近年来,高考对导数的考查形式和要求都发生了变化,由以前解决问题的辅助地位上升为解决问题必不可少的工具.以下例举其一二,与读者共享.
例1(陕西高考)已知函数f (x)=kx+1x2+c (c>0且c≠1,k∈R)恰有一个极大值点和一个极小值点,其中一个是x=-c.(1)求函数f (x)的另一个极值点;(2)求函数f (x)的极大值M和极小值m,并求M-m≥1时k的取值范围.
解析:由题意知函数的定义域为(-∞,+∞).
(1)f ′(x)=k(x2+c)-2x(kx+1)(x2+c)2=-kx2-2x+ck(x2+c)2,由题意知f ′(-c)=0,即得c2k-2c-ck=0 (*). 又因为c≠0,所以k≠0.由f ′(x)=0,得-kx2-2x+ck=0,即kx2+2x-ck=0.由韦达定理知另一个极值点为x=1(或x=c-2k).
(2)由(*)得k=2c-1,即c=1+2k.当c>1时,k>0;当0 ①当k>0时, f (x)在(-∞,-c)和(1,+∞)上是减函数,在(-c,1)上是增函数, 所以M=f (1)=k+1c+1=k2>0.又m=f (-c)=-kc+1c2+c=-k22(k+2)<0.由M-m=k2+k22(k+2)≥1及k>0,解得k≥2.
②当k<-2时,f (x)在(-∞,-c)和(1,+∞)上是增函数,在(-c,1)上是减函数.
所以M=f (-c)=-k22(k+2)>0,m=f (1)=k2<0,M-m=-k22(k+2)-k2=1-(k+1)2+1k+2≥1恒成立.
综上可知,所求k的取值范围为(-∞,-2)∪[2,+∞).
例2 设f (x)=x3+32ax2+32bx,g(x)=lnx+1x,定义区间(m,n)的长度为n-m.已知当a+b<11(a,b∈N*)时,
f (x)的单调递减区间的长度是正整数.(1)求a,b的值;(2)是否同时存在实数m和M(m0成立?若存在,求出x0的取值范围;若不存在,请说明理由.
解析:(1)要使f (x)单调递减,则f ′(x)=3x2+3ax+32b<0.不妨设f ′(x)=3x2+3ax+32b=0的两根分别为x1,x2且x1 b=4,或a=4,
b=6.
(2)易知g′(x)=-lnxx2.当x在区间[1e2,e]内变化时,g′(x),g(x)的变化情况如表1.
表1x1e2(1e2,1)1(1,e)eg′(x)+0-g(x)-e2单调递增极大值1单调递减2e据此可得,若m=-e2且M=1,则对每一个t∈[m,M],直线y=t与曲线y=g(x)(x∈[1/e2,e]都有公共点,并且对每一个t∈(-∞,m)∪(M,+∞),直线y=t与曲线y=g(x)(x∈[1/e2,e]都没有公共点.
综上,存在最小的实数m=-e2和最大的实数M=1,使得对每一个t∈[m,M]直线y=t与曲线y=g(x)(x∈[1/e2,e]都有公共点.
(3)满足条件的x0不存在.
证明:假设存在x0∈R,使得|g(x)-f (x0)|<1/x对任意的x>0成立,即对任意的x>0有g(x)-1x0恒成立.
令h(x)=lnx+2x,h′(x)=-lnx+1x2.当x∈(0,1/e)时,h′(x)>0;当x∈(1/e,-∞)时,h′(x)<0,所以h(x)在(0,1/e)上单调递增,在(1/e,+∞)上单调递减.当 x>0且x→0时,h(x)→-∞ ,故h(x)在(0,+∞)上不存在最小值,这与(*)式的右边对任意的x>0成立相矛盾,因此不存在x0∈R,使得|g(x)-f ′(x0)|<1/x对任意的x>0成立.
点评:第(1)问用a,b表示|x2-x1|时,可直接使用求根公式,也可使用一元二次方程根与系数的关系:|x2-x1|=(x1+x2)2-4x1x2=Δ/|a|.利用等式两边都是整数的特点求解时,为防止漏解,我们要进行有序尝试,可选定a为主变量,当a从1到10依次取值时,再尝试b的取值是否符合要求.
第(2)问关键是读懂题意,此问的本质是求g(x)在x∈[1/e2,e]上的最小值m和最大值M,只不过是换了另一种表述方式罢了.
第(3)问研究不等式的恒成立问题,往往转化为研究相应函数的最值问题,这是我们较熟悉的.但碰到我们“熟悉”的问题,也要仔细思考,不要急于下手,当心掉入陷阱.此问中要注意lnxx的最大值是否存在,但lnxx+2x的最小值并不存在,所以要以“全局”的视角思考问题才能事半功倍.