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分类讨论思想在高考中占有十分重要的地位,特别是运用在导数求函数单调性中,其这个知识点是高考的热点,试题具有明显的逻辑性、综合性、探索性的特点,近几年的试题中,都有涉及到导数的题目,比较新颖,利用导数研究函数的单调性是导数应用一个重要的方面,下面利用导数研究函数的单调性中参数的讨论作简单的研究:
一、由计算引起的讨论
例1、设函数 .
(Ⅰ)若曲线 在点 处与直线 相切,求 的值;
(Ⅱ)求函数 的单调区间与极值点.
解:(Ⅰ) ,
∵曲线 在点 处与直线 相切,
∴
(Ⅱ)∵ ,
当 时, ,函数 在 上单调递增,
此时函数 没有极值点.
当 时,由 ,
当 时, ,函数 单调递增,
当 时, ,函数 单调递减,
当 时, ,函数 单调递增,
∴此时 是 的极大值点, 是 的极小值点.
点评:本题着重考查了利用导数研究原函数的基本性质,根据导函数值的正负取值,确定函数的单调区间.
二、由参数本身的变化引起的讨论
例2、已知函数 ,其中
(1)当 满足什么条件时, 取得极值?
(2)已知 ,且 在区间 上单调递增,试用 表示出 的取值范围.
解析: (1)由已知得 ,令 ,得 ,
要取得极值,方程 必须有解,
所以△ ,即 ,此时方程 的根为
,
,
所以
当 时,
X (-∞,x1) x 1 (x1,x2) x2 (x2,+∞)
f’(x) + 0 - 0 +
f (x) 增函数 极大值 减函数 极小值 增函数
所以 在x 1, x2处分别取得极大值和极小值.
当 时,
X (-∞,x2) x 2 (x2,x1) x1 (x1,+∞)
f’(x) - 0 + 0 -
f (x) 减函数 极小值 增函数 极大值 减函数
所以 在x 1, x2处分别取得极大值和极小值.
综上,当 满足 时, 取得极值.
(2)要使 在区间 上单调递增,需使
在 上恒成立.
即 恒成立,所以
设 ,
,
令 得 或 (舍去),
当 时, ,当 时
, 单调增函数;
当 时 , 单调减函数,
所以当 时, 取得最大,最大值为
.所以
当 时, ,此时 在区间 恒成立,所以 在区间 上单调递增,当 时 最大,最大值为 ,所以
综上,当 时, ;当 时,
点评:本题为三次函数,利用求导的方法研究函数的极值、单调性和函数的最值,函数在区间上为单调函数,则导函数在该区间上的符号确定,从而转为不等式恒成立,再转为函数研究最值.运用函数与方程的思想,化归思想和分类讨论的思想解答问题.
三、由结果引起的讨论:
例3、已知二次函数 的导函数的图像与直线 平行,且 在 处取得极小值 .设 .
(1)若曲线 上的点 到点 的距离的最小值为 ,求 的值;
(2) 如何取值时,函数 存在零点,并求出零点.
解析:(1)依题可设 ( ),则 ;
又 的图像与直线 平行
, ,
设 ,
则
当且仅当 时, 取得最小值,即
取得最小值
当 时, 解得
当 时, 解得
(2)由
( ),得
当 时,方程 有一解 ,
函数 有一零点 ;
当 时,方程 有二解
,
若 , ,
函数 有两个零点
,
即 ;
若 , ,函数 有两个零点 ,
即 ;
当 时,方程 有一解
, ,
函数 有一零点
综上,当 时, 函数 有一零点 ;
当 ( ),
或 ( )时,
函数 有两个零点
;
当 时,函数 有一零点
点评:本题着重考查了利用导数研究原函数的基本性质,给出的函数不仅设置了参变量a,而且还考查了导数的四则运算,解决本题首先是正确求出导数 ,然后解关于x的不等式 和 ,在解不等式时,又要对a实施分类讨论,最后求出x的取值范围。
收稿日期:2014-01-04
一、由计算引起的讨论
例1、设函数 .
(Ⅰ)若曲线 在点 处与直线 相切,求 的值;
(Ⅱ)求函数 的单调区间与极值点.
解:(Ⅰ) ,
∵曲线 在点 处与直线 相切,
∴
(Ⅱ)∵ ,
当 时, ,函数 在 上单调递增,
此时函数 没有极值点.
当 时,由 ,
当 时, ,函数 单调递增,
当 时, ,函数 单调递减,
当 时, ,函数 单调递增,
∴此时 是 的极大值点, 是 的极小值点.
点评:本题着重考查了利用导数研究原函数的基本性质,根据导函数值的正负取值,确定函数的单调区间.
二、由参数本身的变化引起的讨论
例2、已知函数 ,其中
(1)当 满足什么条件时, 取得极值?
(2)已知 ,且 在区间 上单调递增,试用 表示出 的取值范围.
解析: (1)由已知得 ,令 ,得 ,
要取得极值,方程 必须有解,
所以△ ,即 ,此时方程 的根为
,
,
所以
当 时,
X (-∞,x1) x 1 (x1,x2) x2 (x2,+∞)
f’(x) + 0 - 0 +
f (x) 增函数 极大值 减函数 极小值 增函数
所以 在x 1, x2处分别取得极大值和极小值.
当 时,
X (-∞,x2) x 2 (x2,x1) x1 (x1,+∞)
f’(x) - 0 + 0 -
f (x) 减函数 极小值 增函数 极大值 减函数
所以 在x 1, x2处分别取得极大值和极小值.
综上,当 满足 时, 取得极值.
(2)要使 在区间 上单调递增,需使
在 上恒成立.
即 恒成立,所以
设 ,
,
令 得 或 (舍去),
当 时, ,当 时
, 单调增函数;
当 时 , 单调减函数,
所以当 时, 取得最大,最大值为
.所以
当 时, ,此时 在区间 恒成立,所以 在区间 上单调递增,当 时 最大,最大值为 ,所以
综上,当 时, ;当 时,
点评:本题为三次函数,利用求导的方法研究函数的极值、单调性和函数的最值,函数在区间上为单调函数,则导函数在该区间上的符号确定,从而转为不等式恒成立,再转为函数研究最值.运用函数与方程的思想,化归思想和分类讨论的思想解答问题.
三、由结果引起的讨论:
例3、已知二次函数 的导函数的图像与直线 平行,且 在 处取得极小值 .设 .
(1)若曲线 上的点 到点 的距离的最小值为 ,求 的值;
(2) 如何取值时,函数 存在零点,并求出零点.
解析:(1)依题可设 ( ),则 ;
又 的图像与直线 平行
, ,
设 ,
则
当且仅当 时, 取得最小值,即
取得最小值
当 时, 解得
当 时, 解得
(2)由
( ),得
当 时,方程 有一解 ,
函数 有一零点 ;
当 时,方程 有二解
,
若 , ,
函数 有两个零点
,
即 ;
若 , ,函数 有两个零点 ,
即 ;
当 时,方程 有一解
, ,
函数 有一零点
综上,当 时, 函数 有一零点 ;
当 ( ),
或 ( )时,
函数 有两个零点
;
当 时,函数 有一零点
点评:本题着重考查了利用导数研究原函数的基本性质,给出的函数不仅设置了参变量a,而且还考查了导数的四则运算,解决本题首先是正确求出导数 ,然后解关于x的不等式 和 ,在解不等式时,又要对a实施分类讨论,最后求出x的取值范围。
收稿日期:2014-01-04