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升学考试 2014山东高考数学导数题怎么解,步骤详解

2014山东高考数学导数题怎么解,步骤详解

k (2/x + ln x) (k为常数,e是自然对数的底数)。(Ⅰ)当 k=0 时,求函数 f(x) 的单调区间。1. 化简函数:k=0时,f(x) = e^x / x^2。2. 求导:对 f(x) 求导。用导数商的运算法则:(u/...

  • k (2/x + ln x) (k为常数,e是自然对数的底数)。
  • (Ⅰ)当 k=0 时,求函数 f(x) 的单调区间。

    1. 化简函数:k=0时,f(x) = e^x / x^2。

    2. 求导:对 f(x) 求导。用导数商的运算法则:(u/v)' = (u'v

  • uv') / v^2。这里 u = e^x, v = x^2。
  • u' = e^x, v' = 2x。

    所以 f'(x) = [e^x x^2

  • e^x 2x] / (x^4) = e^x x (x-2) / x^4 = e^x (x-2) / x^3。
  • 3. 判断单调性:定义域为 x>0。

    e^x > 0 恒成立,x^3 > 0 在定义域内恒成立。

    所以 f'(x) 的正负完全由 (x-2) 决定。

    当 0 < x>

    当 x > 2 时,x-2 > 0,所以 f'(x) > 0,函数 f(x) 单调递增。

    4. 结论

    单调递减区间:(0, 2)

    单调递增区间:(2, +∞)

    (Ⅱ)若函数 f(x) 在 (0,2) 内存在两个极值点,求 k 的取值范围。

    1. 理解题意:在区间 (0,2) 内存在两个极值点,意味着其导数 f'(x) 在 (0,2) 内有两个变号的零点(即f'(x)=0有两个根,且该点左右导数符号相反)。

    2. 求导化简:对原函数 f(x) = e^x / x^2

  • k(2/x + ln x) 求导。
  • 先拆分:f(x) = e^x / x^2

  • 2k/x
  • k ln x。
  • 分别求导:

    (e^x / x^2)' = e^x (x-2) / x^3 (上一问已求)。

    (-2k/x)' = 2k / x^2。

    (-k ln x)' = -k / x。

    合并:f'(x) = e^x (x-2) / x^3 + 2k / x^2

  • k / x。
  • 通分(乘以 x^3):f'(x) = [e^x (x-2) + 2k x

  • k x^2] / x^3 = [e^x (x-2)
  • k (x^2 - 2x)] / x^3。
  • 提取公因式(x-2):f'(x) = [e^x (x-2)

  • k x (x-2)] / x^3 = (x-2)(e^x
  • k x) / x^3。这是关键一步。
  • 3. 分析导数结构:定义域 x>0,分母 x^3 > 0。所以 f'(x) 的符号由分子决定,即由 (x-2)(e^x

  • k x) 决定。
  • 在区间(0,2)内,显然 (x-2) < 0>

    f'(x) 在(0,2)内的符号就取决于 (e^x

  • k x) 的符号。要使 f(x) 有极值点,需要 f'(x) 变号,即 (e^x
  • k x) 在(0,2)内必须变号。
  • 4. 转化问题:令 g(x) = e^x

  • k x。问题转化为:函数 g(x) 在区间 (0,2) 内必须有两个零点(因为 (x-2)恒负,g(x)变号两次,f'(x)才能变号两次,对应两个极值点)。
  • 5. 对g(x)的分析:g'(x) = e^x

  • k。
  • 情况1:若 k ≤ 0,则 g'(x) = e^x

  • k > 0 恒成立(因为 e^x >0),g(x)在(0,2)上单调递增。一个单调递增函数在一个区间内至多有一个零点,不可能有两个。所以 k ≤ 0 不满足。
  • 情况2:若 k > 0,令 g'(x)=0,得 e^x = k,即 x = ln k。

    此时需要讨论极值点 ln k 是否落在区间 (0,2) 内。

    6. 确定k的范围(核心步骤)

    必要条件1:g(x)要在(0,2)内有两个零点,其本身必须先减后增或先增后减,即其极值点 ln k 必须位于开区间 (0,2) 内。所以 0 < ln>,解得 1 < k>。

    必要条件2:在区间端点及极值点处,函数值必须满足有正有负,才能保证穿过x轴两次。

    g(0) = e^0

  • k0 = 1 > 0。
  • g(2) = e^2

  • 2k。为了保证在x=2附近有零点可能性,需要 g(2) > 0。但我们要求的是两个零点都在(0,2)内,所以x=2处的函数值必须大于0,否则第二个零点可能就在x=2处或之外了。因此 e^2
  • 2k > 0,即 k < e>
  • 极值点函数值 g(ln k) = e^(ln k)

  • k ln k = k
  • k ln k = k(1 - ln k)。为了在(0,2)内有两个零点,极小值(因为g(0)>0,先减后增,极值点为极小值)必须小于0,这样才能保证函数从正(g(0))下降到负(极小值点),再上升到正(g(2)),穿过x轴两次。所以 g(ln k) < 0>,即 k(1 - ln k) < 0>。由于k>0,等价于 1 - ln k < 0>,即 ln k > 1,也就是 k > e
  • 7. 综合k的范围:联立所有条件:

    k > 0 (前提)

    1 < k>

    k < e>0)

    k > e (来自g(ln k) < 0>

    取交集:e < k>。

    因为 e ≈ 2.718,e^2 ≈ 7.389,e^2/2 ≈ 3.6945,所以最终范围是 (e, e^2/2)。

    解题口诀与高频考点

    看到单调区间:先求导,再令导数为零找分界点,最后列表看正负。

    看到极值点个数求参数范围:核心是导数零点问题转化为新函数零点问题。步骤:1.求导并因式分解化简;2.将导数零点问题转化为一个不含参数的函数与一个含参函数的交点问题,或直接令为新函数g(x);3.分析g(x)的单调性、极值、端点值,用零点存在定理(函数值在区间端点异号)结合单调性来卡范围。本题关键就是构造出g(x)=e^x

  • kx,并利用其在(0,2)内先减后增且有g(0)>0,g(ln k)<0>0来卡出k的范围。
  • 分离参数是首选:恒成立或存在性问题,能分离参数(把k弄到一边)就分离,然后转化为求新函数的最值问题,比直接讨论简单。本题第二问不易分离,所以采用了直接讨论g(x)零点个数的方法。

    阅读提示

    建议先抓核心知识点,再看例题或表达方式,复习时可结合范文素材和作文栏目一起使用。