导数在函数中的应用

来源 :高中生学习·高二文综版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qq664374004
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  题型一 求解曲线的切线问题
  例1 已知函数[f(x)=x3+1].
  (1)求[f(x)]在点[P1,2]处的切线方程.
  (2)求[f(x)]过点[P1,2]的切线方程.
  分析 第(1)(2)问的区别在于[P1,2]是否是切点,所以第(2)问必须要分类讨论.
  解 (1)[fx=3x2,k=f(1)=3],
  ∴切线方程为[y-f1=3x-1],
  即[3x-y-1=0].
  (2)①若[P1,2]是切点,同第(1)问.
  ②若[P1,2]不是切点,则设切点为[x0,x30+1],
  从而切线方程为[y-x30+1=f′x0x-x0],
  即[y-x30+1=3x20x-x0],
  它经过[P1,2],所以[2-x30+1=3x201-x0],得[x0=-12]([x0=1]舍去),
  ∴[f(x0)=34],∴切线方程为[3x-4y+5=0].
  ∴切线方程为[3x-y-1=0]和[3x-4y+5=0].
  点拨 函数[f(x)]在点[P]处的切线,意味着点[P]是切点;函数[f(x)]过点[P]的切线,那么点[P]不一定是切点,必须分类讨论.
  题型二 求解函数的单调性问题
  例2 已知函数[f(x)=lnx-ax+1-ax-1(a∈R),]当[a12]时,讨论[f(x)]的单调性.
  分析 函数[f(x)]的表达式中既含有对数式,又含有分式,可考虑求导法.
  解 [f(x)][=-ax2+x-1-ax2x>0.]
  (1)[a=0]时,[f(x)=x-1x2x>0.]
  当[x∈0,1],[f(x)<0],函数单调递减.
  当[x∈1,+∞],[f(x)>0],函数单调递增.
  (2)[a>0]时,[f(x)][=x-1-ax+1-ax2x>0.]
  令[g(x)=x-1-ax+1-a],[g(x)=0]的两根[x1=1,x2=1a-1],[g(x)]与[f(x)]的正负号一致.
  ①[x1=x2]即[a=12]时,由于[Δ=0],由[g(x)]的图象可知[g(x)<0],所以[f(x)<0],
  ∴[f(x)]在[0,+∞]上单调递减.
  ②[x1>x2]即[a>12]时,与题意[a12]矛盾,舍去.
  ③[x1  (3)当[a<0]时,[x2=1a-1<0<1=x1],由[g(x)]的图象可得当[x∈0,1]时,[f(x)<0],函数单调递减; 当[x∈1,+∞]时,[f(x)>0],函数单调递增.
  综上所述:当[a0]时,[f(x)]在[0,1]上单调递减,在[1,+∞]单调递增;
  当[a=12]时,[f(x)]在[0,+∞]上单调递减;
  当[0  点拨 [f(x)]的正负号实际上取决于[g(x)],所以将解[f(x)<0],[f(x)>0]分别转化为解[g(x)<0,][g(x)>0],即转化为解含参数的一元二次不等式问题.
  题型三 求函数的极值、最值问题
  例3 已知函数[f(x)=13x3-x-1],[x∈R]. 设函数[f(x)]在区间[[t,t+3]]上的最大值为[M(t)],最小值为[m(t)],记[g(t)=M(t)-m(t)],求函数[g(t)]在区间[[-3,-1]]上的最小值.
  分析 要求最值,必须要清楚在[[t,t+3]]有几个极值点,所以要分类讨论.而[txt+3][-3t-1],区间长度为3,前端[t-1],所以只用讨论后端点即可.
  解 (1)[t+31]即[-3t-2]时, [f(x)]在[t,-1]上递增,在[-1,t+3]上递减,所以[f(x)]在[[t,t+3]]的最大值[M(t)=f(-1)=-13],最小值[m(t)]是[f(t)]与[f(t+3)]中的较小者.
  由[f(t+3)-f(t)=3(t+1)t+2]知,
  当[-3t-2],[f(t)f(t+3)],
  故[m(t)=f(t)=13t3-t-1].
  此时[g(t)=f(-1)-f(t)].而[f(t)]在[-3,-2]上递增,
  ∴ [g(t)=f(-1)-f(t)]在[-3,-2]上递减,
  ∴[gtmin=g-2=43].
  (2)[t+3>1]即[-2  ∵[f(x)]在[-2,-1]上递增,在[1,2]上递增,
  ∴[f(-2)f(t)f(-1)],又[1  ∴[f(1)  而[f(1)]=[f(-2)=-53],[f(-1)=f(2)=-13],
  ∴[M(t)=f(-1)=-13], [m(t)=f(1)=-53].
  ∴[g(t)=f(-1)-f(1)=43],最小值是[43].
  综合(1)(2)得,函数[g(t)]在区间[[-3,-1]]上的最小值是[43].
  点拨 难点在于定义域是变化的,所以要讨论定义域内有几个极值点;同时在比较大小时借助了函数的单调性,把不在同一个单调区间的两个自变量转化在同一个单调区间上. 另外,在讨论过程中注意结合函数的图象.
  例4 已知[f(x)=x2+ax-lnx,a∈R].
  (1)若函数[y=f(x)]在[1,2]上是减函数,求实数[a]的取值范围.
  (2)令[g(x)=f(x)-x2],是否存在实数[a],当[x∈0,e]([e]是自然对数得底数)时,函数[g(x)]的最小值是3,若存在,求出[a]的值;若不存在,说明理由.
  分析 (1)[f(x)0?f(x)]递减,然后利用分离变量法可得.(2)[g(x)=ax-lnx0  解 (1)[f(x)=2x+a-1x=2x2+ax-1x0],得[a1x-2x][1x2.]
  令[h(x)=1x-2x1x2],易得[h(x)]在[1,2]上递减,∴[h(x)min=h(2)=-72,] ∴[a-72.]
  (2)[g(x)=a-1x=ax-1x][0  ①当[a0]时,[g(x)0],[g(x)]在[0,e]单调递减,
  ∴[g(x)min=g(e)=ae-1=3,]得[a=4e]与前提条件[a0]矛盾,
  ∴[a=4e]不合题意舍去.
  ②当[1ae]即[0  ∴[g(x)min=g(e)=ae-1=3],得[a=4e]与前提条件[a1e]矛盾,舍去.
  ③当[01e]时,[g(x)]在[0,1a]单调递减,[g(x)]在[1a,e]单调递增,
  ∴[g(x)min=g(1a)=1+lna=3],得[a=e2],成立.
  综上所述,[a=e2].
  点拨 求导法解决含参数的函数的最值问题,必须要考虑在定义域内是否有极值点,如果不能确定,则要分极值点在定义域内和定义域外进行讨论.
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