2023届高考数学专项练习导数解密36专题w专题23 极值点偏移问题概述含答案.docx
《2023届高考数学专项练习导数解密36专题w专题23 极值点偏移问题概述含答案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2023届高考数学专项练习导数解密36专题w专题23 极值点偏移问题概述含答案.docx(24页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、2023届高考数学专项练习导数解密36专题23极值点偏移问题概述 一、极值点偏移的含义函数f(x)满足内任意自变量x都有f(x)f(2mx),则函数f(x)关于直线xm对称可以理解为函数f(x)在对称轴两侧,函数值变化快慢相同,且若f(x)为单峰函数,则xm必为f(x)的极值点x0,如图(1)所示,函数f(x)图象的顶点的横坐标就是极值点x0,若f(x)c的两根的中点则刚好满足x0,则极值点在两根的正中间,也就是极值点没有偏移图(1) 图(2) 图(3)若x0,则极值点偏移若单峰函数f(x)的极值点为x0,且函数f(x)满足定义域内xm左侧的任意自变量x都有f(x)f(2mx)或f(x)f(2
2、mx),则函数f(x)极值点x0左右侧变化快慢不同如图(2)(3)所示故单峰函数f(x)定义域内任意不同的实数x1,x2,满足f(x1)f(x2),则与极值点x0必有确定的大小关系:若x0,则称为极值点右偏深层理解1已知函数f(x)的图象的顶点的横坐标就是极值点x0,若f(x)c的两根的中点刚好满足x0,即极值点在两根的正中间,也就是说极值点没有偏移此时函数f(x)在xx0两侧,函数值变化快慢相同,如图(1)2若x0,则极值点偏移,此时函数f(x)在xx0两侧,函数值变化快慢不同,如图(2)(3)(1)极值点左偏:x1x22x0,x处切线与x轴不平行若f(x)上凸(f(x)递减),则f()f(
3、x0)0,若f(x)下凸(f(x)递增),则f()f(x0)01(2)极值点右偏:x1x22x0,x处切线与x轴不平行若f(x)上凸(f(x)递减),则f()f(x0)0,若f(x)下凸(f(x)递增),则f()f(x0)0二、极值点偏移问题的一般题设形式(1)若函数f(x)存在两个零点x1,x2且x1x2,求证:x1x22x0(x0为函数f(x)的极值点);(2)若函数f(x)定义域中存在x1,x2且x1x2,满足f(x1)f(x2),求证:x1x22x0(x0为函数f(x)的极值点);(3)若函数f(x)存在两个零点x1,x2且x1x2,令x0,求证:f(x0)0;(4)若函数f(x)定义
4、域中存在x1,x2且x1x2,满足f(x1)f(x2),令x0,求证:f(x0)0三、极值点偏移问题的一般解法1对称化构造法主要用来解决与两个极值点之和,积相关的不等式的证明问题其解题要点如下:(1)定函数(极值点为x0),即利用导函数符号的变化判断函数的单调性,进而确定函数的极值点x0(2)构造函数,即对结论x1x22x0型,构造函数F(x)f(x)f(2x0x)或F(x)f(x0x)f(x0x);对结论x1x2x型,构造函数F(x)f(x)f,通过研究F(x)的单调性获得不等式(3)判断单调性,即利用导数讨论F(x)的单调性(4)比较大小,即判断函数F(x)在某段区间上的正负,并得出f(x
5、)与f(2x0x)的大小关系2(5)转化,即利用函数f(x)的单调性,将f(x)与f(2x0x)的大小关系转化为x与2x0x之间的关系,进而得到所证或所求若要证明f的符号问题,还需进一步讨论与x0的大小,得出所在的单调区间,从而得出该处导数值的正负2比(差)值代换法比(差)值换元的目的也是消参、减元,就是根据已知条件首先建立极值点之间的关系,然后利用两个极值点之比(差)作为变量,从而实现消参、减元的目的设法用比值或差值(一般用t表示)表示两个极值点,即t,化为单变量的函数不等式,继而将所求解问题转化为关于t的函数问题求解3对数均值不等式法两个正数和的对数平均定义:对数平均与算术平均、几何平均的
6、大小关系:(此式记为对数平均不等式)取等条件:当且仅当时,等号成立只证:当时,不失一般性,可设证明如下:(1)先证:不等式构造函数,则因为时,所以函数在上单调递减,故,从而不等式成立;(2)再证:不等式构造函数,则3因为时,所以函数在上单调递增,故,从而不等式成立;综合(1)(2)知,对,都有对数平均不等式成立,当且仅当时,等号成立例1(2010天津)已知函数f(x)xex(xR)(1)求函数f(x)的单调区间和极值;(2)若x1x2,且f(x1)f(x2),求证:x1x22解析(1)f(x)ex(1x),令f(x)0得x1;令f(x)1,函数f(x)在(,1)上单调递增,在(1,)上单调递减
7、,f(x)有极大值f(1),f(x)无极小值(2)方法一(对称化构造法)分析法欲证x1x22,即证x12x2,由(1)可设0x11f(2x2),又因为f(x1)f(x2),故也即证f(x2)f(2x2),构造函数F(x)f(x)f(2x),x(1,),则等价于证明F(x)0对x(1,)恒成立由F(x)f(x)f(2x)ex(1x)ex2(x1)(x1)(ex2ex),当x1时,x10,ex2ex0,F(x)0,则F(x)在(1,)上单调递增,所以F(x)F(1)0,即已证明F(x)0对x(1,)恒成立,故原不等式x1x22亦成立综合法构造辅助函数F(x)f(x)f(2x),x1,则F(x)f(
8、x)f(2x)ex(1x)ex2(x1)(x1)(ex2ex),当x1时,x10,ex2ex0,F(x)0,F(x)在(1,)上为增函数,F(x)F(1)0,故当x1时,f(x)f(2x),(*)由f(x1)f(x2),x1x2,可设x11f(2x2),又f(x1)f(x2),f(x1)f(2x2)又x11,2x22x2,x1x224总结提升本题(2)证明的不等式中含有两个变量,对于此类问题一般的求解思路是将两个变量分到不等式的两侧,然后根据函数的单调性,通过两个变量之间的关系“减元”,建立新函数,最终将问题转化为函数的最值问题来求解考查了逻辑推理、数学建模及数学运算等核心素养在求解此类问题时
9、,需要注意变量取值范围的限定,如本题中利用x1,2x2,其取值范围都为(0,1),若将所证不等式化为x12x2,则x2,2x1的取值范围都为(1,),此时就必须利用函数h(x)在(1,)上的单调性来求解对于x1x2型不等式的证明常用对称化构造法去解决,书写过程可用分析法或用综合法方法二(比值代换法)设0x111,则x2tx1,代入上式得ln x1x1ln tln x1tx1,得x1,x2x1x22ln t0,设g(t)ln t (t1),g(t)0,当t1时,g(t)为增函数,g(t)g(1)0,ln t0,故x1x22总结提升对于(2)的证明,也经常用比值代换法证明比值代换的目的也是消参、减
10、元,就是根据已知条件首先建立极值点之间的关系,然后利用两个极值点之比作为变量,从而实现消参、减元的目的设法用比值(一般用t表示)表示两个极值点,即t,化为单变量的函数不等式,继而将所求解问题转化为关于t的函数问题求解方法三(对数均值不等式法)设0x11x2,f(x1)f(x2),即取对数得ln x1x1ln x2x2,可得,1,利用对数平均不等式得,12总结提升对于(2)的证明,也可用对数均值不等式法证明,用此法往往可秒证但必须用前给出证明例2已知函数f(x)lnxax有两个零点x1,x2(1)求实数a的取值范围;(2)求证:x1x2e2思维引导(2)证明x1x2e2,想到把双变量x1,x2转
11、化为只含有一个变量的不等式证明5解析(1)f(x)a(x0),若a0,则f(x)0,不符合题意;若a0,令f(x)0,解得x当x时,f(x)0;当x时,f(x)0,解得0a所以实数a的取值范围为(2)法一:对称化构造法1由x1,x2是方程f (x)0的两个不同实根得a,令g(x),g(x1)g(x2),由于g(x),因此,g(x)在(1,e)上单调递增,在(e,)上单调递减,设1x1ee2,只需证明x1(1,e),只需证明f(x1) f(),即f(x2)f(),即f(x2)f()0令h(x)f(x)f()(x(1,e),h(x)0故h(x)在(1,e)上单调递增,故h(x) h(0)0即f(x
12、)f(),令xx1,则f (x2)f (x1) ,即x1x2e2对称化构造法2由题意,函数f (x)有两个零点x1,x2(x1x2),即f (x1)f (x2)0,易知ln x1,ln x2是方程xaex的两根令t1ln x1,t2ln x2设g(x)xex,则g(t1)g(t2),从而x1x2e2ln x1ln x22t1t22下证:t1t22g(x)(1x)ex,易得g(x)在(,1)上单调递增,在(1,)上单调递减,所以函数g(x)在x1处取得极大值g(1)当x时,g(x);当x时,g(x)0且g(x)0由g(t1)g(t2),t1t2,不妨设t1t2,作出函数g(x)的图象如图所示,由
13、图知必有0t110,所以F(x)在(0,1上单调递增,所以F(x)F(0)0对任意的x(0,1恒成立,即g(1x)g(1x)对任意的x(0,1恒成立由0t11g1(1t1)g(t1)g(t2),即g(2t1)g(t2),又2t1(1,),t2(1,),且g(x)在(1,)上单调递减,所以2t12总结提升上述解题过程就是解决极值点偏移问题的最基本的方法,共有四个解题要点:(1)求函数g(x)的极值点x0;(2)构造函数F(x)g(x0x)g(x0x);(3)确定函数F(x)的单调性;(4)结合F(0)0,确定g(x0x)与g(x0x)的大小关系其口诀为:极值偏离对称轴,构造函数觅行踪,四个步骤环
14、相扣,两次单调紧跟随法二:比值换元法1不妨设x1x20,因为ln x1ax10,ln x2ax20,所以ln x1ln x2a(x1x2),ln x1ln x2a(x1x2),所以a,欲证x1x2e2,即证ln x1ln x22因为ln x1ln x2a(x1x2),所以即证a,所以原问题等价于证明,即ln,令t(t1),则不等式变为ln t令h(t)ln t,t1,所以h(t)0,所以h(t)在(1,)上单调递增,所以h(t)h(1)ln100,即ln t0(t1),因此原不等式x1x2e2得证总结提升用比值换元法求解本题的关键点有两个一个是消参,把极值点转化为导函数零点之后,需要利用两个变
15、量把参数表示出来,这是解决问题的基础,若只用一个极值点表示参数,如得到a之后,代入第二个方程,则无法建立两个极值点的关系,本题中利用两个方程相加(减)之后再消参,巧妙地把两个极值点与参数之间的关系建立起来;二是消“变”,即减少变量的个数,只有把方程转化为一个“变量”的式子后,才能建立与之相应的函数,转化为函数问题求解本题利用参数a7的值相等建立方程,进而利用对数运算的性质,将方程转化为关于的方程,通过建立函数模型求解该问题,这体现了对数学建模等核心素养的考查该方法的基本思路是直接消掉参数a,再结合所证问题,巧妙引入变量c,从而构造相应的函数其解题要点为:(1)联立消参:利用方程f (x1)f
16、(x2)消掉解析式中的参数a(2)抓商构元:令t,消掉变量x1,x2,构造关于t的函数h(t)(3)用导求解:利用导数求解函数h(t)的最小值,从而可证得结论比值换元法2由题知a,则,设x11),则x2tx1,所以t,即t,解得lnx1,lnx2lntx1lntlnx1lnt由x1x2e2,得lnx1lnx22,所以lnt2,所以lnt0,令h(t)ln t,t1,所以h(t)0,所以h(t)在(1,)上单调递增,所以h(t)h(1)ln100,即ln t0(t1),因此原不等式x1x2e2得证法三:差值换元法由题意,函数f (x)有两个零点x1,x2(x1x2),即f (x1)f (x2)0
17、,易知ln x1,ln x2是方程xaex的两根设t1ln x1,t2ln x2,设g(x)xex,则g(t1)g(t2),从而x1x2e2ln x1ln x22t1t22下证:t1t22由g(t1)g(t2),得t1t2,化简得,不妨设t2t1,由法二知,0t110,t2st1,代入式,得es,解得t1则t1t22t1ss,故要证t1t22,即证s2,又es10,故要证s2,即证2s(s2)(es1)0,令G(s)2s(s2)(es1)(s0),则G(s)(s1)es1,G(s)ses0,故G(s)在(0,)上单调递增,所以G(s)G(0)0,从而G(s)在(0,)上单调递增,8所以G(s)
18、G(0)0,所以式成立,故t1t22总结提升该方法的关键是巧妙引入变量s,然后利用等量关系,把t1,t2消掉,从而构造相应的函数,转化所证问题其解题要点为:(1)取差构元:记st2t1,则t2t1s,利用该式消掉t2(2)巧解消参:利用g(t1)g(t2),构造方程,解之,利用s表示t1(3)构造函数:依据消参之后所得不等式的形式,构造关于s的函数G(s)(4)转化求解:利用导数研究函数G(s)的单调性和最小值,从而证得结论函数的极值点偏移问题,其实质是导数的应用问题,解题的策略是把含双变量的等式或不等式转化为仅含一个变量的等式或不等式进行求解,解题时要抓住三个关键量:极值点、根差、根商例3已
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2023届高考数学专项练习导数解密36专题w专题23 极值点偏移问题概述含答案 2023 高考 数学 专项 练习 导数 解密 36 专题 23 极值 偏移 问题 概述 答案
限制150内