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求含参数三次函数的单调区间常涉及二次函数的性质、二次不等式求解、二次方程求根等多方面知识,需要对字母进行分类讨论,是考查分类与讨论思想的热点.
常按下列步骤对字母的取值范围进行分类讨论:第一步,求出导函数[y=f(x)](设原函数为[y=f(x)]);第二步,算出导函数的判别式[Δ],并判断判别式[Δ]的正负;第三步,若判别式[Δ]的值不确定,即[Δ]的取值可正可负,则对[Δ]进行讨论.
1. 按判别式取值的正负进行分类讨论
按[Δ][>0]、[Δ][<0]、[Δ]=0三种情况进行分类讨论求解.
例1 已知函数[f(x)=x3+ax2+x+1],[a∈R]﹒讨论函数[f(x)]的单调区间﹒
分析 先求出[f(x)=3x2+2ax+1],算出其判别式[Δ=4(a2-3)],再判断[4(a2-3)]的正负,易知[4(a2-3)]的正负不确定,然后按判别式[Δ][>0]、[Δ][<0]、[Δ]=0三种情况进行分类讨论求解﹒
解 [f(x)=3x2+2ax+1],其判别式[Δ][=4(a2-3)].
(1)当[Δ][>0],即[a>3]或[a<-3]时,
由[f(x)>0]得,
[x>-a+a2-33]或[x<-a-a2-33].
由[f(x)<0]得,
[-a-a2-33 故函数[f(x)]在区间[(-∞,-a-a2-33)]和[(-a+a2-33,+∞)]上是增函数,在区间[(-a-a2-33,-a+a2-33)]上是减函数﹒
(2)当[Δ][<0],即[-3 对所有[x∈R]都有[f(x)>0],
故此时[f(x)]在[R]上是增函数﹒
(3)当[Δ][=0],即[a=±3]时,
则[f(-a3)=0],且对所有的[x≠-a3]都有[f(x)>0],
故此时[f(x)]在[R]上是增函数﹒
例2 已知函数[f(x)=x-2x+a(2-lnx)],[a>0].讨论函数[f(x)]的单调性﹒
分析 本题函数[f(x)]虽然不是三次函数,但由于导数[f(x)]的正负值的取值范围与二次函数[g(x)=x2-ax+2]是一样的,对导数[f(x)]值的讨论就可转化为对二次函数[g(x)]值的讨论﹒由于[Δ=a2-8]的值不确定,要按判别式[Δ][>0]、[Δ][<0]、[Δ]=0三种情况进行分类讨论求解﹒
解 由题意知,[f(x)]的定义域是[(0,+∞)]﹒
[f(x)=1+2x2-ax=x2-ax+2x2]﹒
设[g(x)=x2-ax+2],二次方程[g(x)=0]的判别式[Δ=a2-8]﹒
(1)当[Δ][>0],即[a>22]时,
方程[g(x)=0]有两个不同的实根:
[x1=a-a2-82],[x2=a+a2-82],[0 由[f(x)>0],即[g(x)>0]且[x>0]得,
[x>x2]或[0 由[f(x)<0],即[g(x)<0]且[x>0]得,
[x1 函数[f(x)]在[(0,a-a2-82)]和[(a+a2-82,+∞)]上是增函数,在[(a-a2-82,a+a2-82)]上是减函数.
(2)当[Δ][<0],即[0 对一切[x>0]都有[f(x)>0],
[f(x)]在[(0,+∞)]上是增函数﹒
(3)当[Δ][=0],即[a=22]时,
仅[x=2]有[f(x)=0,]对其余的[x>0]都有[f(x)>0,]
[f(x)]在[(0,+∞)]上是增函数﹒
点拨 例2与例1可以说是形异质同﹒本题的分类讨论思路与例1基本上一样﹒
2. 按两实根相对大小进行分类讨论
若[Δ][≥0],即方程[f(x)=0]有实根,先求出两实根[x1]、[x2];再按[x1][>][x2]、[x1][<][x2]、[x1]=[x2]三种情况进行分类讨论求解.
例3 已知函数[f(x)][=x3+ax2-a2x+1],[a∈R]. 求函数[f(x)]的单调区间﹒
分析 先求出[f(x)][=3x2+2ax-a2],再算出其判别式[Δ=16a2]﹒由于[Δ=16a2≥0],求出方程[f(x)=0]的两根得:[x1=a3],[x2=-a]﹒由于[a3]、[-a]的大小不确定,所以要按[a3>-a]、[a3<-a]、[a3=-a]三种情况分类讨论求解﹒
解 [f(x)][=3x2+2ax-a2],
方程[f(x)][=0]的判别式[Δ=16a2≥0]﹒
求方程[f(x)=0]的两根得[x1=a3],[x2=-a]﹒
(1)当[a3>-a],即[a>0]时,
由[f(x)>0]得,[x>a3]或[x<-a].
由[f(x)<0]得,[-a 函数[f(x)]在[(-∞,-a)]和[(a3,+∞)]上是增函数;在[(-a,a3)]上是减函数﹒
(2)当[a3<-a],即[a<0]时,
由[f(x)>0]得,[x>-a]或[x 由[f(x)<0]得,[a3 函数[f(x)]在[(-∞,a3)]和[(-a,+∞)]上是增函数,在[(a3,-a)]上是减函数﹒
(3)当[a3=-a],即[a=0]时,
仅对[x=0]有[f(x)=0],对所有的[x≠0]都有[f(x)>0],
[∴f(x)]在[R]上是增函数﹒
例4 已知函数[f(x)][=(x2+ax-2a2+3a)ex],其中[a∈R]﹒求函数[f(x)]的单调区间﹒
分析 本题函数[f(x)]也不是三次函数﹒导数[f(x)]的正负值的取值范围与二次函数[h(x)]是一样的,对导数[f(x)]值的讨论就可转化为对二次函数[h(x)]值的讨论﹒由于[h(x)]的判别式[Δ=(3a-2)2≥0],方程[h(x)=0]的两根[-2a]、[a-2]的大小不确定,本题就得按[-2a>a-2]、[-2a 解 [f(x)=[x2+(a+2)x-2a2+4a]ex]﹒
设[h(x)][=x2+(a+2)x-2a2+4a],方程[h(x)=0]的判别式[Δ=(3a-2)2≥0],求方程[h(x)=0]的两根得[x1=-2a],[x2=a-2]﹒
(1)当[x1>x2],即[a<23]时,
由[f(x)>0],即[h(x)>0]得,
[x>-2a]或[x 由[f(x)>0],即[h(x)<0]得,
[a-2 函数[f(x)]在[(-∞,a-2)]和[(-2a,+∞)]上是增函数,在[(a-2,-2a)]上是减函数﹒
(2)当[x123]时,
由[f(x)>0],即[h(x)>0]得,
[x>a-2]或[x<-2a].
由[f(x)<0],即[h(x)<0]得,
[-2a 函数[f(x)]在[(-∞,-2a)]和[(a-2,+∞)]上是增函数,在[(-2a,a-2)]上是减函数﹒
(3)当[x1=x2],即[a=23]时,
仅对[x=-43]有[f(x)=0],对所有的[x≠-43]都有[f(x)>0],
[∴f(x)]在[R]上是增函数﹒
点拨 本题的分类讨论思路基本上同例3一样﹒例4与例3也是形异质同,我们在解题时要抓住这一点﹒
1. 已知函数[f(x)=x-1x-alnx(a∈R)]﹒讨论[f(x)]的单调性﹒
2. 已知函数[f(x)=4x3+3tx2-6t2x+t-1],[x∈R],其中[t∈R]﹒当[t≠0]时,求[f(x)]的单调区间﹒
1. (1)当[a≤2]时,[f(x)]在[(0,+∞)]上单调递增.
(2)当[a<-2]时,[f(x)]在[(0,+∞)]上单调递增﹒
(3)当[a>2]时,[fx]分别在[(0,x1)和(x2,+∞)]上单调递增,在[(x1,x2)]上单调递减﹒
2. 当[t<0]时,在[(-∞,t2)]和[(-t,+∞)]上单调递增,在[(t2,-t)]上单调递减;
当[t>0]时,在[(-∞,-t)],[(t2,+∞)]上单调递增,在[(-t,t2)]上单调递减﹒
常按下列步骤对字母的取值范围进行分类讨论:第一步,求出导函数[y=f(x)](设原函数为[y=f(x)]);第二步,算出导函数的判别式[Δ],并判断判别式[Δ]的正负;第三步,若判别式[Δ]的值不确定,即[Δ]的取值可正可负,则对[Δ]进行讨论.
1. 按判别式取值的正负进行分类讨论
按[Δ][>0]、[Δ][<0]、[Δ]=0三种情况进行分类讨论求解.
例1 已知函数[f(x)=x3+ax2+x+1],[a∈R]﹒讨论函数[f(x)]的单调区间﹒
分析 先求出[f(x)=3x2+2ax+1],算出其判别式[Δ=4(a2-3)],再判断[4(a2-3)]的正负,易知[4(a2-3)]的正负不确定,然后按判别式[Δ][>0]、[Δ][<0]、[Δ]=0三种情况进行分类讨论求解﹒
解 [f(x)=3x2+2ax+1],其判别式[Δ][=4(a2-3)].
(1)当[Δ][>0],即[a>3]或[a<-3]时,
由[f(x)>0]得,
[x>-a+a2-33]或[x<-a-a2-33].
由[f(x)<0]得,
[-a-a2-33
(2)当[Δ][<0],即[-3 对所有[x∈R]都有[f(x)>0],
故此时[f(x)]在[R]上是增函数﹒
(3)当[Δ][=0],即[a=±3]时,
则[f(-a3)=0],且对所有的[x≠-a3]都有[f(x)>0],
故此时[f(x)]在[R]上是增函数﹒
例2 已知函数[f(x)=x-2x+a(2-lnx)],[a>0].讨论函数[f(x)]的单调性﹒
分析 本题函数[f(x)]虽然不是三次函数,但由于导数[f(x)]的正负值的取值范围与二次函数[g(x)=x2-ax+2]是一样的,对导数[f(x)]值的讨论就可转化为对二次函数[g(x)]值的讨论﹒由于[Δ=a2-8]的值不确定,要按判别式[Δ][>0]、[Δ][<0]、[Δ]=0三种情况进行分类讨论求解﹒
解 由题意知,[f(x)]的定义域是[(0,+∞)]﹒
[f(x)=1+2x2-ax=x2-ax+2x2]﹒
设[g(x)=x2-ax+2],二次方程[g(x)=0]的判别式[Δ=a2-8]﹒
(1)当[Δ][>0],即[a>22]时,
方程[g(x)=0]有两个不同的实根:
[x1=a-a2-82],[x2=a+a2-82],[0
[x>x2]或[0
[x1
(2)当[Δ][<0],即[0 对一切[x>0]都有[f(x)>0],
[f(x)]在[(0,+∞)]上是增函数﹒
(3)当[Δ][=0],即[a=22]时,
仅[x=2]有[f(x)=0,]对其余的[x>0]都有[f(x)>0,]
[f(x)]在[(0,+∞)]上是增函数﹒
点拨 例2与例1可以说是形异质同﹒本题的分类讨论思路与例1基本上一样﹒
若[Δ][≥0],即方程[f(x)=0]有实根,先求出两实根[x1]、[x2];再按[x1][>][x2]、[x1][<][x2]、[x1]=[x2]三种情况进行分类讨论求解.
例3 已知函数[f(x)][=x3+ax2-a2x+1],[a∈R]. 求函数[f(x)]的单调区间﹒
分析 先求出[f(x)][=3x2+2ax-a2],再算出其判别式[Δ=16a2]﹒由于[Δ=16a2≥0],求出方程[f(x)=0]的两根得:[x1=a3],[x2=-a]﹒由于[a3]、[-a]的大小不确定,所以要按[a3>-a]、[a3<-a]、[a3=-a]三种情况分类讨论求解﹒
解 [f(x)][=3x2+2ax-a2],
方程[f(x)][=0]的判别式[Δ=16a2≥0]﹒
求方程[f(x)=0]的两根得[x1=a3],[x2=-a]﹒
(1)当[a3>-a],即[a>0]时,
由[f(x)>0]得,[x>a3]或[x<-a].
由[f(x)<0]得,[-a
(2)当[a3<-a],即[a<0]时,
由[f(x)>0]得,[x>-a]或[x
(3)当[a3=-a],即[a=0]时,
仅对[x=0]有[f(x)=0],对所有的[x≠0]都有[f(x)>0],
[∴f(x)]在[R]上是增函数﹒
例4 已知函数[f(x)][=(x2+ax-2a2+3a)ex],其中[a∈R]﹒求函数[f(x)]的单调区间﹒
分析 本题函数[f(x)]也不是三次函数﹒导数[f(x)]的正负值的取值范围与二次函数[h(x)]是一样的,对导数[f(x)]值的讨论就可转化为对二次函数[h(x)]值的讨论﹒由于[h(x)]的判别式[Δ=(3a-2)2≥0],方程[h(x)=0]的两根[-2a]、[a-2]的大小不确定,本题就得按[-2a>a-2]、[-2a
设[h(x)][=x2+(a+2)x-2a2+4a],方程[h(x)=0]的判别式[Δ=(3a-2)2≥0],求方程[h(x)=0]的两根得[x1=-2a],[x2=a-2]﹒
(1)当[x1>x2],即[a<23]时,
由[f(x)>0],即[h(x)>0]得,
[x>-2a]或[x
[a-2
(2)当[x1
由[f(x)>0],即[h(x)>0]得,
[x>a-2]或[x<-2a].
由[f(x)<0],即[h(x)<0]得,
[-2a
(3)当[x1=x2],即[a=23]时,
仅对[x=-43]有[f(x)=0],对所有的[x≠-43]都有[f(x)>0],
[∴f(x)]在[R]上是增函数﹒
点拨 本题的分类讨论思路基本上同例3一样﹒例4与例3也是形异质同,我们在解题时要抓住这一点﹒
1. 已知函数[f(x)=x-1x-alnx(a∈R)]﹒讨论[f(x)]的单调性﹒
2. 已知函数[f(x)=4x3+3tx2-6t2x+t-1],[x∈R],其中[t∈R]﹒当[t≠0]时,求[f(x)]的单调区间﹒
1. (1)当[a≤2]时,[f(x)]在[(0,+∞)]上单调递增.
(2)当[a<-2]时,[f(x)]在[(0,+∞)]上单调递增﹒
(3)当[a>2]时,[fx]分别在[(0,x1)和(x2,+∞)]上单调递增,在[(x1,x2)]上单调递减﹒
2. 当[t<0]时,在[(-∞,t2)]和[(-t,+∞)]上单调递增,在[(t2,-t)]上单调递减;
当[t>0]时,在[(-∞,-t)],[(t2,+∞)]上单调递增,在[(-t,t2)]上单调递减﹒