函数与导数中的恒成立问题 下载本文

6.1 (2012·泰州中学期中)已知函数f(x)=ax3+bx2-3x(a,b∈R)在点(1,f(1))处的切线方程为y+2=0.

(1)求函数f(x)的解析式;

(2)若对于区间[-2,2]上任意两个自变量的值x1,x2都有|f(x1)-f(x2)|≤c,求实数c的最小值; (3)若过点M(2,m)(m≠2)可作曲线y=f(x)的三条切线,求实数m的取值范围. 解:(1)f′(x)=3ax2+2bx-3.

???f?1?=-2,?a+b-3=-2,

根据题意,得?即?

??f′?1?=0,3a+2b-3=0,????a=1,

解得?

?b=0.?

所以f(x)=x3-3x.

(2)令f′(x)=0,即3x2-3=0,得x=±1.

x f′(x) f(x) 因为f(-1)=2,f(1)=-2,

所以当x∈[-2,2]时,f(x)max=2,f(x)min=-2.

则对于区间[-2,2]上任意两个自变量的值x1,x2,都有|f(x1)-f(x2)|≤|f(x)max-f(x)min|=4,所以c≥4,

即c的最小值为4.

(3)因为点M(2,m)(m≠2)不在曲线y=f(x)上,所以可设切点为(x0,y0).因为f′(x0)=3x20-3,所以切线的斜率为3x20-3.[来源:学_科_网Z_X_X_K]

x30-3x0-m2

3x0-3=,即

x0-2

2

2x30-6x0+6+m=0.

-2 -2 (-2,-1) + -1 0 极大值 (-1,1) - 1 0 极小值 (1,2) + 2 2 2

因为过点M(2,m)(m≠2)可作曲线y=f(x)的三条切线,所以方程2x30-6x0+6+m=0有三个不

同的实数解.

所以函数g(x)=2x3-6x2+6+m有三个不同的零点. 则g′(x)=6x2-12x.令g′(x)=0,则x=0或x=2.

x g′(x) g(x)

(-∞,0) + 0 0 极大值 (0,2) - 2 0 极小值 (2,+∞) + 13 / 22

???g?0?>0,?6+m>0,则?即?解得-6

所以m的取值范围为(-6,2).

本题考查导数的几何意义、不等式恒成立、极值、最值等问题,一、二两问中规中矩,掌握好计算方法即可,第三问主要能够将“若过点M(2,m)(m≠2)可作曲线y=f(x)的三条切线”转化成“关

3

于切点横坐标x0的方程2x0-6x20+6+m=0有三个不同的实数解”,问题就迎刃而解了.

有关联题

6.2 (2012·无锡一中)已知函数f(x)=x3+ax2-a2x+2,a∈R.

(1)若a<0时,试求函数y=f(x)的单调递减区间;

(2)若a=0,且曲线y=f(x)在点A,B(A,B不重合)处切线的交点位于直线x=2上,证明:A,B两点的横坐标之和小于4;

(3)如果对于一切 x1,x2,x3∈[0,1],总存在以f(x1),f(x2),f(x3)为三边长的三角形,试求正实数a的取值范围.

a

x-?. 解:(1)函数f(x)的导函数f′(x)=3x2+2ax-a2=3(x+a)??3?a

因为a<0,由f′(x)<0,解得

3a?所以函数y=f(x)的单调递减区间为??3,-a?. (2)当a=0时,f(x)=x3+2.

3

设在点A(x1,x31+2),B(x2,x2+2)处的切线交于直线x=2上一点P(2,t).

因为y′=3x2,

所以曲线y=f(x)在点A处的切线斜率为k=3x21, 所以在点A处的切线方程为

2y-(x31+2)=3x1(x-x1).

332因为切线过点P,所以t-(x1+2)=3x21(2-x1),即2x1-6x1+(t-2)=0. 3同理可得2x2-6x22+(t-2)=0.

322两式相减得2(x31-x2)-6(x1-x2)=0,[来源:Zxxk.Com] 2即(x1-x2)(x21+x1x2+x2)-3(x1-x2)(x1+x2)=0.

因为x1-x2≠0,

2所以x21+x1x2+x2-3(x1+x2)=0.

即(x1+x2)2-x1x2-3(x1+x2)=0. 因为x1x2≤?

x1+x2?2

?2?,且x1≠x2,

14 / 22

所以x1x2

x1+x2?2?2?.

x1+x2?2

?2?-3(x1+x2)<0,即(x1+x2)(x1+x2-4)<0.

从而上式可以化为(x1+x2)2-?解得0

即A,B两点的横坐标之和小于4. (3)由题设知,f(0)

即2<2(-a2+a+3),解得-10,所以0

a

0,?时,f′(x)<0,f(x)单调递减, 所以当x∈??3?a?

当x∈??3,1?,f′(x)>0,f(x)单调递增. a?a53所以当x=时,f(x)有最小值f?=-a+2. ?3?327

???5?从而条件转化为?f?0?<2-27a+2,②

???-5a+2?.③?f?1?<2??27?

33

a?53

f?=-a+2>0,①?3?27

33233

由①得a<;由②得a< .再根据0

33355510

不等式③化为a3-a2+a-1<0.

27

1010

令g(a)=a3-a2+a-1,则g′(a)=a2-2a+1>0,所以g(a)为增函数.

279

?0,3?1

又g(2)=-<0,所以当a∈?3?时, 275??

g(a)<0恒成立,即③成立.

[专题技法归纳] (1)利用导数研究函数极值问题需注意解题步骤. (2)根据函数的极值求参数值一定要注意进行检验.

(3)利用导数研究函数最值问题讨论思路很清晰,但计算比较复杂,其次有时需要二次求导研究导函数的最值来判断导函数的正负.

6.3(2012·盐城模拟)已知f(x)为R上的偶函数,当x≥0时,f(x)=ln(x+2).

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(1)当x<0时,求f(x)的解析式;

(2)当m∈R时,试比较f(m-1)与f(3-m)的大小;

(3)求最小的整数m(m≥-2),使得存在实数t,对任意的x∈[m,10],都有f(x+t)≤2ln|x+3|. 解:(1)当x<0时,f(x)=f(-x)=ln(-x+2).

(2)当x≥0时,f(x)=ln(x+2)单调递增,而f(x)是偶函数,所以f(x)在(-∞,0)上单调递减. 所以f(m-1)>f(3-m)?|m-1|>|3-m| ?(m-1)2>(3-m)2?m>2.

所以当m>2时,f(m-1)>f(3-m) ; 当m=2时,f(m-1)=f(3-m); 当m<2时,f(m-1)

(3)当x∈R时,f(x)=ln(|x|+2),则由f(x+t)≤2ln|x+3|,得ln(|x+t|+2)≤ln(x+3)2, 即|x+t|+2≤(x+3)2对x∈[m,10]恒成立

2

??t≤x+5x+7,

从而有?对x∈[m,10]恒成立, 2

?t≥-x-7x-7,?

因为m≥-2,

22??t≤?x+5x+7?min=m+5m+7,所以? 22

?t≥?-x-7x-7?=-m-7m-7.?max

因为存在这样的t ,所以-m2-7m-7≤m2+5m+7, 即m2+6m+7≥0.

又m≥-2,所以适合题意的最小整数m=-1. [专题技法归纳] (1)恒成立问题的处理方法:

第一步,分清参数和自变量;第二步,确定是否要分离;第三步,构造新函数求最值;第四步,解不等式.

(2)有双重量词出现的不等式恒成立问题,先把其中一个自变量当成已知的参数,解决一个量词,然后再解决另一个量词.

(3)证明与函数有关的不等式主要是利函数的最值和单调性来判断.

(4)方程的根的个数问题往往考查函数与方程思想和函数零点问题,需注意等价转化. 6.4(徐州、淮安、宿迁市2013届高三期末)已知函数f(x)?ax?x2?xlna(a?0,a?1). (1) 求函数f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;

(2) 求函数f(x)单调区间;

(3) 若存在x1,x2?[?1,1],使得f(x1)?f(x2)?e?1(e是自然对数的底数),求实数a的取值

范围.

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