(一)利用导数研究函数的单调性和极值
函数的单调性即该函数在一定范围的图象曲线的走向,若函数图象曲线向上,则为单调递增,反之则为单调递减。一个函数的单调性与其导数联系紧密,定理如下:在区间(a,b)内,若f’(x)>0,那么函数y=f(x)在该区间内单调递增;若若f’(x)<0,那么函数y=f(x)在该区间内单调递减。
例1:已知三次函数f(x)=x3+ax2+bx+c在x=1和x=-l时取极值,且f(-2)=-4
(1)求函数y=f(x)的表达式
(2)求函数y=f(x)的单调区间和极值
(1)解:由f(x)=x3+ax2+bx+c得f’(x)=3x2+2ax+b由题意得x=1和x=-1是f’(x)的根,得a=0,b=-3
由f(-2)=-4得c=-2所以f(x)=x3-3x- 2
(2)f(x)=3x2- 3=3(x+1)(x-1)当x<-1时,f(x)>0当x=-1时,f(x)=0当-1<x<1时,f’(x)<0当x=1时,f’(x)=0当x>1时,f(x)>0
所以,f(x)在区间[-∞,-1]上为增函数;在[-1,1]上是减函数;在[1,+∞]上是增函数。函数f(x)的极大值是f(-1)=0,极小值是f(1)=- 4。
在例1中,第二个问题即求函数的单调区间以及极值,我们可以很容易从例子中看出,当函数的导数在某-区间内大于零时,函数在这个区间内单调递增;相应的,当函数的导数在某已区间内小于零时,函数在这个区间单调递减。因此,在解题过程中,当学生遇到求函数的单调性以及极值的时候,可以利用求导的方式求出该函数的导数,通过导数判断其单调性和极值。
(二)利用导数求函数的最值
函数的极小值和极大值与函数的最大值和最小值是两个不同的概念。极小或极大值都是反映函数在某-.-点附近的局部性质,而不是函数在整个定义域内的性质。也就是说,极小值和极大值不能代表函数的最大值和最小值。但是在求函数的最大值和最小值的过程中,却需要借助极小值和极大值。
例2:求f(x)=y=x4- -8x2+2在[-1,3]上的最值
解:由y=x4 -8x2+2得y’=4x3-16x=4x(x -2)(x+2)令y’=0,得x=0,x=2,x=-2
代人得F(0)=2,f(2)=-14,f(-1)=-5,f(3)=11由于x=-2不在区间[-1,3]中,因此不予考虑。所以f(x)在区间[-1,3]中的最小值为f(2)=-14,最大值为f(3)=11。一般情况下,求某一个函数在某区间内的最值,可先求出该函数在区间内的极值,再将求出的各极值与该函数在端点处的函数值比较,最大的则为函数的最大值,最小的则为函数的最小值。
(三)构造函数证明不等式
构造函数简单来说就是一一种解题方法,是基于具体数学题目,构造符合题目的函数模型,并通过该函数模型解决数学题目的方法。在解题过程中通过构造函数方法可以有效得出答案,如应用于证明不等式中。
例3:已知函数f(x)=x<sub>2</sub>/2-ax+(a-1)lnx,a>1.
证明:若a<5,则对任意x1,x2∈(0,+∞),x<sub>1</sub>≠x<sub>2</sub>,有f(x<sub>1</sub>)-f(x<sub>2</sub>)/x<sub>1</sub>-x<sub>2</sub>>-1。
解:f(x)=x-a+(a-1)/x=(x<sub>2</sub>-ax+a-1)/x=(x-1)(x+1-a)/xg(x)=f(x)+x=x2/2-ax+(a-1)lnx+x
g(x)=x-(a-1)+(a-1)/x≥2-(a-1)=1-(-1)*2;1<a<5
g(x)>0,即g(x)在(0,+∞)單调递增..当x<sub>1</sub>>x<sub>2</sub>>0时,g(x<sub>1</sub>)-g(x<sub>2</sub>)>0故f(x<sub>1</sub>)-f(x<sub>2</sub>)/x<sub>1</sub>-x<sub>2</sub>>-1
当0<x1<x2时,[f(x<sub>1</sub>)-f(x<sub>2</sub>)]/(x<sub>1</sub> -x<sub>2</sub>)=[f(x2)-f(x<sub>1</sub>)]/(x<sub>2</sub>-x<sub>1</sub>)> -1
例3中,如果只是按照常规思路进行解题,难度较大,但是通过构造函数g(x)解题,很大程度上降低了解题难度。
(四)导数与函数零点问题
函数零点个数的判断问题是导数与函数的热点问题,其实质仍是利用导数刻画函数图象与性质,这类问题的难点是含参问题中零点会随着参数而移动,确定零点所在的关于参数的区间需要认真分析。
(五)类型四:隐零点整体代换问题
设而不求是解析几何常用的方法,而在函数导数中,有时候因为关于极值点的方程是超越方程,求不出极值点,这时候需要设而不求,对参数进行整体代换。
(六)双变量同构式问题
在考题中常见到有两个变量的函数或不等式问题,如果原式子能够通过化简、变形成为两个变量不同、结构相同的式子,问题就可以通过构造函数来解决.
三、巧借导数分析,别样化解难题
(1)分析函数性质,简证不等式
导数可以有效解决不等式问题,尤其是证明不等式成立问题,可通过求导的方式来分析不等式,确切来讲是采用构造思想构造新的函数,利用导数来判断函数的单调性,求最值或判断函数符号,最后结合不等式恒成立原理来证明。
(2)妙求切线方程速解圆锥曲线
圆锥曲线因其计算过程复杂、技巧性强而成为高中数学的重难点知识,对于其中涉及曲线切线方程的问题可以采用导数知识来求解,通过求导的方式来求切线的斜率,从而建立切线方程,需要注意的是曲线方程在转化过程中因定义域所造成的差异。
(3)求导分析模型巧解实际问题
导数在解决与生活实际相关的数学问题中同样有着良好的解题效果,尤其是对于物料问题、距离最值问题等,可以利用导数来分析问题的数学模型,利用求导的方式来求解.一般思路为:从实际问题中抽象数学模型,利用导数求函数最值,结合实际取最优值。