所以f(1)＝g(1)，且f′(1)＝g′(1)．即a＋1＝1＋b，且2a＝3＋b.解得a＝3，b＝3.(2)记h(x)＝f(x)＋g(x)．当b＝14a2时，h(x)＝x3＋ax2＋14a2x＋1，h′(x)＝3x2＋2ax＋14a2.令h′(x)＝0，得x1＝－a2，x2＝－a6.a0时，h(x)与h′(x)的变化情况如下：x(,)2a2a(,)26aa6a(,)6a()hx00()hx所以函数h(x)的单调递增区间为(－∞，－a2)和(－a6，＋∞)；单调递减区间为(－a2，－a6)．当－a2≥－1，即0a≤2时，函数h(x)在区间(－∞，－1]上单调递增，h(x)在区间(－∞，－1]上的最大值为h(－1)＝a－14a2.当－a2－1，且－a6≥－1，即2a≤6时，函数h(x)在区间(－∞，－a2)上单调递增，在区间(－a2，－1]上单调递减，h(x)在区间(－∞，－1]上的最大值为h(－a2)＝1.当－a6－1，即a6时，函数h(x)在区间(－∞，－a2)上单调递增，在区间(－a2，－a6)上单调递减，在区间(－a6，－1]上单调递增，又因为h(－a2)－h(－1)＝1－a＋14a2＝14(a－2)20，所以h(x)在区间(－∞，－1]上的最大值为h(－a2)＝1.跟踪训练(2012年珠海摸底)若函数f(x)＝2x3＋3x2＋1（x≤0）eax（x0），在[－2，2]上的最大值为2，则a的取值范围是()A．[12ln2，＋∞)B．[0，12ln2]C．(－∞，0]D．(－∞，12ln2]解析：当x≤0时，f′(x)＝6x2＋6x，易知函数f(x)在(－∞，0]上的极大值点是x＝－1，且f(－1)＝2，故只要在(0，2]上，eax≤2即可，即ax≤ln2在(0，2]上恒成立，即a≤ln2x在(0，2]上恒成立，故a≤12ln2.答案：D析典题（预测高考）高考真题【真题】(2012年高考辽宁卷)设f(x)＝ln(x＋1)＋x＋1＋ax＋b(a，b∈R，a，b为常数)，曲线y＝f(x)与直线y＝32x在(0，0)点相切．(1)求a，b的值；(2)证明：当0x2时，f(x)9xx＋6.【解析】(1)由y＝f(x)过(0，0)点，得b＝－1.由y＝f(x)在(0，0)点的切线斜率为32，又y′x＝0＝(1x＋1＋12x＋1＋a)x＝0＝32＋a，得a＝0.(2)证明：证法一由均值不等式，当x0时，2（x＋1）·1x＋1＋1＝x＋2，故x＋1x2＋1.记h(x)＝f(x)－9xx＋6，则h′(x)＝1x＋1＋12x＋1－54（x＋6）2＝2＋x＋12（x＋1）－54（x＋6）2x＋64（x＋1）－54（x＋6）2＝（x＋6）3－216（x＋1）4（x＋1）（x＋6）2.令g(x)＝(x＋6)3－216(x＋1)，则当0x2时，g′(x)＝3(x＋6)2－2160.因此g(x)在(0，2)内是递减函数．又由g(0)＝0，得g(x)0，所以h′(x)0.因此h(x)在(0，2)内是递减函数．又h(0)＝0，得h(x)0.于是当0x2时，f(x)9xx＋6.证法二由(1)知f(x)＝ln(x＋1)＋x＋1－1.由均值不等式，当x0时，2（x＋1）·1x＋1＋1＝x＋2，故x＋1x2＋1.①令k(x)＝ln(x＋1)－x，则k(0)＝0，k′(x)＝1x＋1－1＝－xx＋10，故k(x)0，即ln(x＋1)x.②由①②得，当x0时，f(x)32x.记h(x)＝(x＋6)f(x)－9x，则当0x2时，h′(x)＝f(x)＋(x＋6)f′(x)－932x＋(x＋6)·(1x＋1＋12x＋1)－9＝12（x＋1）[3x(x＋1)＋(x＋6)·(2＋x＋1)－18(x＋1)]12（x＋1）[3x(x＋1)＋(x＋6)·(3＋x2)－18(x＋1)]＝x4（x＋1）(7x－18)0.因此h(x)在(0，2)内单调递减．又h(0)＝0，所以h(x)0，即f(x)9xx＋6.【名师点睛】本题主要考查导数的应用和不等式的证明以及转化与化归能力，难度较大．本题不等式的证明关键在于构造函数利用最值来解决．考情展望高考对导数的应用的考查综合性较强，一般为解答题，着重考查以下几个方面：一是利用导数的几何意义来解题；二是讨论函数的单调性；三是利用导数研究函数的极值与最值．常涉及不等式的证明、方程根的讨论等问题名师押题【押题】已知f(x)＝ax－lnx，x∈(0，e]，g(x)＝lnxx，其中e是自然常数，a∈R.(1)讨论a＝1时，f(x)的单调性和极值；(2)求证：在(1)的条件下，f(x)g(x)＋12；(3)是否存在实数a，使f(x)的最小值是3，若存在，求出a的值；若不存在，请说明理由．【解析】(1)由题知当a＝1时，f′(x)＝1－1x＝x－1x，因为当0x1时，f′(x)0，此时f(x)单调递减，当1xe时，f′(x)0，此时f(x)单调递增，所以f(x)的极小值为f(1)＝1.(2)证明因为f(x)的极小值为1，即f(x)在(0，e]上的最小值为1.令h(x)＝g(x)＋12＝lnxx＋12，h′(x)＝1－lnxx2，当0xe时，h′(x)0，h(x)在(0，e]上单调递增，所以h(x)max＝h(e)＝1e＋1212＋12＝1＝f(x)min，所以在(1)的条件下，f(x)g(x)＋12.(3)假设存在实数a，使f(x)＝ax－lnx(x∈(0，e])有最小值3，f′(x)＝a－1x＝ax－1x.①当a≤0时，因为x∈(0，e]，所以f′(x)0，而f(x)在(0，e]上单调递减，所以f(x)min＝f(e)＝ae－1＝3，a＝4e(舍去)，此时f(x)无最小值；②当01ae时，f(x)在(0，1a)上单调递减，在(1a，e]上单调递增，所以f(x)min＝f(1a)＝1＋lna＝3，a＝e2，满足条件；③当1a≥e时，因为x∈(0，e]，所以f′(x)0，所以f(x)在(0，e]上单调递减，f(x)min＝f(e)＝ae－1＝3，a＝4e(舍去)此时f(x)无最小值．综上，存在实数a＝e2，使得当x∈(0，e]时，f(x)有最小值3.