5-6同构式下的函数体系.pdf
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1、学习数学领悟数学秒杀数学第五章导数 315 专题专题 6同构式下的函数体系同构式下的函数体系 秒杀秘籍:第一讲 关于同构式下的“亲戚函数” 陈永清老师对同构式的评价及总结: 同构解题,观察第一同构新天地,单调大舞台. 明确提示要同构,五脏俱全立同构,无中生有再同构,放缩有方可同构! 秒 1 中我们介绍了同构“母函数”以及同构的一些技巧,在这里我们继续欣赏同构对称之美,领略同构波 澜壮阔之势. 同构式下我们分为两条主线同构式下我们分为两条主线 1顺反同构:顺即为平移拉伸后的同构函数,反即为乘除导致的凹凸反转同构函数. 2同位同构: 加减同构是指在同构的过程中“加减配凑”,从而完成同构; 局部同构
2、是指在同构过程中,我们可以将函数的某两个或者多个部分构造出同构式,再构造同构体系中 的亲戚函数即可; 差一同构是指指对跨阶以及指数幂和对数真数差 1,我们往往可考虑用同构秒杀之. 关于 x exxf的亲戚函数 如图 1:根据求导后可知: x exxf在区间1,,在区间 , 1, e fxf 1 1 min 图 1图 2图 3图 4 考点 1 平移和拉伸得到的同构函数 如图 2:111 1 xefexeex xx ,即将 xf向右平移 1 个单位,再将纵坐标扩大为原来的e倍, 故可得 x exy1在区间0 ,,在区间, 0,当0 x时,1 min y 如图 3:222 222 xfeexeex
3、xx ,即将 xf向右平移 2 个单位,再将纵坐标扩大为原来的 2 e 倍,故可得 x exy2在区间1 ,,在区间, 1,当1x时,ey min 如图 4:111 111 xfeexeex xx ,即将 xf向左平移 1 个单位,再将纵坐标缩小为原来的 e 1 倍,故可得 x exy1在区间2,,在区间 , 2,当2x时, 2 min 1 e y 考点 2 乘除导致凹凸反转同构函数 图 5图 6图 7图 8 学习数学领悟数学秒杀数学第五章导数 316 如图 5:xfex e x y x x ,即将 xf关于原点对称后得到 x e x y ,故可得 x e x y 在区间1 ,, 在区间, 1
4、,当1x时, e y 1 max 如图 6:1 1 1 11 ) 1( xf e ex ee x y x x ,即将 xf关于原点对称后,向右移一个单位,再将纵坐 标缩小 e 1 倍,得到 x e x y 1 ,故可得 x e x y 1 在区间2 ,,在区间, 2,当2x时, 2 max 1 e y 如图 7: 11 0 x x e yx xx efx , 属于分式函数, 将 xf 1 关于原点对称后得到, 故可得 x e y x 在 区间1 , 0,在区间, 1,当1x时,ey min 如图 8: 1 1111 0 111 x x e yx xexee fx ,属于分式函数,将 xf 1
5、关于原点对称后,左 移一个单位,再将纵坐标缩小 e 1 倍,故可得 1 x e y x 在区间 0 , 1,在区间, 0,当0 x时,1 min y 考点 3 顺反同构函数 图 9图 10图 11图 12 如图 9:xfxexx x lnlnln ln ,当1,lnx,即 e x 1 , 0,当, 1ln x,即 , 1 e x, e y 1 min 如图 10:xfxx x x lnln ln 11 ,实现了凹凸反转,原来最小值反转后变成了最大值,当 1,lnx,即, ex,当, 1ln x,即ex, 0, e y 1 max 如图11:exef ex ex e x x ln ln1ln ,
6、 当1,lnex, 即 , 1x, 当, 1lnex, 即1 , 0 x, 1 max y 如图 12: 2 2 2 2 ln 2 1ln 2 1ln xf x x x x ,当1,ln 2 x,即, ex,当, 1ln 2 x,即 ex, 0, e y 2 1 max 【例 1】 (2019凌源市一模)若函数 2 ( ) x f xeax在区间(0,)上有两个极值点 1 x, 212 (0)xxx,则实 数a的取值范围是() A 2 e aBaeCa eD 2 e a 【解析】由题意得:02)(axexf x 有两个实根,即 x e xgay x 2有两个交点,如图 7 所示, x e y
7、x 在区间1 , 0,在区间, 1,当1x时,ey min ;,2ea,选 D 学习数学领悟数学秒杀数学第五章导数 317 【例 2】 (2019广州一模)已知函数 | |2 ( ) x f xeax,对任意 1 0 x , 2 0 x ,都有 2121 ()( ()()0 xxf xf x, 则实数a的取值范围是() A 2 ,( e B(, 2 e C0, 2 e D,0 2 e 【解析】由题意可知函数( )f x是)0(,上的单调递减函数,且)(xf为偶函数,则)(xf在区间)0(,单调 递增,当0 x时, 2 )(axexf x ,02)(axexf x 对), 0( x恒成立,即e
8、x e a x min )(2, 2 e a , 选 A 【例 3】 (2019荆州期末)函数 1 ( ) lnx f x xx 的单调增区间为() A(,1)B(0,1)C(0, ) eD(1,) 【解析】 ex ex e x x xf lnln1 )( ,由于函数 x xln 在区间), 0(e,),(e,则 ex ex exf ln )(,当), 0(eex, 即1 , 0 x时,)(xf,故选 B 【例 4】 (2019广州期末)函数 2 ( )f xxlnxmx有两个极值点,则实数m的取值范围是() A 1 (0, ) 2 B(,0)C(0,1)D(0,) 【解析】021ln)(mx
9、xxf有两个根,则 ex ex em ln 2,由于函数 x xln 在区间), 0(e,),(e,最大 值为 e 1 ,参考图 10,故 ex ex e m ex ex em ln2ln 2有两根时满足 ee m12 0,即 2 1 0 m,选 A 【例 5】 (2019深圳月考)已知函数( ) lnx f xkx x 在区间 1 4 e, e上有两个不同的零点,则实数k的取值范 围为() A 1 4 e , 1 ) 2e B 1 ( 4 e , 1 ) 2e C 2 1 e, 1 4 e D 2 1 e, 1 e 【解析】 2 2 2 ln 2 1ln 0 ln x x x x kkx x
10、 x xf, 当, 4 1 eex时,, 22 2 1 eex , 由于函数 x xln 在区间), 0(e, ),(e,则当, 2 1 2 eex 时, 1 , 2 1 ln 2 2 e ex x ,当, 22 eex 时, 1 , 2 ln 22 2 eex x ,由于 2 2 2 1 ee ,故当 ) 2 1 , 4 1 ln 2 1 2 2 e ex x k时,( ) lnx f xkx x 有两个不同零点,故选 A 【例 6】 (2019陕西一模)已知函数( )() x e f xk lnxx x ,若1x 是函数( )f x的唯一极值点,则实数k的 取值范围是() A,(eB(,
11、) eC(,)eD),e 学习数学领悟数学秒杀数学第五章导数 318 【解析】函数( )() x e f xk lnxx x 的定义域是(0,), 22 (1)(1)()(1) ( ) xx exkxekx x fx xxx 1x 是函数( )f x的唯一一个极值点1x是导函数( )0fx的唯一根0 x ekx在(0,)无变号零点, 则), )( 1 e exx e k x x ,故ek 时满足题意,选 A. 【例 7】 (2019保山一模)若函数 ln x f xeaxx有两个极值点,则a的取值范围是() A(,) e B(, 2 ) e C( ,)e D(2 ,)e 【解析】由( )0 x
12、 fxealnxa,得(1) x ea lnx 当0a 时,易知,有且仅有一个极值点, 当0a 时,无极值点;0a 时,方程(1) x ea lnx 有两解,故存在0 x ,使(1) x ea lnx , 即 11 x lnx ae ,令 1 ( ) x lnx g x e ,则 1 1 ( ) x lnx x g x e ,再令 1 ln1h xx x , 则 1 ( )1h xlnx x 在(0,)上递减,又h(1)0,所以( )maxg xg(1) 1 e , 11 ae ,解得ae ,故选:A 【注意【注意】关于xxyln与 x x y ln 均可以成为模型函数,也可以作为模板来进行同
13、构,本专题之所以这样设 计是让读者思考这一系列函数的同构效用,达到举一反三的目的。例题中我们会以 x x y ln 为模板进行求最 值讨论. 常用的几个以 ( ) x fxx e= 为母函数的“亲戚函数”! 1. 1 11ln1 ln lnlnln x x yxxexfx x 2. 1 ln 111 11 lnln1 ln ln x x y xfx e xx x 3. 11 x x e y xx efx 4. xx x x yx ex efx e 学习数学领悟数学秒杀数学第五章导数 319 秒杀秘籍:第二讲同构式下的常见“同构体系” 考点 1顺反同构 【例 8】 (2019 南康月考)已知函数
14、( )f xxlnx,( )fx为( )f x的导函数 (1)令 2 ( )( )g xfxax,试讨论函数( )g x的单调区间; (2)证明: 2 ( )2 x f xe 【解析】 (1)略; (2) 由题意得: 2 ln2 x xxe , 因为ln x x e (当且仅当xe时等号成立) , 等价于证明 2 21 22 x x xx xee ee , 构造 2 x x g x e ,则 2 x xx gx e ,易知 1 2max 4 22g xge e ,得证. 【例 9】 (2019 长春二模)已知函数( )1() x f xebxbR (1)讨论( )f x的单调性; (2)若方程
15、( )f xlnx有两个实数根,求实数b的取值范围 【解析】 (1)略; (2)由题意得:1ln x ebxx 有两解,得 ln1 ln1ln b x x exexb xeex ,构造 x g xex,易 得 g x ,所以 lnln x g xgexexexex,当且仅当lnxex即1x 时等号成立,要使方程有两 个实根,则需满足1b xex,得1be . 考点 2加减同构 【例 10】 (2019广州越秀)已知函数 ln1f xxx, 1 x g xex (1)求函数 f x的单调区间; (2)若 g xkf x对0,x 恒成立,求实数k的取值范围 【解析】第一问略. (2)由题意得:1l
16、n1 x exk xx ,右边式子凑 1 得11ln11 x exk xx , 即 ln(1) 1ln11 xx exk ex ,0ln10 xxx,又1 x yex在0 + ,且0 x 时 0y ,所以不等式恒成立满足1k 即可. 【例 11】 (2019聊城期末)已知函数 1 ln(2) x f xaxbeaxa (,a b为常数) (1)当0a 时,讨论函数 f x在区间(1,) 上的单调性; (2)若2b ,若对任意的1,x , 0f x 恒成立,求实数a的取值范围. 【解析】 (1)略; (2)由题意得: 1 ln2201 x axeaxax ,即 学习数学领悟数学秒杀数学第五章导数
17、 320 111 ln22ln22ln12 xxx axaxaeaxaxxaeaxxex , 右边凑 1,得 1 ln1211 x axxxe 1 211ln1 x exa xx ,即 1ln 211ln1 xx exa ex ,因为1lnxx ,当且仅当1x 时等号成立,构造 1 x g xex, 易得 0g x ,所以只需满足2a . 考点 3局部同构 【例 12】 (2019广东四校)已知函数 ln0 x f xxea xxx. (1)当ae时,求函数 f x的单调区间; (2)讨论函数 f x的零点个数. 【解析】 (1)略: (2)易知当0a 时, x f xxe在0+x,上无零点;
18、 当0a 时,注意母函数 x xe, lnln x xxxe,令0 x txet, f x的零点个数等价于lnt0ta得根 的个数,即 1lnt at 的根的个数,即直线 1 y a 与曲线 lnt g t t 的图像交点个数,由同构函数体系易知 max 1 g tg e e , 所以当 11 ae 时, 即0ae时, 无交点; 当 11 0 ae 时, 即ae时, 两个交点; 当 11 ae 或 1 0 a 时,即ae或0a 时,一个交点.综上所述:当0ae时, f x无零点;当ae时, f x有两 个零点;当ae或0a 时, f x有一个零点. 【例 13】 (2019清远期末)已知函数
19、ln, x e f xa xxaR x . (1)当ae 时,求 f x的最小值; (2)若 f x有两个零点,求参数a的取值范围. 【解析】 (1)略; (2)由题意知 ln lnln x xx e f xa xxea xx x ,令ln1+txxt,且lnyxx在 011+ , ,即 t f xg tea,若 f x有两个零点,则 g t有唯一一个大于 1 的零点,令 0g t ,则 t t e eata t ,构造 1 t e h tt t ,则 h t在1+ , min 1h the,所以ae . 学习数学领悟数学秒杀数学第五章导数 321 【例 14】 (2019东城月考)已知函数
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