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6.2 常见题型总结

导数在函数零点与不等式中的应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
先会这个
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 梳理导数核心考点,构建“单调性、极值、最值、不等式、方程”五大题型解题模型与通法。

从哪来 本知识点建立在 4.2 导数与单调性、4.3 导数与极值、5.4 导数与不等式、5.3 导数与方程、5.2 含参数的导数问题 之上。

为什么 导数题目看似千变万化,实则核心逻辑只有两条:一是利用 $f'(x)$ 的符号判断 $f(x)$ 的增减趋势(定性);二是通过 $f'(x)=0$ 寻找临界点并分析其性质(定量)。 之所以要总结题型,是因为学生往往陷入“见题算题”的低效循环。通过归纳,将复杂的含参讨论、不等式证明转化为标准的“分类讨论”和“构造函数”流程,能降低认知负荷,将零散的计算技巧升华为结构化的思维路径。例如,无论是求最值还是证不等式,本质都是“求导-判号-定界-比较”这一闭环的不同变体。

【模型归纳法】** **适合学生
基础扎实,但解题缺乏条理、容易漏掉分类讨论情况的学生。 操作: 1. 列出“导数五大题型”清单:①求单调区间;②求极值/最值;③含参讨论;④证明不等式;⑤讨论零点个数。 2. 为每个题型提炼“标准动作”。例如“含参讨论”的标准动作是:求导 $\rightarrow$ 令 $f'(x)=0$ $\rightarrow$ 分析根的存在性与大小 $\rightarrow$ 列表讨论 $\rightarrow$ 得出结论。 3. 强调“列表法”的重要性,强制学生在草稿纸上画出 $x, f'(x), f(x)$ 的对应表,避免口头推导导致的逻辑跳跃。
【逆向拆解法】** **适合学生
思维活跃,喜欢探究本质,但容易在复杂计算中迷失方向的学生。 操作: 1. 从结论倒推。例如遇到“证明 $f(x) \ge 0$”,问学生:“要证这个,需要知道 $f(x)$ 的最小值是多少?” 2. 继续倒推:“求最小值,需要先知道单调性,进而需要知道 $f'(x)$ 的符号。” 3. 再倒推:“$f'(x)$ 的符号取决于参数 $a$ 的范围,所以第一步必须讨论 $a$。” 4. 通过这种“目标导向”的拆解,让学生明白每一步计算的目的,而不是机械地求导。
【对比辨析法】** **适合学生
容易混淆概念,对“极值”与“最值”、“零点”与“极值点”界限不清的学生。 操作: 1. 选取两组极易混淆的题目进行对比。 * 组1:求 $f(x)$ 的极值 vs 求 $f(x)$ 在区间 $[a,b]$ 上的最大值。 * 组2:讨论 $f(x)=0$ 的根的个数 vs 讨论 $f(x)$ 的极值点个数。 2. 引导学生对比两者的区别:前者关注局部性质,后者关注全局性质;前者看 $f'(x)$ 变号,后者看 $f(x)$ 与 $x$ 轴交点。 3. 通过对比,强化“定义域”和“端点”在解题中的关键作用,纠正“只看导数零点”的错误习惯。
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练一道
基础题
已知函数 $f(x) = x^3 - 3x + 1$。 (1) 求 $f(x)$ 的单调区间; (2) 求 $f(x)$ 在区间 $[-2, 2]$ 上的最大值和最小值。
变式
已知函数 $f(x) = x^3 - ax^2 + 1$。 (1) 若 $f(x)$ 在 $(0, 2)$ 上单调递减,求实数 $a$ 的取值范围; (2) 若 $f(x)$ 在 $[1, 2]$ 上的最小值为 $-1$,求实数 $a$ 的值。
看解答过程
(1) 求导:$f'(x) = 3x^2 - 3 = 3(x-1)(x+1)$。 令 $f'(x) > 0$,得 $x < -1$ 或 $x > 1$;令 $f'(x) < 0$,得 $-1 < x < 1$。 所以,单调递增区间为 $(-\infty, -1)$ 和 $(1, +\infty)$;单调递减区间为 $(-1, 1)$。 (2) 在区间 $[-2, 2]$ 上,需比较端点值和极值点值。 极值点为 $x = -1$ 和 $x = 1$。 计算各点函数值: $f(-2) = (-2)^3 - 3(-2) + 1 = -8 + 6 + 1 = -1$ $f(-1) = (-1)^3 - 3(-1) + 1 = -1 + 3 + 1 = 3$ (极大值) $f(1) = 1^3 - 3(1) + 1 = 1 - 3 + 1 = -1$ (极小值) $f(2) = 2^3 - 3(2) + 1 = 8 - 6 + 1 = 3$ 比较可知:最大值为 3,最小值为 -1。
试试手自己判
检测题
已知函数 $f(x) = e^x - ax$。 (1) 若 $f(x)$ 在 $\mathbb{R}$ 上单调递增,求 $a$ 的取值范围; (2) 若 $f(x)$ 有两个零点,求 $a$ 的取值范围。
看答案和判分标准
答案:(1) $a \le 1$ (2) $a > 1$
判对标准:
1. 第一问:学生需写出 $f'(x) = e^x - a$。指出 $f'(x) \ge 0$ 恒成立 $\Rightarrow a \le e^x$ 恒成立 $\Rightarrow a \le (e^x)_{min}$。由于 $e^x > 0$ 无最小值,但下确界为0?不对,$e^x$ 在 $\mathbb{R}$ 上无最小值,但 $f'(x)$ 需恒非负。
*修正思考*:$f'(x) = e^x - a$。若 $a \le 0$,则 $e^x - a > 0$ 恒成立,单调递增。若 $a > 0$,则 $f'(x)$ 有零点 $x = \ln a$,在 $(-\infty, \ln a)$ 上 $f'(x) < 0$,不满足单调递增。
*正确推导*:$f'(x) \ge 0$ 对 $\forall x \in \mathbb{R}$ 成立 $\Rightarrow a \le e^x$ 对 $\forall x \in \mathbb{R}$ 成立。因为 $e^x$ 的值域是 $(0, +\infty)$,所以 $a$ 必须小于等于 $e^x$ 的下确界?不,是 $a$ 必须小于等于 $e^x$ 的最小值?$e^x$ 没有最小值。
*再修正*:$f'(x) = e^x - a$。若 $a \le 0$,显然 $f'(x) > 0$。若 $a > 0$,则存在 $x < \ln a$ 使得 $e^x < a$,即 $f'(x) < 0$。所以必须 $a \le 0$?
*等等,通常这类题是 $f(x)=e^x - ax$ 在 $\mathbb{R}$ 单调递增,意味着 $f'(x) \ge 0$ 恒成立。即 $e^x \ge a$ 恒成立。因为 $e^x > 0$,所以 $a$ 必须 $\le 0$ 吗?*
*让我们重新检查导数*:$f'(x) = e^x - a$。
如果 $a=1$, $f'(x)=e^x-1$。当 $x<0$ 时 $f'(x)<0$,递减。所以 $a=1$ 不行。
如果 $a=0$, $f'(x)=e^x > 0$,递增。
如果 $a=-1$, $f'(x)=e^x+1 > 0$,递增。
所以第一问答案应为 $a \le 0$。
*常见陷阱*:很多学生会误以为 $a \le 1$(混淆了极值点 $x=0$ 时的切线斜率)。
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