专题08 导数压轴题.docx
导数章节知识全归纳专题08导数压轴题之构造函数和同构异构(详述版)一.考试趋势分析:由于该内容在高考内容中考试频率相对比较低,然而它却在我们平时考试或是诊断型 考试中出现又较高,并且该内容属于高中数学里面导数的基本考试题型之一,基本上尖子生 里面的基础题,又是一般学生里面的压轴题,所以老师你觉得讲还是不讲呢?针对这个情况, 作者进行了多年研究和分析,这个内容一定要详细讲述,并且结合技巧性让学生能够熟练掌 握,优生几秒钟,一般学生几分钟就可以完成该题解答,是设计这个专题的核心目的!二.所用知识内容:1.导数八大基本求导公式:C = 0; (C为常数)(sin x) = cos x ;(ex) = ex;(ln x)'=-;x2.常见构造:(J=nxn-i;(cos x) = - sin x ;(ax) = ax In a ;(l o g x )'= 1- log e和与积联系:f (x) + xf(x),构造xf (x);2xf (x) + x2 f'(x),构造 x2 f (x);3 f (x) + xf'(x),构造 x3 f (x); nf(x) + xf'(x),构造 xnf(x) ; f'(x) + f(x),构造 exf(x) .等等.减法与商联系:如xf'(x)- f (x) > 0,构造F(x)=四) xxf'(x) - 2 f (x) > 0,构造 F(x) = fx ; x 2xf'(x) - nf (x) > 0,构造 F(x) = fx .xnf' (x) - f (x),构造 F(x) = 0 , f '(x) - 2 f (x),构造e xF (x)=也,e2 xf (x) - nf (x),构造 F(x) = /(,enx3.同构异构方法:1. 顺反同构:顺即为平移拉伸后的同构函数,反即为乘除导致的凹凸反转同构函数2. 同位同构: 加减同构是指在同构的过程中“加减配凑”,从而完成同构; 局部同构是指在同构过程中,我们可以将函数的某两个或者多个部分构造出同构式, 再构造同构体系中的亲戚函数即可; 差一同构是指指对跨阶以及指数幂和对数真数差1,我们往往可考虑用同构秒杀之.三.导数构造函数典型题型:1. 构造函数之和差构造:例:1.已知定义在R上的函数f (x)满足f(2)=20,且f (x)的导函数f <x)满足 f (x)> 6x2 + 2,则不等式f (x)>2x3+2x的解集为()A. I x >-2B. I x> 2C. x| x < 2D. I x<2或x > 2【答案】B 【分析】令函数g (x )= f (x )-2x3 2x,求导,结合题意,可(x)的单调性,又g(2) = 0,则 原不等式等价于g (x)> g(2), 根据g (x)的单调性,即可得答案.【详解】令函数g (x )= f (x )-2x3 -2x,则 g'(x)= f(x)-6x2 -2 > 0,所以g (x)在R上单调递增.因为g (2)= f(2)-2x23-2x2 = 0,所以原不等式等价于g (x )> 0 = g (2),所以所求不等式的解集为I x > 2.故选:B2.定义在(0,村)上的函数f (x)满足矿(x)T>0, f(4)=2ln2,则不等式f (ex)< x的解集为()A.(0,2ln2)b.(-8,2ln2)c.(2ln2, +8)d.(1,2ln2)【答案】B 【分析】构造函数g (x)= f (x)-lnx,x e(0, +8),先判断其导函数的正负,来确定该函数的单调性,再化简不等式为g(ex )< g (4),根据单调性解不等式即可.【详解】设 g (x)= f (x)-In x, x e(0, +3),则 g,(尤)=广(尤)_ 1 = "(x)T x故g(x)在(0, +3)上单调递增,g(4)= f(4)-ln4 = 2ln2-2ln2 = 0,不等式 f (ex )vx,即 f (ex )- ln ex < 0,即 g (ex )< g (4 ),根据单调性知 0 < ex < 4 , 即心 < 4 =伽4,得x < ln4,即 x < 2ln2,故解集为(-3,2ln 2).故选:B.【点睛】思路点睛:利用导数解不等式时,常常要构造新函数,新函数一方面与已知不等式有关,一方面与待求 不等式有关,再结合导数判断单调性,利用单调性解不等式.变式:1.已知奇函数f (x)在R上的导函数为f'(x),且当x(-3,0时,f'(x)vi,则 不等式 f (2x-1011)- f (x +1010)> x- 2021 的解集为()A. (2021, +3) b.【2021, +3)C. (3,2021】D. (-3,2021)【答案】C【分析】利用f'(x)v1构造函数g(x),即可得到函数g(x)的单调性,再将所解不等式转化为用g(x)表达的抽象函数不等式而得解.【详解】 因 f'(x)v1,即 f'(x)-1<0,令 g (x) = f (x) - x ,则 g '(x) < 0,g(x)在(-3,0上递减,又f (x)是R上的奇函数,则g (x)也是R上的奇函数,从而有g(x)在R上单调递减,显然 f (x) = g(x) + x,则有 f (2x 1011) f (x +1010)> x- 2021o g (2x -1011) + (2x -1011) - g (x +1010) + (x +1010) > x - 2021o g (2 x -1011) + 2x -1011 - g (x +1010) - x -1010 > x - 2021o g (2 x -1011) > g (x +1010)由 g (x)在 R 上单调递减得 2x -1011 < x +1010 o x < 2021,所以所求不等式的解集为(-旧2021】.故选:C【点睛】关键点睛:解给定导数值特征的抽象函数不等式,根据导数值特征构造对应函数是解题的关 键.2. 构造函数之乘积构造:例:1.f (x)在(0,村)上的导函数为f,(x),矿(x)>2f(x),则下列不等式成立的是().A. 20212 f (2022) > 20222 f(2021)b . 20212 f (2022) < 20222 f (2021)C. 2021f (2022)> 2022f (2021)D. 2021f (2022)< 2022f (2021)【答案】A构造g=匕8,求导得g (x)=寸顷)«2 f (x)>。,知g( x)=匕8在(0,中)上为 X 2x 3x 2增函数,进而由g(2022) > g(20221)即可判断.【详解】令 g (x)=巫,则 g,(X) =x2 f,(x) - 2 xf (x) = xf,(x) - 2 f (x)x 2x 4x 3因为在(0,")上的导函数为矿(x)>2f (x),所以在(0, +)上gf(x) >0,即g(x) =f'x)在(0,2 )上为增函数.x2所以 g(2022) > g(2021) n f(2022) > f(2021),即 20212 f (2022) > 20222 f(2021). 2022220212故选:A.2.已知定义在R上的偶函数f (x),其导函数为f f(x),若xf' (x) - 2f (x) > 0,f (-3) = 1,则不等式也 < 1 x的解集是()x 9A. (f,-3) (0,3)B. (-3,3)uC. (-3,0) u(0,3)d. (-3,-3) d(3, +3)【答案】A【分析】根据题目中信息其导函数为f r(x),若xf'(x) - 2 f (x) > 0可知,需构造函数g (x)=丑, x 2利用导函数判断函数g(x)的单调性,利用函数g(x)的单调性、奇偶性来解题,当x > 0时,f (x) 1/、 1 八 f (x) 1,、 1即<2,g (x) < ,当 x < 0 时,即> ,g (x) > .x299x299【详解】构造函数 g (x)=也,g '(x) = x f( x)- 2 f (x)= f( x)-2 f (x),x 2x 4x 3当 x > 0 时,xf'(x) 2f (x) > 0,故 g '(x) > 0,g(x)在(0, +8)上单调递增,又f(x)为偶函数,y 为偶函数,x 2所以g (x) = '(X)为偶函数,在(-8,0)单调递减. x2( 1f (-3) =1 ,则 f =1,g(-3) = g = =-;329当x>0时,即料<9,g(x) < 1 = g(3),所以 x G (0,3);当x<0 时,即平>9,g >1 =g(-3),所以xG(-8,-3).综上所述,x G (-8,-3) D (0,3).故选:A【点睛】需对题中的信息联想到构造函数利用单调性解不等式,特别是分为当x > 0时,当x<0时两种情况,因为两边同时除以x要考虑其正负.3.定义在R上的连续函数f (%)的导函数为f' (X,且cos xf '(x) < (cos x + sin x) f (x)成立, 则下列各式一定成立的是()A. f (0) =0B. f (0) < 0C. f (兀)> 0d. f 仁卜 012 7【答案】c【分析】/、 cos x - f (x),/、八 /、,兀)八设g (x) =,由条件可得g'(x) < 0,即g在R上单调递减,且g - = 0 ,ex12 7由此卡判断选项A,B,C,将x =代入条件可得f ,> 0,可判断选项D. 212 7【详解】由题可得 cos xf '(x) - sin xf (x) < cos xf (x),所以(cos xf (x) < cos xf (x),/、 cos x - f (x)(cos xf (x)'- cos xf (x) c设 g (x) =-则 g'(x) =- < 0,e xe x所以g(x)在R上单调递减,且g ? = 012 7一 兀、f(兀)由 g(0) > g - > g(兀)可得 f (0) >0>-,12 7e 兀所以f (0) > 0,f (兀)> 0,所以选项A B错误,选项C正确.把 X =-代入 cos xf '(x) < (cos x + sin x) f (x),可得 f |:|> 0,所以选项 D 错误2、故选:C.【点睛】关键点睛:本题考查构造函数,判断函数单调性判断函数值的符号,解答本题的关键是根据 / 、 cos x - f (x).J /-)八 ,十一 题意构造函数g(x)=上飞,由条件得出其单调性,根据对 = 0,判断选项,属exV 2 J于难题.变式:1.已知定义在0,-的函数f (x)的导函数为f x),且满足V 2 Jf,(x)sinx- f (x)cosx < 0成立,则下列不等式成立的是()B.C.D.【答案】B构造函数s(x) = f(), sin x【分析】 求导后可确定其单调性,利用单调性比较大小可判断各选项.【详解】/、f (x)口、f'(x)sin x - f (x)cos x 八 /、,八-)设s (x)=云则s (x)=布< ° '所以g在 V 0,2 J上是减函数,f(9f( y)一兀 兀所以 Y T,即/2f(N) f (有),A 错;-几 .几64sin sin 6f(9 f(96 >3兀兀sm sin 63即面(6) f (勺,B正确;f乌) > 兀兀sin sin 43即.2f (9石(9, C错;f -的正负不确定V 3 J因此十'2f g与辛f RV 3 72 V 3 J大小不确定,D不能判断.故选:B.【点睛】f (x),4关键点点睛:本题考查比较大小问题,解题关键是构造新函数g (x)=,由导数确定其sin x单调性,从而可比较函数值大小.变式:2。已知函数fG)的定义域为(°,+3),且满足:(1)fG)°,f'(x) 2xf (x) 3f ,(x),则祟的取值范围是() f (2)A. (°,e-i)B. (e-3, +3)C. (e-3,e-i)D. (e-3,e)【答案】C 【分析】根据题意构造函数g(x)=空与h( x)=fx),利用二者的单调性即可得到结果. e 3xx2g(x)=业 n g,(x) = f'(x)ex2 2也x)ex2 = f'(x) 2x (x)v 0(ex2)2g (x)在(0, +8 )上单调递减,g> g(2) n 四) > 匹) n 4) > e-3, f (2)f(x)/、广(x)e:x2-2xf(x)e3x2广(x)-2xf(x)3 -i ¥x2e 3kh (x)=里 n h(x)=-A=3> 0/ x2f (1) v 虫 n 旦 v ei fe 3h (x)在(0, +8)上单调递增,h(1)v h n 1e 3故选:C【点睛】方法点睛:本题主要考查利用导数研究函数的单调性,需要构造函数,一般:(1)条件含有f(x)+r(x),就构造 g (x )= exf (x),(2)若了 (x)-f(x),就构造 g (x)= fx ,ex2 f(x)+f (x),就构造 g (x)=e2xf (x),(4) 2 f (x)-广(x)就构造 g (x)= f(x),等e2 x便于给出导数时联想构造函数.变式:3.定义在R上的函数f (x)满足f (x)> 1 - f (x),f(0)= 6,则不等式f (x)> 1 +旦ex(e为自然对数的底数)的解集为(A.(0, +8)B.(5, +8)C. (8,0)项5,+8)D. (-8,0)【答案】A【分析】设g(x) = exf(x)-ex,由已知得g3)的单调性,不等式化为g3)g(。),由单调性得结 论.【详解】设 go)=cf3)因为 fG)>ifG),所以g'3) = c(f(x) + f'3)公=c(f3) + f'3)i)>0,所以幺是r上的增函数,g(O) = eof(0) 刽=5不等式 f (x)>l + 可化为c>5,即 g(x)>g(O),所以 x>0.ex故选:A.【点睛】关键点点睛:本题考查用导数解不等式,解题关键是构造新函数<?3)=心丁3)心,由导 数确定单调性,原不等式化为g3)>g(°),然后由单调性得结论变式:4.设函数广G)是奇函数f G) (xeR )的导函数,当尤>。时,lnx-ff(x)<-/(x),且f(l)<。,则使得(x2-9)f G)<。成立的工的取值范围() %A. (-3,0)u(3,+oo)b. (-3,-3)(3,+oo)UC.(-3,0)(0,3)D. (-8,-3)(0,3)UU【答案】A构造函数g3) = f 3) -lnx ,求导并结合已知得到g(x)在(0, +3)上为递减函数,进一步推 出x > 0时,f(x)V0,x < 0时,f (x) > 0,据此可求出使得2 9 )f(x)< 0成立的x 的取值范围.【详解】令 g =f 血 x,则 g f(x) = f f(x) - In x + - f (x) < 0,x所以g (x)在(0,+3)上为递减函数,所以当 0 < x < 1 时,g (x) > g (1) = f(1)ln1=。,又 ln x <0,所以 f (x) < 0,当 x > 1 时,g (x) < g (1) = f(1)ln1= 0,又 In x >0,所以 f (x) < 0,所以当 x G (0,1) (1,+3)时,f (x) < 0,又 f (1) < 0 u所以x > 0 时,f(x)<0,因为f (x)为奇函数,所以x < 0时,f(x) > 0,所以C2 -9)f(x)<g|f()9<>00或-x 2 9 < 0f (x) > 0,Jx(-3或) 3 J-3 < x < 3=x > 0或 I x < 0,。x > 3 或3 < x < 0.故选:A 【点睛】关键点点睛:构造函数g3) = f 3)nx ,利用导数判断其单调性,根据单调性推出当x > 0时,f (x)< 0,当x v 0时,f (x) > 0是解题关键.变式:5.定义在R上的奇函数f (x)的图象连续不断,其导函数为f,(x),对任意正实数x 恒有 xf(x)> 2 f (-x),若 g(x)= x2f (x),则不等式 g (og3 (jc 2 -1)+ g (-1)< 0 的解 集是()A. (0,2)C. J,2)B. (-2,2)D. (-2,-1)d(1,2)【答案】D【分析】由f (x)是定义在R上的奇函数,得g (x)为奇函数,由矿(x)> 2f (-x)=-2f (x),得 g (x)为 x e R 上的增函数,再由 g (og3 (x2 -1)+ g (-1) v 0 得 g (og3 (x2 - 1)v g (1), 利用单调性可得答案.【详解】因为f (x)是定义在R上的奇函数,所以f (-x)= -f (x),所以当 x e R 时,有 g (- x )= x 2f (- x )=- x 2f (x )=- g (x ), 所以g (x)为奇函数,且对于正实数x, 有 xf ,(x)> 2f (-x) = -2f (x),即 xf (x)+ 2f (x)> 0,所以 g r(x)= 2 xf (x )+ x 2f,(x )= x 2 f (x )+ xf,(x ) > 0所以g (x)= x2f (x)在x > 0是增函数,又因为g (x)为奇函数,所以g (x)为x e R上的增函数,由 g (og3 (x2 1)+ g (一1)< 0 得 g (og3 (x2 一1)< -g (-1)= g (1),所以log3 (x2 -1)< 1,即 0 < x2-1 < 3,解得-2 < x <-1 或1< x < 2,故选:D.【点睛】考查了函数的性质,解题的关键点是利用奇偶性、单调性解不等式,考查了学生分析问题、 解决问题的能力及计算能力.3.导数之同构异构:= g(x2)。,> 0例:1.已知函数 f (x) = xex, g(x) = 2xln2x,若 f (气)大值为()1A. 一e 24B.e 2C.2 D.- e【答案】D【分析】首先由2叩2 x2=ein22 - ln 2 x = tx1 -ex1 =t,再结合函数函数f (x)= x-ex的图象可in t 2ln t2ln t知,气=m2x2,这样转化打=一厂,利用导数求函数h(t)=丁 的最大值.1 2由题意得,xexi = t, 2x2 ln2x2 = t,即 2x ln2x =。点吃-In2x = t, 令函数 f(x)= x-ex,则 f'(x) = (1+ x)ex,所以,x < -1时,f '(x) V 0 , f (x )在-8,D上单调递减,x>-1 时,f '(x) > 0,f (x )在(-1, +8)上单调递增,又当x e (3,0)时,f (x)<0,xG (0, + 8)时,f (x)>0,作函数f (x) = xex的图象如图所示.由图可知,当, 0时,f(x)=,有唯一解,故x1=ln2%,且I0,t > 0,则 h (t)=2 (1 ln t)12ln t 2ln t 2ln t2ln t=.设 h(t)=xx2x ln2xtt1 222令h (t) = 0解得e所以h(t)在(0, e)上单调递增,在(e, +8)上单调递减, h(t) < h(e) = 2eIn t2即的最大值为一.xxe故选:D.【点睛】关键点点睛:本题考查利用导数求函数的最值,本题的关键是观察与变形,ein x2 .ln x = t,x .exx = t1并且由函数图象判断/(x)= t > 0,只有一个零点,所以xi=ln x2,这样后面的问题迎刃 而解.2.已知函数f (x)=,g (x) =xe-x.若存在 £(0, +8),x2 e R 使得f (%)= g(x2)= k(k <0)成立, 则% j ek的最大值为()I xJA. e2B. eC.D.【答案】C【分析】由题意可知, g (x )= f Ox),由 f (%)= g (x2)= k (k < 0)可得出 0<气< 1,x2 < 0, 利用导数可得出函数y = f (x)在区间(o,i)上单调递增,函数j = g (x)在区间(-8,0)上单调递增,进而可得出xi = ex2,由此可得出出x - 土 = g (x2 )= k,1(x V可得出T ek = k2ek,"气)构造函数h(k)= k2ek,利用导数求出函数y = h(k)在k e(-8,0)上的最大值即可得解.( x Inexgx)=ex ex同理可知,函数y = /G)的定义域为(0,心),f'G)二 >。对Vxg(o,i)恒成立,所以,函 X2数y =)在区间(o,D上单调递增,同理可知,函数> = gG)在区间(-旧。)上单调递增,.*./(% ) = gG )= f(ex2),贝ij x = ex2,二 % = % = g(x )= *,贝i| i ek =kek,i 2ix 。吃 2I x iv i 7构造函数 h(k)=k2ek,其中* <0,则 ”(k)=(k2 + 2k)ek =k(k + 2)ek.当k<-2时,"Q)>。,此时函数y = h(k)单调递增;当一2<k<。时,"Q)v0,此 时函数> = h(k)单调递减.所以,h(k) =h(-2)= .max。2故选:c.【点睛】本题考查代数式最值的计算,涉及指对同构思想的应用,考查化归与转化思想的应用,有一 定的难度.变式:1.设实数X >0,若对任意xe(0,+oo),不等式-lnXx>0恒成立,则人的取值A范围是()A. 0<X <- B. 0<X <e-l C. 0<X <e D. 0 < X < e2 e【答案】C【分析】令/(x) = -Inlx,根据二阶导数的符号判断六3)的单调性,由零点存在性定理易知 A女6(0,+8)使广3 ) = 0,此时人=工电,进而讨论f3)的单调性可知f(x)>f(x ), 0000要使题设不等式恒成立,即/(X ) = -lnX-lnx 2。成立,构造 o Ao1g(*)= : 21n%-*利用导数研究其单调性确定g(%冷°的区间,进而求人的范围. 0【详解】令/W = -InXx,只需要xe(0,+oo)j2f(x)>0恒成立,KZ?|=且入>0,fx) = + >0,即f,3)在xe(0,+oc)上单调递增,. lim 扩(x) = -co , lim f'(x) = +oo , xo+xt+go/. 3x g(0,+oo),使广3) =。,即冗= 00o/.)时,fx) < 0 , y(x)单调递减;e (%o, +00)时,fx) > 0 , y(x)单调递增;pxpx, 、1 故只需 f (x) > f (x ) = V-In人X =生-lnX-Inx > 0,令g(七)=丁一2】n x -x , 0 X 0 X00 x 0001 g( x0) = -( + 1)2 < 0,故 g (x0)在 x0 6(0, +3)上递减,而 g (1) = 0 ,0. x0 6(0,1时,g(x0) > 0 恒成立,可知X = x0e% 6 (0,e.故选:C【点睛】 关键点点睛:利用导数研究f (x)的单调性并确定极小值点范围,根据f f(x0) = 0有X= xex0,结合f> f(x)构造新函数,求f (x ) > 0成立时金的区间,进而求参数范 0000变式:2.设k>0围.若存在正实数x,使得不等式log x-k - 2奴-1 > 0成立,则k的最大值为 41A.-e ln 2ln2 B. eeC,ln2ln2DE【答案】A 【分析】由题意可得睑)x,可令2k = a则log x ax成立,由J = ax和y=logx互为反函数,可得图象关于直线V = x对称,可得x = ax = log x有解,通过取对数和构造函数法, a求得导数,单调性和最值,即可得到k的最大值.【详解】不等式 log x - 2 2kx-i 0 ,4L11所以一log x 2 2kx 0 ,222 1. 八 >即为log X 2kx ,22可令22 = a,则log x ax成立,a由j=ax和y=log x互为反函数,可得图象关于直线y =x对称, a可得x = ax = log x有解,a则 Inx = xlna,即Ina =性,xInx 可得y =- x导数为y'=上丝,x 2可得x > e时,函数y递减,0 v x v e时,函数J递增,则x = e时,y =竺取得最大值-, xe可得即有lna -,所以ln22 -,ee即2的最大值为去- 故选:A变式:3.已知是方程xsex-4 + 2ln x - 4 = 0的一个根,则+ 2ln尤的值是()A. 3B. 4C. 5D. 6【答案】B【分析】根据题意变形得e3inx+x-4 + 3ln x + x 一 4 = einx + ln x ,进而构造函数f (x) = ex + x ,由函数 的单调性得3ln x + x - 4 =ln x,即 x = e47,进而 e4-x0 + 2ln x0 = x0 + 2ln x0 = 4 .【详解】解:x3ex-4 + 2ln x - 4 = 0 n e3ln x+x-4 + 3ln x + x - 4 = ln x + x = elnx + ln x设 f (x) = ex + x , f '(x) = ex +1 > 0 恒成立,故 f (x)单调递增,由 f (3ln x + x-4) = f (lnx)得3ln x + x-4 = lnx,所以 * _ /一 x e 2所以 e4一x0 + 2ln x = x + 2ln x = 4故选:B.【点睛】 本题考查导数同构求解函数值,考查运算求解能力,化归转化思想,是中档题本题解题的关键在于根据同构式整理得e3lnx+x-4 + 3ln x + x - 4 = elnx + ln x,进而构造函数f (x) = ex + x,同构研究函数单调性得3ln x + x 4 = ln x,即x = e;,进而求解.J x + 1)n e x变式:4.已知关于x的不等式x +1> ln x在(°,杵)上恒成立,则实数人的取值范围为()A.r 1)-,+3B. (e, +3)C.f 1)0,一I e JI e J【答案】AD.(0, e)【分析】不等式整理为(办+ 1)ln所(x + 1)lnx,构造函数f (x)=(x + 1)lnx ,求导函数判断原函数单调性,再取对数变量分离,再求导函数进而求最值.【详解】由 J注1)"x >inx,得(exx + 1)ln热x >(x + 1)lnx,构造函数 f (x)=(x + 1)lnx, x +1则 f (eXx)> f (x)fr(x)= lnx +1 + -,f "(x)=1 - = 1,xx x2x 2当 x e (0,1)时,f(x)< 0,当 x e (1, +3)时,f(x)<0f(x) .=f(1)= 2 > 0,所以 f (x )在(0, +3)上单调递增, min得 eXx > x, X x > ln x, X > lnx在(0,+3 )上恒成立,x设 g (x)=lnx,g(x)=些,xx当 x e(0,e)时,g,(x)> 0,g (x)单调增,当 x e(e, +3)时,g'(x)<0,g (x)单调减,g (x)max= g (e)= j,所以 X > ?【点睛】此题为导数运用综合题,关键在于构造恰当的函数,通过其导函数判断单调性,确定最值