聚焦导数与其它知识的交汇

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  函数在每年的高考中都占有很大比例,而且是常考常新,尤其是导数加盟后,拓宽了高考对函数问题的命题空间,导数常与函数、不等式、数列、向量、三角函数等知识的联系比较密切,是试题考查能力、渗透数学思想和方法的重要载体,这也是高考命题的特点和热点,体现了知识的交汇性.以下将举例说明导数与其它知识的交汇,供大家参考.
  一、导数与函数、不等式知识的交汇
  例1 (2010山东临沂市高三测试)已知函数y=f(x)是定义在R上的奇函数,且当x∈(-∞,0)时,不等式f(x)+xf′(x)<0成立,若a=30.3•f(30.3),b=(logπ3)•f(logπ3),c=(log319)•f(log319),则a,b,c的大小关系是______.
  解析:令F(x)=xf(x),则,在x∈(-∞,0)时,F′(x)<0,故F(x)在(-∞,0)上单调递减,又因为F(-x)=-xf(-x)=xf(x)=F(x),故F(x)是R上的偶函数,即F(x)在(0,+∞)上单调递增,a=30.3•f(30.3)=F(30.3),b=(logπ3)•f(logπ3)=F(logπ3),
  c=(log319)•f(log319)=F(log319)=F(-2)=F(2),
  logπ3<logππ=1=30<30.3<30.5=3<2,所以b  评注:本题从考查导数的运算法则出发,并考查了函数的图象和性质,关键是构建适当的辅助函数,即设法利用导数方法来研究函数的单调性,从而研究不等式的问题以及综合运用数学知识解决问题的能力.
  二、导数与数列知识的交汇
  例2 (2010江苏卷)已知函数y=x2(x>0)的图象在点(ak,a2k)处的切线与x轴交点的横坐标为ak+1,k为正整数,a1=16,则a1+a3+a5=______.
  解析:y′=2x,切线方程为y-a2k=2ak(x-ak),令y=0,x=ak2=ak+1 ,即ak+1ak=12,故数列{an}为等比数列,故an=16×(12)n-1=25-n,则a1+a3+a5=16+4+1=21.
  评注:本题考查导数的几何意义以及等比数列等基础知识,以及逻辑推理能力.
  三、导数与向量知识的交汇
  例3 已知向量a=(x23,x),b=(x,x-3),x∈,求当a•b取最小值时,向量a与向量b夹角的大小.
  解析:由于a•b=13x3+x(x-3)=13x3+x2-3x,令f(x)=13x3+x2-3x,则f′(x)=x2+2x-3,令f′(x)=0得x=-3或x=1.列表如下:
  
  x-4(-4,-3)-3(-3,1)1(1,4)4
  f′(x)+0-0+
  f(x)203↗极大值0↘极小值-53↗763
  故f(x)在上的最小值为-53,此时x=1,所以a=(13,1),b=(1,-2),故
  cosθ=a•b|a|•|b|=-53103•5=-22,可得向量a与向量b的夹角θ=34π.
  评注:本题主要结合导数求函数的最值,从而求得两向量的夹角.
  
  四、导数与函数、方程知识的交汇
  例4 (2010苏、锡、常、镇高三调研)已知函数f(x)=|ax-2|+blnx(x>0),
  (1)若a=1,f(x)在(0,+∞)是单调增函数,求b的取值范围;
  (2)若a≥2,b=1,求方程f(x)=1x在(0,1〗上解的个数.
  解析:(1)f(x)=|x-2|+blnx
  =-x+2+blnx,0  当0  当x≥2时,f′(x)=1+bx≥0恒成立,即b≥-x恒成立,即b≥-2.
  综上b的取值范围是b≥2.
  (2)令g(x)=|ax-2|+lnx-1x,即g(x)=-ax+2+lnx-1x,0  当0  0a2≥1,则g′(x)>g′(2a),而g′(2a)=
  a24-a2=a(a-2)4≥0,
  故g′(x)>0,从而g(x)在(0,2a)上是递增函数.
  当x≥2a时,g(x)=ax-2+lnx-1x,g′(x)=a+1x+1x2>0,
  故g(x)在(a2,+∞)上是增函数.
  由于g(x)的图象在(0,+∞)上不间断,故g(x)在(0,+∞)上是递增函数.
  g(2a)=ln2a-a2<0,由于g(1)=a-3,
  当a≥3时,g(1)=a-3≥0,故g(x)=0在(0,1〗上有唯一解;当2≤a<3时,
  g(1)=a-3<0,故g(x)=0在(0,1〗上无解.
  综上,当a≥3时,g(x)=0在(0,1〗上有唯一解;当2≤a<3时,g(x)=0在(0,1〗上无解.
  评注:本题主要考查运用导数研究函数性质,以及分类讨论的数学思想方法和分析问题、解决问题的能力.
  五、导数与三角函数知识的交汇
  例5 (2010江苏扬州期末调研)某广场一雕塑造型结构如图所示,最上层是一呈水平状态的圆环,其半径为2m,通过金属杆BC,CA1,CA2,CA3支撑在地面B处(BC垂直于水平面),A1,A2,A3是圆环上的三等分点,圆环所在的水平面距地面10m,设金属杆CA1,CA2,CA3所在直线与圆环所在水平面所成的角都为θ.(圆环及金属杆均不计粗细)
  
  (1)当θ的正弦值为多少时,金属杆BC,CA1,CA2,CA3的总长最短?
  (2)为美观与安全,在圆环上设置A1,A2,…,An(n≥4)个等分点,并仍按上面方法连接,若还要求金属杆BC,CA1,CA2,…,CAn的总长最短,对比(1)中C点位置,此时C点将会上移还是下移,请说明理由.
  解析:(1)设O为圆环的圆心,依题意,∠CA1O=∠CA2O=∠CA3O=θ,
  CA1=CA2=CA3=2cosθ,CO=2tanθ,设金属杆总长为y m,则y=6cosθ+10-2tanθ=2(3-sinθ)cosθ+10,(0<θ<π2)
  y′=2(3sinθ-1)cos2θ,当sinθ<13时,y′<0;当sinθ>13时,y′>0,
  当sinθ=13时,函数有极小值,也是最小值.
  (2)依题意,y=2ncosθ+10-2tanθ=2(n-sinθ)cosθ+10,
  y′=2(nsinθ-1)cos2θ,当sinθ<1n时,y′<0;当sinθ>1n时,y′>0,
  ∴当sinθ=1n时,函数有极小值,也是最小值.当n≥4时,1n<13,所以C点应上移.
  
  评注:此类考题主要结合求函数极值(最值)、参数取值范围,解决数学应用等问题,来考查导数最值性质在函数问题中的应用.本题设计导数与函数建模问题,意在考查将实际问题转化为数学问题,应用导数性质去解决最优化问题的数学应用意识与实践能力.
  
  (作者:郭波,江苏连云港)
  
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