新高考数学二轮复习专题26 极值点偏移之其他型不等式的证明 (2份打包,教师版+原卷版)
展开[例1] 已知函数g(x)=lnx-ax2+(2-a)x(a∈R).
(1)求g(x)的单调区间;
(2)若函数f(x)=g(x)+(a+1)x2-2x,x1,x2(0<x1<x2)是函数f(x)的两个零点,证明:f′eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f (x1+x2,2)))<0.
思维引导 (2)利用分析法先等价转化所证不等式:要证明f′eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f (x1+x2,2)))<0,只需证明eq \f (2,x1+x2)-eq \f (ln x1-ln x2,x1-x2)<0 SKIPIF 1 < 0 ,即证明 SKIPIF 1 < 0 ,即证明 SKIPIF 1 < 0 ,再令 SKIPIF 1 < 0 ,构造函数 SKIPIF 1 < 0 ,利用导数研究函数 SKIPIF 1 < 0 单调性,确定其最值: SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上递增,所以 SKIPIF 1 < 0 ,即可证得结论.
解析 (1)函数g(x)=ln x-ax2+(2-a)x的定义域为(0,+∞),
g′(x)=eq \f (1,x)-2ax+(2-a)=-eq \f ((ax-1)(2x+1),x),
①当a≤0时,g ′(x)>0,则g(x)在(0,+∞)上单调递增;
②当a>0时,若x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f (1,a))),则g ′(x)>0,若x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f (1,a),+∞)),则g ′(x)<0,
则g(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f (1,a)))上单调递增,在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f (1,a),+∞))上单调递减.
(2)因为x1,x2是f (x)=lnx+ax2-ax的两个零点,
所以lnx1+axeq \\al(2,1)-ax1=0,ln x2+axeq \\al(2,2)-ax2=0,所以a=eq \f (ln x1-ln x2,x1-x2)+(x2+x1),又f ′(x)=eq \f (1,x)+2x-a,
所以f′eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f (x1+x2,2)))=eq \f (2,x1+x2)+(x1+x2)-a=eq \f (2,x1+x2)-eq \f (ln x1-ln x2,x1-x2),
所以要证f′eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f (x1+x2,2)))<0,只须证明eq \f (2,x1+x2)-eq \f (ln x1-ln x2,x1-x2)<0,
即证明eq \f (2(x1-x2),x1+x2)>lnx1-lnx2,即证明 SKIPIF 1 < 0
令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 .∴ SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上递减, SKIPIF 1 < 0 ,∴ SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上递增, SKIPIF 1 < 0 .
所以 SKIPIF 1 < 0 成立,即 SKIPIF 1 < 0 .
[例2] 已知函数f(x)=x2+ax+blnx,曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y=2x.
(1)求实数a,b的值;
(2)设F(x)=f(x)-x2+mx(m∈R),x1,x2 (0<x1<x2)分别是函数F(x)的两个零点,求证:F( eq \r(x1x2))<0(F(x)为函数F(x)的导函数).
解析 (1) a=1,b=-1;
(2),,,因为分别是函数的两个零点,所以,两式相减,得,,要证明,只需证.
思维引导1 因为,只需证.令,即证,令,则,所以函数在上单调递减,,即证,由上述分析可知.
总结提升 这是极值点偏移问题,此类问题往往利用换元把转化为的函数,常把的关系变形为齐次式,设等,构造函数来解决,可称之对称化构造函数法.
思维引导2 因为,只需证,设 SKIPIF 1 < 0 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,所以函数在上单调递减,,即证.由上述分析可知.
总结提升 极值点偏移问题中,由于两个变量的地位相同,将待证不等式进行变形,可以构造关于(或)的一元函数来处理.应用导数研究其单调性,并借助于单调性,达到待证不等式的证明.此乃主元法.
思维引导3 要证明,只需证,即证,由对数平均数易得.
总结提升 极值点偏移问题中,如果等式含有参数,则消参,有指数的则两边取对数,转化为对数式,通过恒等变换转化为对数平均问题,利用对数平均不等式求解,此乃对数平均法.
[例3] 已知函数 SKIPIF 1 < 0 .
(1)若 SKIPIF 1 < 0 ,使得 SKIPIF 1 < 0 恒成立,求 SKIPIF 1 < 0 的取值范围.
(2)设 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 为函数 SKIPIF 1 < 0 图象上不同的两点, SKIPIF 1 < 0 的中点为 SKIPIF 1 < 0 ,求证:eq \f(f(x1)-f(x2),x1-x2)
令 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ,
由于 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 单调递减,在 SKIPIF 1 < 0 单调递增,
故 SKIPIF 1 < 0 ,解得 SKIPIF 1 < 0 .
(2)因为 SKIPIF 1 < 0 为 SKIPIF 1 < 0 的中点,则 SKIPIF 1 < 0 ,
故 SKIPIF 1 < 0 ,
SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0 SKIPIF 1 < 0 ,
故要证 SKIPIF 1 < 0 ,即证 SKIPIF 1 < 0 ,
由于 SKIPIF 1 < 0 ,即证 SKIPIF 1 < 0 .不妨假设 SKIPIF 1 < 0 ,只需证明 SKIPIF 1 < 0 ,即 SKIPIF 1 < 0 .
设 SKIPIF 1 < 0 ,构造函数 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 ,
则有 SKIPIF 1 < 0 ,从而 SKIPIF 1 < 0 .
[例4] 已知函数f(x)=ex-eq \f(1,2)x2-ax有两个极值点x1,x2(e为自然对数的底数).
(1)求实数a的取值范围;
(2)求证:f(x1)+f(x2)>2.
解析 (1)由于f(x)=ex-eq \f(1,2)x2-ax,则f′(x)=ex-x-a,
设g(x)=f′(x)=ex-x-a,则g′(x)=ex-1,令g′(x)=ex-1=0,解得x=0.
所以当x∈(-∞,0)时,g′(x)<0;当x∈(0,+∞)时,g′(x)>0.所以g(x)min=g(0)=1-a.
= 1 \* GB3 ①当a≤1时,g(x)=f′(x) ≥0,所以函数f(x)单调递增,没有极值点;
= 2 \* GB3 ②当a>1时,g(x)min=1-a<0,且当当x→-∞时,g(x)→+∞;当x→+∞时,g(x)→+∞.
此时,g(x)=f′(x)=ex-x-a有两个零点x1,x2,不妨设x1
答案速得 函数f(x)有两个极值点实质上就是其导数f′(x)有两个零点,亦即函数y=ex与直线y=x+a有两个交点,如图所示,显然实数a的取值范围是(1,+∞).
(2)由(1)知,x1,x2为g(x)=0的两个实数根,x1<0
所以h(x)
要证f(x1)+f(x2)>2,只需证f(-x2)+f(x2)>2,即证 SKIPIF 1 < 0 + SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 -2>0.
设函数k(x)= SKIPIF 1 < 0 + SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 -2,x∈(0,+∞),则k′(x)= SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 -2x.
设r(x)=k′(x)= SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 -2x,则r′(x)= SKIPIF 1 < 0 + SKIPIF 1 < 0 -2>0,
所以r(x)在(0,+∞)上单调递增,r(x)>r(0)=0,即k′(x)>0.
所以k(x)在(0,+∞)上单调递增,k(x)>k(0)=0.
故当x∈(0,+∞)时, SKIPIF 1 < 0 + SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 -2>0,则 SKIPIF 1 < 0 + SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 -2>0,
所以f(-x2)+f(x2)>2,亦即f(x1)+f(x2)>2.
总结提升 本题是极值点偏移问题的泛化,是拐点的偏移,依然可以使用极值点偏移问题的有关方法来解决.只不过需要挖掘出拐点偏移中隐含的拐点的不等关系,如本题中的x1<-x2<0,如果“脑中有‘形’”,如图所示,并不难得出.
【对点训练】
1.设函数f(x)=x2-(a-2)x-alnx.
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)若方程f(x)=c有两个不相等的实数根x1,x2,求证: SKIPIF 1 < 0 .
1.解析 (1) SKIPIF 1 < 0 . SKIPIF 1 < 0 .
当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,函数 SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上单调递增,即 SKIPIF 1 < 0 的单调递增区间为 SKIPIF 1 < 0 .
当 SKIPIF 1 < 0 时,由 SKIPIF 1 < 0 得 SKIPIF 1 < 0 ;由 SKIPIF 1 < 0 ,解得 SKIPIF 1 < 0 .
所以函数 SKIPIF 1 < 0 的单调递增区间为 SKIPIF 1 < 0 ,单调递减区间为 SKIPIF 1 < 0 .(2) SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 是方程 SKIPIF 1 < 0 得两个不等实数根,由(1)可知: SKIPIF 1 < 0 .
不妨设 SKIPIF 1 < 0 .则 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 .
两式相减得 SKIPIF 1 < 0 ,化为 SKIPIF 1 < 0 .
SKIPIF 1 < 0 SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 .
故只要证明 SKIPIF 1 < 0 即可,即证明 SKIPIF 1 < 0 ,即证明 SKIPIF 1 < 0 ,
设 SKIPIF 1 < 0 ,令 SKIPIF 1 < 0 ,则 SKIPIF 1 < 0 .
SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 . SKIPIF 1 < 0 在 SKIPIF 1 < 0 上是增函数,又在 SKIPIF 1 < 0 处连续且 SKIPIF 1 < 0 SKIPIF 1 < 0 ,
SKIPIF 1 < 0 当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 总成立.故命题得证.
2.(2011辽宁)已知函数f(x)=lnx-ax2+(2-a)x.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)设a>0,证明:当0<x<eq \f (1,a)时,f(eq \f (1,a)+x)>f(eq \f (1,a)-x);
(3)若函数y=f(x)的图象与轴交于A,B两点,线段AB中点的横坐标为x0,证明:f(x0)<0.
2.解析 (1)若a≤0,f(x)在(0,+∞)上单调增加;
若a>0,f(x)在(0,eq \f (1,a))上单调递增,在(eq \f (1,a),+∞)上单调递减;
(2)法一:构造函数 SKIPIF 1 < 0 ,利用函数单调性证明,方法上同,略;
法二:构造以 SKIPIF 1 < 0 为主元的函数,设函数 SKIPIF 1 < 0 ,
则 SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ,
由 SKIPIF 1 < 0 ,解得 SKIPIF 1 < 0 ,当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0 ,而 SKIPIF 1 < 0 ,
所以 SKIPIF 1 < 0 ,故当 SKIPIF 1 < 0 时, SKIPIF 1 < 0
(2)由(1)可得a>0,f(x)=eq \f(1,x)-2ax+2-a在(0,+∞)上单调递减,f(eq \f (1,a))=0,
不妨设A(x1,0),B(x2,0),0<x1<x2,则0<x1<eq \f (1,a)<x2,欲证明f(x)<0,即f(x0)<f(eq \f (1,a)),只需证明x0=eq \f(x1+x2 ,2)>eq \f (1,a),即x1>eq \f (2,a)-x2,
只需证明f(x2)=f(x1)>f(eq \f (2,a)-x2).
由(2)得f(eq \f (2,a)-x2)=f[eq \f (1,a)+(eq \f (1,a)-x2)]>f[eq \f (1,a)-(eq \f (1,a)-x2)]=f(x2),得证.
3.设函数f(x)=ex-ax+a,其图象与轴交于A(x1,0),B(x2,0)两点,且x1<x2.
(1)求a的取值范围;
(2)证明:f( eq \r(x1x2))<0(f(x)为函数f(x)的导函数).
3.解析 (1)a∈(e2,+∞),且0<x1<lna<x2,f(x)在(0,lna)上单调递减,在(lna,+∞)上单调递增;
(2)要证明f( eq \r(x1x2))<0,只需证f(eq \f(x1+x2,2))<0,即f(eq \f(x1+x2,2))<f(lna),
因为f(x)=ex-a单调递增,所以只需证eq \f(x1+x2,2)<lna,亦即x2>2lna-x1,
只要证明f(x2)=f(x1)>f(2lna-x1)即可;令g(x)=f(x)-f(2lna-x)(x<lna),则
g(x)=f(x)-f(2lna-x1)=ex-eq \f(a2,ex)-2a<0,所以g(x)在(0,lna)上单调递减,g(x)>g(lna)=0,得证.
4.已知函数f(x)=ln x-ax+1有两个零点.
(1)求a的取值范围;
(2)设x1,x2是f(x)的两个零点,证明:f′(x1·x2)<1-a.
4.解析 (1)由f(x)=0,可得a= eq \f(1+ln x,x),
转化为函数g(x)= eq \f(1+ln x,x)与直线y=a的图象在(0,+∞)上有两个不同交点.
g′(x)= eq \f(-ln x,x2)(x>0),故当x∈(0,1)时,g′(x)>0;当x∈(1,+∞)时,g′(x)<0.
故g(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,所以g(x)max=g(1)=1.
又g eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,e)))=0,当x→+∞时,g(x)→0,
故当x∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,e)))时,g(x)<0;当x∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,e),+∞))时,g(x)>0.可得a∈(0,1).
(2)f′(x)= eq \f(1,x)-a,由(1)知x1,x2是ln x-ax+1=0的两个根,
故ln x1-ax1+1=0,ln x2-ax2+1=0⇒a= eq \f(ln x1-ln x2,x1-x2).
要证f′(x1·x2)<1-a,只需证x1·x2>1,即证ln x1+ln x2>0,即证(ax1-1)+(ax2-1)>0,即证a> eq \f(2,x1+x2),即证 eq \f(ln x1-ln x2,x1-x2)> eq \f(2,x1+x2).
不妨设0
则h(t)在(0,1)上单调递增,则h(t)
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)设f(x)的导函数为f′(x),若f(x)有两个不相同的零点x1,x2.
①求实数a的取值范围;②证明:x1f′(x1)+x2f′(x2)>2lna+2.
5.思维引导 (1)求导函数f′(x),对a分类讨论,确定导函数的正负,即可得到f(x)的单调性;
(2)①根据第(1)问的函数f(x)的单调性,确定a>0,且f(x)min=f(a)<0,求得a的取值范围,再用零点判定定理证明根的存在性.②对所要证明的结论分析,问题转化为证明x1x2>a2,不妨设0
解析 (1)f(x)的定义域为(0,+∞),且f′(x)=eq \f(x-a,x2).
当a≤0时,f′(x)>0成立,所以f(x)在(0,+∞)为增函数;
当a>0时,(i)当x>a时,f′(x)>0,所以f(x)在(a,+∞)上为增函数;
(ii)当0
当a>0时,f(x)的最小值为f(a),依题意知f(a)=1+lna<0,解得0一方面,由于1>a,f(1)=a>0,f(x)在(a,+∞)为增函数,且函数f(x)的图像在(a,1)上不间断.
所以f(x)在(a,+∞)上有唯一的一个零点.
另一方面,因为0当0geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,e)))=e-2>0又f(a)<0,f(x)在(0,a)为减函数,且函数f(x)的图像在(a2,a)上不间断.
所以f(x)在(0,a)有唯一的一个零点.
综上,实数a的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,e))).
②设p=x1f′(x1)+x2f′(x2)=1-eq \f(a,x1)+1-eq \f(a,x2)=2-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,x1)+\f(a,x2))).又lnx1+eq \f(a,x1)=0,lnx2+eq \f(a,x2)=0,则p=2+ln(x1x2).
下面证明x1x2>a2.不妨设x1
又f(x1)=f(x2)=0,即证f(eq \f(a2,x2))>f(x2).
设函数F(x)=f(eq \f(a2,x))-f(x)=eq \f(x,a)-eq \f(a,x)-2lnx+2lna(x>a).
所以F′(x)=eq \f((x-a)2,ax2)>0,所以F(x)在(a,+∞)为增函数.
所以F(x2)>F(a)=0,所以f(eq \f(a2,x2))>f(x2)成立.从而x1x2>a2成立.
所以p=2+ln(x1x2)>2lna+2,即x1f′(x1)+x2f′(x2)>2lna+2成立.
总结提升 1.第(2)①中,用零点判定定理证明f(x)在(0,a)上有一个零点是解题的一个难点,也是一个热点问题,就是当00,这里需要取关于a的代数式,取x0=a2,再证明f(a2)>0,事实上由(1)可以得到xlnx≥-eq \f(1,e),而f(a2)=eq \f(1,a)+lna2=eq \f(1+2alna,a)>0即可.
2.在(2)②中证明x1x2>a2的过程,属于构造消元构造函数方法,将两个变量x1,x2转化为证明单变量的问题,这一处理方法,在各类压轴题中,经常出现,要能领悟并加以灵活应用.
6.已知函数f(x)=ex+ax-1(a∈R).
(1)若对任意的实数x,函数y=f′(x)的图象与直线y=x有且只有两个交点,求a的取值范围;
(2)设g(x)=f(x)-eq \f(1,2)x2+1,若函数g(x)有两个极值点x1,x2,且x1
6.解析 (1) f(x)=ex+ax-1,则f′(x)=ex+a,
由已知得,函数y=ex+a的图象与直线y=x有两个交点,
即方程ex-x+a=0有两个不相等的实数解,
设h(x)=ex-x+a,则h′(x)=ex-1,令h′(x)=0,解得x=0,当x∈(-∞,0)时,h′(x) <0,h(x)单调递减,
当x∈(0,+∞)时,h′(x) >0,h(x)单调递增,
所以h(x)min=h(0)=a+1,所以a+1<0,所以a<-1,
当x→-∞时,h(x) →+∞;当x→+∞时,h(x) →+∞
所以a<-1时,函数y=f′(x)的图象与直线y=x有且只有两个交点.
(2)g(x)=f(x)-eq \f(1,2)x2+1=ex-eq \f(1,2)x2-ax,g′(x)=ex-x-a,
因为函数g(x)有两个极值点x1,x2, SKIPIF 1 < 0 方程g′(x)=0有两个不同的实数解x1,x2,
由(1)知,h(x)=ex-x+a,h(x1)=h(x2)=0,且x1<0
且得a= SKIPIF 1 < 0 -x2,所以h(-x2)= SKIPIF 1 < 0 +x2-a= SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 +2x2.
设k(x)= SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 +2x(x>0),则k′(x)=- SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 +2<0,所以k(x)在(0,+∞)上单调递减,
所以k(x)
要证g(x1)+g(x2)>2,只须证g (-x2)+g(x2)>2,
即证 SKIPIF 1 < 0 + SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 -2>0,
设r(x)= SKIPIF 1 < 0 + SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 -2,则r′(x)= SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 -2x,
令p(x)=r′(x)= SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 -2x,则p′(x)= SKIPIF 1 < 0 + SKIPIF 1 < 0 -2>0,
所以p(x)在(0,+∞)单调递增,p(x)>p(0)=0,即r′(x)>0,
所以r(x)在(0,+∞)单调递增,r(x)>r(0)=0,
故当x>0时, SKIPIF 1 < 0 + SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 -2>0,即 SKIPIF 1 < 0 + SKIPIF 1 < 0 - SKIPIF 1 < 0 -2>0,
所以g (-x2)+g(x2)>2,亦即g(x1)+g(x2)>2.
高考数学二轮复习专题42 导数中的极值点偏移问题(2份打包,教师版+原卷版): 这是一份高考数学二轮复习专题42 导数中的极值点偏移问题(2份打包,教师版+原卷版),文件包含高考数学二轮复习专题42导数中的极值点偏移问题教师版doc、高考数学二轮复习专题42导数中的极值点偏移问题原卷版doc等2份试卷配套教学资源,其中试卷共27页, 欢迎下载使用。
高考数学二轮专题大题优练12 导数极值点偏移问题(2份打包,教师版+原卷版): 这是一份高考数学二轮专题大题优练12 导数极值点偏移问题(2份打包,教师版+原卷版),文件包含高考数学二轮专题大题优练12导数极值点偏移问题原卷版doc、高考数学二轮专题大题优练12导数极值点偏移问题教师版doc等2份试卷配套教学资源,其中试卷共19页, 欢迎下载使用。
2023高考数学二轮专题导数38讲 专题26 极值点偏移之其他型不等式的证明: 这是一份2023高考数学二轮专题导数38讲 专题26 极值点偏移之其他型不等式的证明,共10页。