1、函数压轴之二阶导数问题 一、考情分析 1、在历年全国高考数学试题中,函数与导数部分是高考重点考查的内容,并且在六道解答题 中必有一题是导数题。利用导数求解函数的单调性、极值和最值等问题是高考考查导数问题的主要 内容和形式,并多以压轴题的形式出现. 常常考查运算求解能力、概括抽象能力、推理论证能力和 函数与方程、化归与转化思想、分类与整合思想、特殊与一般思想的渗透和综合运用,难度较大. 2、而在有些函数问题中,如含有指数式、对数式的函数问题,求导之后往往不易或不能直接 判断出原函数的单调性,从而不能进一步判断函数的单调性及极值、最值情况,此时解题受阻。需 要利用“二次求导”才能找到导数的正负,找
2、到原函数的单调性,才能解决问题.若遇这类问题, 必须“再构造,再求导”。本文试以全国高考试题为例,说明函数的二阶导数在解高考函数题中的 应用。 3、解决这类题的常规解题步骤为: 求函数的定义域; 求函数的导数f (x),无法判断导函数正负; 构造求g(x)= f (x),求g(x); 列出x,g(x),g(x)的变化关系表; 根据列表解答问题。 1 二、经验分享 方法二次求导 使用情景 对函数f (x)一次求导得到f (x)之后,解不等式f(x)0 和f(x)0难度较大甚至根本解不出. 设g(x) f(x),再求g(x),求出g(x)0 和 g(x)0的解,即得到 函数g(x)的 单调性,得到
3、 解题步骤 函数g(x)的最值,即可得到f (x)的正负情况,即可得到函数f (x)的单调性. 三、题型归纳 (一) 利用二次求导求函数的极值或参数的范围 例 1.【2020 届西南名校联盟高考适应月考卷一,12】 (最小整数问题-导数的单调性和恒成立的转化) 已知关于x的不等式2ln x21mx2mx 在0,上恒成立,则整数m的最小值为() 2 A.1B.2C.3D.4 2 【解析】【第一种解法(排除法)(秒杀)】:令x1时,2ln12(1m)12m化简: 4 m;令x2时,2ln22(1m)22 4m,化简 3 m 22ln 4 2 你还可以在算出 3,4,选择题排除法。B 为最佳选项。高
4、中资料分享 QQ 群:608396916 【第二种解法(二次求导)】:2ln x21mx2mx m 2 ln x 1 2 x 2 x 1 x 构 造f (x) ln x 1 2 x 2 x 1 x 求 导f (x) x1xln x 1 2 , 令f (x) 0, 即 2 xx 1 2 2 1111 -xln x0,再令g(x)xln xgx) 在 0, ,g (x) 0,g(x) 在 -,( 222x 1 0, 上是单调递减,设点t,- tlnt0f (x)在0,t 递减;f (x)在 t, 递增, 2 所以f (x)f (t)= max lnt 1 2 t 1 t t2 1 t 1 ,( )
5、0, g(1)0 g 2 11 , ,1, 1,2 , 1,2 t 2t 所以 m 的最大值是 2. 例 2.若不等式xlnxx1k2k0对任意的x2,都恒成立,则整数k的最大值为 () A3B4C5D6 3 xln xx 【解析】因为xlnxx1k2k0变形(x 2),g x k 令 x2 xln x x 2 x x42ln x2 求导:g,令hxx42ln x,求导, xh x1 x2x 2 在 2, 上h x0, hxx42ln x,为增函数;h(7)0,h(8)0 x42ln x 令 g x=0,零 点 x2 2 x(8,9) 满足 42ln0, h即2ln 0 x4 x 0 xx x
6、, 0000 xln xx 所以在 8,x 时,g x0, g x是单 减,0 x 2 xln xx 在 x0, 9 时,g x0, x2 g x是单增的 高中资料分享 QQ 群:608396916 x4 x ( 0 )x 00 2 g,8,9t,t6,7 xming x 0 x,再令x 200 x2 0 t g min t, 1,6,7 xg xg(t) 0 2 t 所以,t6 时,14,kg(x)min4,取整数,那么k的最大值是 4 2 min 例 3.【2019 浙江 22】已知实数a0,设函数f (x)=aln xx1,x0. (1)当 3 a时,求函数f (x)的单调区 间; 4
7、(2)对任意 1x x,)均有f (x),求a的取值范围.(e=2.71828为自然对 数的底 e2a 2 数) 4 【解析】:()当 3 a 时, 4 3 f (x)ln x1x,x 0 4 f(x) 31( 1x2)(2 1 x1) 4x2 1x4x 1x ,高中资料分享 QQ 群: 608396916 所以,函数f (x)的单调递减区间为(0,3),单调递增区间为(3,+) ( ) 由f (1) 1 , 得 2a 0 2 a 当 4 0 2 a时 ,f (x) 4 x 等 价 于 2a x2 1x 2ln x0令 aa 2 t 1 ,则t2 2设 a g(t)tx2t 1x2ln x,t
8、2 2,则g(t)g(2 2)8 x4 2 1x2ln x 2 (i)当 1 x, 7 时, 1 12 2,则g(t)g(2 2)8 x4 2 1x 2ln x x 记 1 p(x)4 x2 2 1xln x,x, 则 7 p(x) 2212xx12xx1 xx1xx x1 . x 1 7 1 ( ,1) 7 1 (1,) p(x)0+ p(x) 1 p( )单调递减极小值p(1)单调 递增 7 所以,p(x)p(1)0因此,g(t)g(2 2)2p(x)0 (ii)当 1 1 x , e7 2 时, 12 x ln x(x1) g(t)g1令 x2 x 1 1 q(x)2 x ln x(x1
9、),x , e7 2 ln x2 ,则 q(x)10,故 q(x)在 x 1 1 , e7 2 上单 112 712 7 调递增,所以q(x)q( ) 由 ( i)得qp p(1)0 77777 所以,q(x)0 时, 由于4a24(a2a)4a0 ,可知 g(x)0,即f(x)0,函数 f (x) 在 R 上是 减 函数;高中资料分享 QQ 群:608396916 当 a0 时, 解g(x)0 得 x aaa 1,且 1 1 aaa aa 在区间上,g(x)0,即 f(x)0,函数f (x)是增函数; 11, ,和区间 aa a a 1上,g(x)0,即f(x)0,函数f (x)是减函数 在
10、区间,1 aa a 综上可知:当 a0 时,函数f (x)在 R 上是减函数;当 a0 时,函数 y=F(x)的图象恒在 y=F(x)的图象上方,求实数 a 的取值范围 【解析】()F(x)= e x+sinxax,F (x) excosxa 因为 x=0 是 F(x)的极值点,所以F (0)11a0,a2 又当 a=2 时,若 x0,F (x)excosxa0 x=0 是 F(x)的极小值点,a=2 符合题意 () a=1, 且 PQ/x 轴,由 f(x1)=g(x2)得:xex,所 以 2sin 1 x 1 xxex x 21sin 1 1 x 1 令h(x)exsin xx,h(x)ex
11、cosx10当 x0 时恒成立 x0,+)时,h(x)的最小值为 h(0)=1|PQ|min=1 ()令(x)F(x)F(x)exe x 2sin x2ax. 则(x)exe x 2cosx2a. S(x)(x)exe x 2sin x 因为S (x)exe x 2cosx0当 x0 时恒成立, 所以函数 S(x)在0,)上单调递增, S(x)S(0)=0 当 x0,+)时恒成立; 因此函数(x)在0,)上单调递增,(x)(0)42a当 x0,+)时恒成立 当 a2 时,(x)0,(x)在0,+)单调递增,即(x)(0)0 故 a2 时 F(x)F(x)恒成立 21 当 a2 时,(x)0,又
12、(x)在 0,单调递增,总存在 x(0,), 0 使得在区间 0,x上(x)0.导致(x)在 0,x递减,而(0)0, 00 当时,这与对恒成立不符, x(0,x )(x)0F(x)F( x)0 x0, 0 aa 2 不合题意.综上 取值范围是 - ,2 .14分 9. 已知三次函数f (x)的最高次项系数为 a,三个零点分别为1,0,3. f (x) 若方程2x7a0有两个相等的实根,求 a 的值; x a 若函数(x)f (x)2x2在区间(,)内单调递减,求 a 的取值范围. 3 f (x) 【解析】(1)依题意,设f (x)ax(x1)(x3)2x 7a0 x 有两个相等实根, 即ax
13、2(2a2)x4a0有两个相等实根,(2a2)24a4a0, 即 1 a或a 1。 3 a (2)(x)ax3(2a2)x23ax在(,)内单调递减, 3 a (x)3ax2(2a2)x3a0在(,)恒成立, 2 3 a0 aaaaaa 0 或0 或1 2 ( )3a( )2(2a2)( )3a0 333 10. 对于三次函数f (x)ax3bx2cxd (a0) 定义:(1)设f(x)是函数yf (x)的导数yf(x)的导数,若方程f (x)0有实数解 x, 0 则称点 xf x 为函数y f (x)的“拐点”; 0, ( 0) 定义:(2)设x为常数,若定义在R上的函数yf (x)对于定义
14、域内的一切实数x, 都有 0 f (xx)f (xx)2f (x )成立,则函数yf (x)的图象关于点 x0, f (x0)对 称000 己知f (x)x33x22x2,请回答下列问题: (1)求函数f (x)的“拐点”A的坐标 (2)检验函数f (x)的图象是否关于“拐点”A对称,对于任意的三次函数写出一个有关“拐 点”的结论(不必证明) 22 (3)写出一个三次函数G(x),使得它的“拐点”是(1,3)(不要过程) 【解析】(1)依题意,得:f(x)3x26x2,f(x)6x6。 由f(x)0,即6x60。x1,又f (1)2, f (x)x33x22x2的“拐点”坐标是(1, 2)。
15、(2)由(1)知“拐点”坐标是(1, 2)。而 f (1x)f (1x)=(1x)33(1x)22(1x)2(1x)33(1x)22(1x) 2 =26x66x444=2 f (1), 22 f xxxx关于点(1, 2) 对称。 由定义(2)知: 33 2 22 bb f xaxbxcxd (a0)的“拐点”是, f () 一般地,三次函数 32 3a3a ,它就 是f (x)的对称中心。(或者:任何一个三次函数都有拐点;任何一个三次函数都有对称中心; 任何一个三次函数平移后可以是奇函数)都可以给分 ( 3 )G(x)a(x1)3b(x1)3 (a0)或 写 出 一 个 具 体 的 函 数
16、, 如 G(x)x3x3x4或G(x)x33x2x。 32 11. 已知函数f (x)xln x (I)求函数f (x)的单调递减区间; (II)若f (x)x2ax6在(0,)上恒成立,求实数a的取值范围; (III)过点A(e 2,0)作函数 yf (x)图像的切线,求切线方程 解:()f (x)ln x1f (x)0得lnx1 1 0 x函数f (x)的单调递减区 间是 e 1 (0, ) e ; ()f (x)x2ax 6即 aln xx 6 x 设 6 g(x)ln xx 则 x g (x) xx6(x3)(x 2) 2 xx 22 23 当x(0,2)时g(x)0,函数g(x)单调递减; 当x(2,)时g(x)0,函数g(x)单调递增; g(x)最小值g(2)5ln2实数a的取值范围是(,5ln2; ()设切点T(x , y ) 则 00 x ln x kf (x )0 0 AT0 1 x 02 e ln x1e xx 2 0ln 0 10 即 0 设h(x)e2xln x1,当x0时h(x)0h(x)是单调递增函数 h(x)0最多只有一个 根,又 111 h()eln 10 2 eee 222 1 x 02 e 由f (x )1得切线方 程是 0 1 xy 0. e 2 24