高考解答题专项突破(一) 第4课时 极值点偏移问题--2025高考数学二轮复习

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高考解答题专项突破(一) 第4课时 极值点偏移问题--2025高考数学二轮复习

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第4课时 极值点偏移问题
考点一 对称构造法求极值点偏移问题
例1 (2023·黑龙江牡丹江市第一高级中学高三热身考试(二))已知函数f(x)=x2,a为实数.
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)若函数f(x)在x=e处取得极值,f′(x)是函数f(x)的导函数,且f′(x1)=f′(x2),x1解 (1)函数f(x)=x2的定义域为(0,+∞),
f′(x)=2x+x=x(2ln x-3a+1).
令f′(x)=0,得x=e,
当x∈(0,e)时,f′(x)<0,当x∈(e,+∞)时,f′(x)>0,
故函数f(x)的单调递减区间为(0,e),单调递增区间为(e,+∞).
(2)证明:因为函数f(x)在x=e处取得极值,所以x=e=e,得a=1,
所以f(x)=x2,得f′(x)=x(2ln x-2)=2x(ln x-1),
令g(x)=2x(ln x-1),因为g′(x)=2ln x,当01时,g′(x)>0,
所以函数g(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
且当x∈(0,e)时,g(x)=2x(ln x-1)<0,当x∈(e,+∞)时,g(x)=2x(ln x-1)>0,
故0先证x1+x2>2,需证x2>2-x1.
因为x2>1,2-x1>1,下面证明g(x1)=g(x2)>g(2-x1).
设t(x)=g(2-x)-g(x),
则当00,
故t(x)在(0,1)上为增函数,
故t(x)所以t(x1)=g(2-x1)-g(x1)<0,则g(2-x1)所以2-x12.
下面证明:x1+x2令g(x1)=g(x2)=m,当x∈(0,1)时,g(x)-(-2x)=2xln x<0,所以g(x)<-2x成立,
所以-2x1>g(x1)=m,所以x1<-.
当x∈(1,e)时,记h(x)=g(x)-(2x-2e)=2xln x-4x+2e,
所以当x∈(1,e)时,h′(x)=2ln x-2<0,所以h(x)为减函数,得h(x)>h(e)=2e-4e+2e=0,
所以m=g(x2)>2x2-2e,即得x2<+e.
所以x1+x2<-++e=e.
综上,2【常用结论】 对称构造法主要用来解决与两个极值点之和(积)相关的不等式的证明问题.其解题要点如下: (1)定函数(极值点为x0),即利用导函数符号的变化判断函数的单调性,进而确定函数的极值点x0. (2)构造函数,即对结论x1+x2>2x0型,构造函数F(x)=f(x)-f(2x0-x)或F(x)=f(x0+x)-f(x0-x);对结论x1x2>x型,构造函数F(x)=f(x)-f,通过研究F(x)的单调性获得不等式. (3)判断单调性,即利用导数讨论F(x)的单调性. (4)比较大小,即判断函数F(x)在某段区间上的正负,并得出f(x)与f(2x0-x)的大小关系. (5)转化,即利用函数f(x)的单调性,将f(x)与f(2x0-x)的大小关系转化为x与2x0-x之间的大小关系,进而得到所证或所求.
 1.(2022·全国甲卷)已知函数f(x)=-ln x+x-a.
(1)若f(x)≥0,求a的取值范围;
(2)证明:若f(x)有两个零点x1,x2,则x1x2<1.
解 (1)f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=ex-+1=ex+=,
令f′(x)=0,得x=1.
当x∈(0,1)时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
所以f(x)≥f(1)=e+1-a,
若f(x)≥0,
则e+1-a≥0,即a≤e+1,
所以a的取值范围为(-∞,e+1].
(2)证法一:由题意知,f(x)的一个零点小于1,一个零点大于1.
不妨设0要证x1x2<1,即证x1<.
因为x1,∈(0,1),即证f(x1)>f,
因为f(x1)=f(x2),即证f(x2)>f,
即证-ln x+x-xe-ln x->0,x∈(1,+∞),
即证-xe-2>0.
下面证明当x>1时,-xe>0,ln x-<0.
设g(x)=-xe,
则g′(x)=ex-=ex-e==.
设φ(x)=,
则当x>1时,φ′(x)=ex=ex>0,
所以φ(x)>φ(1)=e,而e<e,
所以-e>0,
所以当x>1时,g′(x)>0,
所以g(x)在(1,+∞)上单调递增,
即g(x)>g(1)=0,
所以-xe>0.
令h(x)=ln x-,
则当x>1时,h′(x)=-==-<0,
所以h(x)在(1,+∞)上单调递减,
即h(x)<h(1)=0,所以ln x-<0.
综上,-xe-2>0,即x1x2<1得证.
证法二:不妨设x1由f(x1)=f(x2)=0,得-ln x1+x1=-ln x2+x2,
即ex1-ln x1+x1-ln x1=ex2-ln x2+x2-ln x2.
因为函数y=ex+x在R上单调递增,
所以x1-ln x1=x2-ln x2成立.
构造函数h(x)=x-ln x,g(x)=h(x)-h=x--2ln x,
则g′(x)=1+-=≥0,
所以函数g(x)在(0,+∞)上单调递增,
所以当x>1时,g(x)>g(1)=0,
即当x>1时,h(x)>h,
所以h(x1)=h(x2)>h,
又h′(x)=1-=,当0所以h(x)在(0,1)上单调递减,
所以0考点二 比(差)值换元法求极值点偏移问题
例2 (2024·湖北黄冈浠水县第一中学高三上学期质量检测)已知函数f(x)=x(ln x-a),g(x)=+a-ax.
(1)当x≥1时,f(x)≥-ln x-2恒成立,求a的取值范围;
(2)若g(x)的两个相异零点为x1,x2,求证:x1x2>e2.
解 (1)当x≥1时,f(x)≥-ln x-2恒成立,即当x≥1时,(x+1)ln x-ax+2≥0恒成立,
设F(x)=(x+1)ln x-ax+2,
所以F(1)=2-a≥0,即a≤2;
F′(x)=ln x++1-a,
设r(x)=ln x++1-a,
则r′(x)=-=,
所以当x≥1时,r′(x)≥0,即r(x)在[1,+∞)上单调递增,
所以r(x)≥r(1)=2-a≥0,
所以当x≥1时,F′(x)=r(x)≥0,即F(x)在[1,+∞)上单调递增,
所以F(x)≥F(1)=2-a≥0.
所以a的取值范围为(-∞,2].
(2)证明:由题意知,g(x)=ln x-ax,
不妨设x1>x2>0,
由得
则==,令t=>1,
则=,即ln (x1x2)=ln t.
要证x1x2>e2,只需证ln (x1x2)>2,
只需证ln t>2,即证ln t>(t>1),
即证ln t->0(t>1),
令m(t)=ln t-(t>1),
因为m′(t)=>0,
所以m(t)在(1,+∞)上单调递增,又当t从右侧趋近于1时,m(t)趋近于0,
所以当t∈(1,+∞)时,m(t)>0,
即ln t->0成立,故x1x2>e2.
比(差)值换元的目的也是消参、减元,就是根据已知条件首先建立极值点之间的关系,然后利用两个极值点之比(差)作为变量,从而实现消参、减元的目的.设法用比值或差值(一般用t表示)表示两个极值点,即t=,化为单变量的函数不等式,继而将所求解问题转化为关于t的函数问题求解.
 2.已知函数f(x)=xln x-+tx-1(t∈R)有两个极值点x1,x2(x1(1)求t的取值范围;
(2)证明:x1+x2>x1x2.
解 (1)f′(x)=ln x+1-+t,
令g(x)=f′(x),
则g′(x)=-=(x>0),
令g′(x)=0,解得x=,
所以当x∈时,g′(x)>0;
当x∈时,g′(x)<0,
所以g(x)在上单调递增,在上单调递减,
所以g(x)max=g=1-ln 2+t.
因为f(x)有两个极值点,所以g(x)有两个变号零点,
所以g(x)max>0,即1-ln 2+t>0,所以t>ln 2-1,即t的取值范围为(ln 2-1,+∞).
(2)证明:由题意,知ln x2-+t+1=0,ln x1-+t+1=0,
所以ln x2-ln x1=(x2-x1),
即=.
要证x1+x2>x1x2,
只需证+>,
即证+>,
即证2ln <+=-,
设=u(u>1),
则只需证u->2ln u(u>1),
令h(u)=u--2ln u(u>1),
则h′(u)=1+-==>0,
所以h(u)在(1,+∞)上单调递增,又当u从右侧趋近于1时,h(u)趋近于0,
所以h(u)>0,即u->2ln u(u>1),
则x1+x2>x1x2.
课时作业
1.(2024·福建福州格致中学高三上学期质检)已知函数f(x)=.
(1)讨论函数f(x)的极值;
(2)若(ex1)x2=(ex2)x1(e是自然对数的底数),且x1>0,x2>0,x1≠x2,证明:x1+x2>2.
解 (1)函数f(x)的定义域为(0,+∞),求导得f′(x)=-,
若a=0,则f′(x)=0,函数f(x)无极值;
若a≠0,由f′(x)=0,可得x=1;
若a<0,当01时,f′(x)>0,则f(x)单调递增,此时函数f(x)有唯一极小值f(1)=a,无极大值;
若a>0,当00,则f(x)单调递增,当x>1时,f′(x)<0,则f(x)单调递减,此时函数f(x)有唯一极大值f(1)=a,无极小值.
综上,当a=0时,函数f(x)无极值;
当a<0时,函数f(x)有极小值f(1)=a,无极大值;
当a>0时,函数f(x)有极大值f(1)=a,无极小值.
(2)证明:由(ex1)x2=(ex2)x1,两边取对数可得x2(ln x1+1)=x1(ln x2+1),即=,
当a=1时,f(x)=,f′(x)=-,
由(1)可知,函数f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,所以f(x)max=f(1)=1,
而f=0,当x>1时,f(x)>0恒成立,
因此当a=1时,存在x1,x2且0若x2∈[2,+∞),则x1+x2>x2≥2成立;
若x2∈(1,2),则2-x2∈(0,1),
记g(x)=f(x)-f(2-x),
则当x∈(1,2)时,g′(x)=f′(x)+f′(2-x)=-->-- =->0,
即函数g(x)在(1,2)上单调递增,所以g(x)>g(1)=0,即f(x)>f(2-x),
于是f(x1)=f(x2)>f(2-x2),而x2∈(1,2),2-x2∈(0,1),x1∈(0,1),
函数f(x)在(0,1)上单调递增,因此x1>2-x2,即x1+x2>2.
综上,x1+x2>2.
2.(2024·广东深圳中学高三阶段考试)设函数f(x)=(x+a)ex,已知直线y=2x+1是曲线y=f(x)的一条切线.
(1)求a的值,并讨论函数f(x)的单调性;
(2)若f(x1)=f(x2),其中x14.
解 (1)设直线y=2x+1与曲线y=f(x)相切于点(x0,f(x0)),
∵f′(x)=(x+a+1)ex,
∴f′(x0)=(x0+a+1)ex0=2;
又f(x0)=(x0+a)ex0=2x0+1,
∴2-ex0=2x0+1,即ex0+2x0-1=0.
设g(x)=ex+2x-1,则g′(x)=ex+2>0,
∴g(x)在R上单调递增,
又g(0)=0,
∴g(x)有唯一零点x=0,
∴x0=0,
∴a+1=2,解得a=1,
∴f(x)=(x+1)ex,f′(x)=(x+2)ex,
则当x∈(-∞,-2)时,f′(x)<0;
当x∈(-2,+∞)时,f′(x)>0.
∴函数f(x)在(-∞,-2)上单调递减,在(-2,+∞)上单调递增.
(2)证明:由(1)知,f(x)min=f(-2)=-e-2<0,
当x<-1时,f(x)<0;当x>-1时,f(x)>0,
∴x1<-2要证x1x2>4,只需证x1<<-2.
∵f(x)在(-∞,-2)上单调递减,
∴只需证f(x1)>f,
又f(x1)=f(x2),则只需证f(x2)>f对任意x2∈(-2,-1)恒成立.
设h(x)=f(x)-f,
∴h′(x)=(x+2)ex+e=(x3e+8).
设p(x)=x3e+8,
则当-2∴p(x)在(-2,-1)上单调递减,
∴p(x)又当-2∴当-20,
∴h(x)在(-2,-1)上单调递增,
∴h(x)>h(-2)=0,
即f(x)>f在x∈(-2,-1)时恒成立,
又x2∈(-2,-1),
∴f(x2)>f,原不等式得证.
3.(2023·湖北武汉华中师范大学第一附属中学高三下学期压轴卷(一))已知f(x)=2x-sinx-ln x.
(1)当a=1时,讨论函数f(x)的极值点个数;
(2)若存在x1,x2(0解 (1)当a=1时,f(x)=2x-sinx-ln x,
则f′(x)=2-cosx-,
当x≥1时,f′(x)≥1-cosx≥0,
故f(x)在[1,+∞)上单调递增,不存在极值点;
当0则h′(x)=sinx+>0恒成立,
故函数h(x)即f′(x)在(0,1)上单调递增,
且f′(1)=1-cos1>0,f′=-cos-2<0,
所以存在x0∈,使得f′(x0)=0,
所以当00,f(x)单调递增,
故函数f(x)在(0,1)上存在唯一极值点.
综上,当a=1时,函数f(x)的极值点有且仅有一个.
(2)证明:由f(x1)=f(x2),知2x1-sinx1-ln x1=2x2-sinx2-ln x2,
整理,得2(x1-x2)-(sinx1-sinx2)=(ln x1-ln x2)(*),
不妨令g(x)=x-sinx(x>0),则g′(x)=1-cosx≥0,故g(x)在(0,+∞)上单调递增,
当0即x1-sinx1那么sinx1-sinx2>x1-x2,
因此(*)即转化为>.
接下来证明>(0等价于证明ln >-,
不妨令=t(0建构新函数φ(t)=2ln t-t+(0φ′(t)=-1-=-<0,则φ(t)在(0,1)上单调递减,又当t从左侧趋近于1时,φ(t)趋近于0,
所以φ(t)>0,故ln >-即>(0由不等式的传递性知<,即x1x24.(2023·湖南长沙实验中学高三三模)已知函数h(x)=x-aln x(a∈R).
(1)若h(x)有两个零点,求实数a的取值范围;
(2)若方程xex-a(ln x+x)=0有两个实根x1,x2,且x1≠x2,证明:ex1+x2>.
解 (1)函数h(x)的定义域为(0,+∞).
当a=0时,函数h(x)=x无零点,不符合题意,所以a≠0,
由h(x)=x-aln x=0,
可得=,
构造函数f(x)=,其中x>0,所以直线y=与函数f(x)的图象有两个交点,
f′(x)=,由f′(x)=0可得x=e,列表如下:
x (0,e) e (e,+∞)
f′(x) + 0 -
f(x) 单调递增 极大值 单调递减
所以函数f(x)的极大值为f(e)=,函数f(x)的大致图象如下图所示:
且当x>1时,f(x)=>0,
由图可知,当0<<,即a>e时,直线y=与函数f(x)的图象有两个交点,
故实数a的取值范围是(e,+∞).
(2)证明:因为xex-a(ln x+x)=0,则xex-aln (xex)=0,
令t=xex>0,其中x>0,则有t-aln t=0,
t′=(x+1)ex>0,所以函数t=xex在(0,+∞)上单调递增,
因为方程xex-a(ln x+x)=0有两个实根x1,x2,
令t1=x1ex1,t2=x2ex2,
则关于t的方程t-aln t=0也有两个实根t1,t2,且t1≠t2,
要证ex1+x2>,即证x1e x1·x2e x2>e2,即证t1t2>e2,即证ln t1+ln t2>2,
由已知
所以
整理可得=,
不妨设t1>t2>0,即证ln t1+ln t2=ln >2,
即证ln >=.
令s=>1,即证ln s>,其中s>1,
构造函数g(s)=ln s-,其中s>1,
g′(s)=-=>0,所以函数g(s)在(1,+∞)上单调递增,又当s从右侧趋近于1时,g(s)趋近于0,
所以当s>1时,g(s)>0,故原不等式成立.
5.(2024·河北石家庄部分重点高中高三月考)已知函数f(x)=x2ln x-a(a∈R).
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)若函数f(x)有两个零点x1,x2,证明:1解 (1)因为f(x)=x2ln x-a(a∈R)的定义域为(0,+∞),
则f′(x)=2xln x+x=x(2ln x+1),
令f′(x)>0,解得x>,
令f′(x)<0,解得0所以f(x)的单调递减区间为,单调递增区间为.
(2)证明:不妨设x1要证x1+x2<,即证x2<-x1,
即证f(x2)又f(x2)=f(x1),即证f(x1)-f<0.
令g(x)=f(x)-f,
则g′(x)=x(2ln x+1)+,
令h(x)=g′(x),则h′(x)=2(ln x+1)+1--2=2ln <0在x∈时恒成立,
所以h(x)在上单调递减,即g′(x)在上单调递减,所以g′(x)>g′=0,
所以g(x)在上单调递增,所以g(x1)即f(x1)-f<0,所以x1+x2<.
接下来证明x1+x2>1,
令=t,则t>1,又f(x1)=f(x2),
即xln x1=xln x2,
所以ln x1=,
要证1即证(t+1)x1>1,
不等式(t+1)x1>1两边取对数,
即证ln x1+ln (t+1)>0,
即证+ln (t+1)>0,
即证>,
令u(x)=,x∈(1,+∞),
则u′(x)=
=,
令p(x)=x-ln x-1,其中x∈(1,+∞),
则p′(x)=1-=>0,
所以p(x)在(1,+∞)上单调递增,又当x从右侧趋近于1时,p(x)趋近于0,
所以当x∈(1,+∞)时,p(x)>0,
故当x∈(1,+∞)时,u′(x)=>0,
可得函数u(x)单调递增,可得u(t+1)>u(t),
即>,所以x1+x2>1.
综上可知,16.(2021·新高考Ⅰ卷)已知函数f(x)=x(1-ln x).
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)设a,b为两个不相等的正数,且bln a-aln b=a-b,证明:2<+解 (1)因为f(x)=x(1-ln x),所以f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=1-ln x+x·=-ln x.
当x∈(0,1)时,f′(x)>0;当x∈(1,+∞)时,f′(x)<0.
所以函数f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减.
(2)证明:由题意,a,b是两个不相等的正数,且bln a-aln b=a-b,两边同时除以ab,得-=-,
即=,
即f=f.
令x1=,x2=,
由(1)知f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,且当00,当x>e时,f(x)<0,
不妨设x1要证2<+先证x1+x2>2:
要证x1+x2>2,即证x2>2-x1,
因为02-x1>1,
又f(x)在(1,+∞)上单调递减,
所以即证f(x2)又f(x1)=f(x2),所以即证f(x1)即证当x∈(0,1)时,f(x)-f(2-x)<0.
构造函数F(x)=f(x)-f(2-x),
则F′(x)=f′(x)+f′(2-x)=-ln x-ln (2-x)=-ln [x(2-x)],
当00,
即当00,所以F(x)在(0,1)上单调递增,所以当0所以当0所以x1+x2>2成立.
再证x1+x2由(1)知,f(x)的极大值点为x=1,f(x)的极大值为f(1)=1,过点(0,0),(1,1)的直线方程为y=x,
设f(x1)=f(x2)=m,当x∈(0,1)时,f(x)=x(1-ln x)>x,
直线y=x与直线y=m的交点坐标为(m,m),则x1欲证x1+x2即证当1构造函数h(x)=f(x)+x,则h′(x)=1-ln x,
当10,
所以函数h(x)在(1,e)上单调递增,
所以当1综上可知,2<+21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页)
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第4课时 极值点偏移问题
考点一 对称构造法求极值点偏移问题
例1 (2023·黑龙江牡丹江市第一高级中学高三热身考试(二))已知函数f(x)=x2,a为实数.
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)若函数f(x)在x=e处取得极值,f′(x)是函数f(x)的导函数,且f′(x1)=f′(x2),x1【常用结论】 对称构造法主要用来解决与两个极值点之和(积)相关的不等式的证明问题.其解题要点如下: (1)定函数(极值点为x0),即利用导函数符号的变化判断函数的单调性,进而确定函数的极值点x0. (2)构造函数,即对结论x1+x2>2x0型,构造函数F(x)=f(x)-f(2x0-x)或F(x)=f(x0+x)-f(x0-x);对结论x1x2>x型,构造函数F(x)=f(x)-f,通过研究F(x)的单调性获得不等式. (3)判断单调性,即利用导数讨论F(x)的单调性. (4)比较大小,即判断函数F(x)在某段区间上的正负,并得出f(x)与f(2x0-x)的大小关系. (5)转化,即利用函数f(x)的单调性,将f(x)与f(2x0-x)的大小关系转化为x与2x0-x之间的大小关系,进而得到所证或所求.
 1.(2022·全国甲卷)已知函数f(x)=-ln x+x-a.
(1)若f(x)≥0,求a的取值范围;
(2)证明:若f(x)有两个零点x1,x2,则x1x2<1.
考点二 比(差)值换元法求极值点偏移问题
例2 (2024·湖北黄冈浠水县第一中学高三上学期质量检测)已知函数f(x)=x(ln x-a),g(x)=+a-ax.
(1)当x≥1时,f(x)≥-ln x-2恒成立,求a的取值范围;
(2)若g(x)的两个相异零点为x1,x2,求证:x1x2>e2.
比(差)值换元的目的也是消参、减元,就是根据已知条件首先建立极值点之间的关系,然后利用两个极值点之比(差)作为变量,从而实现消参、减元的目的.设法用比值或差值(一般用t表示)表示两个极值点,即t=,化为单变量的函数不等式,继而将所求解问题转化为关于t的函数问题求解.
 2.已知函数f(x)=xln x-+tx-1(t∈R)有两个极值点x1,x2(x1(1)求t的取值范围;
(2)证明:x1+x2>x1x2.
课时作业
1.(2024·福建福州格致中学高三上学期质检)已知函数f(x)=.
(1)讨论函数f(x)的极值;
(2)若(ex1)x2=(ex2)x1(e是自然对数的底数),且x1>0,x2>0,x1≠x2,证明:x1+x2>2.
2.(2024·广东深圳中学高三阶段考试)设函数f(x)=(x+a)ex,已知直线y=2x+1是曲线y=f(x)的一条切线.
(1)求a的值,并讨论函数f(x)的单调性;
(2)若f(x1)=f(x2),其中x14.
3.(2023·湖北武汉华中师范大学第一附属中学高三下学期压轴卷(一))已知f(x)=2x-sinx-ln x.
(1)当a=1时,讨论函数f(x)的极值点个数;
(2)若存在x1,x2(04.(2023·湖南长沙实验中学高三三模)已知函数h(x)=x-aln x(a∈R).
(1)若h(x)有两个零点,求实数a的取值范围;
(2)若方程xex-a(ln x+x)=0有两个实根x1,x2,且x1≠x2,证明:ex1+x2>.
5.(2024·河北石家庄部分重点高中高三月考)已知函数f(x)=x2ln x-a(a∈R).
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)若函数f(x)有两个零点x1,x2,证明:16.(2021·新高考Ⅰ卷)已知函数f(x)=x(1-ln x).
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)设a,b为两个不相等的正数,且bln a-aln b=a-b,证明:2<+21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页)
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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