“函数与导数”大题常考的3类题型
一、学前明考情——考什么、怎么考
[真题尝试]
1.(2017·全国卷Ⅲ)已知函数f (x )=ln x +ax 2+(2a +1)x .
(1)讨论f (x )的单调性;
(2)当a <0时,证明f (x )≤-34a
-2. 解:(1)f (x )的定义域为(0,+∞),
f ′(x )=1x +2ax +2a +1=(x +1)(2ax +1)x
. 若a ≥0,则当x ∈(0,+∞)时,f ′(x )>0,
故f (x )在(0,+∞)上单调递增.
若a <0,则当x ∈?
???0,-12a 时,f ′(x )>0; 当x ∈???
?-12a ,+∞时,f ′(x )<0. 故f (x )在????0,-12a 上单调递增,在???
?-12a ,+∞上单调递减. (2)证明:由(1)知,当a <0时,f (x )在x =-12a 处取得最大值,最大值为f ????-12a =ln ????-12a -1-14a
. 所以f (x )≤-34a -2等价于ln ????-12a -1-14a ≤-34a
-2,即ln ????-12a +12a +1≤0. 设g (x )=ln x -x +1,则g ′(x )=1x -1.
当x ∈(0,1)时,g ′(x )>0;当x ∈(1,+∞)时,g ′(x )<0.所以g (x )在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减.
故当x =1时,g (x )取得最大值,最大值为g (1)=0.
所以当x >0时,g (x )≤0.
从而当a <0时,ln ????-12a +12a
+1≤0, 即f (x )≤-34a
-2. 2.(2018·全国卷Ⅱ)已知函数f (x )=e x -ax 2.
(1)若a =1,证明:当x ≥0时,f (x )≥1;
(2)若f (x )在(0,+∞)只有一个零点,求a .
解:(1)证明:当a =1时,f (x )≥1等价于(x 2+1)e -
x -1≤0. 设函数g (x )=(x 2+1)e -
x -1, 则g ′(x )=-(x 2-2x +1)e -x =-(x -1)2e -
x . 当x ≠1时,g ′(x )<0,
所以g (x )在(0,+∞)上单调递减.
而g (0)=0,故当x ≥0时,g (x )≤0,即f (x )≥1.
(2)设函数h (x )=1-ax 2e -
x . f (x )在(0,+∞)上只有一个零点等价于h (x )在(0,+∞)上只有一个零点.
(ⅰ)当a ≤0时,h (x )>0,h (x )没有零点;
(ⅱ)当a >0时,h ′(x )=ax (x -2)e -
x . 当x ∈(0,2)时,h ′(x )<0;
当x ∈(2,+∞)时,h ′(x )>0.
所以h (x )在(0,2)上单调递减,
在(2,+∞)上单调递增.
故h (2)=1-4a e 2是h (x )在(0,+∞)上的最小值. ①当h (2)>0,即a 时,h (x )在(0,+∞)上没有零点. ②当h (2)=0,即a =e 24 时,h (x )在(0,+∞)上只有一个零点. ③当h (2)<0,即a >e 24 时, 因为h (0)=1,所以h (x )在(0,2)上有一个零点. 由(1)知,当x >0时,e x >x 2, 所以h (4a )=1-16a 3e 4a =1-16a 3(e 2a )2>1-16a 3(2a )4=1-1a >0, 故h (x )在(2,4a )上有一个零点. 因此h (x )在(0,+∞)上有两个零点. 综上,当f (x )在(0,+∞)上只有一个零点时,a =e 24 . 3.(2018·全国卷Ⅰ)已知函数f (x )=a e x -ln x -1. (1)设x =2是f (x )的极值点,求a ,并求f (x )的单调区间; (2)证明:当a ≥1e 时,f (x )≥0. 解:(1)f (x )的定义域为(0,+∞),f ′(x )=a e x -1x . 由题设知,f ′(2)=0,所以a =12e 2. 从而f (x )=12e 2e x -ln x -1,f ′(x )=12e 2e x -1x . 可知f ′(x )在(0,+∞)上单调递增,又f ′(2)=0, 所以当0 所以f (x )的单调递减区间为(0,2),单调递增区间为(2,+∞). (2)证明:当a ≥1e 时,f (x )≥e x e -ln x -1. 设g (x )=e x e -ln x -1,则g ′(x )=e x e -1x . 可知g ′(x )在(0,+∞)上单调递增,且g ′(1)=0, 所以当0 所以x =1是g (x )的最小值点. 故当x >0时,g (x )≥g (1)=0. 因此,当a ≥1e 时,f (x )≥0. [把握考情] 二、课堂研题型——怎么办、提知能 1、利用导数研究函数的单调性 利用导数研究函数的单调性是高考的热点和重点,一般为解答题的第一问,若不含参数,难度一般,若含参数,则较难. 常见的考法有:(1)求函数的单调区间.(2)讨论函数的单调性.(3)由函数的单调性求参数. 考法一 求函数的单调区间 [例1] (2018·湘东五校联考节选)已知函数f (x )=(ln x -k -1)x (k ∈R).当x >1时,求f (x )的单调区间. [解] f ′(x )=1x ·x +ln x -k -1=ln x -k , ①当k ≤0时,因为x >1,所以f ′(x )=ln x -k >0, 所以函数f (x )的单调递增区间是(1,+∞),无单调递减区间. ②当k >0时,令ln x -k =0,解得x =e k , 当1 所以函数f (x )的单调递减区间是(1,e k ),单调递增区间是(e k ,+∞). 综上所述,当k ≤0时,函数f (x )的单调递增区间是(1,+∞),无单调递减区间;当k >0时,函数f (x )的单调递减区间是(1,e k ),单调递增区间是(e k ,+∞). [方法技巧] 利用导数求函数单调区间的方法 (1)当导函数不等式可解时,解不等式f ′(x )>0或f ′(x )<0求出单调区间. (2)当方程f ′(x )=0可解时,解出方程的实根,依照实根把函数的定义域划分为几个区间,确定各区间f ′(x )的符号,从而确定单调区间. (3)若导函数的方程、不等式都不可解,根据f ′(x )结构特征,利用图象与性质确定f ′(x )的符号,从而确定单调区间. [针对训练] (2019·湖南、江西十四校联考)已知f (x )=(x 2-ax )ln x -32 x 2+2ax ,求f (x )的单调递减区间. 解:易得f (x )的定义域为(0,+∞), f ′(x )=(2x -a )ln x +x -a -3x +2a =(2x -a )ln x -(2x -a )=(2x -a )(ln x -1), 令f ′(x )=0得x =a 2 或x =e. 当a ≤0时,因为x >0,所以2x -a >0, 令f ′(x )<0得x 当a >0时, ①若a 2 ②若a 2 =e ,即a =2e ,当x ∈(0,+∞)时,f ′(x )≥0恒成立,f (x )没有单调递减区间; ③若a 2 >e ,即a >2e ,当x ∈(0,e)时,f ′(x )>0,当x ∈????e ,a 2时,f ′(x )<0,当x ∈????a 2,+∞时,f ′(x )>0,所以f (x )的单调递减区间为??? ?e ,a 2. 综上所述,当a ≤0时,f (x )的单调递减区间为(0,e);当0 时,f (x )无单调递减区间;当a >2e 时,f (x )的单调递减区间为??? ?e ,a 2. 考法二 讨论函数的单调性 [例2] 已知函数f (x )=ln x +1ax -1a (a ∈R 且a ≠0),讨论函数f (x )的单调性. [解] f ′(x )=ax -1ax 2 (x >0), ①当a <0时,f ′(x )>0恒成立, ∴函数f (x )在(0,+∞)上单调递增. ②当a >0时,由f ′(x )=ax -1ax 2>0,得x >1a ; 由f ′(x )=ax -1ax 2<0,得0 ?0,1a 上单调递减. 综上所述,当a <0时,函数f (x )在(0,+∞)上单调递增; 当a >0时,函数f (x )在????1a ,+∞上单调递增,在??? ?0,1a 上单调递减. [方法技巧] 讨论函数f (x )单调性的步骤 (1)确定函数f (x )的定义域; (2)求导数f ′(x ),并求方程f ′(x )=0的根; (3)利用f ′(x )=0的根将函数的定义域分成若干个子区间,在这些子区间上讨论f ′(x )的正负,由符号确定f (x )在该区间上的单调性. [提醒] 研究含参数函数的单调性时,需注意依据参数取值对不等式解集的影响进行分类讨论. [针对训练] 已知函数f (x )=1-ln x +a 2x 2-ax (a ∈R),讨论函数f (x )的单调性. 解:函数f (x )的定义域为(0,+∞), f ′(x )=-1x +2a 2x -a =2a 2x 2-ax -1x =(2ax +1)(ax -1)x . ①若a =0,则f ′(x )<0,f (x )在(0,+∞)上单调递减. ②若a >0,则当x =1a 时,f ′(x )=0, 当0 当x >1a 时,f ′(x )>0. 故f (x )在????0,1a 上单调递减,在??? ?1a ,+∞上单调递增. ③若a <0,则当x =-12a 时,f ′(x )=0, 当0 时,f ′(x )<0; 当x >-12a 时,f ′(x )>0. 故f (x )在????0,-12a 上单调递减,在??? ?-12a ,+∞上单调递增. 综上所述,当a =0时,f (x )在(0,+∞)上单调递减; 当a >0时,f (x )在????0,1a 上单调递减,在??? ?1a ,+∞上单调递增; 当a <0时,f (x )在????0,-12a 上单调递减,在??? ?-12a ,+∞上单调递增. 考法三 由函数的单调性求参数 [例3] 设函数f (x )=13x 3-a 2 x 2+bx +c ,曲线y =f (x )在点(0,f (0))处的切线方程为y =1. (1)求b ,c 的值; (2)设函数g (x )=f (x )+2x ,且g (x )在区间(-2,-1)内存在单调递减区间,求实数a 的取值范围. [解] (1)f ′(x )=x 2-ax +b , 由题意得????? f (0)=1,f ′(0)=0,即????? c =1,b =0. (2)由(1)知f (x )=13x 3-a 2 x 2+1, 则g ′(x )=x 2-ax +2,依题意,存在x ∈(-2,-1), 使不等式g ′(x )=x 2-ax +2<0成立, 即x ∈(-2,-1)时,a ?? ?x +2x max =-22, 当且仅当x =2x ,即x =-2时等号成立. 所以满足要求的a 的取值范围是(-∞,-22). [方法技巧] 由函数的单调性求参数的取值范围的方法 (1)由可导函数f (x )在D 上单调递增(或递减)求参数范围问题,可转化为f ′(x )≥0(或f ′(x )≤0)对x ∈D 恒成立问题,再参变分离,转化为求最值问题,要注意“=”是否取到. (2)可导函数在某一区间上存在单调区间,实际上就是f ′(x )>0(或f ′(x )<0)在该区间上存在解集,这样就把函数的单调性问题转化成不等式问题. (3)若已知f (x )在区间I 上的单调性,区间I 中含有参数时,可先求出f (x )的单调区间,令I 是其单调区间的子集,从而可求出参数的取值范围. [针对训练] 已知函数f (x )=a ln x +12 x 2+(a +1)x +3. (1)当a =-1时,求函数f (x )的单调递减区间; (2)若函数f (x )在区间(0,+∞)上是增函数,求实数a 的取值范围. 解:(1)当a =-1时,f (x )=-ln x +12 x 2+3,定义域为(0,+∞), 则f ′(x )=-1x +x =x 2-1x . 由????? f ′(x )<0,x >0,得0<x <1. 所以函数f (x )的单调递减区间为(0,1). (2)法一:因为函数f (x )在(0,+∞)上是增函数, 所以f ′(x )=a x +x +a +1≥0在(0,+∞)上恒成立, 所以x 2+(a +1)x +a ≥0,即(x +1)(x +a )≥0在(0,+∞)上恒成立. 因为x +1>0,所以x +a ≥0对x ∈(0,+∞)恒成立, 所以a ≥0,故实数a 的取值范围是[0,+∞). 法二:因为函数f (x )在(0,+∞)上是增函数, 所以f ′(x )=a x +x +a +1≥0在(0,+∞)上恒成立, 即x 2+(a +1)x +a ≥0在(0,+∞)上恒成立. 令g (x )=x 2+(a +1)x +a , 因为Δ=(a +1)2-4a ≥0恒成立, 所以????? -a +12≤0,g (0)≥0, 即a ≥0, 所以实数a 的取值范围是[0,+∞). 2、利用导数研究函数的零点或方程根 [典例] (2019·安徽十大名校联考)设函数f (x )=e x -x 2-ax -1(e 为自然对数的底数),a ∈R. (1)证明:当a <2-2ln 2时,f ′(x )没有零点; (2)当x >0时,f (x )+x ≥0恒成立,求a 的取值范围. [解] (1)证明:∵f ′(x )=e x -2x -a ,令g (x )=f ′(x ), ∴g ′(x )=e x -2.令g ′(x )<0,解得x 令g ′(x )>0,解得x >ln 2, ∴f ′(x )在(-∞,ln 2)上单调递减,在(ln 2,+∞)上单调递增, ∴f ′(x )min =f ′(ln 2)=2-2ln 2-a . 当a <2-2ln 2时,f ′(x )min >0, ∴f ′(x )的图象恒在x 轴上方,∴f ′(x )没有零点. (2)当x >0时,f (x )+x ≥0恒成立,即e x -x 2-ax +x -1≥0恒成立, ∴ax ≤e x -x 2+x -1,即a ≤e x x -x -1x +1恒成立. 令h (x )=e x x -x -1x +1(x >0), 则h ′(x )=(x -1)(e x -x -1)x 2 . 当x >0时,e x -x -1>0恒成立, 令h ′(x )<0,解得0 ∴h (x )在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增, ∴h (x )min =h (1)=e -1. ∴a 的取值范围是(-∞,e -1]. [方法技巧] 利用导数研究方程根(函数零点)的技巧 (1)研究方程根的情况,可以通过导数研究函数的单调性、最大值、最小值、变化趋势等; (2)根据题目要求,画出函数图象的走势规律,标明函数极(最)值的位置; (3)利用数形结合的思想去分析问题,可以使问题的求解有一个清晰、直观的整体展现. [针对训练] (2019·武汉调研)已知函数f (x )=e x -ax -1(a ∈R)(e =2.718 28…是自然对数的底数). (1)求f (x )的单调区间; (2)讨论g (x )=f (x )??? ?x -12在区间[0,1]上零点的个数. 解:(1)∵f (x )=e x -ax -1,∴f ′(x )=e x -a ,当a ≤0时,f ′(x )>0恒成立, ∴f (x )的单调递增区间为(-∞,+∞),无单调递减区间; 当a >0时,令f ′(x )<0,得x 令f ′(x )>0,得x >ln a , ∴f (x )的单调递减区间为(-∞,ln a ),单调递增区间为(ln a ,+∞). (2)令g (x )=0,得f (x )=0或x =12 , 先考虑f (x )在区间[0,1]上的零点个数, ①当a ≤1时,f (x )在[0,1]上单调递增且f (0)=0, ∴f (x )在[0,1]上有一个零点; ②当a ≥e 时,f (x )在[0,1]上单调递减且f (0)=0, ∴f (x )在[0,1]上有一个零点; ③当1 而f (1)=e -a -1,当e -a -1≥0,即1 当e -a -1<0,即e -1 当x =12 时,由f ????12=0得a =2(e -1). ∴当a ≤1或a >e -1或a =2(e -1)时,g (x )在[0,1]上有两个零点; 当1 3、利用导数研究不等式 导数在不等式中的应用问题是每年高考的必考内容,且以解答题的形式考查,难度较大,属中、高档题. 常见的考法有:(1)证明不等式.(2)不等式恒成立问题.(3)存在型不等式成立问题. 考法一 证明不等式 [例1] (2018·全国卷Ⅲ)已知函数f (x )=ax 2+x -1e x . (1)求曲线y =f (x )在点(0,-1)处的切线方程; (2)证明:当a ≥1时,f (x )+e ≥0. [解] (1)因为f ′(x )=-ax 2+(2a -1)x +2e x , 所以f ′(0)=2,f (0)=-1, 所以曲线y =f (x )在(0,-1)处的切线方程是y +1=2x ,即2x -y -1=0. (2)证明:当a ≥1时, f (x )+e ≥(x 2+x -1+e x +1)e - x . 令g (x )=x 2+x -1+e x + 1, 则g′(x)=2x+1+e x+1. 当x<-1时,g′(x)<0,g(x)单调递减; 当x>-1时,g′(x)>0,g(x)单调递增. 所以g(x)≥g(-1)=0. 因此f(x)+e≥0. [方法技巧] 1.利用导数证明不等式f(x)>g(x)的基本方法 (1)若f(x)与g(x)的最值易求出,可直接转化为证明f(x)min>g(x)max; (2)若f(x)与g(x)的最值不易求出,可构造函数h(x)=f(x)-g(x),然后根据函数h(x)的单调性或最值,证明h(x)>0. 2.证明不等式时的一些常见结论 (1)ln x≥x-1,等号当且仅当x=1时取到; (2)e x≥x+1,等号当且仅当x=0时取到; (3)ln x (4)x x+1 ≤ln(x+1)≤x,x>-1,等号当且仅当x=0时取到. [针对训练] (2018·广西柳州毕业班摸底)已知函数f(x)=ax+x ln x在x=e-2(e为自然对数的底数)处取得极小值. (1)求实数a的值; (2)当x>1时,求证:f(x)>3(x-1). 解:(1)因为f(x)=ax+x ln x, 所以f′(x)=a+ln x+1, 因为函数f(x)在x=e-2处取得极小值, 所以f′(e-2)=0,即a+ln e-2+1=0, 所以a=1,所以f′(x)=ln x+2. 当f′(x)>0时,x>e-2;当f′(x)<0时,0 所以f(x)在(0,e-2)上单调递减,在(e-2,+∞)上单调递增, 所以f(x)在x=e-2处取得极小值,符合题意,所以a=1. (2)证明:由(1)知a=1,所以f(x)=x+x ln x. 令g(x)=f(x)-3(x-1), 即g(x)=x ln x-2x+3(x>0). g′(x)=ln x-1,由g′(x)=0,得x=e. 由g′(x)>0,得x>e;由g′(x)<0,得0 所以g(x)在(0,e)上单调递减,在(e,+∞)上单调递增, 所以g(x)在(1,+∞)上的最小值为g(e)=3-e>0. 于是在(1,+∞)上,都有g(x)≥g(e)>0,所以f(x)>3(x-1). 考法二不等式恒成立问题 [例2] (2019·安徽江淮十校联考)已知函数f (x )=x ln x (x >0). (1)求f (x )的单调区间和极值; (2)若对任意x ∈(0,+∞),f (x )≥-x 2+mx -32 恒成立,求实数m 的最大值. [解] (1)由题意知f ′(x )=ln x +1, 令f ′(x )>0,得x >1e ,令f ′(x )<0,得0 , ∴f (x )的单调递增区间是????1e ,+∞,单调递减区间是??? ?0,1e , f (x )在x =1e 处取得极小值,极小值为f ????1e =-1e ,无极大值. (2)由f (x )≥-x 2+mx -32 及f (x )=x ln x , 得m ≤2x ln x +x 2+3x , 问题转化为m ≤????2x ln x +x 2 +3x min . 令g (x )=2x ln x +x 2+3x (x >0), 则g ′(x )=2x +x 2-3x 2 , 由g ′(x )>0?x >1,由g ′(x )<0?0 所以g (x )在(0,1)上是减函数,在(1,+∞)上是增函数, 所以g (x )min =g (1)=4, 即m ≤4,所以m 的最大值是4. [方法技巧] 不等式恒成立问题的求解策略 (1)已知不等式f (x ,λ)≥0(λ为实参数)对任意的x ∈D 恒成立,求参数λ的取值范围.利用导数解决此类问题可以运用分离参数法,其一般步骤如下: (2)如果无法分离参数,可以考虑对参数或自变量进行分类讨论求解,如果是二次不等式恒成立的问题,可以考虑二次项系数与判别式的方法(a >0,Δ<0或a <0,Δ<0)求解. [针对训练] 设函数f (x )=x 2+4x +2,g (x )=2e x (x +1),若x ≥-2时,f (x )≤kg (x ),求k 的取值范围. 解:令F (x )=kg (x )-f (x )=2k e x (x +1)-x 2-4x -2. F (0)=2k -2≥0?k ≥1,F (-2)=-2k e - 2+2≥0?k ≤e 2,所以1≤k ≤e 2. 由F ′(x )=2(x +2)(k e x -1)=0?x 1=-2,x 2=-ln k ≥-2. ①当k =e 2时,F ′(x )=2(x +2)(e x + 2-1)≥0, 所以F (x )在[-2,+∞)递增, 所以F (x )≥F (-2)=0. ②当1≤k F (x )min =F (-ln k )=ln k (2综上,1≤k ≤e 2. 考法三 不等式存在性问题 (1)f (x )>g (x )对x ∈I 能成立?I 与f (x )>g (x )的解集的交集不是空集?[f (x )-g (x )]max >0(x ∈I ). (2)对?x 1∈D 1,?x 2∈D 2使得f (x 1)≥g (x 2)?f (x )min ≥g (x )min ,f (x )的定义域为D 1,g (x )的定义域为D 2. [例3] (2019·云南统考)已知函数f (x )=x ln x -ax (a >0). (1)若函数f (x )在(1,+∞)上是减函数,求实数a 的最小值; (2)若?x 1,x 2∈[e ,e 2],使f (x 1)≤f ′(x 2)+a 成立,求实数a 的取值范围. [解] (1)因为f (x )在(1,+∞)上为减函数, 所以f ′(x )=ln x -1(ln x )2-a ≤0在(1,+∞)上恒成立. 所以当x ∈(1,+∞)时,f ′(x )max ≤0. 又f ′(x )=ln x -1(ln x )2-a =-????1ln x -122+14-a , 故当1ln x =12,即x =e 2时,f ′(x )max =14 -a , 所以14-a ≤0,故a ≥14,所以a 的最小值为14 . (2)“若?x 1,x 2∈[e ,e 2],使f (x 1)≤f ′(x 2)+a 成立”等价于当x ∈[e ,e 2]时,有 f (x )min ≤f ′(x )max +a , 当x ∈[e ,e 2]时,有f ′(x )max +a =14, 问题等价于:“当x ∈[e ,e 2]时,有f (x )min ≤14 ”. ①当a ≥14 时,f (x )在[e ,e 2]上为减函数, 则f (x )min =f (e 2 )=e 22-a e 2≤14,故a ≥12-14e 2. ②当0 时,由于f ′(x )=-????1ln x -122+14-a 在[e ,e 2]上为增函数, 故f ′(x )的值域为[f ′(e),f ′(e 2)],即??? ?-a ,14-a . 由f ′(x )的单调性和值域知,存在唯一x 0∈(e ,e 2),使f ′(x 0)=0,且满足: 当x ∈(e ,x 0)时,f ′(x )<0,f (x )为减函数; 当x ∈(x 0,e 2)时,f ′(x )>0,f (x )为增函数. 所以f (x )min =f (x 0)= x 0ln x 0-ax 0≤14,x 0∈(e ,e 2), 所以a ≥1ln x 0-14x 0>1ln e 2-14e >12-14=14 , 与0 矛盾,不合题意. 综上,实数a 的取值范围为??? ?12-14e 2,+∞. [方法技巧] 不等式存在性问题的求解策略 “恒成立”与“存在性”问题的求解是“互补”关系,即f (x )≥g (a )对于x ∈D 恒成立,应求f (x )的最小值;若存在x ∈D ,使得f (x )≥g (a )成立,应求f (x )的最大值.在具体问题中究竟是求最大值还是最小值,可以先联想“恒成立”是求最大值还是最小值,这样也就可以解决相应的“存在性”问题是求最大值还是最小值.特别需要关注等号是否成立,以免细节出错. [针对训练] (2019·郑州模拟)已知函数f (x )=ln x -a (x +1),a ∈R 在(1,f (1))处的切线与x 轴平行. (1)求f (x )的单调区间; (2)若存在x 0>1,当x ∈(1,x 0)时,恒有f (x )-x 22+2x +12 >k (x -1)成立,求k 的取值范围. 解:(1)由已知可得f (x )的定义域为(0,+∞). ∵f ′(x )=1x -a ,∴f ′(1)=1-a =0,∴a =1, ∴f ′(x )=1x -1=1-x x . 令f ′(x )>0,得0 ∴f (x )的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞). (2)不等式f (x )-x 22+2x +12 >k (x -1)可化为 ln x -x 22+x -12 >k (x -1). 令g (x )=ln x -x 22+x -12 -k (x -1),x >1, 则g ′(x )=1x -x +1-k =-x 2+(1-k )x +1x . ∵x >1,令h (x )=-x 2+(1-k )x +1, h (x )的对称轴为x = 1-k 2, ①当1-k 2 ≤1,即k ≥-1时,易知h (x )在(1,x 0)上单调递减, ∴h (x ) 若k ≥1,则h (x )≤0,∴g ′(x )≤0,∴g (x )在(1,x 0)上单调递减, ∴g (x ) 若-1≤k <1,则h (1)>0,∴必存在x 0使得x ∈(1,x 0)时g ′(x )>0, ∴g (x )在(1,x 0)上单调递增, ∴g (x )>g (1)=0恒成立,符合题意. ②当1-k 2 >1,即k <-1时,易知必存在x 0使得h (x )在 (1,x 0)上单调递增,∴h (x )>h (1)=1-k >0,∴g ′(x )>0, ∴g (x )在(1,x 0)上单调递增,∴g (x )>g (1)=0恒成立,符合题意. 综上,k 的取值范围是(-∞,1). [课时跟踪检测] 1.设函数f (x )=(1-x 2)e x . (1)讨论f (x )的单调性; (2)当x ≥0时,f (x )≤ax +1,求实数a 的取值范围. 解:(1)f ′(x )=(1-2x -x 2)e x , 令f ′(x )=0,得x =-1±2, 当x ∈(-∞,-1-2)时,f ′(x )<0; 当x ∈(-1-2,-1+2)时,f ′(x )>0; 当x ∈(-1+2,+∞)时,f ′(x )<0. 所以f (x )在(-∞,-1-2),(-1+2,+∞)上单调递减,在(-1-2,-1+2) 上单调递增. (2)令g (x )=f (x )-ax -1=(1-x 2)e x -(ax +1), 令x =0,可得g (0)=0.g ′(x )=(1-x 2-2x )e x -a , 令h (x )=(1-x 2-2x )e x -a ,则h ′(x )=-(x 2+4x +1)e x , 当x ≥0时,h ′(x )<0,h (x )在[0,+∞)上单调递减, 故h (x )≤h (0)=1-a ,即g ′(x )≤1-a , 要使f (x )-ax -1≤0在x ≥0时恒成立,需要1-a ≤0, 即a ≥1,此时g (x )≤g (0)=0,故a ≥1. 综上所述,实数a 的取值范围是[1,+∞). 2.(2019·重庆调研)设函数f (x )=-x 2+ax +ln x (a ∈R). (1)当a =-1时,求函数f (x )的单调区间; (2)若函数f (x )在????13,3上有两个零点,求实数a 的取值范围. 解:(1)函数f (x )的定义域为(0,+∞), 当a =-1时,f ′(x )=-2x -1+1x =-2x 2-x +1x , 令f ′(x )=0,得x =12 (负值舍去), 当0 时,f ′(x )<0. ∴f (x )的单调递增区间为????0,12,单调递减区间为( 12 ,+∞ ). (2)令f (x )=-x 2+ax +ln x =0,得a =x -ln x x . 令g (x )=x -ln x x ,其中x ∈????13,3, 则g ′(x )=1-1-ln x x 2=x 2+ln x -1x 2 , 令g ′(x )=0,得x =1,当13 ≤x <1时,g ′(x )<0;当1 ?13,1,单调递增区间为(1,3], ∴g (x )min =g (1)=1,∵函数f (x )在????13,3上有两个零点,g ????13=3ln 3+13,g (3)=3-ln 33,3ln 3+13>3-ln 33 ,∴实数a 的取值范围是? ???1,3-ln 33. 3.已知函数f (x )=2a -x 2 e x (a ∈R). (1)求函数 f (x )的单调区间; (2)若?x ∈[1,+∞),不等式f (x )>-1恒成立,求实数a 的取值范围. 解:(1)f ′(x )=x 2-2x -2a e x , 当a ≤-12 时,x 2-2x -2a ≥0,f ′(x )≥0, ∴函数f (x )在(-∞,+∞)上单调递增. 当a >-12 时,令x 2-2x -2a =0, 解得x 1=1-2a +1,x 2=1+2a +1. ∴函数f (x )的单调递增区间为(-∞,1-2a +1)和(1+2a +1,+∞),单调递减区间为(1-2a +1,1+2a +1). (2)f (x )>-1?2a -x 2 e x >-1?2a >x 2-e x , 由条件知,2a >x 2-e x 对?x ≥1恒成立. 令g (x )=x 2-e x ,h (x )=g ′(x )=2x -e x ,∴h ′(x )=2-e x . 当x ∈[1,+∞)时,h ′(x )=2-e x ≤2-e<0, ∴h (x )=g ′(x )=2x -e x 在[1,+∞)上单调递减, ∴h (x )=2x -e x ≤2-e<0,即g ′(x )<0, ∴g (x )=x 2-e x 在[1,+∞)上单调递减, ∴g (x )=x 2-e x ≤g (1)=1-e , 故若f (x )>-1在[1,+∞)上恒成立, 则需2a >g (x )max =1-e , ∴a >1-e 2,即实数a 的取值范围是??? ?1-e 2,+∞. 4.(2019·广西柳州模拟)已知a 为实数,函数f (x )=a ln x +x 2-4x . (1)若x =3是函数f (x )的一个极值点,求实数a 的取值; (2)设g (x )=(a -2)x ,若?x 0∈????1e ,e ,使得f (x 0)≤g (x 0)成立,求实数a 的取值范围. 解:(1)函数f (x )的定义域为(0,+∞), f ′(x )=a x +2x -4=2x 2-4x +a x . ∵x =3是函数f (x )的一个极值点, ∴f ′(3)=0,解得a =-6. 经检验a =-6时,x =3是函数f (x )的一个极小值点,符合题意,∴a =-6. (2)由f (x 0)≤g (x 0),得(x 0-ln x 0)a ≥x 20-2x 0, 记F (x )=x -ln x (x >0),∴F ′(x )=x -1x (x >0), ∴当0 当x >1时,F ′(x )>0,F (x )单调递增. ∴F (x )≥F (1)=1>0,∴a ≥x 20-2x 0x 0-ln x 0 . 记G (x )=x 2-2x x -ln x ,x ∈????1e ,e , ∴G ′(x )=(2x -2)(x -ln x )-(x -2)(x -1)(x -ln x )2=(x -1)(x -2ln x +2)(x -ln x )2 . ∵x ∈????1e ,e ,∴2-2ln x =2(1-ln x )≥0, ∴x -2ln x +2>0, ∴x ∈????1e ,1时,G ′(x )<0,G (x )单调递减; x ∈(1,e)时,G ′(x )>0,G (x )单调递增. ∴G (x )min =G (1)=-1,∴a ≥G (x )min =-1. 故实数a 的取值范围为[-1,+∞). 5.(2019·武汉调研)已知函数f (x )=ln x +a x ,a ∈R. (1)讨论函数f (x )的单调性; (2)当a >0时,证明f (x )≥2a -1a . 解:(1)f ′(x )=1x -a x 2=x -a x 2(x >0). 当a ≤0时,f ′(x )>0,f (x )在(0,+∞)上单调递增. 当a >0时,若x >a ,则f ′(x )>0,函数f (x )在(a ,+∞)上单调递增; 若0 (2)证明:由(1)知,当a >0时,f (x )min =f (a )=ln a +1. 要证f (x )≥2a -1a ,只需证ln a +1≥2a -1a , 即证ln a +1a -1≥0. 令函数g (a )=ln a +1a -1,则g ′(a )=1a -1a 2=a -1a 2(a >0), 当01时,g ′(a )>0, 所以g (a )在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增, 所以g (a )min =g (1)=0. 所以ln a +1a -1≥0恒成立, 所以f (x )≥2a -1a . 6.(2019·唐山模拟)已知f (x )=12 x 2-a 2ln x ,a >0. (1)若f (x )≥0,求a 的取值范围; (2)若f (x 1)=f (x 2),且x 1≠x 2,证明:x 1+x 2>2a . 解:(1)f ′(x )=x -a 2x =(x +a )(x -a )x (x >0). 当x ∈(0,a )时,f ′(x )<0,f (x )单调递减; 当x ∈(a ,+∞)时,f ′(x )>0,f (x )单调递增. 当x =a 时,f (x )取最小值f (a )=12 a 2-a 2ln a . 令12