高考以函數(shù)為主導滲透參數(shù)思想的試題每年都有,函數(shù)和它與其它數(shù)學知識的關(guān)系倍受重視,特別是一次型函數(shù)、二次型函數(shù),以及復合函數(shù)知識的靈活運用更是對學生數(shù)學能力考查的重要內(nèi)容。綜觀高中數(shù)學教材,以函數(shù)為綱、滲透參數(shù)思想貫穿整個教材。因此,在高中數(shù)學的學習過程中,我們必須逐步樹立起函數(shù)思想,以函數(shù)觀點來解決數(shù)學問題,只有在函數(shù)思想指導下才能用數(shù)形結(jié)合的方法來解答數(shù)學問題。為此,我們必須熟練掌握幾類最基本的初等函數(shù)的性質(zhì)和圖像,并能熟練地利用平移、對稱、伸縮變換來作出一些簡單復合函數(shù)圖像的示意圖,從而運用函數(shù)的性質(zhì)來解決問題。
例1:已知0<a<1,x≠x且x、x∈(,∞),試比較+與的大小,并說明你的理由。
分析:若本題用作差的方法來比較大小,則通分后分子、分母的結(jié)構(gòu)都非常復雜,并且分子分母的取值符號不易確定。細心觀察式子:、與=2#8226;,顯然它們都與函數(shù)f(x)=相關(guān),因此問題轉(zhuǎn)化為比較f(x)+f(x)與2f()的大小,聯(lián)想函數(shù)圖像就可解決。
解:設(shè)f(x)=,對y=變形得y=#8226;即y-=,令x′=x-,y′=y-,則y′=(反比例函數(shù))(如圖),由于y=f(x)在x∈(,∞)上的圖像是向下凸的,所以對于x≠x且x、x∈(,∞),函數(shù)圖像上兩點A(x,f(x))、B(x,f(x))連結(jié)弦AB的中點M(,),若過M作x軸的垂線交曲線弧于點N(,f()),則N總在M的下方,所以>f(),即f(x)+f(x)>2#8226;f(),∴當0<a<1,x≠x且x、x∈(,∞)時必有+>。
例2:已知橢圓C:+=1,P(a,0)是X軸上的動點,求點P到橢圓C上動點Q的最近距離g(a),并就g(a)=4時求a的值。
分析:動點P(a,0)到橢圓C:+=1上的動點Q(x,y)的距離是關(guān)于x、y的二元函數(shù),欲求二元函數(shù)的最值,須將多元函數(shù)一元化,因此可以用橢圓的參數(shù)方程解之。
解:設(shè)Q(5cosθ,3sinθ)是橢圓C:+=1上的動點,則 |PQ|=(5cosθ-a)+(3sinθ)=16cosθ-10acosθ+(a+9)。若令t=cosθ,f(t)=16t-10at+(a+9),t∈[-1,1],則問題轉(zhuǎn)化為求二次型函數(shù)f(t)=16t-10at+(a+9),t∈[-1,1]的最小值。數(shù)形結(jié)合易得:當a<-1,即a<-時,y=f(-1)=(a+5);當-1≤a≤1時,即-≤a≤時,y=f(a)=(16-a);當a>1,即a>時,y=f(1)=(a-5)。
注意到|PQ|=,得g(a)=|a+5|(a<-)(-≤a≤)|a-5|(a>),即為所求。
若g(a)=4,則易得a=±9。
例3:已知實系數(shù)一元二次方程ax+bx+c=0,若ax+bx+c+t(x-k)=0對于一切實數(shù)t都有實數(shù)根,試求實數(shù)k與方程ax+bx+c=0的根的關(guān)系。
解:聯(lián)想到函數(shù)f(x)=ax+bx+c,由條件f(x)+t(x-k)=0對于一切實數(shù)t都有實數(shù)根,當然對t=0該方程也有實數(shù)根,即方程ax+bx+c=0有實數(shù)根x≤x。而ax+bx+c+t(x-k)=0,即ax+bx+c=-t(x-k),由條件f(x)+t(x-k)=0對于一切實數(shù)t都有實數(shù)根,即兩曲線y=ax+bx+c與y=-t(x-k)對于t為任何實數(shù)都有交點。數(shù)形結(jié)合(如圖)便知x≤k≤x為所求。
另解:∵對于一切實數(shù)t,方程ax+bx+c+t(x-k)=0都有實數(shù)根,∴△=(b+t)-4a(c-kt)≥0對于一切t∈R都成立,從而得到t+(2b+4ak)t+(b-4ac)≥0的解是R,∴△=(2b+4ak)-4(b-4ac)≤0,即a(ak+bk+c)≤0。
例4:當a為何值時不等式log(x-2x+a)+3>0存在正數(shù)解?
解:log(x-2x+a)+3>0?圳0<x-2x+a<8?圳-x+2x<a<-x+2x+8,聯(lián)想到函數(shù)f(x)=-x+2x、φ(x)=-x+2x+8、ψ(x)=a,則原題題意即:存在x>0,使f(x)<ψ(x)<φ(x),數(shù)形結(jié)合便得a∈(-∞,9)。
的方程;(2)設(shè)a>0,如果過點(a,b)可作曲線y=f(x)的三條切線,證明:-a<b<f(a)。
解(1):∵f′(x)=3x-1,∴曲線y=f(x)在點M(t,f(t))處的切線的方程為y-(t-t)=(3t-1)(x-t),即y=(3t-1)x-2t為所求。
證明(2):∵過點(a,b)可作曲線y=f(x)的三條切線,∴存在實數(shù)a、b使關(guān)于t的方程2t-3at+(a+b)=0有三個不相等的實數(shù)根。
令g(t)=2t-3at+(a+b),則g′(t)=6t(t-a)(注意到條件a>0)。
∴當t∈(-∞,0)或t∈(a,+∞)時g′(t)>0,當t∈(0,a)時g′(t)<0,
∴函數(shù)g(t)在t∈(-∞,0)是增函數(shù),在t∈(0,a)是減函數(shù),在t∈(a,+∞)上是增函數(shù),∴函數(shù)g(t)在t=0處取得極大值g(0)=(a+b),在t=a處取得極小值g(a)=b-(a-a)=b-f(a)。
∵2t-3at+(a+b)=0有三個不相等的實數(shù)根,
∴必須極大值(a+b)>0且極小值b-f(a)<0,即-a<b<f(a)。
例題6:(2008理科卷Ⅱ22題)設(shè)函數(shù)f(x)=,(1)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;(2)如果對于任何x≥0,都有f(x)≤ax,求實數(shù)a的取值范圍。
解(1):∵f′(x)==,顯然f′(x)=0,得cos=-,即x=2kπ+,k∈Z或x=2kπ+,k∈Z,
∴當f′(x)<0時,x∈(2kπ+,2kπ+),k∈Z,
當f′(x)>0時,x∈(2kπ-,2kπ+),k∈Z,
∴函數(shù)f(x)的單調(diào)遞減區(qū)間是x∈(2kπ+,2kπ+),k∈Z,
函數(shù)f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間是x∈(2kπ-,2kπ+),k∈Z。
解(2):若令g(x)=ax-f(x)=ax-,則g′(x)=a-=a-=-+a=3(-)+a-。
顯然當a≥時g′(x)≥0,即g(x)在x∈[0,+∞)是增函數(shù),得g(x)≥g(0)=0,
所以當a∈[,+∞)時對于一切x≥0都有f(x)≤ax。
當0<a<時,令φ(x)=sinx-3ax,則φ′(x)=cosx-3a。當x∈[0,arccos3a)時得φ′(x)>0,因此φ(x)在x∈[0,arccos3a)上單調(diào)遞增,有φ(x)>φ(0)=0,這時ax<,而當x∈[0,arccos3a)時f(x)=>>ax,不合題設(shè)。
當a<0時存在x=使f()=>#8226;a,即a<0時存在x=使f(x)>ax不合題設(shè)。
綜上所述,a∈[,+∞)即為所求。
例題7:(2008全國卷Ⅰ理科19題)已知函數(shù)f(x)=x+ax+x+1,a∈R,(1)討論函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;(2)設(shè)函數(shù)f(x)在區(qū)間(-,-)內(nèi)是減函數(shù),求a的取值范圍。
解(1):∵f′(x)=3x+2ax+1,令△=4a-12=4(a+)(a-),
顯然,當-≤a≤時△≤0,此時f′(x)≥0對于一切實數(shù)x成立,
∴當a∈[-,]時f(x)在x∈(-∞,+∞)上是增函數(shù)。
當a∈(-∞,-)∪(,+∞)時△>0,這時f′(x)=0有兩個不等實數(shù)根:
x=--,x=-+,
因此,f′(x)>0得x∈(-∞,-),x∈(-,+∞)時f(x)單調(diào)遞增,
f′(x)<0得x∈(-,-)時f(x)單調(diào)遞減。
解(2):若函數(shù)f(x)在區(qū)間(-,-)內(nèi)是減函數(shù),
則(-,-)?哿(-,-),
∴-≥-,并且-≤-,
即2-a≤,并且≥a-1,解之得a∈[2,+∞)。
另解(2):若函數(shù)f(x)在區(qū)間(-,-)內(nèi)是減函數(shù),則x∈(-,-)當時恒有f′(x)≤0成立,因此f′(-)≤0,并且f′(-)≤0,解之得a∈[2,+∞)。