導(dǎo)數(shù)零點是解開函數(shù)奧秘的關(guān)鍵。在高考中,涉及導(dǎo)數(shù)零點的函數(shù)題往往難度較大,想要拿滿分并非易事。只有深入理解導(dǎo)數(shù)零點與函數(shù)極值、單調(diào)性的內(nèi)在聯(lián)系,才能逐步破解難題,穩(wěn)步提高成績。
一、導(dǎo)數(shù)零點——打開函數(shù)極值之門
(一)導(dǎo)數(shù)零點與極值的關(guān)系
導(dǎo)數(shù)零點在函數(shù)極值的探索中扮演著關(guān)鍵角色。人教版教材指出,函數(shù)在某點的導(dǎo)數(shù)為零,即意味著該點可能是函數(shù)的極值點。具體而言,若函數(shù)在某點處的導(dǎo)數(shù)由正變負(fù),則該點為極大值點;反之,若函數(shù)在某點處的導(dǎo)數(shù)由負(fù)變正,則該點為極小值點。
(二)利用導(dǎo)數(shù)零點尋找函數(shù)極值的方法
利用導(dǎo)數(shù)零點尋找函數(shù)極值的方法主要包括以下幾個步驟:首先,通過求導(dǎo)找到函數(shù)的導(dǎo)數(shù)零點;其次,分析導(dǎo)數(shù)在這些零點附近的符號變化,確定極值點的性質(zhì);最后,結(jié)合函數(shù)值的計算,確定極值的具體數(shù)值。
二、導(dǎo)數(shù)零點——攻克高考函數(shù)難題的法寶
高考真題中關(guān)于導(dǎo)數(shù)零點的題目往往難度較大,2021年新高考Ⅱ卷數(shù)學(xué)第22題“壓軸題”就是一道基于導(dǎo)數(shù)零點與函數(shù)的典型例題。該題要求我們對一個復(fù)雜函數(shù)的單調(diào)性及其零點進行討論。正常來說,通過導(dǎo)數(shù)的運用,即可以有效分析該函數(shù)在不同區(qū)間的單調(diào)性,并由此判斷零點的存在。下面我們整體分析一下該題全貌。
已知函數(shù)。
(1)討論f(x)的單調(diào)性;
(2)從下面兩個條件中選一個,證明:f(x)有一個零點。
①;②。
詳細(xì)解析:
(1)由函數(shù)的解析式可得:,當(dāng)時,若,則單調(diào)遞減,
若,則單調(diào)遞增;當(dāng)時,若,則單調(diào)遞增,
若,則單調(diào)遞減,若,則單調(diào)遞增;
當(dāng)時,在R上單調(diào)遞增;當(dāng)時,若,則單調(diào)遞增,
若,則單調(diào)遞減,若,則單調(diào)遞增;
(2)若選擇條件①:
由于,故,則,而,
而函數(shù)在區(qū)間上單調(diào)遞增,故函數(shù)在區(qū)間上有一個零點.
,
由于,,故。
結(jié)合函數(shù)的單調(diào)性可知,函數(shù)在區(qū)間(0,+∞)上沒有零點。綜上可得,題中的結(jié)論成立。
若選擇條件②:
由于,故,則,
當(dāng)時,,,
而函數(shù)在區(qū)間(0,+∞)上單調(diào)遞增,故函數(shù)在區(qū)間(0,+∞)上有一個零點。
當(dāng)時,構(gòu)造函數(shù),則,
當(dāng)時,單調(diào)遞減,當(dāng)時,單調(diào)遞增,
注意到,故恒成立,從而有,此時:
,
當(dāng)時,,取,
則,即,
而函數(shù)在區(qū)間上單調(diào)遞增,故函數(shù)在區(qū)間上有一個零點。
,
由于,,故,
結(jié)合函數(shù)的單調(diào)性可知,函數(shù)在區(qū)間上沒有零點。綜上可得,題中的結(jié)論成立。
縱觀本題,針對函數(shù)的單調(diào)性問題,我們通過計算導(dǎo)函數(shù)得到解析式,并根據(jù)導(dǎo)數(shù)符號確定函數(shù)在不同區(qū)間的單調(diào)性。當(dāng)導(dǎo)數(shù)為正時,函數(shù)單調(diào)遞增;當(dāng)導(dǎo)數(shù)為負(fù)時,函數(shù)單調(diào)遞減。細(xì)分多個區(qū)間后,可以準(zhǔn)確繪制函數(shù)圖像的變化趨勢。關(guān)于零點存在性問題,可結(jié)合單調(diào)性和零點定理加以證明。
掌握導(dǎo)數(shù)零點的特征,是深入理解函數(shù)行為的關(guān)鍵。通過剖析導(dǎo)數(shù)零點與函數(shù)極值、單調(diào)性的關(guān)系,我們能將復(fù)雜的題目化繁為簡,在解答此類函數(shù)題型中取得高分。