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一、观察函数式,充分利用函数单调性,确立解题路径
【例1】已知函数f(x)=lnx-ax2+x(a∈R).
(1)求a的最大值,使函数f(x)在(0,+∞)内是单调函数;
(2)若对于任意的x∈(0,+∞),总有f(x)≤0,求a的取值范围.
解:(1)当a≤0时,f(x)在(0,+∞)内单调递增.
当a>0时,
方程-2ax2+x+1=0判别式Δ=1+8a>0,它有两个不等实根x1、x2(x1<x2),因为x1x2=-<0,所以x1<0<x2.
当x∈(0,x2)时,f'(x)>0;当x∈(x2,+∞)时,f'(x)<0,f(x)在(0,+∞)内不是单调函数。
综上,a的最大值为0.
(2)由f(1)=1-a知,当a<1时,f(x)≤0不恒成立.
当a≥1时,由f'(x2)=0,知ax22,
∴f(x2)=lnx2-ax22+x2=lnx2-+x2=lnx2+ ,
因为f'(1)=2(1-a)≤0,由(Ⅰ)知x2≤1,且f(x2)是f(x)的最大值,
∴f(x)≤f(x2)=lnx2+.
因此,a的取值范围是[1,+∞).
观察点:问所给函数是三个函数lnx、-ax2、x的和函数,其中lnx和x在f(x)的定义域内都是增函数,当a≤0时-ax2是增函数(其中当a<0时ax2是严格递增的),可见a=0是讨论分界点。
根据第(1)问,当a≤0时,f(x)在(0,+∞)内单调递增,如果能找到一个x0,使得f(x0)>0,那么f(x)≤0就不可能恒成立,于是我们尝试取x0=1,显然f(1)=2(1-a)>0,不仅如此,只要a<1就有f(1)>0,这大大地减轻了解题负担!
二、观察函数与导数式子结构,透视变化规律,策划解题布局
【例2】(2006年高考·全国卷Ⅰ)已知函数f(x)=.
(1)设a>0,讨论y=f(x)的单调性;
(2)若对任意x∈(0,1)恒有f(x)>1,求a的取值范围.
解:(1)f(x)的定义域为(-∞,1)∪(1,+∞).对f(x)求导数得f'(x)= .
其中(1-x)2>0,e-ax>0.
(ⅰ)当0<a≤2时,ax2+2-a≥0(当且仅当a=2且x=0时取“=”号),所以f(x)在(-∞,1),(1,+∞)为增函数。
(ⅱ)当a>2时,0< <1,令f'(x)=0
得.
当x变化时,f'(x)和f(x)的变化情况如下表:
f(x)在(-∞,x1),(x2,1),(1,+∞)为增函数;f(x)在(x1,x2)为减函数.
(2)(ⅰ)当0<a≤2时,由(1)知,对任意x∈(0,1)恒有f(x)>f(0)=1.
(ⅱ)当a>2时,取x0= x2∈(0,1),则由(1)知,f(x0)<f(0)=1.
(ⅲ)当a≤0时,对任意x∈(0,1),恒有 且e-ax≥1,得f(x)=.
综上当且仅当a∈(-∞,2]时,对任意x∈(0,1),恒有f(x)>1.
观察点:本题所给函数有一个间断点x=1,这是需要注意的.在求f(x)的单调区间时,充分观察到f'(x)的分子恒为非负,且至多有一个x0使得f'(x0)=0的条件,这就保证了f(x)在一个区间上的严格单调性。第(1)问研究了当a>0时函数的单调性,这为第(2)问提供了一个解题环境,对于a≤0的情形期待通过观察解决。
三、数形结合观察,利用图象走向,探求解题途径
【例3】(2008年高考·全国卷Ⅱ)设函数f(x)= .
(1)求f(x)的单调区间;
(2)如果对任何x≥0,都有f(x)≤ax,求a的取值范围.
因此f(x)在每一个区间()(k∈Z)是增函数,
f(x)在每一个区间()(k∈Z)是减函数.
(2)令g(x)=ax-f(x),则
故当a≥ 时,g'(x)≥0,又g(0)=0,所以当x≥0时,g(x)≥g(0)=0,即f(x)≤ax.
当a≤0时,有
当0<a< 时,在区间(0,π)内,2+cosx<3,sinx>0,则f(x)>,
令h(x)=-ax,则h'(x)= (cosx-3a).
故当x∈[0,arccos3a)时,h'(x)>0.因此h(x)在[0,arccos3a)时上单调增加.
故当x∈(0,arccos3a)时,h(x)>h(0)=0,即>ax.
于是,当x∈(0,arccos3a)时,
因此,a的取值范围是[ ,+∞).
(作者单位:河北滦南一中)
【例1】已知函数f(x)=lnx-ax2+x(a∈R).
(1)求a的最大值,使函数f(x)在(0,+∞)内是单调函数;
(2)若对于任意的x∈(0,+∞),总有f(x)≤0,求a的取值范围.
解:(1)当a≤0时,f(x)在(0,+∞)内单调递增.
当a>0时,
方程-2ax2+x+1=0判别式Δ=1+8a>0,它有两个不等实根x1、x2(x1<x2),因为x1x2=-<0,所以x1<0<x2.
当x∈(0,x2)时,f'(x)>0;当x∈(x2,+∞)时,f'(x)<0,f(x)在(0,+∞)内不是单调函数。
综上,a的最大值为0.
(2)由f(1)=1-a知,当a<1时,f(x)≤0不恒成立.
当a≥1时,由f'(x2)=0,知ax22,
∴f(x2)=lnx2-ax22+x2=lnx2-+x2=lnx2+ ,
因为f'(1)=2(1-a)≤0,由(Ⅰ)知x2≤1,且f(x2)是f(x)的最大值,
∴f(x)≤f(x2)=lnx2+.
因此,a的取值范围是[1,+∞).
观察点:问所给函数是三个函数lnx、-ax2、x的和函数,其中lnx和x在f(x)的定义域内都是增函数,当a≤0时-ax2是增函数(其中当a<0时ax2是严格递增的),可见a=0是讨论分界点。
根据第(1)问,当a≤0时,f(x)在(0,+∞)内单调递增,如果能找到一个x0,使得f(x0)>0,那么f(x)≤0就不可能恒成立,于是我们尝试取x0=1,显然f(1)=2(1-a)>0,不仅如此,只要a<1就有f(1)>0,这大大地减轻了解题负担!
二、观察函数与导数式子结构,透视变化规律,策划解题布局
【例2】(2006年高考·全国卷Ⅰ)已知函数f(x)=.
(1)设a>0,讨论y=f(x)的单调性;
(2)若对任意x∈(0,1)恒有f(x)>1,求a的取值范围.
解:(1)f(x)的定义域为(-∞,1)∪(1,+∞).对f(x)求导数得f'(x)= .
其中(1-x)2>0,e-ax>0.
(ⅰ)当0<a≤2时,ax2+2-a≥0(当且仅当a=2且x=0时取“=”号),所以f(x)在(-∞,1),(1,+∞)为增函数。
(ⅱ)当a>2时,0< <1,令f'(x)=0
得.
当x变化时,f'(x)和f(x)的变化情况如下表:
f(x)在(-∞,x1),(x2,1),(1,+∞)为增函数;f(x)在(x1,x2)为减函数.
(2)(ⅰ)当0<a≤2时,由(1)知,对任意x∈(0,1)恒有f(x)>f(0)=1.
(ⅱ)当a>2时,取x0= x2∈(0,1),则由(1)知,f(x0)<f(0)=1.
(ⅲ)当a≤0时,对任意x∈(0,1),恒有 且e-ax≥1,得f(x)=.
综上当且仅当a∈(-∞,2]时,对任意x∈(0,1),恒有f(x)>1.
观察点:本题所给函数有一个间断点x=1,这是需要注意的.在求f(x)的单调区间时,充分观察到f'(x)的分子恒为非负,且至多有一个x0使得f'(x0)=0的条件,这就保证了f(x)在一个区间上的严格单调性。第(1)问研究了当a>0时函数的单调性,这为第(2)问提供了一个解题环境,对于a≤0的情形期待通过观察解决。
三、数形结合观察,利用图象走向,探求解题途径
【例3】(2008年高考·全国卷Ⅱ)设函数f(x)= .
(1)求f(x)的单调区间;
(2)如果对任何x≥0,都有f(x)≤ax,求a的取值范围.
因此f(x)在每一个区间()(k∈Z)是增函数,
f(x)在每一个区间()(k∈Z)是减函数.
(2)令g(x)=ax-f(x),则
故当a≥ 时,g'(x)≥0,又g(0)=0,所以当x≥0时,g(x)≥g(0)=0,即f(x)≤ax.
当a≤0时,有
当0<a< 时,在区间(0,π)内,2+cosx<3,sinx>0,则f(x)>,
令h(x)=-ax,则h'(x)= (cosx-3a).
故当x∈[0,arccos3a)时,h'(x)>0.因此h(x)在[0,arccos3a)时上单调增加.
故当x∈(0,arccos3a)时,h(x)>h(0)=0,即>ax.
于是,当x∈(0,arccos3a)时,
因此,a的取值范围是[ ,+∞).
(作者单位:河北滦南一中)