例析含参数导数问题常见的分类讨论

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  导数高中数学的重要内容之一,是研究函数的图像及其性质的重要工具之一,而含参数的函数问题的图像和性质是高考命题的热点和难点.解决此类问题的一种常见而且重要的方法是:先对含参数的函数求导数,再根据情况进行分类讨论.而如何进行分类讨论则是解题的难点,本文以近年高考试题中含参数导数问题为例,剖析这类问题的常见的分类讨论策略.
  1.求导后,需要判断导函数等于零是否有实根,从而引发讨论
  例1(2011年全国Ⅱ文科21)已知函数 .
  (1)证明:曲线 (2)若 在 处取得极小值, ,求 的取值范围.
  【解析】(Ⅰ)略;(Ⅱ)由 得 ,此时 ,则①当 时, , 是增函数,没有极小值;②当 或 时, ,由 得 ,易知 。由题设知 ,当 时,不等式 无解;当 时,解不等式 得, .综合①②得, 的取值范围是 .
  2.求导后,需要比较导函数等于零的不同实根的大小,从而引发讨论
  例2(2009辽宁卷理科)已知函数 , .(1)讨论函数 的单调性;(2)证明:若 ,则对任意x ,x ,x x ,有 .
  【解析】(1) 的定义域为 . .令 得 ,①若 即 ,则 ,故 在 是增函数.②若 ,而 ,故 ,则当 时, ;当 及 时, ,故 在 是减函数,在 是增函数.③若 ,即 ,同理可得 在 是减函数,在 是增函数.(2)略.
  3.求导后,对于关于导函数大于或小于零的不等式,两边同除一个代数式,需要考虑代数式的正负,从而引发讨论
  例3(2010年辽宁文科21)已知函数 .(1)讨论函数 的单调性;(2)设 ,证明:对任意 , .
  【解析】(Ⅰ) f(x)的定义域为(0,+ ), .当 时, >0,故f(x)在(0,+ )单调增加;当 时, <0, 故f(x)在(0,+ )单调减少;当-1<a<0时,令 =0,解得x= .当x∈(0, )时, >0;x∈( ,+ )时, <0, 故f(x)在(0, )单调增加,在( ,+ )单调减少.(Ⅱ)略.
  4.求导后,导函数等于零有实根,需要判断实根是否在定义域内,从而引发讨论
  例4(2010天津文科20)已知函数 ,其中 .(1)若 ,求曲线 在点 处的切线方程;(2)若在区间 上, 恒成立,求 的取值范围.
  【解析】(1) (过程略);(2) .令 得, 或 .针对区间 ,需分两种情况讨论:(1)若 ,则 .当x∈(-0.5,0)时, ,当x∈(0,0.5)时, ; 在(-0.5,0)上是增函数,在(0,0.5)上是减函数; 在 上的最小值是 , 中的较小者.因此, 在 上恒成立,等价于 即 解得 ,又 ,所以 .(2)若 ,则 .当x∈(-0.5,0)时, ,当x∈ 时, ,当x∈ 时, , 在(-0.5,0)上是增函数,在(0,0.5)上是减函数, 在 上是增函数,; 在 的极大值是 最小值是 , 中的较小者.因此, 在 上恒成立等价于 ,即 解得 或 ,又因为 ,所以 .综上, 的取值范围为 .
  在解决含参数的导数问题时,可按照上述四种常见的分类讨论模式突破,因此含参导数问题的分类讨论还是有章可循的.当然,对于其他含参数导数问题,可能要用到其中的两种甚至更多的讨论思路,这种情况下,分类讨论会复杂一些,需要综合运用上述思路灵活处理.
  例5(2011年广东文科19)设 ,讨论函数 的单调性.
  【解析】 = 且 的定义域为 ,(1)若 ,则 , 在 是增函数;(2)若 ,则抛物线 对应的 ,即 .①当 时, , ,则 在 上单调递增;②当 或 时, ,由 得, ,解得, , .当 时, , ,函数在 递增, 递减, 递增,当 时, , ,函数在 递增, 递增.
  从上述例题可以看出,求解含参数的导数问题如果按照以上述四个分类讨论途径为切入点,解题时就可以做到思路清晰、层次分明,从而使问题迎刃而解.
  【链接练习】
  1.(2009年北京理科18)设函数 (1)求曲线 在点 处的切线方程;(2)求函数 的单调区间;(3)若函数 在区间 内单调递增,求 的取值范围.
  2.(2011年江西理科19)设 .(1)若 在 上存在单调递增区间,求 的取值范围;(2)当 时, 在 上的最小值为 ,求 在该区间上的最大值.
  3.(2010年山东理科22)已知函数 .(1)当 时,讨论 的单调性;(2)设 当 时,若对任意 ,存在 ,使 ,求实数 取值范围.
  【参考答案】1.(1) ;(2)若 ,则 在 递减, 递增;若 ,则 在 递增, 递减,(3) .2.(1) ;(2) . 3.(1)当 时, 在(0,1)上递减,在 上递增;当 时, 在 上递减;当 时, 在(0,1)上递减;在 上递增;在 上递减,(2) .
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