用分类讨论法解决含参导数问题

来源 :高中生学习·高二文综版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yong5665
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  利用导数解决函数的单调性和极值问题,经常需要进行分类讨论,所以导数与分类讨论结下了不解之缘,要想获得高分,必须占领这块“阵地”.我们在遇到含有参数的导数问题时往往得分率不高,主要原因就是不会分类讨论.
  下面我们从一道简单例题的解答入手,看看遇到参数时应该如何进行分类讨论求解.
  例  若函数[f(x)=x+2x+lnx],求函数[f(x)]的极值点.
  解析  因为[f(x)=x+2x+lnx(x>0)],
  所以[f(x)=1-2x2+1x=x2+x-2x2(x>0)].
  令[f(x)=0]得[x=-2](舍)或[x=1.]
  列表如下:
  [[x]\&(0,1)\&1\&(1,+∞)\&[f(x)]\&—\&0\&+\&[f(x)]\&↘\&极小值\&↗\&]
  由上表知,[x=1]是函数[f(x)]的极小值点.
  变式1  若函数[f(x)=x+ax+lnx],试讨论函数[f(x)]的极值存在情况.
  解析  [f(x)=1-ax2+1x=x2+x-ax2(x>0),]
  令[f(x)=0],即[x2+x-a=0], [Δ=1+4a](注意这里方程根的个数需要讨论).
  (1)当[Δ≤0],即[a≤-14]时,[f(x)≥0],[f(x)]在(0,+∞)上单调递增,无极值.
  (2)当[Δ>0],即[a>-14]时,解[x2+x-a=0]得,
  [x1=-1-1+4a2<0]或[x2=-1+1+4a2.]
  ①若[a>0],则[x2>0.]
  列表如下:
  [[x]\&(0,[x2])\&[x2]\&([x2],+∞)\&[f(x)]\&—\&0\&+\&[f(x)]\&↘\&极小值\&↗\&]
  由上表知,[x=x2]时函数[f(x)]取到极小值,即[a>0]函数[f(x)]存在极小值.
  ②若[-14<a≤0],则[x1<x2≤0],所以[f(x)]在(0,+∞)上单调递减,函数不存在极值.
  综上所述,当[a>0]时,函数[f(x)]存在极值;当[a≤0]时,函数[f(x)]不存在极值.
  变式2  若函数[f(x)=ax+2x+lnx],求函数[f(x)]的单调区间.
  解析  [f(x)=a-2x2+1x=ax2+x-2x2(x>0)].
  令[f(x)]=0,即[h(x)=ax2+x-2=0](注意这里方程的类型需要讨论).
  (1)当[a=0]时,作出[h(x)=x-2]的图象可知,
  ①[x∈(0,2), h(x)<0],即[f(x)<0],所以[f(x)]在(0,2)上单调递减.
  ②[x∈(2,+∞), h(x)>0],即[f(x)>0],所以[f(x)]在(2,+∞)上单调递增.
  (2)当[a<0]时,因为[x=-12a>0, h(0)=-2<0],
  ①若[Δ≤0],即[a≤-18]时,在[(0,+∞)]上[h(x)<0],即[f(x)<0],所以[f(x)]在(0,+∞)上单调递减.
  ②若[Δ>0],即[-18<a<0]时,令[h(x)=0]得,
  [x1=-1+1+8aa]或[x2=-1-1+8a2a.]
  列表如下:
  [[x]\&(0,[x1])\&[x1]\&([x1],[x2])\&[x2]\&([x2],+∞)\&[f(x)]\&—\&0\&+\&0\&—\&[f(x)]\&↘\&极小值\&↗\&极大值\&↘\&]
  由上表知,[f(x)]的减区间为[(0,-1+1+8a2)],[(-1-1+8a2a,+∞)],[f(x)]的增区间为([-1+1+8a2],[-1-1+8a2]).
  (3)当[a>0]时,因为[x=-12a<0, h(0)=-2<0],所以[h(x)=0]有一正一负两根,解得[x1=-1-1+8a2<0]或[x2=-1+1+8a2>0].
  列表如下:
  [[x]\&(0,[x2])\&[x2]\&([x2],+∞)\&[f(x)]\&—\&0\&+\&[f(x)]\&↘\&极小值\&↗\&]
  由上表知,[f(x)]的减区间为[(0,-1+1+8a2)],增区间为[(-1+1+8a2,+∞)].
  综上所述,[a<0]时,[f(x)]的减区间为[(0,-1+1+8a2)],[(-1-1+8a2,+∞)],[f(x)]的增区间为[(-1+1+8a2,-1-1+8a2]. [a=0]时,[f(x)]的递减区间为(0,2),递增区间为(2,+∞). [a>0]时,[f(x)]的递减区间为[(0,-1+1+8a2)],增区间为[(-1+1+8a2,+∞)].   变式3  若函数[f(x)=ax-1x-(a+1)lnx],求[f(x)]在区间[2,3]上的最小值.
  解析 [f(x)=a+1x2-a+1x=ax2-(a+1)x+1x2(x>0),]
  设[p(x)=ax2-(a+1)x+1],(注意这里方程的类型需要讨论)
  (1)当[a=0]时,作出[p(x)=-x+1]的图象可知,
  [x∈(0,1), p(x)>0,]即[f(x)>0],所以[f(x)]在(0,1)上单调递增.
  [x∈(1,+∞), p(x)<0],即[f(x)<0],所以[f(x)]在(1,+∞)上单调递减.
  (2)当[a<0]时,解[p(x)=0]得,[x=1]或[x=1a.]
  因为[a<0],作出[p(x)=ax2-(a+1)x+1]的图象可知,
  [x∈(0,1), p(x)>0],即[f(x)>0],所以[f(x)]在(0,1)上单调递增.
  [x∈(1,+∞), p(x)<0],即[f(x)<0],所以[f(x)]在(1,+∞)上单调递减.
  所以[f(x)]在[2,3]上单调递减,
  所以[fmin(x)=f(3)=3a-13-(a+1)ln3].
  (3)当[a>0]时,(注意这里两根与定义域需要讨论)
  若[0<1a≤2],即[a≥12]时,[x∈[2,3]], [p(x)>0],即[f(x)>0],
  所以[f(x)]递增,所以[fmin(x)=f(2)=2a-12-(a+1)ln2.]
  若[2<1a<3],即[13<a<12]时,
  [x∈(2,1a)],[p(x)<0],即[f(x)<0],所以[f(x)]递减.
  [x∈(1a,3)],[p(x)>0],即[f(x)>0],所以[f(x)]递增.
  所以[fmin(x)=f(1a)=1-a+(a+1)lna.]
  若[1a≥3],即[0<a≤13]时,[x∈[2,3]], [p(x)<0],即[f(x)<0].
  所以[f(x)]递减,所以[fmin(x)=f(3)=3a-13-(a+1)ln3.]
  综上所述,[fmin(x)=3a-13-(a+1)ln3(a≤13),1-a+(a+1)lna(13<a<12),2a-12-(a+1)ln2(a≥12).]
  小结  在利用导数求函数极值、最值及单调区间等问题时,若函数中含有参数,我们需对参数进行讨论.
  ①若导函数的二次项系数为参数,需对二次项系数为正、负、零进行分类讨论;
  ②若需考虑判别式Δ,需对Δ>0,Δ=0,Δ<0进行分类讨论;
  ③在求最值或单调区间时,由[f(x)=0]解出的根, 需与给定区间内的两个根比较大小进行分类讨论.
  分类讨论的思想方法就是当问题所给的对象不能进行统一研究时,就需要对研究对象按某个标准分类,然后对每一类分别研究得出第一类的结论,最后综合各类结果得到整个问题的解答,其实质是“化整为零,各个击破,再积零为整”.在分类讨论时,要注意:①分类对象确定,标准统一;②不重复,不遗漏;③分层次,不越级讨论.
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