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平时在做函数解答题时,你是否留意过常考的函数有哪些?你总结过以这些函数为考查主体的函数解答题的求解技巧吗?处处留心皆学问,时时答题要总结.如果这部分内容还是你复习的死角和盲区,那就认真看看老师们给出的锦囊妙计吧!
高考对二次函数的考查主要体现在两个方面:一是对二次函数的图像和性质本身的考查,包括二次函数的单调性、最值、图像的对称性等;二是对二次函数与其他知识交汇问题的考查,包括二次函数与导数、函数零点、不等式等知识的交汇.
一、二次函数在给定区间上的最值问题
例1 已知函数f(x)=-x2+2ax+1-a在区间[0,1]上的最大值为2,求a的值.
解 函数f(x)=-x2+2ax+1-a =-(x-a)2+a2-a+1,对称轴方程为x=a.
①当a<0时,f(x)在[0,1]上递减.∴ fmax(x)= f(0)=1-a =2.∴a =-1.
②当0≤a≤1时,f(x)在[0,a)上递增,在[a,1]上递减.∴ fmax(x)= f(a)=a2-a+1=2.∴a =(舍去).
③当a>1时,f(x)在[0,1]上递增.∴ fmax(x)= f(1)=a.∴a =2.
综上可知,a=-1或a=2.
小结 影响二次函数在给定区间上的最值的因素有抛物线的开口方向、对称轴的位置以及给定的区间,同学们在求解时要注意数形结合思想的运用.如果抛物线的开口方向、对称轴的位置或给定的区间不确定,就需要进行分类讨论.
二、二次函数图像的应用
例2 设函数f(x)=,g(x)=ax2+bx(a,b∈R,a≠0).若y= f(x)的图像与y=g(x)的图像有且仅有两个不同的公共点A(x1,y1),B(x2,y2),请证明下列结论:
当a<0时,x1+x2>0,y1+ y2<0;当a>0时,x1+x2<0,y1+ y2>0.
证明(证法1)令 =ax2+bx,则1=ax3+bx2(x≠0).设F(x)=ax3+bx2,则F′(x)=3ax2+2bx.令F′(x)=3ax2+2bx=0,则x=-.要使y= f(x)的图像与y=g(x)的图像有且仅有两个不同的公共点,只需F(-)=a(-)3+b(-)2=1,整理得4b3=27a2,于是可取a=±2,b=3来研究.当a=2,b=3时,2x3+3x2=1,解得x1=-1,x2=,此时y1=-1,y2=2,则x1+x2<0,y1+ y2>0;当a=-2,b=3时,-2x3+3x2=1,解得x1=1,x2=-,此时y1=1,y2=-2,则x1+x2>0,y1+ y2<0.
(证法2)令f(x)= g(x),得 =ax+b.设y′=,y′′=ax+b,不妨设x10时,如图1所示.此时|x1|> |x2|,即-x1>x2>0,此时x1+x2<0,y2= >- =-y1,即y1+ y2>0.同理,由图2经过推理可得当a<0时,x1+x2>0,y1+ y2<0.
小结 对二次函数图像的运用,同学们应主要从两个方面来考虑:一是定性分析,确定图像的上升(下降)趋势;二是定量计算,将图像交点个数等问题转化为数量关系问题来处理.
三、三个“二次”的交汇问题
例3 已知函数f(x)=x2+ax+b(a,b∈R)的值域为[0,+∞),若关于x的不等式f(x)< c的解集为(m,m+6),求实数c的值.
解 由于f(x)的值域为[0,+∞),所以f(x)的图像与x轴有且只有一个公共点.于是有Δ=a2-4b=0,即b=.所以f(x)=x2+ax+b=x2+ax+ =(x+)2.
由f(x)=(x+)2由于不等式f(x) 小结 本题利用判别式,结合图像将二次函数的值域转化为系数a,b的关系,再通过配方,得到一元二次不等式的解集.函数图像和判别式是联系二次函数、一元二次方程和一元二次不等式的纽带,当三者之间的关系需要转化时,要结合图像,利用判别式来处理.
四、二次函数与导数的交汇问题
例4 已知函数f(x)= x3+(1-a)x2-3ax+1,a>0.
(1)证明:对于正数a,存在正数p,使得当x∈[0,p]时,有-1≤ f(x)≤1.
(2)设(1)中的p的最大值为g(a),求g(a)的最大值.
(1)证明:由于 f ′(x)=3x2+3(1-a)x-3a =3(x+1)•(x-a),且a>0,所以f(x)在[0,a)上单调递减,在[a,+∞)上单调递增.
又f(0)=1,f(a)=- a3- a2+1=(1-a)(a+2)2-1,所以
当f(a)≥-1时,取p=a,此时,当x∈[0,p]时,有-1≤ f(x)≤1成立.
当f(a)<-1时,由于f(0)+1=2>0,f(a)+1<0,所以存在p∈(0,a),使得f(p)+1=0.此时,当x∈[0,p]时,有-1≤f(x)≤1成立.
综上可知,对于正数a,存在正数p,使得当x∈[0,p]时,有-1≤ f(x)≤1.
(2)解:由(1)可知f(x)在[0,+∞)上的最小值为f(a).
当0a的实根,即2p2+3(1-a)p-6a=0满足p>a的实根,所以g(a)=.
又g(a)在(0,1]上单调递增,故gmax(a)=g(1)=.
当a>1时,f(a)<-1.由于f(0)=1,f(1)=(1-a)-1<-1,所以[0,p]?奂[0,1].此时,g(a)≤1.
综上所述,g(a)的最大值为.
小结
本题的第一问对三次函数求导后,得到的导函数是二次函数,该二次函数的正负决定三次函数的单调性;本题的第二问确定g(a)的解析式主要是通过求二次方程的根进行的,而研究g(a)的性质则主要是通过对二次函数性质的分析进行的.
高考对二次函数的考查主要体现在两个方面:一是对二次函数的图像和性质本身的考查,包括二次函数的单调性、最值、图像的对称性等;二是对二次函数与其他知识交汇问题的考查,包括二次函数与导数、函数零点、不等式等知识的交汇.
一、二次函数在给定区间上的最值问题
例1 已知函数f(x)=-x2+2ax+1-a在区间[0,1]上的最大值为2,求a的值.
解 函数f(x)=-x2+2ax+1-a =-(x-a)2+a2-a+1,对称轴方程为x=a.
①当a<0时,f(x)在[0,1]上递减.∴ fmax(x)= f(0)=1-a =2.∴a =-1.
②当0≤a≤1时,f(x)在[0,a)上递增,在[a,1]上递减.∴ fmax(x)= f(a)=a2-a+1=2.∴a =(舍去).
③当a>1时,f(x)在[0,1]上递增.∴ fmax(x)= f(1)=a.∴a =2.
综上可知,a=-1或a=2.
小结 影响二次函数在给定区间上的最值的因素有抛物线的开口方向、对称轴的位置以及给定的区间,同学们在求解时要注意数形结合思想的运用.如果抛物线的开口方向、对称轴的位置或给定的区间不确定,就需要进行分类讨论.
二、二次函数图像的应用
例2 设函数f(x)=,g(x)=ax2+bx(a,b∈R,a≠0).若y= f(x)的图像与y=g(x)的图像有且仅有两个不同的公共点A(x1,y1),B(x2,y2),请证明下列结论:
当a<0时,x1+x2>0,y1+ y2<0;当a>0时,x1+x2<0,y1+ y2>0.
证明(证法1)令 =ax2+bx,则1=ax3+bx2(x≠0).设F(x)=ax3+bx2,则F′(x)=3ax2+2bx.令F′(x)=3ax2+2bx=0,则x=-.要使y= f(x)的图像与y=g(x)的图像有且仅有两个不同的公共点,只需F(-)=a(-)3+b(-)2=1,整理得4b3=27a2,于是可取a=±2,b=3来研究.当a=2,b=3时,2x3+3x2=1,解得x1=-1,x2=,此时y1=-1,y2=2,则x1+x2<0,y1+ y2>0;当a=-2,b=3时,-2x3+3x2=1,解得x1=1,x2=-,此时y1=1,y2=-2,则x1+x2>0,y1+ y2<0.
(证法2)令f(x)= g(x),得 =ax+b.设y′=,y′′=ax+b,不妨设x10时,如图1所示.此时|x1|> |x2|,即-x1>x2>0,此时x1+x2<0,y2= >- =-y1,即y1+ y2>0.同理,由图2经过推理可得当a<0时,x1+x2>0,y1+ y2<0.
小结 对二次函数图像的运用,同学们应主要从两个方面来考虑:一是定性分析,确定图像的上升(下降)趋势;二是定量计算,将图像交点个数等问题转化为数量关系问题来处理.
三、三个“二次”的交汇问题
例3 已知函数f(x)=x2+ax+b(a,b∈R)的值域为[0,+∞),若关于x的不等式f(x)< c的解集为(m,m+6),求实数c的值.
解 由于f(x)的值域为[0,+∞),所以f(x)的图像与x轴有且只有一个公共点.于是有Δ=a2-4b=0,即b=.所以f(x)=x2+ax+b=x2+ax+ =(x+)2.
由f(x)=(x+)2由于不等式f(x) 小结 本题利用判别式,结合图像将二次函数的值域转化为系数a,b的关系,再通过配方,得到一元二次不等式的解集.函数图像和判别式是联系二次函数、一元二次方程和一元二次不等式的纽带,当三者之间的关系需要转化时,要结合图像,利用判别式来处理.
四、二次函数与导数的交汇问题
例4 已知函数f(x)= x3+(1-a)x2-3ax+1,a>0.
(1)证明:对于正数a,存在正数p,使得当x∈[0,p]时,有-1≤ f(x)≤1.
(2)设(1)中的p的最大值为g(a),求g(a)的最大值.
(1)证明:由于 f ′(x)=3x2+3(1-a)x-3a =3(x+1)•(x-a),且a>0,所以f(x)在[0,a)上单调递减,在[a,+∞)上单调递增.
又f(0)=1,f(a)=- a3- a2+1=(1-a)(a+2)2-1,所以
当f(a)≥-1时,取p=a,此时,当x∈[0,p]时,有-1≤ f(x)≤1成立.
当f(a)<-1时,由于f(0)+1=2>0,f(a)+1<0,所以存在p∈(0,a),使得f(p)+1=0.此时,当x∈[0,p]时,有-1≤f(x)≤1成立.
综上可知,对于正数a,存在正数p,使得当x∈[0,p]时,有-1≤ f(x)≤1.
(2)解:由(1)可知f(x)在[0,+∞)上的最小值为f(a).
当0a的实根,即2p2+3(1-a)p-6a=0满足p>a的实根,所以g(a)=.
又g(a)在(0,1]上单调递增,故gmax(a)=g(1)=.
当a>1时,f(a)<-1.由于f(0)=1,f(1)=(1-a)-1<-1,所以[0,p]?奂[0,1].此时,g(a)≤1.
综上所述,g(a)的最大值为.
小结
本题的第一问对三次函数求导后,得到的导函数是二次函数,该二次函数的正负决定三次函数的单调性;本题的第二问确定g(a)的解析式主要是通过求二次方程的根进行的,而研究g(a)的性质则主要是通过对二次函数性质的分析进行的.