本类考题是高考数学题中综合性最强,难度最大的考题之一,通常以证明变量的相等关系或不等关系为主,证明时要注意到参变量与函数在条件区间中与其他变量的关系,结合等式或不等式的性质来证明等量或不等量关系。而利用导数法解函数与数例综合题时,则要注意寻找数列公差、公比、求和、递推等知识点与函数性质来综合求解。
例4(08湖南文21).已知函数
有三个极值点。
(I)证明:
;
(II)若存在实数c,使函数
在区间
上单调递减,求
的取值范围。
解:(I)因为函数
有三个极值点,
所以
有三个互异的实根.
设
则![]()
当
时,
在
上为增函数;
当
时,
在
上为减函数;
当
时,
在
上为增函数;
所以函数
在
时取极大值,在
时取极小值.
当
或
时,
最多只有两个不同实根.
因为
有三个不同实根, 所以
且
.
即
,且
,
解得
且
故
.
(II)由(I)的证明可知,当
时,
有三个极值点.
不妨设为
(
),则![]()
所以
的单调递减区间是
,![]()
若
在区间
上单调递减,
则![]()
, 或![]()
,
若![]()
,则
.由(I)知,
,于是![]()
若![]()
,则
且
.由(I)知,![]()
又
当
时,
;
当
时,
.
因此, 当
时,
所以
且![]()
即
故
或
反之, 当
或
时,
总可找到
使函数
在区间
上单调递减.
综上所述,
的取值范围是![]()
例5(08福建理)已知函数
.
(Ⅰ)设{an}是正数组成的数列,前n项和为Sn,其中a1=3.若点
(n∈N*)在函数y=f′(x)的图象上,求证:点(n, Sn)也在y=f′(x)的图象上;
(Ⅱ)求函数f(x)在区间(a-1, a)内的极值.
解:(Ⅰ)证明:因为
所以
′(x)=x2+2x,
由点
在函数y=f′(x)的图象上,
得
,即
,
又
所以
,又因为
,
所以
,又因为
′(n)=n2+2n,所以
,
故点
也在函数y=f′(x)的图象上.
(Ⅱ)解:
,
由
得
.
当x变化时,
﹑
的变化情况如下表:
|
注意到
,从而
①当
,此时
无极小值;
②当
的极小值为
,此时
无极大值;
③当
既无极大值又无极小值.
求函数多元参变量的值的主体思路是根据已知条件直接得到参数之间的关系式或者利用导函数条件与图象性质得到特殊关系、然后得方程或方程组求解。而在指定区间内求函数的极值时,则需首先要讨论函数的单调区间,特殊情况还需在给定条件范围内构造新的函数,然后通过讨论新的构造函数的单调性,找到构造函数的增减区间,进而找到该函数的极值点,再求得函数的极值。
例2. (08福建文21). 已知函数
的图像过点(-1,-6),且函数
的图像关于y轴对称。
(1)求m,n的值及函数
的单调区间;
(2)若a>0,求函数
在区间
内的极值。
解:(1)由函数f (x)图像过(-1,-6),得m-n=-3,……①
由
,得:![]()
而
图像关于y轴对称,所以:
,即m=-3,
代入①得n=0
于是f′(x)=3x2-6x=3x(x-2).
由f′(x)>得x>2或x<0,
故f(x)的单调递增区间是(-∞,0),(2,+∞);
由f′(x)<0得0<x<2,
故f(x)的单调递减区间是(0,2).
(Ⅱ)由(Ⅰ)得f′(x)=3x(x-2),
令f′(x)=0得x=0或x=2.
当x变化时,f′(x)、f(x)的变化情况如下表:
|
X |
(-∞.0) |
0 |
(0,2) |
2 |
(2,+ ∞) |
|
f′(x) |
+ |
0 |
- |
0 |
+ |
|
f(x) |
↗ |
极大值 |
↘ |
极小值 |
↗ |
由此可得:
当0<a<1时,f(x)在(a-1,a+1)内有极大值f(O)=-2,无极小值;
当a=1时,f(x)在(a-1,a+1)内无极值;
当1<a<3时,f(x)在(a-1,a+1)内有极小值f(2)=-6,无极大值;
当a≥3时,f(x)在(a-1,a+1)内无极值.
综上得:当0<a<1时,f(x)有极大值-2,无极小值,当1<a<3时,f(x)有极小值-6,无极大值;当a=1或a≥3时,f(x)无极值.
例3(08湖南理21)已知函数f(x)=ln2(1+x)-
.
(I) 求函数
的单调区间;
(Ⅱ)若不等式
对任意的
都成立(其中e是自然对数的底数).
求
的最大值.
解: (Ⅰ)函数
的定义域是
,
![]()
设
则![]()
令
则![]()
当
时,
在(-1,0)上为增函数,
当x>0时,![]()
在
上为减函数.
所以h(x)在x=0处取得极大值,而h(0)=0,所以
,
函数g(x)在
上为减函数.于是当
时,![]()
当x>0时,![]()
所以,当
时,![]()
在(-1,0)上为增函数.
当x>0时,![]()
在
上为减函数.
故函数
的单调递增区间为(-1,0),单调递减区间为
.
(Ⅱ)不等式
等价于不等式
由
知,
设
则
![]()
由(Ⅰ)知,
即![]()
所以![]()
于是G(x)在
上为减函数.
故函数G(x)在
上的最小值为![]()
所以a的最大值为![]()