張 興 李雪琴

(1.固原市第二中學(xué),寧夏 固原 756000；2.固原市回民中學(xué),寧夏 固原 756000)

新課標(biāo)高考數(shù)學(xué)卷第21題函數(shù)解答題的特點(diǎn)及解法探略

張 興1李雪琴2

(1.固原市第二中學(xué),寧夏 固原 756000；2.固原市回民中學(xué),寧夏 固原 756000)

新課標(biāo)數(shù)學(xué)卷第21題均為函數(shù)綜合題.其內(nèi)容涉及切線、單調(diào)極值、求參數(shù)范圍和證明不等式四大問題.突出考題學(xué)生思維的靈活性、敏捷性和數(shù)學(xué)化歸能力.更重要的是這些考查都立足于對(duì)通性通法考查的基礎(chǔ)之上.本文主要探究解題中的通性通法.

單調(diào)性與極值; 參數(shù); 不等式;解題策略

函數(shù)是高中數(shù)學(xué)的重要內(nèi)容,其觀點(diǎn)和方法貫穿了高中數(shù)學(xué)的全過程.因此函數(shù)知識(shí)可以有效的承載中學(xué)數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)，所以新課標(biāo)高考試題無一例外，每年的壓軸題均為函數(shù)綜合題.在高考所有數(shù)學(xué)內(nèi)容中對(duì)函數(shù)知識(shí)和能力的要求是最高的，所以對(duì)函數(shù)壓軸題的深入研究，既有利于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)綜合素養(yǎng)，又有利于做好高中數(shù)學(xué)教學(xué)工作.筆者就近十年函數(shù)壓軸題統(tǒng)計(jì)表如下：

通過對(duì)表格的分析、歸類我們會(huì)得到以下幾點(diǎn)(1)考查內(nèi)容涉及切線、單調(diào)極值、求參數(shù)范圍和證明不等式四大問題，基本上每年都是四選二.(2)文科以單調(diào)極值為主，切線、求參數(shù)次之，涉及不等式的比較少.理科以求參數(shù)范圍為主，單調(diào)極值、不等式問題次之，切線問題涉及比較少.(3)通過對(duì)比、分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)通性通法與靈活化歸是解題的主要策略.

一、切線問題

又∵切點(diǎn)(1,b)，∴斜率k=f′(1)=ae，

∴ 切線方程：y-b=ae(x-1).

又∵切線為y=e(x-1)+2，

例3 已知曲線方程為y=x2，求過B(3,5)點(diǎn)，且與曲線相切的直線方程．

解析 求得f′(x)=2x.設(shè)切點(diǎn)(a,b),

∴斜率k=f′(x)=2a,切線方程：y-b=2a(x-a).

評(píng)析 從數(shù)量上看，近十年文、理30套題中出現(xiàn)考查切線問題的共有13個(gè)，對(duì)知識(shí)和能力的考查屬于中等層次，都在第一問.主要針對(duì)導(dǎo)數(shù)的幾何意義，涉及過函數(shù)表示曲線上某一點(diǎn)的切線，大多數(shù)與求參數(shù)值結(jié)合在一起.觀察上述三個(gè)小題就會(huì)發(fā)現(xiàn)其解答過程，代表著知識(shí)的形成過程，也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.其核心步驟為求導(dǎo)數(shù)、寫切點(diǎn)(有則寫，無則設(shè))、求斜率、寫切線、有字母則需列方程和解方程.在這類題的各種解法中，或許有更加簡(jiǎn)捷的方法，但這種步驟是最基礎(chǔ)、最具有普適性的方法.

練習(xí)：(2016文(20))已知函數(shù)f(x)=(x+1)lnx-a(x-1).當(dāng)a=4時(shí)，求曲線y=f(x)在(1,f(1))處的切線方程.

二、函數(shù)的單調(diào)性、極值、最值

x(-32，-1)-1(-1，-12)-12(-12，+∞)f′(x)+-+f(x)增減增

例5 (2015文21)已知函數(shù)f(x)=lnx+a(1-x).討論的f(x)單調(diào)性.

解析f(x)的定義域(0,+ ∞),

① 當(dāng)a=0時(shí)，沒有拐點(diǎn)，f′(x)>0, ∴f(x)在定義域(0,+ ∞)上是單調(diào)增函數(shù).

x(0，1a)1a(1a，+∞)f′(x)+-f(x)增減

∴f(x)在定義域(0,+ ∞)上是單調(diào)增函數(shù).

評(píng)析 關(guān)于函數(shù)單調(diào)性、極值、最值問題，近十年文、理30套題中共出現(xiàn)了17個(gè)，幾乎全部都在第一問.其中不含有參數(shù)函數(shù)的單調(diào)性、極值、最值，共有12道題，含有參數(shù)函數(shù)的單調(diào)性、極值、最值共5道題.例4是不含有參數(shù)的單調(diào)極值問題，解答的基本步驟是求定義域、求導(dǎo)數(shù)、求拐點(diǎn)、列表、回答單調(diào)與極值的結(jié)果.例5是含有參數(shù)的單調(diào)極值問題，在求拐點(diǎn)時(shí)，需要根據(jù)參數(shù)的取值討論拐點(diǎn)個(gè)數(shù)，然后按拐點(diǎn)特征進(jìn)行分類，其解答的基本步驟依然是域(定義域)、導(dǎo)(導(dǎo)數(shù))、拐(拐點(diǎn))、表(列表)、答(回答).這類題的第一個(gè)難點(diǎn)是何時(shí)討論參數(shù)？由于題目條件的不同，有的在求零點(diǎn)時(shí)討論參數(shù)個(gè)數(shù)；有的在列表時(shí)討論參數(shù)大小.第二個(gè)難點(diǎn)是如何討論參數(shù)的取值？簡(jiǎn)單一點(diǎn)的根據(jù)參數(shù)本身的特征，比如分式的分母不為零等，復(fù)雜一點(diǎn)的需要根據(jù)題目的條件，參考自變量的取值范圍進(jìn)行討論，關(guān)鍵是要做到不重不漏.

練習(xí)： (2016文1(21))已知函數(shù)f(x)=(x-2)ex+a(x-1)2.討論f(x)的單調(diào)性．

三、求參數(shù)范圍

例6 (2010文(21))設(shè)函數(shù)f(x)=x(ex-1-ax)(Ⅰ)略．(Ⅱ)若當(dāng)x≥0時(shí)f(x)≥0，求a的取值范圍.

解析 (Ⅱ)法一：圖象法.

當(dāng)x≥0時(shí)f(x)≥0?x(ex-1-ax)≥0(其中x≥0)

?ex-1-ax≥0(其中x≥0)?ex≥1+ax(其中x≥0).

設(shè)y1=ex,y2=1+ax(其中x≥0),

則y1圖象在y2圖象的上方，兩個(gè)圖象都通過(0，1)，只需y1在(0，1)處的切線y2圖象的上方.

又因?yàn)閥1=ex在(0，1)處的切線方程是：y=x+1,

所以x+1≥1+ax恒成立，所以a≤1，即a的取值范圍是(-∞,1].

解析(1) (Ⅱ)法二：求參數(shù)討論參數(shù)，部分肯定部分否定法.

由題x≥0時(shí)f(x)≥0，即f(x)=x(ea-1-ax)≥0.

令g(x)=ex-1-ax，則g′(x)=ex-a.

∴a≤1適合題意.

當(dāng)a>1,g′(x)=ex-a=0?x=lna.

x(0，lna)lna(lna，+∞)g′(x)—+g(x)減增

∴a>1不合題意，舍去.

解析 化為不等式恒成立求參數(shù)，用分離參數(shù)求最值法.

f′(x)=3x2-6ax-9a2=3(x-a)2-12a2,

它的圖象是關(guān)于直線x=a對(duì)稱的拋物線，

②若a>1,則|f′(a)|=12a2>12a.故當(dāng)x∈[1,4a]時(shí)|f′(x)|≤12a不恒成立. 所以a>1不合題意舍去.

評(píng)析 函數(shù)解答題中求參數(shù)范圍問題，近十年文、理30套題中共出現(xiàn)了11個(gè)，全部都在第二問.這種類型題從條件上看大多為指數(shù)型函數(shù)的混合函數(shù)或復(fù)合函數(shù)，都是在給定未知數(shù)x取值范圍的條件下，在一個(gè)不等式中求參數(shù)的范圍.由上面3個(gè)小題可知，求參數(shù)的取值范圍問題有三種解法，第一圖象法如例6解法一，其基本步驟是分離函數(shù)式(一邊化為指數(shù)式另一邊化為代數(shù)式)、構(gòu)建函數(shù)、作出函數(shù)圖象、根據(jù)圖象位置建立新的不等式、解不等式.第二討論參數(shù)法如例6解法二，其基本步驟是求函數(shù)定義域、求導(dǎo)數(shù)、求拐點(diǎn)、列表、利用單調(diào)性建立新的不等式、化簡(jiǎn)不等式確定參數(shù)的范圍.第三分離參數(shù)法如例7，其基本步驟是利用公式a>f(x)?a>fmax(x)，把不等式恒成立化為函數(shù)最值問題，利用函數(shù)單調(diào)性求最值、利用建立新的不等式、解不等式求參數(shù).

綜上可知解答參數(shù)問題時(shí)首選分離參數(shù)法，能直接分離參數(shù)的直接分離參數(shù)如例6，不能直接分離的考慮能否分離含有參數(shù)的代數(shù)式如例7.其次考慮能否使用圖象法，關(guān)鍵在于能否分離代數(shù)式和指(對(duì))數(shù)式，構(gòu)造函數(shù)人出圖象如例6法一．最后考慮討論參數(shù)法如例6解法二，這種方法的難點(diǎn)之一是求拐點(diǎn)時(shí)需要討論參數(shù)，討論的標(biāo)準(zhǔn)要有時(shí)需要參考x的取值范圍；難點(diǎn)之二是根據(jù)參數(shù)的取值，否定一部分即參數(shù)取值不適合條件部分，肯定一部分是參數(shù)取值適合條件部分，從而確定參數(shù)值的范圍.

四、證明不等式(恒等式)

例8 (2013理(21))已知函數(shù)f(x)=ex-ln(x+m)(Ⅰ)設(shè)x=0是f(x)的極值點(diǎn)，求m,并討論f(x)的單調(diào)性；(Ⅱ)當(dāng)m≤2時(shí)，證明f(x)>0.

解析(Ⅱ) 當(dāng)m≤2時(shí),x∈(-m,+∞)，ln(x+m)≤ln(x+2),

∴ex-ln(x+m)≥ex-ln(x+2).

故只需證明當(dāng)m=2時(shí),f(x)>0,

即f(x)=ex-ln(x+2)>0.

由函數(shù)知定義域?yàn)?-2,+∞),

又f′(-1)<0，f′(0)>0,故f′(x)=0在(-2,+∞)有唯一實(shí)根x0.

x(-2，x0)x0(x0，+∞)f′(x)-+f(x)減極小值增

綜上，當(dāng)m≤2時(shí)，f(x)>0.

評(píng)析 函數(shù)解答題中關(guān)于不等式(恒等式)的證明，近十年文、理30套題中共出現(xiàn)了10個(gè)，其中與零點(diǎn)有關(guān)的不等式四道題，證明函數(shù)不等式的有6道題，都是解答題的第二問.由上例題可知例8題的解答順序是求函數(shù)定義域、求導(dǎo)數(shù)、利用函數(shù)單調(diào)性列不等式、化簡(jiǎn)不等式、即得要證明的不等式.例9題的解答順序是化簡(jiǎn)函數(shù)、求函數(shù)定義域、求導(dǎo)數(shù)、利用函數(shù)單調(diào)性列不等式、化簡(jiǎn)不等式、即得要證明的不等式.觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)解答這類題的核心步驟是：構(gòu)造函數(shù)、求導(dǎo)數(shù)、列表、利用單調(diào)性極值或最值建立新的不等式、化簡(jiǎn)或解不等式.

綜上我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)函數(shù)解答題基本上都是兩大問題，其中第一小題主要是導(dǎo)數(shù)的幾何意義或者是導(dǎo)數(shù)的函數(shù)意義，突出對(duì)現(xiàn)代數(shù)學(xué)內(nèi)容的考查，屬于中、低等層次要求.其中切線問題的基本解答步驟是：導(dǎo)(數(shù))、(切)點(diǎn)、斜(率)、(切)線、列(方程)和解方程.單調(diào)極值問題的基本解答步驟是：(定義)域、導(dǎo)(數(shù))、拐(點(diǎn))、(列)表、(回)答.其中第二小題主要是求參數(shù)的范圍或者是證明不等式，就其內(nèi)容在本質(zhì)上而言屬于二元變量函數(shù)，求參數(shù)范圍是控制一個(gè)變量的范圍，去探究另外一個(gè)變量的范圍，通常選用分離參數(shù)、圖象法或討論參數(shù)法.證明不等式題大多數(shù)需要構(gòu)造函數(shù)，使用導(dǎo)數(shù)的函數(shù)意義.這兩類題雖然題目?jī)?nèi)容有時(shí)差別很大，方法也大不相同，但解題的本質(zhì)思想基本相同，其核心步驟是：構(gòu)造新函數(shù)、求其定義域、求導(dǎo)數(shù)、求拐點(diǎn)(根據(jù)參數(shù)取值情況討論有無拐點(diǎn))、列表、利用最值建立新的不等式、化簡(jiǎn)或解不等式.

[1]唐學(xué)寧.例析函數(shù)選擇壓軸題的解題策略[J].中國(guó)數(shù)學(xué)研究，2017(5)：23-24.

[2]劉紹學(xué)等.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)教科書,數(shù)學(xué)選修2-2 [M]，北京：人民教育出版,2007.

[責(zé)任編輯：楊惠民]

2017-05-01

張興(1967-)，男，漢，中學(xué)教師，研究方向中學(xué)教育教學(xué). 李雪琴(1979-)，女，漢，固原回民中學(xué)教師，研究方向中學(xué)教育教學(xué).

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