導(dǎo)數(shù)應(yīng)用復(fù)習(xí)中的四個(gè)基本點(diǎn)

?安徽省郎溪中學(xué) 程遠(yuǎn)林

1 引言

導(dǎo)數(shù)是解決函數(shù)性質(zhì)問題的重要工具，導(dǎo)數(shù)應(yīng)用問題類型多樣、方法靈活，對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度及靈活應(yīng)用能力要求較高.基于此，筆者對(duì)導(dǎo)數(shù)應(yīng)用的復(fù)習(xí)提出四點(diǎn)基本要求，希望對(duì)學(xué)生復(fù)習(xí)有所幫助.

2 鞏固基礎(chǔ)知識(shí)

導(dǎo)數(shù)應(yīng)用模塊中所涉及的基礎(chǔ)知識(shí)主要包括導(dǎo)數(shù)的定義、導(dǎo)數(shù)的幾何意義、基本初等函數(shù)的求導(dǎo)公式、導(dǎo)數(shù)的運(yùn)算法則，利用導(dǎo)數(shù)求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間、極值、最值等.

以求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間為例，基本步驟是：先求函數(shù)的定義域，再求導(dǎo)，令導(dǎo)數(shù)為0，解得導(dǎo)函數(shù)的零點(diǎn)，最后判斷每個(gè)零點(diǎn)左右兩側(cè)導(dǎo)數(shù)的符號(hào)，從而確定函數(shù)的單調(diào)區(qū)間.

例1已知函數(shù)f(x)=2x3-ax2+b，討論f(x)的單調(diào)性.

解析：f′(x)=6x2-2ax=2x(3x-a).

當(dāng)a=0時(shí)，f′(x)≥0,f(x)在(-∞,+∞)上單調(diào)遞增；

點(diǎn)評(píng)：此類問題求解中常涉及分類討論，要注意分類標(biāo)準(zhǔn)的確定.以導(dǎo)函數(shù)是二次函數(shù)為例，要討論的主要有：二次函數(shù)的開口方向(討論二次項(xiàng)系數(shù))，二次函數(shù)有無零點(diǎn)(利用判別式進(jìn)行討論)，所求的零點(diǎn)是否在定義域范圍內(nèi)，零點(diǎn)的大小是否確定等.

3 歸納基本題型

應(yīng)用導(dǎo)數(shù)可解決的問題類型，如函數(shù)不等式的證明問題，不等式恒成立、能成立、恰成立問題，函數(shù)的零點(diǎn)問題等.題型雖然各異，但基本方法都是構(gòu)造函數(shù)求函數(shù)的最值.

(1)?x∈(-∞,+∞),f(x)≥0恒成立，求m的范圍；

(2)?x0∈(-∞,+∞),f(x0)≤0，求m的范圍；

(3)f(x)∈[0,+∞)，求m的值.

解析：(1)屬于不等式恒成立問題，任意函數(shù)值均大于或等于0，故只要fmin(x)≥0即可，因此轉(zhuǎn)化為求函數(shù)的最小值.

綜上得滿足條件的m的取值范圍是[0,e].

(2)屬于不等式能成立問題，即存在某一個(gè)函數(shù)值小于或等于0，故只要fmin(x)≤0即可.

當(dāng)m≤1，且x>1時(shí)，f(x)=x-mlnx，同(1)知fmin(x)>f(1)=1.x≤1時(shí),f(x)=x2-2mx+2m,fmin(x)=f(m)=2m-m2.由2m-m2≤0，得m≤0或m≥2.所以m≤0.

當(dāng)m>1，且x≤1時(shí),f(x)=x2-2mx+2m,fmin(x)=f(1)=1.x>1時(shí)，f(x)=x-mlnx，同(1)知fmin(x)=f(m)=m-mlnm=m(1-lnm)，由1-lnm≤0，得m≥e.

綜上得滿足條件的m的取值為范圍是(-∞,0]∪[e,+∞).

(3)屬于恰成立，即函數(shù)的最小值等于0.

當(dāng)m≤1，且x>1時(shí)，f(x)=x-mlnx，同(1)知fmin(x)>f(1)=1.x≤1時(shí),f(x)=x2-2mx+2m,fmin(x)=f(m)=2m-m2.由2m-m2=0，得m=0或m=2.所以m=0.

當(dāng)m>1，且x≤1時(shí),f(x)=x2-2mx+2m,fmin(x)=f(1)=1.x>1時(shí)，f(x)=x-mlnx，同(1)知fmin(x)=f(m)=m-mlnm=m(1-lnm)，由1-lnm=0，得m=e.

綜上得滿足條件的m的值為：m=0，或m=e.

點(diǎn)評(píng)：對(duì)于給定條件下f(x)≥g(x)恒成立問題，可通過作差或作商合并構(gòu)造函數(shù)求最值.對(duì)于給定條件下f(x1)≥g(x2)恒成立問題，要分別求兩個(gè)函數(shù)的最值.

4 提煉基本方法

師傅領(lǐng)進(jìn)門，修行在個(gè)人.在同一模塊中學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)是一樣的，但應(yīng)用中往往有多種不同的方式，對(duì)于同一題目的解答，有的學(xué)生方法簡(jiǎn)潔、有的學(xué)生思路繁瑣，因此要擇優(yōu)而用.

例3(2020年高考全國(guó)卷Ⅰ)已知函數(shù)f(x)=ex-a(x+2).

(1)當(dāng)a=1時(shí)，討論f(x)的單調(diào)性；

(2)若f(x)有兩個(gè)零點(diǎn)，求a的取值范圍.

解析：(1)當(dāng)a=1時(shí)，f(x)=ex-x-2，求導(dǎo)得f′(x)=ex-1，由f′(x)=0得x=0，所以在區(qū)間(-∞,0)上,f′(x)<0,f(x)單調(diào)遞減；在區(qū)間(0,+∞)上,f′(x)>0,f(x)單調(diào)遞增.

(2)解法1：f′(x)=ex-a.

當(dāng)a≤0時(shí)，f′(x)>0,f(x)在定義域內(nèi)遞增，則f(x)至多存在一個(gè)零點(diǎn).

當(dāng)a>0時(shí)，由f′(x)=ex-a=0,得x=lna，則在區(qū)間(-∞,lna)上,f′(x)<0,f(x)單調(diào)遞減；在區(qū)間(lna,+∞)上,f′(x)>0,f(x)單調(diào)遞增.fmin(x)=f(lna)=-a(1+lna).

解法2：易知x=-2不是函數(shù)的零點(diǎn).

解法3：由ex-a(x+2)=0,ex=a(x+2)，則問題轉(zhuǎn)化為函數(shù)y=ex與y=a(x+2)有兩個(gè)交點(diǎn).而y=a(x+2)過定點(diǎn)(-2,0)，當(dāng)a≤0時(shí)，只有一個(gè)交點(diǎn)；當(dāng)a>0時(shí)，可通過尋找臨界狀態(tài)來確定，即求y=ex過(-2,0)的切線斜率即可.

點(diǎn)評(píng)：上述三種方法各有優(yōu)劣.方法1是處理此類問題的標(biāo)準(zhǔn)方法，命題組提供的答案也是這種方法，難點(diǎn)是零點(diǎn)所在區(qū)間判定時(shí)，特殊值的選取，借助放縮構(gòu)造法，這種方法對(duì)學(xué)生基本技能要求較高.方法2通過分離參數(shù)，方法3利用了分離函數(shù)，將所求的零點(diǎn)問題轉(zhuǎn)化為兩個(gè)函數(shù)圖象的交點(diǎn)問題來處理.三種方法所用的知識(shí)原理都是學(xué)生所熟悉的，但如何應(yīng)用這些知識(shí)解決相同的問題，對(duì)學(xué)生提出了更高的要求.

5 提升基本技能

例4已知函數(shù)f(x)=xlnx.

(1)略；

所以，t的取值范圍是[-e3,0).

點(diǎn)評(píng)：對(duì)數(shù)學(xué)思想的考查，是高考命題的重要理念之一.從導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用來看，涉及多種數(shù)學(xué)解題思想.如“分類討論思想”“化歸轉(zhuǎn)化思想”“數(shù)形結(jié)合思想”“一般與特殊思想”有限與無限思想”等等，而本題的求解體現(xiàn)了化歸轉(zhuǎn)化思想.這些方法的應(yīng)用對(duì)學(xué)生分析、解決問題的能力提出更高要求.