导数隐零点问题中虚设零点的方法论文

2023-09-14 14:37:57 来源: 作者:xieshijia
摘要:导数在高考解答题中始终扮演着压轴题的角色,主要考查的题型有导数与不等式的证明、恒成立与能成立问题、零点问题、洛必达法则、隐零点问题以及极值点偏移问题.本文对隐零点问题中较难的虚设零点法的几个类型进行归纳总结.
摘要:导数在高考解答题中始终扮演着压轴题的角色,主要考查的题型有导数与不等式的证明、恒成立与能成立问题、零点问题、洛必达法则、隐零点问题以及极值点偏移问题.本文对隐零点问题中较难的虚设零点法的几个类型进行归纳总结.
关键词:导数;隐零点问题;虚设零点
导数在高考解答题中始终扮演着压轴题的角色,主要考查的题型有导数与不等式的证明、恒成立与能成立问题、零点问题、洛必达法则、隐零点问题以及极值点偏移问题.本文将对隐零点问题中较难的虚设零点法的几个类型进行归纳总结,以期对学子及同行有所帮助.
1可以消掉隐零点得到具体值的问题
点评虚设零点时,我们常取正整数1,2,3…加以试验,这是因为正整数的函数值比较容易计算和估计其正负,实在不能用正整数时,我们常取整数的中点加以试验,这是来源于二分法的思想,此题中
两边取自然对数得2x0=-lnx0.④
所以g(x)在(0,x0)上为负,在(x0,+∞)上为正.所以f'(x)在(0,x0)上为负,在(x0,+∞)上为正.所以f(x)在(0,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增.所以f(x)min=f(x0)=x0 e2x0-2x0-lnx0.将③④两式代入,得
2无法消掉隐零点的求范围问题
例2已知函数f(x)=x+2xlnx,若对于任意x>1,f(x)>k(x-1)恒成立,求整数k的最大值.
解析因为f(x)>k(x-1)对于x∈
点评在确定隐零点的范围时,优先考虑整数,确定出x0∈(2,3),到最后一步2x0∈(4,6)依然无法确定正整数k取4还是取5.遂作调整,确定出x0
令h(x)=ex-x-2,易知h(x)在(0,+∞)上单调递增.
又因为h(1)=e-3<0,h(2)=e2-4>0,所以存在x0∈(1,2)使得h(x0)=0,即ex0=x0+2.所以h(x)在(0,x0)上为负,在(x0,+∞)上为正.所以g'(x)在(0,x0)上为负,在(x0,+∞)上为正.
所以g(x)在(0,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增.
3无法消掉隐零点且需要放缩的求范围问题
例3已知函数f(x)=ex-ln(x+m),当m≤2时,证明:f(x)>0.
解析当m≤2时,ln(x+2)≥ln(x+m),所以-ln(x+2)≤-ln(x+m).
所以只需证明当m=2时,f(x)=ex-ln(x+2)>0,x∈(-2,+∞)即可.
两边取自然对数,得x0=-ln(x0+2).⑧
所以f'(x)在(-2,x0)上为负,在(x0,+∞)上为正.所以f(x)在(-2,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增.
所以f(x)min=f(x0)=ex0-ln(x0+2).
将⑦⑧两式代入,得
点评对于含有参数m的不等式问题,通过分析当m≤2时函数f(x)的变化情况,找到f(x)取最小值的情况,将证明ex-ln(x+m)>0放缩为证明ex-ln(x+2)>0.此放缩有两个好处,一是将变化的参数m固定成了定值2;二是方便求导、方便计算.
练习3已知函数f(x)=ex-t-lnx,当t≤2时,证明:f(x)>0.
解析当t≤2时,ex-t≥ex-2,所以只需证明当t=2时f(x)>0即可.
当t=2时,f(x)=ex-2-lnx,x∈(0,+∞),
两边取自然对数得x0-2=-lnx0.⑩
所以f'(x)在(0,x0)上为负,在(x0,+∞)上为正.
所以f(x)在(0,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增.所以f(x)min=f(x0)=ex0-2-lnx0.
将⑨⑩两式代入,得
4需要对隐零点满足的方程进行二次化简的问题
例4设函数f(x)=xex-lnx-kx+x-1,若f(x)≥0恒成立,求实数k的取值范围.
所以h(x)在(0,x0)上为负,在(x0,+∞)上为正.所以g'(x)在(0,x0)上为负,在(x0,+∞)上为正.
所以g(x)在(0,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增
将⑪1⑪12两式代入,得
练习4设函数f(x)=xe2x-lnx-kx,若f(x)≥1恒成立,求实数k的取值范围.
所以h(x)在(0,+∞)上单调递增.
所以h(x)在(0,x0)上为负,在(x0,+∞)上为正.所以g'(x)在(0,x0)上为负,在(x0,+∞)上为正.
所以g(x)在(0,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增.
隐零点问题是高考导数压轴题最常考的类型之一,虚设零点法则是其中难度较大、出现较频繁的题型,它能综合考查学生对导数掌握的熟练程度,学生应在理解透“虚设零点”的基础上多加练习,以期熟能生巧.
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部.普通高中数学课程标准(2017年版2020年修订)[M].北京:人民教育出版社,2020.
