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含参函数单调性问题讨论
一、导数与函数的单调性
1、用导数求函数的单调性的概念:
在某个区间内,如果,那么函数在这个区间内单调递增;
如果,那么函数在这个区间内单调递减.
【注意】
(1)在某区间内是函数在此区间上为增(减)函数的充分不必要条件.
(2)可导函数在上是增(减)函数的充要条件是对,都有
且在上的任何子区间内都不恒为零.
2、确定函数单调区间的求法
(1)确定函数的定义域;
(2)求;
(3)解不等式,解集在定义域内的部分为单调递增区间;
(4)解不等式,解集在定义域内的部分为单调递减区间.
二、含参函数单调性讨论依据
讨论含参函数的单调性,其本质是导函数符号的变化情况,所以讨论的关键是抓住导函数解析式中的符号变化部分,即导数的主要部分,简称导主。讨论时要考虑参数所在的位置及参数取值对导函数符号的影响,一般需要分四个层次来分类:
(1)最高次幂的系数是否为0,即“是不是”;
(2)导函数是都有变号零点,即“有没有”;
(3)导函数的变号零点是否在定义域或指定区间内,即“在不在”;
(4)导函数有多个零点时大小关系,即“大不大”。
三、两大类含参导函数的具体方法
1、含参一次函数单调性讨论
(1)讨论最高次项是否为0,正负情况;
(2)求解导函数的根;
(3)定义域划分为若干个单调区间,分别讨论每个区间上导函数的正负值.
2、含参二次函数单调性的讨论
(1)确定函数的定义域;
(2)讨论最高次项是否为0,正负情况;
(3)可因式分解型,解得(注意讨论);不可因式分解型,讨论及;
(4)讨论和的大小,能因式分解的,注意讨论;
(5)将定义域划分为若干个单调区间,分别讨论每个区间上导函数的正负值,
判断根和区间端点位置关系的方法有3种:端点函数值+对称轴;韦达定理;求根公式。
题型一导函数为一次型
【例1】(2023·全国·高三专题练习)已知函数,.讨论函数的最值;
【答案】答案见解析
【解析】由函数,可得其定义域为,且,
当时,可得,在上单调递增,无最值;
当时,令,可得,所以在上单调递减;
令,可得,所以在单调递增,
所以的最小值为,无最大值.
综上可得:当时,无最值;当时,的最小值为,无最大值.
【变式1-1】(2023·全国·高三专题练习)已知函数,讨论函数的单调性.
【答案】答案见解析.
【解析】因为的定义域为,
所以,其中,
当时,即,在上单调递增,
当时,即,
令,得;
令,得,
所以在上单调递增,在上单调递减.
综上,当时,在上单调递增;
当时,在上单调递增,在上单调递减.
【变式1-2】(2023·全国·高三专题练习)已知函数,其中是自然对数的底数.当时,讨论函数的单调性.
【答案】答案见解析.
【解析】当时,,则,
当时,令解得,
当时,,当时,,
所以在上单调递增,在上单调递减;
当时,,所以在上单调递减,
当时,令,解得,
当时,,当时,,
所以在上单调递减,在上单调递增;
综上:当时;
当时,在上单调递增,在上单调递减;
当时,在上单调递减;
当时,在上单调递减,在上单调递增.
【变式1-3】(2023·甘肃武威·高二统考期中)已知函数.
(1)若曲线在x=1处的切线与直线2x-y+3=0平行,求a的值;
(2)求函数的单调区间.
【答案】(1);(2)答案见解析
【解析】(1)由已知可得,.
根据导数的几何意义可知,,即,所以.
(2)由(1)知,,的定义域为.
当时,恒成立,所以在上单调递增;
当时,由可得,.
当时,,所以在上单调递增;
当时,,所以在上单调递减.
综上所述,当时,则在上单调递增;
当时,单调递增区间为,单调递减区间为.
题型二导函数为二次可分解型
【例2】(2023·全国·高三专题练习)已知函数,,讨论的单调区间.
【答案】答案见解析
【解析】的定义域为,,
若,当时,,单调递增;
当时,,单调递减;
当时,,单调递增.
若,则恒成立,在上单调递增.
综上,当时,的单调递增区间为,,单调递减区间为;
当时,的单调递增区间为,无单调递减区间.
【变式2-1】(2023·全国·高三专题练习)已知函数,讨论函数的单调性.
【答案】答案见解析
【解析】由题意可知:的定义域为,且,
若,则恒成立,所以在上单调递增;
若,令,解得或(舍去),
当时,,函数在上单调递增,
当时,,函数在上单调递减;
综上所述:若,在上单调递增;
若,在上单调递增,在上单调递减.
【变式2-2】(2023·全国·高三专题练习)已知,讨论的单调性.
【答案】答案见解析.
【解析】因为定义域为,
所以,
①当时恒成立,此时在上单调递增;
②当时令,解得或,
此时在,上单调递增,
令,解得,此时在单调递减;
③当时恒成立,此时单调递增;
④当时令,解得或,