2025高考帮备考教案数学第三章一元函数的导数及其应用突破4 利用导数解决零点问题含答案.docx
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1、2025高考帮备考教案数学第三章一元函数的导数及其应用突破4利用导数解决零点问题命题点1根据函数零点个数求参数例1 2022全国卷乙已知函数f(x)ax1x(a1)ln x.(1)当a0时,求f(x)的最大值;(2)若f(x)恰有一个零点,求a的取值范围.解析(1)当a0时,f(x)1xln x(x0),所以f (x)1x21x1xx2.当x(0,1)时,f (x)0,f(x)单调递增;当x(1,)时,f (x)0,f(x)单调递减.所以f(x)maxf(1)1.(2)由f(x)ax1x(a1)ln x(x0),得f (x)a1x2a+1x(ax1)(x1)x2(x0).当a0时,由(1)可知
2、,f(x)不存在零点.当a0时,f (x)a(x1a)(x1)x2,若x(0,1),则f (x)0,f(x)单调递增;若x(1,),则f (x)0,f(x)单调递减.所以f(x)maxf(1)a10,所以f(x)不存在零点.当a0时,f (x)a(x1a)(x1)x2,若a1,则f (x)0(当且仅当x1时“”成立),f(x)在(0,)上单调递增,因为f(1)a10,所以函数f(x)恰有一个零点;若a1,则f(x)在(0,1a),(1,)上单调递增,在(1a,1)上单调递减,因为f(1)a10,所以f(1a)f(1)0,当x0时,f(x),由零点存在定理可知f(x)在(0,1a)上必有一个零点
3、,所以a1满足条件;若0a1,则f(x)在(0,1),(1a,)上单调递增,在(1,1a)上单调递减,因为f(1)a10,所以f(1a)f(1)0,当x时,f(x),由零点存在定理可知f(x)在(1a,)上必有一个零点,即0a1满足条件.综上,若f(x)恰有一个零点,则a的取值范围为(0,).方法技巧已知函数零点个数求参数的方法(1)数形结合法:先根据函数的性质画出图象,再根据函数零点个数的要求数形结合求解;(2)分离参数法:由f(x)0分离出参数a,得a(x),利用导数求函数y(x)的单调性、极值和最值,根据直线ya与y(x)的图象的交点个数得参数a的取值范围;(3)分类讨论法:先确定参数分
4、类的标准,在每个小范围内研究零点的个数是否符合题意,将满足题意的参数的各小范围并在一起,即为所求参数的范围.训练1 2021全国卷甲已知a0且a1,函数 f(x)xaax(x0).(1)当a2时,求f(x)的单调区间;(2)若曲线yf(x)与直线y1有且仅有两个交点,求a的取值范围.解析(1)当a2时,f(x)x22x(x0),f (x)x(2xln2)2x(x0),令f (x)0,则0x2ln2,此时函数f(x)单调递增;令f (x)0,则x2ln2,此时函数f(x)单调递减.所以函数f(x)的单调递增区间为(0,2ln2),单调递减区间为(2ln2,).(2)曲线yf(x)与直线y1有且仅
5、有两个交点,可转化为方程xaax1(x0)有两个不同的解,即方程lnxxlnaa有两个不同的解.设g(x)lnxx(x0),则g(x)1lnxx2(x0),令g(x)0,得xe,当0xe时,g(x)0,函数g(x)单调递增;当xe时,g(x)0,函数g(x)单调递减.故g(x)max g(e)1e,且当xe时,g(x)(0,1e).又g(1)0,所以0lnaa1e,所以a1且ae,即a的取值范围为(1,e)(e,).命题点2探究函数零点个数例2 全国卷已知函数f(x)sin xln(1x),f (x)为f(x)的导数,证明:(1)f (x)在区间(1,2)上存在唯一极大值点;(2)f(x)有且
6、仅有2个零点.解析(1)设g(x)f (x),则g(x)cos x11+x,g(x)sin x1(1+x)2.当x(1,2)时,g(x)单调递减,而g(0)0,g(2)0,可得g(x)在(1,2)上有唯一零点,设为.则当x(1,)时,g(x)0;当x(,2)时,g(x)0.所以g(x)在(1,)上单调递增,在(,2)上单调递减,故g(x)在(1,2)上存在唯一极大值点,即f (x)在(1,2)上存在唯一极大值点.(2)f(x)的定义域为(1,).(i)当x(1,0时,由(1)知,f (x)在(1,0)上单调递增,而f (0)0,所以当x(1,0)时,f (x)0,故f(x)在(1,0)上单调递
7、减.又f(0)0,从而x0是f(x)在(1,0上的唯一零点.(ii)当x(0,2时,由(1)知,f (x)在(0,)上单调递增,在(,2)上单调递减,而f (0)0,f (2)0,所以存在(,2),使得f ()0,且当x(0,)时,f (x)0;当x(,2)时,f (x)0.故f(x)在(0,)上单调递增,在(,2)上单调递减.又f(0)0,f(2)1ln(12)0,所以当x(0,2时,f(x)0.从而f(x)在(0,2上没有零点.(iii)当x(2,时,f (x)0,所以f(x)在(2,)上单调递减.而f(2)0,f()0,所以f(x)在(2,上有唯一零点.(iv)当x(,)时,ln(x1)
8、1,所以f(x)0,从而f(x)在(,)上没有零点.综上,f(x)有且仅有2个零点.方法技巧探究函数零点个数的方法(1)图象法:通过导数研究函数的单调性、极值、最值, 确定函数f(x)的图象草图,判断图象与横轴的交点个数,一般要结合函数零点存在定理处理.(2)分离法:设f(x)g(x)h(x),则f(x)的零点个数g(x)与h(x)图象的交点个数.训练2 2023山东潍坊二模节选已知函数f(x)xasin x.讨论f(x)在区间(0,2)上的零点个数.解析f (x)1acos x.若a0,则f (x)1acos x0在(0,2)上恒成立,所以f(x)在(0,2)上单调递增,又f(0)0,所以f
9、(x)在(0,2)上无零点.若a0,由x(0,2),得0cos x1,则1a1acos x1.当a10,即1a0时,f (x)0,所以f(x)在(0,2)上单调递增,又f(0)0,故f(x)在(0,2)上无零点.当a10,即a1时,f (x)在(0,2)上单调递增,且f (0)1a0,f (2)10,故存在x0(0,2),使得f (x0)0,所以f(x)在(0,x0)上单调递减,在(x0,2)上单调递增,又f(0)0,故f(x0)0,f(2)2a.此时,若2a0,即a2,则f(x)在(0,2)上无零点;若2a0,即2a1,则f(x)在(0,2)上有一个零点.综上,当a1时,f(x)在(0,2)
10、上无零点;当2a1时,f(x)在(0,2)上有一个零点;当a2时,f(x)在(0,2)上无零点.1.命题点1/2022全国卷乙已知函数f(x)ln(1x)axex.(1)当a1时,求曲线yf(x)在点(0,f(0)处的切线方程;(2)若f(x)在区间(1,0),(0,)各恰有一个零点,求a的取值范围.解析(1)当a1时,f(x)ln(1x)xex,f (x)1x+1exxex(1),f (0)112.f(0)0,所求切线方程为y02(x0),即y2x.(2)f(x)ln(1x)axexln(x1)axex,当a0时,若x0,则ln(x1)0,axex0,f(x)0,f(x)在(0,)上无零点,
11、不符合题意.当a0时,f (x)exa(1x2)(x+1)ex.令g(x)exa(1x2),则g(x)ex2ax,g(x)在(1,)上单调递增,g(1)e12a,g(0)1.(a)若g(1)0,则12ea0,12ea0时,g(x)0在(1,)上恒成立,g(x)在(1,)上单调递增.g(1)e10,g(x)0在(1,)上恒成立,f (x)0在(1,)上恒成立,f(x)在(1,)上单调递增.f(0)0,f(x)在(1,0),(0,)上均无零点,不符合题意.(b)若g(1)0,则a12e,a12e时,存在x0(1,0),使得g(x0)0.g(x)在(1,x0)上单调递减,在(x0,)上单调递增.g(
12、1)e10,g(0)1a,g(1)e0.(i)当g(0)0,即1a12e时,g(x)0在(0,)上恒成立,f (x)0在(0,)上恒成立,f(x)在(0,)上单调递增.f(0)0,当x(0,)时,f(x)0,f(x)在(0,)上无零点,不符合题意.(ii)当g(0)0,即a1时,存在x1(1,x0),x2(0,1),使得g(x1)g(x2)0,f(x)在(1,x1),(x2,)上单调递增,在(x1,x2)上单调递减.f(0)0,f(x1)f(0)0,当x1时,f(x)0,f(x)在(1,x1)上存在一个零点,即f(x)在(1,0)上存在一个零点.f(0)0,当x时,f(x)0,f(x)在(x2
13、,)上存在一个零点,即f(x)在(0,)上存在一个零点.综上,a的取值范围是(,1).2.命题点2/全国卷已知函数f(x)ln xx+1x1.(1)讨论f(x)的单调性,并证明f(x)有且仅有两个零点;(2)设x0是f(x)的一个零点,证明曲线yln x在点A(x0,ln x0)处的切线也是曲线yex的切线.解析(1)f(x)的定义域为(0,1)(1,).因为f (x)1x2(x1)20,所以f(x)在(0,1),(1,)单调递增.因为f(e)1e+1e10,f(e2)2e2+1e21e23e210,所以f(x)在(1,)有唯一零点x1,即f(x1)0.又01x11,f(1x1)ln x1x1
14、+1x11f(x1)0,故f(x)在(0,1)有唯一零点1x1.综上,f(x)有且仅有两个零点.(2)因为1x0eln x0,所以点B(ln x0,1x0)在曲线yex上.由题设知f(x0)0,即ln x0x0+1x01,连接AB,则直线AB的斜率k1x0ln x0ln x0x01x0x0+1x01x0+1x01x01x0.曲线yex在点B(ln x0,1x0)处切线的斜率是1x0,曲线yln x在点A(x0,ln x0)处切线的斜率也是1x0,所以曲线yln x在点A(x0,ln x0)处的切线也是曲线yex的切线.学生用书练习帮P2871.2024安徽六校联考已知函数f(x)aexx(e是
15、自然对数的底数).(1)讨论函数f(x)的单调性;(2)若g(x)aex(x1)ln xf(x)有两个零点,求实数a的取值范围.解析(1)由已知,得f (x)aex1.当a0时,f (x)0,f(x)在R上单调递减;当a0时,令f (x)0,得xln a,当x(,ln a)时,f (x)0,所以f(x)在(,ln a)上单调递减,当x(ln a,)时,f (x)0,所以f(x)在(ln a,)上单调递增.(2)原问题等价于g(x)axex(ln xx)axexln(xex)(x0)有两个零点,令txex(x0),则易得t0,所以g(x)axexln(xex)有两个零点T(t)atln t有两个
16、零点alntt有两个不同的实数解直线ya与函数h(t)lntt的图象有两个交点.h(t)1lntt2,由h(t)0得0te,由h(t)0得te,所以h(t)在(0,e)上单调递增,在(e,)上单调递减.所以h(t)maxh(e)1e.又当t 0时,h(t),当t时,h(t) 0,所以h(t)的大致图象如图,所以a的取值范围是(0,1e).2.2024南昌市模拟已知函数f(x)ax(a1).(1)求函数g(x)f(x)f(1x)在(0,)上的单调区间和极值; (2)若方程f(1x)1xlogax有两个不相等的正实数根,求a的取值范围.解析(1)g(x)axa1x(a1),则g(x)axln a
17、a1xlnax2lnax2(x2axa1x),设(x)x2axa1x(a1),则(x)2xaxx2axln a1x2a1x ln a0(x0),故(x)在(0,)上单调递增,又(1)0,所以当x(0,1)时,g(x)0,当x(1,)时,g(x)0,所以g(x)的单调递减区间为(0,1),单调递增区间为(1,).则g(x)的极小值为g(1)2a,无极大值.(2)方程f(1x)1xlogax,即a1x1xlogax,即1xa1xloga(1xa1x),令t1xa1x(a1),显然t1xa1x在(0,)上单调递减,故方程f(1x)1xlogax有两个不相等的正实数根,等价于h(t)tlogat有两个
18、不同的零点,等价于关于t的方程tlogat,即ln alntt有两个不同的实数解,亦即直线yln a与函数m(t)lntt的图象有两个不同的交点.m(t)1lntt2,故易知m(t)在(0,e)上单调递增,在(e,)上单调递减,且当xe时,m(t)0,所以m(t)maxm(e)1e,作出m(t)的图象,如图所示,则0ln a1e,解得1ae1e.故所求a的取值范围是(1,e1e).3.2023武汉市5月模拟已知f(x)axbxcln x,其中a,b,cR.(1)若bc0,讨论f(x)的单调性;(2)已知x1,x2是f(x)的两个零点,且x1x2,证明:x2(ax11)bx1(ax21).解析(
19、1)若bc0,则f(x)axln x(x0).f(x)a1xax1x.若a0,则f(x)0,所以f(x)在(0,)上单调递减;若a0,令f(x)0得x1a,令f(x)0得0x1a,所以f(x)在(0,1a)上单调递减,在(1a,)上单调递增.综上,当a0时,f(x)在(0,)上单调递减;当a0时,f(x)在(0,1a)上单调递减,在(1a,)上单调递增.(2)因为x1,x2是f(x)的两个零点,x1x2,所以ax1bx1cln x10,ax2bx2cln x20.所以a(x1x2)b(1x11x2)ln x2ln x10,即bax1x2x1x2ln x2ln x1x2x1.要证x2(ax11)
20、bx1(ax21),只需证ax1x2x2bax1x2x1,即证x2x1x2ln x2ln x1x2x1x1,即证1x1x2lnx2x1x2x11,令tx2x1,则t1,即证11tln tt1.令p(t)ln t11t(t1),则p(t)1t1t2t1t20,所以p(t)在(1,)上单调递增,则p(t)ln 11110,即ln t11t.令q(t)ln tt1(t1),则q(t)1t10,所以q(t)在(1,)上单调递减,则q(t)ln 1110,即ln tt1.综上可得:x2(ax11)bx1(ax21).4.2023合肥市二检已知函数f(x)2ln x12mx2(2m1)x,其中mR.(1)
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