高三數(shù)學(xué)北師大版文一輪教師用書(shū):第3章 經(jīng)典微課堂 突破疑難系列1:函數(shù)與導(dǎo)數(shù) Word版含解析

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1、 突破疑難點(diǎn)1 構(gòu)造函數(shù)證明不等式 (對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第54頁(yè)) 構(gòu)造法證明不等式是指在證明與函數(shù)有關(guān)的不等式時(shí),根據(jù)所要證明的不等式,構(gòu)造與之相關(guān)的函數(shù),利用函數(shù)單調(diào)性、極值、最值加以證明.常見(jiàn)的構(gòu)造方法有:(1)直接構(gòu)造法:證明不等式f(x)>g(x)(f(x)<g(x))轉(zhuǎn)化為證明f(x)-g(x)>0(f(x)-g(x)<0),進(jìn)而構(gòu)造輔助函數(shù)h(x)=f(x)-g(x);(2)適當(dāng)放縮構(gòu)造法:一是根據(jù)已知條件適當(dāng)放縮,二是利用常見(jiàn)的放縮結(jié)論,如ln x≤x-1,ex≥x+1,ln x<x<ex(x>0),≤ln(x+1)≤x(x>-1);(3)構(gòu)造“形似”函數(shù):稍作變形再構(gòu)

2、造,對(duì)原不等式同解變形,如移項(xiàng)、通分、取對(duì)數(shù),把不等式轉(zhuǎn)化為左、右兩邊是相同結(jié)構(gòu)的式子的形式,根據(jù)“相同結(jié)構(gòu)”構(gòu)造輔助函數(shù);(4)構(gòu)造雙函數(shù):若直接構(gòu)造函數(shù)求導(dǎo)難以判斷符號(hào),導(dǎo)函數(shù)零點(diǎn)也不易求得,因此函數(shù)單調(diào)性與極值點(diǎn)都不易獲得,則可構(gòu)造函數(shù)f(x)和g(x),利用其最值求解. 方法 高考示例 思維過(guò)程 直接構(gòu)造法 (2018·全國(guó)卷Ⅰ)已知函數(shù)f(x)=-x+aln x. (1)討論f(x)的單調(diào)性; (2)若f(x)存在兩個(gè)極值點(diǎn)x1,x2,證明:<a-2. …… (2)證明:由(1)知,f(x)存在兩個(gè)極值點(diǎn)當(dāng)且僅當(dāng)a>2.由于f(x)的兩個(gè)極值點(diǎn)x1,x2滿(mǎn)足x2-a

3、x+1=0(函數(shù)在極值點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)為0),所以x1x2=1. 不妨設(shè)x1<x2,則x2>1(注意原函數(shù)的定義域). 由于=--1+a=-2+a=-2+a,所以<a-2等價(jià)于-x2+2ln x2<0.【關(guān)鍵1:將所證不等式進(jìn)行變形與化簡(jiǎn)】 設(shè)函數(shù)g(x)=-x+2ln x,由(1)知,g(x)在(0,+∞)單調(diào)遞減,【關(guān)鍵2:直接構(gòu)造函數(shù),判斷函數(shù)單調(diào)性】 又g(1)=0,從而當(dāng)x∈(1,+∞)時(shí),g(x)<0,所以-x2+2ln x2<0,即<a-2.【關(guān)鍵3:結(jié)合單調(diào)性得到函數(shù)最值,證明不等式】 適當(dāng)放縮構(gòu)造法 (2018·全國(guó)卷Ⅰ)已知函數(shù)f(x)=aex-ln x-1. (1

4、)設(shè)x=2是f(x)的極值點(diǎn),求a,并求f(x)的單調(diào)區(qū)間; (2)證明:當(dāng)a≥時(shí),f(x)≥0. …… (2)證明:當(dāng)a≥時(shí),f(x)≥-ln x-1.【關(guān)鍵1:利用不等式性質(zhì)放縮,將a代換掉】 設(shè)g(x)=-ln x-1,【關(guān)鍵2:利用不等式右邊構(gòu)造函數(shù)】 則g′(x)=-.當(dāng)0<x<1時(shí),g′(x)<0;當(dāng)x>1時(shí),g′(x)>0.所以x=1是g(x)的最小值點(diǎn).【關(guān)鍵3:利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性、最值】 故當(dāng)x>0時(shí),g(x)≥g(1)=0.【關(guān)鍵4:利用函數(shù)最值使放縮后的不等式得到證明】 因此,當(dāng)a≥時(shí),f(x)≥0. 構(gòu)造雙函數(shù)法 (2014·全國(guó)卷Ⅰ)設(shè)函數(shù)f(

5、x)=aexln x+,曲線(xiàn)y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線(xiàn)方程為y=e(x-1)+2. (1)求a,b; (2)證明:f(x)>1. …… (2)證明:由(1)知,f(x)=exln x+ex-1,從而f(x)>1等價(jià)于xln x>xe-x-.【關(guān)鍵1:將所證不等式等價(jià)轉(zhuǎn)化,為構(gòu)造雙函數(shù)創(chuàng)造條件】 設(shè)函數(shù)g(x)=xln x,則g′(x)=1+ln x,所以當(dāng)x∈0,時(shí),g′(x)<0;當(dāng)x∈,+∞時(shí),g′(x)>0.故g(x)在0,上單調(diào)遞減,在,+∞上單調(diào)遞增,從而g(x)在(0,+∞)上的最小值為g=-.【關(guān)鍵2:構(gòu)造函數(shù),利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性,求最小值】 設(shè)函

6、數(shù)h(x)=xe-x-,則h′(x)=e-x(1-x).所以當(dāng)x∈(0,1)時(shí),h′(x)>0;當(dāng)x∈(1,+∞)時(shí),h′(x)<0.故h(x)在(0,1)上單調(diào)遞增,在(1,+∞)上單調(diào)遞減,從而h(x)在(0,+∞)上的最大值為h(1)=-.【關(guān)鍵3:構(gòu)造函數(shù),利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性,求最大值】 因?yàn)間(x)min=g=h(1)=h(x)max,所以當(dāng)x>0時(shí),g(x)>h(x),即f(x)>1.【關(guān)鍵4:利用函數(shù)最值證明不等式】 突破疑難點(diǎn)2 利用分類(lèi)討論法確定參數(shù)取值范圍 (對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第55頁(yè)) 一般地,若a>f(x)對(duì)x∈D恒成立,則只需a>f(x)max;若a<f(x)

7、對(duì)x∈D恒成立,則只需a<f(x)min.若存在x0∈D,使a>f(x0)成立,則只需a>f(x)min;若存在x0∈D,使a<f(x0)成立,則只需a<f(x0)max.由此構(gòu)造不等式,求解參數(shù)的取值范圍.常見(jiàn)有兩種情況,一種先利用綜合法,結(jié)合導(dǎo)函數(shù)零點(diǎn)之間大小關(guān)系的決定條件,確定分類(lèi)討論的標(biāo)準(zhǔn),分類(lèi)后,判斷不同區(qū)間函數(shù)的單調(diào)性,得到最值,構(gòu)造不等式求解;另外一種,直接通過(guò)導(dǎo)函數(shù)的式子,看出導(dǎo)函數(shù)值正負(fù)的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),通常導(dǎo)函數(shù)為二次函數(shù)或者一次函數(shù). 方法 高考示例 思維過(guò)程 結(jié)合導(dǎo)函數(shù)的零點(diǎn)分類(lèi)討論 (2017·全國(guó)卷Ⅲ)已知函數(shù)f(x)=x-1-aln x. (1)若f(x)≥

8、0,求a的值; (2)設(shè)m為整數(shù),且對(duì)于任意正整數(shù)n,…<m,求m的最小值. (1)f(x)的定義域?yàn)?0,+∞)(求函數(shù)定義域). ①若a≤0,因?yàn)閒=-+aln 2<0,所以不滿(mǎn)足題意.【關(guān)鍵1:利用原函數(shù)解析式的特點(diǎn)確定分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)】 ②若a>0,由f′(x)=1-=知,當(dāng)x∈(0,a)時(shí),f′(x)<0;當(dāng)x∈(a,+∞)時(shí),f′(x)>0.所以f(x)在(0,a)上單調(diào)遞減,在(a,+∞)上單調(diào)遞增.【關(guān)鍵2:根據(jù)導(dǎo)函數(shù)的零點(diǎn)分類(lèi)討論】 故x=a是f(x)在(0,+∞)上的唯一最小值點(diǎn). 由于f(1)=0,所以當(dāng)且僅當(dāng)a=1時(shí),f(x)≥0,故a=1. (2015·全國(guó)卷Ⅱ

9、)設(shè)函數(shù)f(x)=emx+x2-mx. (1)證明:f(x)在(-∞,0)上單調(diào)遞減,在(0,+∞)上單調(diào)遞增; (2)若對(duì)于任意x1,x2∈[-1,1],都有|f(x1)-f(x2)|≤e-1,求m的取值范圍. …… (2)由(1)知,對(duì)任意的m,f(x)在[-1,0]上單調(diào)遞減,在[0,1]上單調(diào)遞增,故f(x)在x=0處取得最小值.所以對(duì)于任意x1,x2∈[-1,1],|f(x1)-f(x2)|≤e-1的充要條件是即①【關(guān)鍵1:利用充要條件把不等式恒成立等價(jià)轉(zhuǎn)化】 設(shè)函數(shù)g(t)=et-t-e+1,則g′(t)=et-1.【關(guān)鍵2:直接構(gòu)造函數(shù),并求導(dǎo)】 當(dāng)t<0時(shí),g′(t

10、)<0;當(dāng)t>0時(shí),g′(t)>0.故g(t)在(-∞,0)上單調(diào)遞減,在(0,+∞)上單調(diào)遞增.又g(1)=0,g(-1)=e-1+2-e<0,故當(dāng)t∈[-1,1]時(shí),g(t)≤0.【關(guān)鍵3:根據(jù)導(dǎo)函數(shù)的零點(diǎn)分類(lèi)討論】 故當(dāng)m∈[-1,1]時(shí),g(m)≤0,g(-m)≤0,即①式成立; 當(dāng)m>1時(shí),由g(t)的單調(diào)性,知g(m)>0,即em-m>e-1; 當(dāng)m<-1時(shí),g(-m)>0,即e-m+m>e-1.【關(guān)鍵4:通過(guò)分類(lèi)討論得到參數(shù)的取值范圍】 綜上,m的取值范圍是[-1,1]. 由導(dǎo)函數(shù)的特點(diǎn)直接分類(lèi)討論 (2014·全國(guó)卷)函數(shù)f(x)=ax3+3x2+3x(a≠0).

11、 (1)討論f(x)的單調(diào)性; (2)若f(x)在區(qū)間(1,2)是增函數(shù),求a的取值范圍. …… (2)當(dāng)a>0,x>0時(shí),f′(x)=3ax2+6x+3>0.【關(guān)鍵1:函數(shù)求導(dǎo),根據(jù)導(dǎo)函數(shù)的特點(diǎn)確定分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)】 故當(dāng)a>0時(shí),f(x)在區(qū)間(1,2)是增函數(shù). 當(dāng)a<0時(shí),f(x)在區(qū)間(1,2)是增函數(shù)當(dāng)且僅當(dāng)f′(1)≥0且f′(2)≥0,解得-≤a<0.【關(guān)鍵2:利用導(dǎo)數(shù)判斷函數(shù)的單調(diào)性,結(jié)合需滿(mǎn)足的條件,求解關(guān)于參數(shù)的不等式,得到參數(shù)的取值范圍】 綜上,a的取值范圍是∪(0,+∞). 突破疑難點(diǎn)3 兩法破解函數(shù)零點(diǎn)個(gè)數(shù)問(wèn)題 (對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第56頁(yè)) 兩類(lèi)零點(diǎn)問(wèn)題的不同

12、處理方法:利用零點(diǎn)存在性定理的條件為函數(shù)圖像在區(qū)間[a,b]上是連續(xù)不斷的曲線(xiàn),且f(a)·f(b)<0.①直接法:判斷一個(gè)零點(diǎn)時(shí),若函數(shù)為單調(diào)函數(shù),則只需取值證明f(a)·f(b)<0;②分類(lèi)討論法:判斷幾個(gè)零點(diǎn)時(shí),需要先結(jié)合單調(diào)性,確定分類(lèi)討論的標(biāo)準(zhǔn),再利用零點(diǎn)存在性定理,在每個(gè)單調(diào)區(qū)間內(nèi)取值證明f(a)·f(b)<0. 方法 高考示例 思維過(guò)程 直接法 (2017·全國(guó)卷Ⅱ)已知函數(shù)f(x)=ax2-ax-xln x,且f(x)≥0. (1)求a; (2)證明:f(x)存在唯一的極大值點(diǎn)x0,且e-2<f(x0)<2-2. …… (2)證明:由(1)知f(x)=x2-x

13、-xln x,f′(x)=2x-2-ln x. 設(shè)h(x)=2x-2-ln x, 則h′(x)=2-.當(dāng)x∈時(shí),h′(x)<0;當(dāng)x∈時(shí),h′(x)>0.所以h(x)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增.【關(guān)鍵1:構(gòu)造函數(shù),利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性】 又h(e-2)>0,h<0,h(1)=0,所以h(x)在上有唯一零點(diǎn)x0,在上有唯一零點(diǎn)1,【關(guān)鍵2:利用零點(diǎn)存在性定理判斷導(dǎo)函數(shù)零點(diǎn)的位置】 且當(dāng)x∈(0,x0)時(shí),h(x)>0;當(dāng)x∈(x0,1)時(shí),h(x)<0;當(dāng)x∈(1,+∞)時(shí),h(x)>0. 因?yàn)閒′(x)=h(x),所以x=x0是f(x)的唯一極大值點(diǎn).由f′(x0)=0得ln x

14、0=2(x0-1), 故f(x0)=x0(1-x0).由x0∈得f(x0)<.【關(guān)鍵3:求二次函數(shù)值域得到f(x0)的范圍】 因?yàn)閤=x0是f(x)在(0,1)上的最大值點(diǎn),由e-1∈(0,1),f′(e-1)≠0得f(x0)>f(e-1)=e-2,所以e-2<f(x0)<2-2.【關(guān)鍵4:利用函數(shù)最值證明不等式】 分類(lèi)討論法 (2015·全國(guó)卷Ⅰ)已知函數(shù)f(x)=x3+ax+,g(x)=-ln x. (1)當(dāng)a為何值時(shí),x軸為曲線(xiàn)y=f(x)的切線(xiàn); (2)用min{m,n}表示m,n中的最小值,設(shè)函數(shù)h(x)=min{f(x),g(x)}(x>0),討論h(x)零點(diǎn)的個(gè)數(shù).

15、 …… (2)當(dāng)x∈(1,+∞)時(shí),g(x)=-ln x<0,從而h(x)=min{f(x),g(x)}≤g(x)<0,故h(x)在(1,+∞)上無(wú)零點(diǎn).【關(guān)鍵1:對(duì)x的取值分類(lèi)討論,適當(dāng)放縮,判斷h(x)的符號(hào),確定函數(shù)零點(diǎn)個(gè)數(shù)】 當(dāng)x=1時(shí),若a≥-,則f(1)=a+≥0,h(1)=min{f(1),g(1)}=g(1)=0,故x=1是h(x)的零點(diǎn);若a<-,則f(1)<0,h(1)=min{f(1),g(1)}=f(1)<0,故x=1不是h(x)的零點(diǎn).【關(guān)鍵2:當(dāng)x的取值固定時(shí),對(duì)參數(shù)a的取值分類(lèi)討論,確定函數(shù)值的符號(hào)得到零點(diǎn)個(gè)數(shù)】 當(dāng)x∈(0,1)時(shí),g(x)=-ln x>0

16、,所以只需考慮f(x)在(0,1)上的零點(diǎn)個(gè)數(shù). (ⅰ)若a≤-3或a≥0,則f′(x)=3x2+a在(0,1)上無(wú)零點(diǎn),故f(x)在(0,1)上單調(diào).而f(0)=,f(1)=a+,所以當(dāng)a≤-3時(shí),f(x)在(0,1)上有一個(gè)零點(diǎn);當(dāng)a≥0時(shí), f(x)在(0,1)上沒(méi)有零點(diǎn). (ⅱ)若-3<a<0,則f(x)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,故在(0,1)上,當(dāng)x=時(shí),f(x)取得最小值,最小值為f=+. ①若f>0,即-<a<0,則f(x)在(0,1)上無(wú)零點(diǎn); ②若f=0,即a=-,則f(x)在(0,1)上有唯一零點(diǎn); ③若f<0,即-3<a<-,由于f(0)=,f(1)=a+,所

17、以當(dāng)-<a<-時(shí),f(x)在(0,1)上有兩個(gè)零點(diǎn);當(dāng)-3<a≤-時(shí),f(x)在(0,1)上有一個(gè)零點(diǎn).【關(guān)鍵3:當(dāng)x的取值固定在一個(gè)范圍內(nèi)時(shí),對(duì)參數(shù)a的取值分類(lèi)討論,利用函數(shù)單調(diào)性、最值、零點(diǎn)存在性定理得到零點(diǎn)個(gè)數(shù)】 綜上,當(dāng)a>-或a<-時(shí),h(x)有一個(gè)零點(diǎn);當(dāng)a=-或a=-時(shí),h(x)有兩個(gè)零點(diǎn);當(dāng)-<a<-時(shí),h(x)有三個(gè)零點(diǎn). 突破疑難點(diǎn)4 兩法破解由零點(diǎn)個(gè)數(shù)確定參數(shù)問(wèn)題 (對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第57頁(yè)) 已知函數(shù)有零點(diǎn)求參數(shù)范圍常用的方法:(1)分離參數(shù)法:一般命題情境為給出區(qū)間,求滿(mǎn)足函數(shù)零點(diǎn)個(gè)數(shù)的參數(shù)范圍,通常解法為從f(x)中分離出參數(shù),然后利用求導(dǎo)的方法求出由參數(shù)構(gòu)造的

18、新函數(shù)的最值,根據(jù)題設(shè)條件構(gòu)建關(guān)于參數(shù)的不等式,再通過(guò)解不等式確定參數(shù)范圍;(2)分類(lèi)討論法:一般命題情境為沒(méi)有固定區(qū)間,求滿(mǎn)足函數(shù)零點(diǎn)個(gè)數(shù)的參數(shù)范圍,通常解法為結(jié)合單調(diào)性,先確定參數(shù)分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn),在每個(gè)小范圍內(nèi)研究零點(diǎn)的個(gè)數(shù)是否符合題意,將滿(mǎn)足題意的參數(shù)的各小范圍并在一起,即為所求參數(shù)范圍. 方法 高考示例 思維過(guò)程 由導(dǎo)數(shù)特點(diǎn)分類(lèi)討論 (2018·全國(guó)卷Ⅱ)已知函數(shù)f(x)=ex-ax2. (1)若a=1,證明:當(dāng)x≥0時(shí),f(x)≥1; (2)若f(x)在(0,+∞)只有一個(gè)零點(diǎn),求a. …… (2)設(shè)函數(shù)h(x)=1-ax2e-x.f(x)在(0,+∞)只有一個(gè)零點(diǎn)當(dāng)且

19、僅當(dāng)h(x)在(0,+∞)只有一個(gè)零點(diǎn).【關(guān)鍵1:構(gòu)造函數(shù)h(x),將f(x)的零點(diǎn)情況轉(zhuǎn)化為h(x)的零點(diǎn)情況】 (ⅰ)當(dāng)a≤0時(shí),h(x)>0,h(x)沒(méi)有零點(diǎn). (ⅱ)當(dāng)a>0時(shí),h′(x)=ax(x-2)e-x.【關(guān)鍵2:對(duì)參數(shù)a分類(lèi)討論,結(jié)合函數(shù)值判斷函數(shù)零點(diǎn)情況】當(dāng)x∈(0,2)時(shí),h′(x)<0;當(dāng)x∈(2,+∞)時(shí),h′(x)>0.所以h(x)在(0,2)上單調(diào)遞減,在(2,+∞)上單調(diào)遞增.故h(2)=1-是h(x)在(0,+∞)的最小值.【關(guān)鍵3:分類(lèi)討論,利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)單調(diào)性,求函數(shù)最值】 ①若h(2)>0,即a<,h(x)在(0,+∞)沒(méi)有零點(diǎn); ②若h(2)

20、=0,即a=,h(x)在(0,+∞)只有一個(gè)零點(diǎn); ③若h(2)<0,即a>,由于h(0)=1,所以h(x)在(0,2)有一個(gè)零點(diǎn). 由(1)知,當(dāng)x>0時(shí),ex>x2,所以h(4a)=1-=1->1-=1->0. 故h(x)在(2,4a)有一個(gè)零點(diǎn).因此h(x)在(0,+∞)有兩個(gè)零點(diǎn).【關(guān)鍵4:對(duì)函數(shù)最小值的符號(hào)分類(lèi)討論,結(jié)合函數(shù)單調(diào)性判斷零點(diǎn)情況,求出參數(shù)值】 綜上,f(x)在(0,+∞)只有一個(gè)零點(diǎn)時(shí),a=. 直接分類(lèi)討論 (2017·全國(guó)卷Ⅰ)已知函數(shù)f(x)=ae2x+(a-2)ex-x. (1)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.

21、 …… (2)(ⅰ)若a≤0,由(1)知,f(x)至多有一個(gè)零點(diǎn).【關(guān)鍵1:針對(duì)f(x)解析式的特點(diǎn),可對(duì)參數(shù)a直接分類(lèi)討論】 (ⅱ)若a>0,由(1)知,當(dāng)x=-ln a時(shí),f(x)取得最小值,最小值為f(-ln a)=1-+ln a.【關(guān)鍵2:結(jié)合函數(shù)單調(diào)性求函數(shù)最小值,進(jìn)而根據(jù)最小值直接判斷零點(diǎn)的情況】 ①當(dāng)a=1時(shí),由于f(-ln a)=0,故f(x)只有一個(gè)零點(diǎn); ②當(dāng)a∈(1,+∞)時(shí),由于1-+ln a>0,即f(-ln a)>0,故f(x)沒(méi)有零點(diǎn); ③當(dāng)a∈(0,1)時(shí),1-+ln a<0,即f(-ln a)<0. 又f(-2)=ae-4+(a-2)e-2+2>-2e-2+2>0,故f(x)在(-∞,-ln a)上有一個(gè)零點(diǎn). 設(shè)正整數(shù)n0滿(mǎn)足n0>ln,則f(n0)=en0(aen0+a-2)-n0>en0-n0>2n0-n0>0. 由于ln>-ln a,因此f(x)在(-ln a,+∞)上有一個(gè)零點(diǎn).【關(guān)鍵3:對(duì)參數(shù)a分類(lèi)討論,結(jié)合函數(shù)單調(diào)性與最小值判斷函數(shù)零點(diǎn)情況,求參數(shù)取值范圍】 綜上,a的取值范圍為(0,1).

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