导数问题的常见分类讨论策略

(整期优先)网络出版时间:2021-04-06
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导数问题的常见分类讨论策略

熊有胜

湖北省十堰市房县第一中学 442100


导数是高考必考查的一个模块,利用导数研究函数的单调性、极值、最值等问题,常常需要进行分类讨论,如何分类讨论?常见的有哪些类型?本文来支支招。

  1. 导数为零的点与定义域或给定的区间的相对位置关系的讨论

例1、已知606bba3a0b43d_html_ec859198109d466d.gif ,求函数606bba3a0b43d_html_3b6fdbb1bdce0fb0.gif 在区间[0,1]上的最小值。

解析:606bba3a0b43d_html_cf90fa47bcfd7101.gif ,由606bba3a0b43d_html_4fe670805ba685cd.gif

①当606bba3a0b43d_html_7403b573a7da540a.gif 在区间[0,1]上是减函数,

此时606bba3a0b43d_html_d4e63f05c4a9bd2e.gif 在区间[0,1]上的最小值是606bba3a0b43d_html_940c0500bd409121.gif

②当606bba3a0b43d_html_fa4f26343f82840b.gif 在区间[0,1]上是增函数,

606bba3a0b43d_html_d4e63f05c4a9bd2e.gif 在区间[0,1]上的最小值是606bba3a0b43d_html_e6fe81ebd1f0ecd2.gif

③当606bba3a0b43d_html_71f9f7707eb3a9e9.gif606bba3a0b43d_html_35b4a7f42aff0a9b.gif

所以当606bba3a0b43d_html_5d19f53a307307cc.gif 时,函数606bba3a0b43d_html_8b650679d005f8c3.gif 取得极大值,又606bba3a0b43d_html_23ced3a6207b749b.gif ,因此当606bba3a0b43d_html_838e3500b0a403a4.gif 时,606bba3a0b43d_html_d4e63f05c4a9bd2e.gif 在区间[0,1]上的最小值是606bba3a0b43d_html_940c0500bd409121.gif ,当606bba3a0b43d_html_43645d75c94aae1.gif 时,606bba3a0b43d_html_d4e63f05c4a9bd2e.gif 在区间[0,1]上的最小值是606bba3a0b43d_html_e6fe81ebd1f0ecd2.gif

综上,当606bba3a0b43d_html_2f2fa329a1669320.gif 时,606bba3a0b43d_html_d4e63f05c4a9bd2e.gif 在区间[0,1]上的最小值是606bba3a0b43d_html_940c0500bd409121.gif

606bba3a0b43d_html_af4641be2e2f0517.gif 时,606bba3a0b43d_html_d4e63f05c4a9bd2e.gif 在区间[0,1]上的最小值是606bba3a0b43d_html_e6fe81ebd1f0ecd2.gif

评析:当求出的导数为零的点不能确定是否在给定区间内时,常常要分零点在区间的左侧、右侧(这两种情况函数一般是单调函数)和在区间内(此时函数一定有极值)三种情况讨论。

2、对代数式正负的讨论

例2、设函6570606bba3a0b43d_html_98fd0f2c8552094a.gif ,求函数606bba3a0b43d_html_3a982b35549941c2.gif 的单调区间。

解析:606bba3a0b43d_html_6c0a5c9be6b4376c.gif

606bba3a0b43d_html_86877c744f37d878.gif ,所以函数606bba3a0b43d_html_3a982b35549941c2.gif 的单调增区间是606bba3a0b43d_html_d6cabb9704086e71.gif


606bba3a0b43d_html_cb1f065b9c3226c1.gif ,所以函数606bba3a0b43d_html_3a982b35549941c2.gif 的单调减区间是606bba3a0b43d_html_350bc55397d13cb4.gif

606bba3a0b43d_html_7a21c93a1b480cd5.gif ,所以函数606bba3a0b43d_html_3a982b35549941c2.gif 的单调减区间是606bba3a0b43d_html_350bc55397d13cb4.gif606bba3a0b43d_html_345c06c4eb94277f.gif ,所以函数606bba3a0b43d_html_3a982b35549941c2.gif 的单调增区间是606bba3a0b43d_html_d6cabb9704086e71.gif

评析:研究函数的单调性时,常常需要解不等式,当不等式两边同除一个代数式时,要分此式为正、为0和为负三种情况分别讨论。

3、对判别式606bba3a0b43d_html_5cfb3c0fb13321f9.gif 的讨论

例3、已知函数606bba3a0b43d_html_6f42bd58082534de.gif ,讨论606bba3a0b43d_html_f55fe4c69efcce6d.gif 的极值。

解析:函数606bba3a0b43d_html_f645ba194802e8e5.gif 的定义域为606bba3a0b43d_html_2a1c290ccafc9c3a.gif

606bba3a0b43d_html_b1294a16c4dec3ff.gif 方程606bba3a0b43d_html_a2643048403037eb.gif 的判别式606bba3a0b43d_html_5cfb3c0fb13321f9.gif =606bba3a0b43d_html_d29b56a25c281443.gif

Ⅰ、当606bba3a0b43d_html_5cfb3c0fb13321f9.gif =606bba3a0b43d_html_74d54f666b07530d.gif 时,606bba3a0b43d_html_472ed3a30dde88e2.gif 恒成立,606bba3a0b43d_html_f55fe4c69efcce6d.gif 不存在极值。

Ⅱ、当606bba3a0b43d_html_5cfb3c0fb13321f9.gif =606bba3a0b43d_html_4fabd32391b8deae.gif 时,606bba3a0b43d_html_aa7380b9dba79e5e.gif 恒成立,不存在极值。

Ⅲ、当606bba3a0b43d_html_5cfb3c0fb13321f9.gif =606bba3a0b43d_html_3e45989f2d7143e2.gif 时,方程606bba3a0b43d_html_ec24c296ed5fe85e.gif 有两个不同的实根

606bba3a0b43d_html_fa39574bbc13d628.gif 当x变化时,606bba3a0b43d_html_1a41b352d4e55137.gif606bba3a0b43d_html_f55fe4c69efcce6d.gif 的变化情况如下表:

606bba3a0b43d_html_20ad835e79d8bc69.gif

606bba3a0b43d_html_835fb5b814256ab1.gif

606bba3a0b43d_html_b1c1b276b3eec159.gif

606bba3a0b43d_html_2bf3f643ceb7a68f.gif

606bba3a0b43d_html_bec930ab3ce327e7.gif

606bba3a0b43d_html_5e6d5d2f86fbde1a.gif

606bba3a0b43d_html_1a41b352d4e55137.gif

+

0

0

+

606bba3a0b43d_html_f55fe4c69efcce6d.gif

递增 606bba3a0b43d_html_d7c9981900a650e3.gif

极大值

递减606bba3a0b43d_html_2d4795c62954ac4e.gif

极小值

递增606bba3a0b43d_html_d7c9981900a650e3.gif

由表知,当606bba3a0b43d_html_a3a35c9b93aeb7f1.gif 时,606bba3a0b43d_html_f55fe4c69efcce6d.gif 取得极大值,当606bba3a0b43d_html_2f43018c87b73e59.gif 时,606bba3a0b43d_html_f55fe4c69efcce6d.gif 取得极小值。

评析:当函数求导后能转化为二次函数或二次不等式问题,它们对应的二次方程是否有解不能确定时,往往要对判别式进行讨论,此时要特别注意,当判别式606bba3a0b43d_html_5cfb3c0fb13321f9.gif =0时,虽然导数为0有根,但根的左右两侧符号相同,不存在极值。

4、对两根大小的讨论

例4、已知函数606bba3a0b43d_html_fbe6e93a8875c370.gif ,试讨论函数606bba3a0b43d_html_f55fe4c69efcce6d.gif 的单调性。

解析:606bba3a0b43d_html_f55fe4c69efcce6d.gif 的定义域为606bba3a0b43d_html_2bf55ab3f87e3d2d.gif

606bba3a0b43d_html_de34f944a52985df.gif

方程606bba3a0b43d_html_b986930ca73f17f.gif

①当606bba3a0b43d_html_abb6dee06392a663.gif 时,由606bba3a0b43d_html_b7114f25f60b617e.gif ,所以函数606bba3a0b43d_html_f55fe4c69efcce6d.gif606bba3a0b43d_html_92e3a8c305065189.gif 上是增函数;606bba3a0b43d_html_8d8295e3adc7600c.gif ,所以函数606bba3a0b43d_html_f55fe4c69efcce6d.gif606bba3a0b43d_html_807b9d9028104dff.gif 上是减函数。

②当606bba3a0b43d_html_f173b93c99cb65f2.gif 时,同理可得函数606bba3a0b43d_html_f55fe4c69efcce6d.gif606bba3a0b43d_html_d2f29152cfaac339.gif 上是增函数;函数606bba3a0b43d_html_f55fe4c69efcce6d.gif606bba3a0b43d_html_af70f29483f49e9a.gif 上是减函数。

③当606bba3a0b43d_html_947c8f896e97364b.gif606bba3a0b43d_html_3625180a54ca35aa.gif ,所以606bba3a0b43d_html_f55fe4c69efcce6d.gif606bba3a0b43d_html_2bf55ab3f87e3d2d.gif 上是增函数。

评析:求函数的单调区间有时转化为解一元二次或高次不等式,这时必须理清对应方程和根的大小,否则就要对根大小进行分类讨论。