立足問(wèn)題本質(zhì) 激發(fā)創(chuàng)新思維（上）
——導(dǎo)數(shù)題的求解思路探究

潘梅耘

導(dǎo)數(shù)在研究復(fù)雜函數(shù)單調(diào)性時(shí)，方法直觀，功能強(qiáng)大：能求斜率，求切線、求單調(diào)區(qū)間、比較大小、求極值，求值域、探索圖象分布等，從而能跟函數(shù)、解析幾何、不等式、數(shù)列等聯(lián)系，也使它成為新教材高考命題的熱點(diǎn)．

常規(guī)套路：簡(jiǎn)單粗暴地求導(dǎo)，思路往往受阻，計(jì)算量大；

創(chuàng)新選擇：選擇新角度，構(gòu)造新函數(shù)；

難點(diǎn)：需要有敏銳的觀察力，數(shù)形結(jié)合、分類討論的能力及理論上嚴(yán)謹(jǐn)性的探究要求高，主要體現(xiàn)在構(gòu)造法、放縮法和反推法等的靈活運(yùn)用．

不過(guò)一切問(wèn)題的本質(zhì)都是相通的，本文通過(guò)幾道導(dǎo)數(shù)題的剖析，以期揭示問(wèn)題的根源，激發(fā)思維的創(chuàng)新．

一、兩次求導(dǎo)，旨在單調(diào)

例1已知函數(shù)f(x)=excosx?x，求函數(shù)f(x)在區(qū)間上的最值．

本質(zhì)分析:導(dǎo)數(shù)正負(fù)性，函數(shù)單調(diào)性，極值端點(diǎn)比大小，函數(shù)最值可知曉．

解析函數(shù)定義域f′(x)=ex(cosx?sinx)?1．

一次求導(dǎo)，無(wú)法判號(hào)

令h(x)=ex(cosx?sinx)?1，

構(gòu)造二階函數(shù)

則h′(x)=ex(cosx?sinx?sinx?cosx)=?2exsinx.

二次求導(dǎo)

當(dāng)x∈，可得h′(x)≤0，即h(x)在遞減，

根據(jù)二階導(dǎo)數(shù)正負(fù)性判斷一階導(dǎo)數(shù)的單調(diào)性

（思考一下，如果此時(shí)二階導(dǎo)數(shù)的正負(fù)性不能明顯確定，該怎么辦？）

可得h(x)≤h(0)=f′(0)=0，則f(x)在遞減，

得到一階導(dǎo)數(shù)的正負(fù)性就得到原函數(shù)的單調(diào)性

所以f(x)max=f(0)=1,f(x)min=

得到原函數(shù)的最值

思維創(chuàng)新主導(dǎo)函數(shù)為超越型，“二次求導(dǎo)判號(hào)”，得函數(shù)單調(diào)性求最值．

二、恒存一家,分合轉(zhuǎn)化

例2已知函數(shù)f(x)=(2?a)(x?1)?2lnx(a∈R)，對(duì)任意的恒成立，求a的最小值．

本質(zhì)分析:不等式左右分，“全分半分可不分”，數(shù)形結(jié)合易理解，分類討論顯真功．

解法一（變量全分離）

變量分離構(gòu)造函數(shù)

令l(x)=

則l′(x)=

一次求導(dǎo)，無(wú)法判號(hào)

構(gòu)造局部有效函數(shù)

則m′(x)=

所以m(x)在上為減函數(shù)．

二次求導(dǎo)判號(hào)，得有效數(shù)單調(diào)性

于是m(x)>m=2?2ln 2 >0，

從而，l′(x)>0，

判斷局部有效函數(shù)正負(fù)性即得一次求導(dǎo)函數(shù)的正負(fù)性

于是l(x)在上為增函數(shù)，

所以l(x)<=2?4ln 2．

得原函數(shù)的增減性和上限

故要a> 2?恒成立，只要a∈ [2?4ln 2,+∞)，即a的最小值為2?4ln 2．

得a的最小值

解法二（變量半分離）

因?yàn)楹瘮?shù)f(x)=(2?a)(x?1)?2lnx(a∈R)，對(duì)任意的x∈,f(x)>0恒成立，

即(2?a)(x?1)?2lnx>0對(duì)任意的0

條件具體化

構(gòu)造雙函數(shù)

所以函數(shù)y1=(x?1)圖象恒在y2=lnx，0

圖象分布法

可求過(guò)(1,0)作y=lnx切線為y=x?1，過(guò)(1,0)和直線斜率為2ln 2，

圖象臨界位置

數(shù)形結(jié)合

所以a∈ [2?4ln 2,+∞)，即a的最小值2?4ln 2．

注意等號(hào)取舍

注意本解法采用二次求導(dǎo)研究函數(shù)圖象，構(gòu)造函數(shù)研究其單調(diào)性，觀察其零點(diǎn)求解切點(diǎn)坐標(biāo)，雖然缺少理論上的論證，但可作客觀題求解，并可為理論研究作向?qū)В?/p>

解法三（變量不分離）

因?yàn)閒(x)=(2?a)(x?1)?2lnx，x>0，

所以f′(x)=(2?a)?，x>0.

導(dǎo)數(shù)含參討論判號(hào)

(1)若a≥2，則f′(x)< 0，f(x)=(2?a)(x?1)?2lnx在上遞減，

優(yōu)先觀察恒號(hào)之情形

(2)若a<2，則>0，f′(x)=

由于x>0，2?a>0，

故當(dāng)0

確定可疑極點(diǎn)左、右單調(diào)性

當(dāng)x>時(shí)，f′(x)≥0，f(x)遞增．

優(yōu)先考慮無(wú)極點(diǎn)之情形

所以f(x)>得2?4ln 2 ≤a<2，合題意．

利用單調(diào)性反推無(wú)解之情形

觀察到f(1)=0，所以f<0，

所以a

綜上，a≥ 2?4ln 2，所以a的最小值為2?4ln 2．

思維創(chuàng)新利用a0，很難直接求解a的范圍，結(jié)合單調(diào)性，就比較好說(shuō)明f(x)min=

例3已知函數(shù)f(x)=x+xlnx，若k∈Z，且存在x>1，有k>成立，求k的最小值．

解析存在x>1，有所以k>

令g(x)=則g′(x)=

構(gòu)造函數(shù)一次求導(dǎo)，無(wú)法判號(hào)

考慮分子h(x)=x?lnx?2,

h′(x)=

構(gòu)造有效函數(shù)二次求導(dǎo)，能判號(hào)

所以h(x)在(1,+∞)單調(diào)遞增．

二階函數(shù)雖單調(diào)，但不恒號(hào)

由于h(3)=1?ln3 < 0,h(4)=2?ln 2 > 0，（想一想，3 和4 這兩個(gè)值是如何想到的呢？）

由零點(diǎn)存在定理，?b∈ (3,4)，使得h(b)=0 ．

零點(diǎn)理論確保隱零點(diǎn)的存在

所以x∈(1,b)時(shí)，h(x)< 0 ?g′(x)<0．

同理，x∈b(,+∞)時(shí)，g′(x)>0，

所以g(x)在(1,b)單調(diào)遞減，在(b,+∞)單調(diào)遞增，

反推一階導(dǎo)數(shù)的正負(fù)性

故g(x)min=g(b)=

由h(b)=0得b?lnb?2=0 ? lnb=b?2，

最值隱零點(diǎn)表示

可化簡(jiǎn)g(b)=b∈(3,4).

又k>b，k∈Z，得k的最小值為4．

化簡(jiǎn)限范圍，得整數(shù)參數(shù)最小值

思維創(chuàng)新參變分離求最值，“零點(diǎn)理論保零點(diǎn)，設(shè)而不求限范圍，隱零點(diǎn)關(guān)系表最值，化簡(jiǎn)求整得結(jié)論”，存恒本是同根生，“半分不分”自探真．