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與導數有關的函數題的統一解題技巧分析

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與導數有關的函數題是各省市檢測和高考年年必考的題目,形式層出不窮,絕大多數還是區分度頗高的壓軸題.許多中上水平的考生往往處理完第一問後,對第二、三問或是匆忙求導眼到手不到形成一堆爛賬,或是寫了一堆解答過程發現走進死衚衕再出來,這樣做的結果往往是得分較低,浪費時間,長此以往對科學備考的負面影響較大.究其原因,很多考生表現爲不知道自己“起步”錯誤,具體來說就是對哪個函數求導不明確,或爲什麼要構造新函數F (x)和如何構造函數F (x)不明確.本文結合近兩年的高考題,就解答與導數有關的區分度頗高的函數題,如何走好“動一發而系全身”的第一步,談如何構造函數F (x),給出程序化的構建模式,以達到“好的開始是成功的一半”的目的.

與導數有關的函數題的統一解題技巧分析

一、與導數有關的函數題概述

與導數有關的區分度頗高的函數題主要包括:討論含參(一元參數或二元參數)方程根的個數與範圍,含參(一元參數或二元參數)不等式的證明,求含參函數的`最值或單調區間,含參(一元參數或二元參數)不等式恆成立時已知含參函數的最值或單調區間求某參數的範圍,已知含參(一元參數或二元參數)方程根的個數和範圍求某參數的範圍等.題目形式雖然千變萬化、層出不窮,但本質上就是一道題.本文爲使問題說明得更加方便,不妨以 f(x)≥g(x)的形式來說明.

二、程序化構造函數F (x)的統一模式

1.直接法:令F (x)= f(x)-g(x).

2.化積法:若 f(x)-g(x)=h(x)k(x),且h(x)≥0,令F (x)= k(x).

3.伸縮法:若 f(x)≥ f1(x),則令F (x)= f1(x)-g(x),其中,f1(x)通常可由熟悉的不等式或前一問中的結論得出.

4.控元法:含參問題若已給出參數k的範圍,由單調性控元、消元、消參,構建F (x)(F (x)不含參數).

5.分離變量法:若能分離出變量k≥k(x),則令F (x)=k(x).

三、程序化構造函數F (x)的統一模式在高考題中的運用

例1 (2013年高考新課標全國Ⅱ卷理科卷第21題)已知函數f(x)=ex-ln(x+m).

(Ⅰ)設x=0是f(x)的極值點,求m,並討論 f(x)的單調性.

(Ⅱ)當m≤2時,證明f(x)>0.

(Ⅰ)解:m=1. f(x)在(-1,0)上單調遞減,在(0,+∞)上單調遞增.(解答過程省略)

(Ⅱ)證明:當m≤2,x∈(-m,+∞)時,ln(x+2)≥ln(x+m).記F (x)=ex-ln(x+2),則F ′(x)=ex- .

∵F ′′(x)=ex+ >0,∴F ′(x)在(-2,+∞)上單調遞增.

∵F ′(0)=1- >0,F ′(-1)= -1<0,即 = ,x0=-ln(x0+2),∴F (x0)= -ln(x0+2)= +x0= >0.

當x∈(-2,x0)時,F ′(x)<0,此時函數F (x)單調遞減;當x∈(x0,+∞)時,F ′(x)>0,此時函數F (x)單調遞增.

∴ f(x)≥F (x)≥F min(x)=F (x0)>0.

小結 本題是一道含參不等式的證明題,考生若不假思索地直接採用構造F (x)=左-右,則在求F ′(x)=0時會走進死衚衕.問題出在含參,因此應該控元,將兩個變量變爲一個變量,使其常態化.

例2 (2012年高考山東理科卷第22題)已知函數f(x)= (k爲常數,e=2.71828…是自然對數的底數),曲線y= f(x)在點(1,f(1))處的切線與x軸平行.

(Ⅰ)求k的值.

(Ⅱ)求 f(x)的單調區間.

(Ⅲ)設g(x)=(x2+x) f ′(x),其中 f ′(x)爲 f (x)的導函數.證明:對任意x>0,g(x)<1+e-2.

(Ⅰ)解:k=1.(解答過程省略)

(Ⅱ)解:函數 f(x)在(0,1)上單調遞增,在(1,+∞)上單調遞減.(解答過程省略)

(Ⅲ)證明:g(x)=(x2+x)· =(1+x)· .

欲證g(x)<1+e-2,即證1-x(ln x+1)< (1+e-2).①

令F 1(x)=1-x(ln x+1),則F (x)=-ln x-2.令F (x)=0,得ln x =-2,∴x = e- 2∈(0,+∞).

當x∈(0,e- 2)時,F (x)>0,此時F 1(x)單調遞增;當x∈(e- 2,+∞)時,F (x)<0,此時F 1(x)單調遞減.∴F 1max(x)=F1 (e- 2)=1+e- 2.

令F 2(x)= .∵F (x)= = > 0,∴F 2(x)在(0,+∞)上單調遞增.∴F 2(x)>F 2(0)=1.∴不等式①得證.∴ g(x)<1+e- 2(x>0).

小結 如何構造函數F(x),關鍵在於F ′(x)=0是否易求(或易估).若直接求g(x),則g′(x)=0的求解將陷入泥潭.

例3 (2012年高考遼寧理科卷第21題)設f(x)=ln(x+1)+ +ax+b(a,b∈R,a,b爲常數),曲線y= f(x)與直線y= x在(0,0)點相切.

(Ⅰ)求a,b的值.

(Ⅱ)證明:當0 (Ⅰ)解:a=0,b=-1.(解答過程省略)

(Ⅱ)證明:由(Ⅰ)知f(x)=ln(x+1)+ -1.

∵ < (0 構造F (x)=ln(x+1)+ - ,則F ′(x)= + - = .

當x∈(0,2)時,∵x2+15x-36<0,∴F ′(x)<0.∴F (x)單調遞減.∴F (x) ∴ln(x+1)+ < .∴ln(x+1)+ -1< ,即f(x)< .

小結 本題若直接對f(x)求導,則會在計算f ′(x)=0時碰壁.原因在於對 求導時,既有根式又有分式,而ln(x+1)的導數僅有分式,使得在求f ′(x)=0時眼到手不到.

(作者單位:廈門工商旅遊學校;廈門英才學校)

(責任編校/周峯)

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隨着課改的不斷深入,導數知識考查的要求逐漸加強,現在已由前幾年高考只在解決問題中起輔助作用,上升爲分析與解決問題時不可缺少的工具.