分离参数法

前言

在高中数学教学实践中,有一种使用频度比较高的数学方法,叫分离参数法,她和许多数学素材有关联,高三学生大多都耳熟能详,但对其具体的来由和需要注意的问题却不是很清楚,本博文试着对此做个总结,以廓清我们认识上的误区,帮助我们提高教学,也帮助学生顺利掌握这一方法。

方法定义

已知函数(f(x)=x^2 +ax-2ge 0)在区间([1,5])上恒成立,求参数(a)的取值范围。

[法1]:二次函数法,由于(Delta=a^2+8>0),故不需要考虑(Delta<0)的情形,

只需要考虑对称轴(x=-cfrac{a}{2})和给定区间([1,5])的相对位置关系

(-cfrac{a}{2}leq 1)时,即(ageqslant -2)时,函数(f(x))在区间([1,5])单调递增,

所以(f(x)_{min}=f(1)=1+a-2geqslant 0),解得(ageqslant 1),又因为(ageqslant -2),所以得到(ageqslant 1)

(-cfrac{a}{2}ge 5)时,即(aleqslant -10) 时,函数(f(x))在区间 ([1,5])单调递减,

所以(f(x)_{min}=f(5)=25+5a-2ge 0),解得(age -cfrac{23}{5})

又因为(aleq -10),所以得到(ainvarnothing)

(1<-cfrac{a}{2}<5),即(-10<a<-2)时,(f(x)min=f(-cfrac{a}{2})=cfrac{a^2}{4}-cfrac{a^2}{2}-2≥0)

得到(ainvarnothing)。(这种情形可以省略)

综上可得(ageqslant 1。)(a)的取值范围是([1,+infty))

[法2]:两边同时除以参数(a)的系数(x)(由于(xin [1,5]),不等号方向不变),得到

(ageqslant cfrac{2}{x}-x)在区间 ([1,5])上恒成立, 令(g(x)=cfrac{2}{x}-x)

则利用函数单调性的结论,可以看到(g(x)=cfrac{2}{x}-x)在区间 ([1,5])上单调递减,

所以(g(x)_{max}=g(1)=1),所以(ageqslant 1),即(a)的取值范围是([1,+infty))

相比较而言,法2比法1要简单快捷的多,其使用的策略是将参数和自变量分离开,故这样的方法自然就叫分离参数法。

使用场景

【2017(cdot) 西安模拟】已知函数(f(x)=kx^2-lnx)有两个零点,求参数(k)的取值范围。

$A.k > cfrac{e}{2}$ $B.0< k cfrac{sqrt{2}e}{2}$ $D.0< k

【法1】:不完全分离参数法,定义域为((0,+infty)),转化为方程(kx^2=lnx)有两个不同的实数根,

再转化为函数(y=kx^2)与函数(y=lnx)的图像有两个不同的交点,

如图设两个函数的图像相切于点为((x_0,y_0))

则有关系式(egin{cases}2kx_0=cfrac{1}{x_0}①\kx_0^2=y_0②\y_0=lnx_0③end{cases}), 从哪些角度列[1]

有①得到(2kx_0^2=1),代入②式,解得(y_0=cfrac{1}{2},x_0=sqrt{e}),即切点为((sqrt{e},cfrac{1}{2}))

再代入函数(y=kx^2),求得此时的(k=cfrac{1}{2e})

再结合函数(y=kx^2)的系数(k)的作用,可得两个函数要有两个不同的交点,

(kin(0,cfrac{1}{2e}))。 故选(D).

【法2】:完全分离参数法,定义域为((0,+infty)),转化为方程(kx^2=lnx)有两个不同的实数根,

再转化为(k=cfrac{lnx}{x^2})有两个不同的实数根,

再转化为函数(y=k)和函数(y=g(x)=cfrac{lnx}{x^2})的图像有两个不同的交点,

用导数研究函数(g(x))的单调性,(g'(x)=cfrac{cfrac{1}{x}cdot x^2-lnxcdot 2x}{(x^2)^2}=cfrac{1-2lnx}{x^3})

(1-2lnx>0),得到(0< x<sqrt{e}),令(1-2lnx<0),得到(x >sqrt{e})

即函数(g(x))在区间((0,sqrt{e}])上单调递增,在([sqrt{e},+infty))上单调递减,

(g(x)_{max}=g(sqrt{e})=cfrac{1}{2e})

作出函数(g(x))和函数(y=k)的简图,由图像可得(k)的取值范围是(kin(0,cfrac{1}{2e}))。 故选(D).

  • 从上述的解法中我们体会到,如果一个数学题目从数的角度直接来求解,结果很有可能要么不会求解,要么解不出,更或者没有思路;此时若换个角度思考,从形入手分析,将参数或含有参数的代数式(比如(k+1))和自变量分别放置在等号的两端,即(k=f(x))的形式,然后数的问题就转化为形的问题了,从而直观快捷,思路简单明了。

一句话,当我们从形的角度入手分析解题时,接下来使用的方法常常是分离参数法。

常见类型

  • ①完全分离参数法:如(lambda f(x)=g(x)Rightarrow lambda=cfrac{g(x)}{f(x)})

引例,已知函数(f(x)=kx^2-lnx)有两个零点,求参数(k)的取值范围,用常规法分离参数,即得到方程(k=cfrac{lnx}{x^2})有两个不同实根,具体解法链接

【菁优网答题改编】已知函数(f(x)=mlnx+x^2-mx)((1,+∞))上单调递增,求(m)的取值范围____________.

分析:由题目可知,(f'(x)≥0)((1,+∞))上恒成立,且(f'(x))不恒为零,

则有(f'(x)=cfrac{m}{x}+2x-m=cfrac{2x^2-mx+m}{x}≥0)((1,+∞))上恒成立,

(2x^2-mx+m≥0)((1,+∞))上恒成立,常规法分离参数得到

(m≤cfrac{2x^2}{x-1}=cfrac{2(x-1)^2+4x-2}{x-1}=cfrac{2(x-1)^2+4(x-1)+2}{x-1}=2(x-1)+cfrac{2}{x-1}+4)

由于(x>1),故(2(x-1)+cfrac{2}{x-1}+4≥2sqrt{4}+4=8),当且仅当(x=2)时取到等号。

(m≤8),当(m=8)时,函数不是常函数,也满足题意,故(min (-infty,8])

  • ②倒数法分离参数:如(lambda f(x)=g(x)Rightarrow cfrac{1}{lambda}=cfrac{f(x)}{g(x)})

引例,方程(kx^2=e^x),若常规法分离参数得到(k=cfrac{e^x}{x^2}),就没有倒数法分离为(cfrac{1}{k}=cfrac{x^2}{e^x})优越,

原因是函数(y=cfrac{e^x}{x^2})(x=0)处有断点,而函数(y=cfrac{x^2}{e^x})(xin R)上是处处连续的,函数相对简单一些。

已知函数(f_1(x)=e^x)(f_2(x)=ax^2-2ax+b),设(a>0),若对任意的(m,n∈[0,1](m eq n))(|f_1(m)-f_1(n)|>|f_2(m)-f_2(n)|)恒成立,求(a)的最大值。

分析:不妨设(m>n),则函数(f_1(x))在区间([0,1])上单调递增,故(f_1(m)-f_1(n)>0)

(f_2(x)=a(x-1)^2+b-a),对称轴是(x=1),开口向上,

故函数(f_2(x))在区间([0,1])上单调递减,故(f_2(m)-f_2(n)<0)

这样对任意的(m,nin [0,1](m>n))(|f_1(m)-f_1(n)|>|f_2(m)-f_2(n)|)恒成立,

就可以转化为(f_1(m)-f_1(n)>f_2(n)-f_2(m))恒成立,

(f_1(m)+f_2(m)>f_1(n)+f_2(n))恒成立,

(h(x)=f_1(x)+f_2(x)=e^x+ax^2-2ax+b)

则到此的题意相当于已知(m>n)时,(h(m)>h(n))

故函数(h(x))在区间([0,1])上单调递增,故(h'(x)≥0)在区间([0,1])上恒成立;

(h'(x)=e^x+2ax-2a≥0)在区间([0,1])上恒成立;

(2a(1-x)≤e^x)恒成立,这里我们使用倒数法分离参数得到,

(cfrac{1}{2a}≥cfrac{1-x}{e^x})在区间([0,1])上恒成立;

再令(p(x)=cfrac{1-x}{e^x}),即需要求(p(x)_{max})

(p'(x)=cfrac{-1×e^x-(1-x)e^x}{(e^x)^2}=cfrac{x-2}{e^x})

容易看出,当(x∈[0,1])时,(p'(x)<0)恒成立,故(p(x))在区间([0,1])上单调递减,

(p(x)_{max}=p(0)=1),故(cfrac{1}{2a}≥1),又(a>0)

故解得(0<a≤1)。故(a_{max}=1).

  • ③讨论法分离参数:如(lambda f(x)ge g(x))

比如,(lambda(x-1)ge 2lnx)对任意的(xin(0,1])恒成立,接下来分(x=1)(0<x<1)分类讨论分离参数,具体见博文的后半部分的对应例题。

已知对任意(x>0)(x eq 1),不等式(cfrac{x-m}{lnx}>sqrt{x})恒成立,求参数(m)的值。

分析:对任意(x>0)(x eq 1),不等式(cfrac{x-m}{lnx}>sqrt{x})恒成立等价于

(0<x<1)时,(m>x-sqrt{x}lnx①)恒成立,或者当(x>1)时,(m<x-sqrt{x}lnx②)恒成立,

(h(x)=x-sqrt{x}lnx(x>0,x eq 1))(h'(x)=frac{2sqrt{x}-lnx-2}{2sqrt{x}})

(phi(x)=2sqrt{x}-lnx-2),则(phi'(x)=frac{sqrt{x}-1}{x})

易知(phi(x))((0,1))上单调递减,在((1,infty))上单调递增,

所以(phi(x)>phi(1)=0),即得到(h'(x)>0)

因此由①式可得,(mge h(1)=1),由②式得(mleq h(1)=1)

取两种结果的交集,所以(m=1)

故不等式(cfrac{x-m}{lnx}>sqrt{x})恒成立的充要条件是(m=1)

  • ④整体法分离参数:如(lambda^2+2lambda=f(x))

【2017湖南郴州二模】若命题“(P:exists x_0in R,2^x_0-2+3aleq a^2)”是假命题,则实数(a)的取值范围是__________。

分析:由题目可知,命题“( eg P:forall xin R,2^x-2> a^2-3a)”是真命题,

(2^x-2> a^2-3a)(forall xin R)恒成立,故((2^x-2)_{min}>a^2-3a)

只需求((2^x-2)_{min}),而(2^x-2>-2),则有(-2ge a^2-3a),即(a^2-3a+2leq 0)

解得(1leq aleq 2),故实数(a)的取值范围是([1,2])

已知函数(f(x)=-x^2+ax+b^2-b+1(ain R,bin R)),对任意实数(x)都有(f(1-x)=f(1+x))成立,若当(xin[-1,1])时,(f(x)>0)恒成立,则(b)的取值范围是_____________.

分析:先由(f(1-x)=f(1+x))得到,二次函数的对称轴(x=-cfrac{a}{-2}=1),解得(a=2)

故题目转化为(-x^2+2x+b^2-b+1>0)对任意(xin [-1,1])恒成立,

整体法分离参数,得到(b^2-b>x^2-2x-1)对任意(xin[-1,1])恒成立。

(g(x)=x^2-2x-1,xin[-1,1]),需要求函数(g(x)_{max})

(g(x)=x^2-2x-1=(x-1)^2-2,xin[-1,1])

(g(x))在区间([-1,1])上单调递减,则(g(x)_{max}=g(-1)=2)

(b^2-b>2),解得(b<-1)(b>2)

法2:还可以利用对称轴与给定区间的关系求解;

  • ⑤不完全分离参数法:如(kx^2=lnx)

比如,已知函数(f(x)=kx^2-lnx)有两个零点,求参数(k)的取值范围,用不完全分离参数法,即得到方程(kx^2=lnx)有两个不同实根,具体解法链接

局限之处

并不是所有的含参问题都适合分离参数,比如(ax^2-a^2x+3<0)在区间([1,2])上恒成立,求(a)的范围,就不能用分离参数的方法,因为你没法将参数和自变量有效的分开,所以此时你可能需要借助二次函数的图像来考虑,而不是一味的使用分离参数法。

一般来说,以下的一些情形都不适合使用分离参数法:

  • (1)不能将参数和自变量有效的分离开的;

比如,已知方程(e^{-x}=ln(x+a))(x>0)时有解,求参数的取值范围;

本题目就不能将参数和自变量有效的分离开的,此时我们就可以考虑用数形结合的思路求解。解法

  • (2)如果参数的系数能取到正、负、零三种情形的,

引例,已知函数(f(x)=x^2+ax-2age 0)(xin [1,5])上恒成立,求参数(a)的取值范围。

如果用分离参数的方法,则先转化为((x-2)age -x^2,xin [1,5])

接下来就转化成了三个恒成立的命题了,不管会不会做,从效率上都已经很不划算了。具体的解法已经隐藏。

  • (3)分离参数后,得到的新函数变得复杂无比的;

比如函数(f(x)=x^2-2x+a(e^{x-1}+e^{-x+1}))有唯一的零点,分离参数后,得到(a=cfrac{-x^2+2x}{e^{x-1}+e^{-x+1}}=h(x))

你确信你能研究清楚函数(h(x))的性质,并用手工做出函数的图像吗?省省吧,您呐。

  • (4)分离参数后,得到的新函数中有(sinx)(cosx)的,他们都有无穷阶导数,所以求导会一直做下去,一般不会使得函数式变得简单。

比如已知(2a-1+sin2x+a(sinx-cosx)ge 0)(xin [0,cfrac{pi}{2}])上恒成立,求参数(a)的取值范围。([1,+infty))

接下来的思路有:

思路一:分离参数,当分离为(age cfrac{1-sin2x}{2+sinx-cosx}=g(x))时,你会发现,求函数(g(x)_{max})很难,所以放弃;

思路二:转化划归,令(sinx-cosx=t=sqrt{2}sin(x-cfrac{pi}{4})),由于(xin [0,cfrac{pi}{2}]),故(tin [-1,1])

((sinx-cosx)^2=t^2),得到(sin2x=1-t^2),故不等式转化为(at+1-t^2+2a-1ge 0)

(t^2-at-2aleq 0)(tin [-1,1])上恒成立,令(h(t)=t^2-at-2a,tin [-1,1])

(h(t)leq 0)等价于(egin{cases}h(-1)=1+a-2aleq 0\h(1)=1-a-2aleq 0 end{cases}),解得(age 1)

  • (5)看题目的选项确定方法

【2019届高三理科数学二轮用题】已知函数(f(x)=mx-cfrac{1-m}{x}+lnx),要使得函数(f(x)>0)恒成立,则正实数(m)应该满足【】

$A.cfrac{m-1}{m}cdot e^{2m-1} < 1$
$B.cfrac{m-1}{m}cdot e^{1-2m}< 1$
$C.cfrac{m-1}{m}cdot e^{2m-1} >1$
$D.cfrac{m-1}{m}cdot e^{1-2m} >1$

法1:先考虑分离参数法,若能成功分离参数,那么得到的形式必然是(m>g(x))(m<g(x))的形式,接下来需要求解函数(g(x))的最值,其必然是数字化的,则结果和给定的选项的形式是不一致的,故这个思路做了大致分析后放弃;

法2:由函数(f(x)>0)恒成立,则需要求在((0,+infty))上的函数(f(x)_{min}>0)即可,故考虑用导数方法;

(f'(x)=cfrac{(x+1)[mx+(1-m)]}{x^2}), 故函数在(x=cfrac{m-1}{m})处取到最小值,则要使得函数(f(x)>0)恒成立,只需要(f(cfrac{m-1}{m})>0)即可,

对此化简整理得到,正实数(m)应该满足(cfrac{m-1}{m}cdot e^{2m-1}>1),故选(C)

解后反思:本题目的解法有点漏洞,条件中应该使得(m>1),而不仅仅是(m>0),否则当(0<mleq 1)时,函数(f(x))((0,+infty))上单调递增,其最小值的极限为(f(0)),题目就有了问题。

策略延伸

在具体的解题实践中,我们会发现绝大多数的题目可以用分离参数法解决,但是如果简单尝试后发现此法行不通,则需要及时调整解题思路和策略,比如做差构造新函数的思路。

已知函数(f(x)=x^2-ax)(g(x)=mx+nlnx),函数(f(x))的图像在点((1,f(1)))处的切线的斜率为(1),函数(g(x))(x=2)处取到极小值(2-2ln2)

(1)求函数(f(x))(g(x))的解析式;

分析:由题可知(f'(x)=2x-a),又(f'(1)=2-a=1),解得(a=1),即(f(x)=x^2-x)

(g'(x)=m+cfrac{n}{x}),由(g'(2)=m+cfrac{n}{2}=0)(g(2)=2m+nln2=2-2ln2),解得(m=1,n=-2),即(g(x)=x-2lnx)

(2)已知函数(f(x)+g(x)ge x^2-lambda(x-1))对任意的(xin(0,1])恒成立,求实数(lambda)的取值范围。

分析:由于(f(x)+g(x)=x^2-2lnx),则(x^2-2lnxge x^2-lambda(x-1))对任意的(xin(0,1])恒成立,可以有以下的思路:

法1:带参分析法,先令(h(x)=lambda(x-1)-2lnx),则问题转化为(h(x)ge 0)对任意的(xin(0,1])恒成立,

(h'(x)=lambda-cfrac{2}{x}=cfrac{lambda x-2}{x})

(lambdaleq 0)时,(h'(x)<0)(h(x))在区间((0,1])上单调递减,

(h(x)_{min}=h(1)=0),即(h(x)ge 0)恒成立;

(0<lambda leq 2)时,(h'(x)<0)(h(x))在区间((0,1])上单调递减,

(h(x)_{min}=h(1)=0),即(h(x)ge 0)恒成立;

(lambda>2)时,(h'(x)<0)((0,cfrac{2}{lambda}))上恒成立,(h'(x)>0)((cfrac{2}{lambda},1))上恒成立,

(h(x))((0,cfrac{2}{lambda}))单调递减,在((cfrac{2}{lambda},1))上单调递增,

所以(h(cfrac{2}{lambda})<h(1)=0),故不满足题意,注意(h(1)=0),即函数(h(x))恒过点((1,0))

综上所述,实数(lambda)的取值范围为((-infty,2])

法2:讨论法分离参数,先转化为(lambda(x-1)ge 2lnx)对任意的(xin(0,1])恒成立,

(x=1)时,(lambdacdot 0ge 2ln1=0)(lambdain R)

(xin (0,1))时,分离参数得到(lambda leq cfrac{2lnx}{x-1});令(h(x)= cfrac{2lnx}{x-1})

(h'(x)=cfrac{cfrac{2}{x}(x-1)-2lnx}{(x-1)^2}=cfrac{2(1-cfrac{1}{x}-lnx)}{(x-1)^2})

(m(x)=1-cfrac{1}{x}-lnx),则(m'(x)=cfrac{1}{x^2}-cfrac{1}{x}=cfrac{1-x}{x^2})

(m'(x)>0),则(m(x))((0,1))上单调递增,故(m(x)<m(1)=0),故(h'(x)=cfrac{2m(x)}{(x-1)^2}<0)

(h(x))((0,1))上单调递减,故(h(x)>h(1)=2)(由洛必达法则求得),即(lambdaleq 2)

综上所述求交集得到,(lambda in(-infty,2])

法3:不完全分离参数法,由(lambda(x-1)ge 2lnx)对任意的(xin(0,1])恒成立,

做函数(y=lambda(x-1))和函数(y=2lnx)的图像,示意图

设直线(y=lambda(x-1))与曲线(y=2lnx)相切于点((x_0,y_0)),则有(cfrac{2}{x_0}=lambda)(y_0=2lnx_0)(y_0=lambda(x_0-1))

求得切点坐标((1,0)),此时(lambda=2),由(lambda)的几何意义可知,(lambda)的取值范围是((-infty,2])

注意事项

  • 分离参数法,一般常用于恒成立问题、能成立问题(有解),或无解问题,或已知函数零点个数命题中的参数取值范围问题,又或是从数的角度不好解决需要从形的角度入手的问题。

  • 分离参数时,尽可能的使函数形式简单,这样求导数判断单调性就简单些,而参数形式复杂些或者简单些都无所谓,

【2018年宝鸡市三检理科数学第21题】【已知函数无零点,求参数的取值范围或最值】已知函数(f(x)=(2-a)x-2(1+lnx)+a)(g(x)=cfrac{ex}{e^x})

(1)若函数(f(x))在区间((0,cfrac{1}{2}))上无零点,求实数(a)的最小值。

【法1】(分离参数,参数形式简单,函数复杂)

碰到这类问题,我们的第一反应往往是分离参数,然后数形结合求解,但是这个方法不见得是很恰当和很灵活的。

先变形为(a(1-x)=2+2lnx-2x),再分离参数为(a=cfrac{2+2lnx-2x}{1-x}),其中(xin (0,cfrac{1}{2}))

令函数(h(x)=cfrac{2+2lnx-2x}{1-x}),接下来用导数研究单调性,准备做函数的大值图像,

(h'(x)=cfrac{(cfrac{2}{x}-2)(1-x)-(2+2lnx-2x)(-1)}{(1-x)^2}=cfrac{2lnx+cfrac{2}{x}-2}{(1-x)^2})

暂时没法看透(h'(x))的正负值,也无法判断原函数(h(x))的增减性,

故再设(h'(x))的分子函数为(m(x)=2lnx+cfrac{2}{x}-2)

(m'(x)=cfrac{2}{x}-cfrac{2}{x^2}=cfrac{2x-2}{x^2})

由于(0< x <cfrac{1}{2}),故(m'(x) <0),即(m(x))单调递减,

故函数(m(x))的最小值的极限为(m(cfrac{1}{2})=2lncfrac{1}{2}+4-2=2(1-ln2)>0)

编外话:由分子函数(m(x))的最小值的极限为正,说明函数(h'(x))的分子都为正,

(h'(x)=cfrac{m(x)}{(1-x)^2}>0),故函数(h(x))(xin (0,cfrac{1}{2}))上单调递增,

(h(x))的最大值的极限为(h(cfrac{1}{2})=cfrac{2+2lncfrac{1}{2}-2 imescfrac{1}{2}}{1-cfrac{1}{2}}=2(1-2ln2))

要使直线(y=a)与函数(y=h(x)(0< x <cfrac{1}{2}))没有交点,

(a)的取值范围是(age 2(1-2ln2)),故(a_{min}=2-4ln2)

【法2】(分离参数,参数形式复杂,函数简单)

将原方程((2-a)x-2(1+lnx)+a=0),先变形为((2-a)x+(a-2)-2lnx=0),再变形为(cfrac{2-a}{2}=cfrac{lnx}{x-1})

(h(x)=cfrac{lnx}{x-1})

(h'(x)=cfrac{cfrac{1}{x}(x-1)-lnx}{(x-1)^2}=cfrac{1-cfrac{1}{x}-lnx}{(x-1)^2})

(m(x)=1-cfrac{1}{x}-lnx)

(m'(x)=cfrac{1}{x^2}-cfrac{1}{x}=cfrac{1-x}{x^2}>0)((0,cfrac{1}{2}))上恒成立,

故函数(m(x))((0,cfrac{1}{2}))单调递增,

(m(x)_{max})的极限为(m(cfrac{1}{2})=1-2-lncfrac{1}{2}=ln2-1<0)

则函数(h'(x)=cfrac{m(x)}{(x-1)^2}<0)((0,cfrac{1}{2}))上恒成立,

函数(h(x))((0,cfrac{1}{2}))上单调递减,

(h(x)_{min})的极限为(h(cfrac{1}{2})=cfrac{lncfrac{1}{2}}{cfrac{1}{2}-1}=2ln2)

要使得原方程无解,必须满足函数(y=cfrac{2-a}{2})与函数(y=h(x))没有交点,

(cfrac{2-a}{2}leq 2ln2),即(age 2-4ln2)

(a_{min}=2-4ln2)

【法3】要是不用分离参数的方法,我们还可以这么分析呢?我们这样想,分离参数法是从数的角度来求解的,那么我们可以换个思路,想想能不能从形上入手分析?这时候,最好将原方程(f(x)=0)变形得到两个函数(h(x)=m(x)),其中这两个函数最好是基本初等函数,这样它们的图像我们不用费事就能做出来,同时让参数配备个几何意义那是最好的选择,比如斜率等等,故求解如下:

由于函数(f(x)=0)(xin (0,cfrac{1}{2}))上没有零点,

((2-a)x-2(1+lnx)+a=0)(xin (0,cfrac{1}{2}))上没有零点,

变形为((2-a)(x-1)=2lnx(0< x <cfrac{1}{2}))

这样左端为函数(h(x)=(2-a)(x-1)),是过定点((1,0))斜率是(2-a)的直线段,

右端为函数(m(x)=2lnx),是过定点((1,0))的对数型函数的一部分,图像

当直线段过点((1,0))((cfrac{1}{2},2lncfrac{1}{2}))时,斜率为(k=cfrac{2-2lncfrac{1}{2}}{1-cfrac{1}{2}}=4ln2)

由图像可知,要让这两个定义在(xin (0,cfrac{1}{2}))上的函数没有交点,

只需要函数(h(x))的斜率(2-a)小于等于斜率(k=4ln2)即可,

(2-aleq 4ln2),即则(a)的取值范围是(age 2(1-2ln2))

(a_{min}=2-4ln2)

解后反思:
1、法1是这类问题的通用解法,但是分离参数后得到的右端的函数,其单调性用导数判断可能很辛苦,这个题目就说明了这一点,而且用到了二阶导数,一般学生根本分不清一阶导数和二阶导数的关系,所以慎重使用。

2、法2比法1虽然都是分离参数法,但是我们感觉法2比法1要简单,其主要原因是法2采用的策略是,让函数简单些,让参数复杂些,这样运算量就小很多了。

3、法3将方程分离成立两个基本初等函数的形式,这样就可以很快很容易的使用形来解决问题了,到此我们也能体会命题人的意图,能将问题简化为我们学习过的,简单模型的学生,是不是其思维具有更好的可塑性。

通过以上七个方面的粗浅探索,相信各位会对分离参数法有更深入的理解,使用会更加得心应手。

对应练习

【2019凤翔中学高二期末考试题】函数(f(x)=x^2)(g(x)=2lnx+a)有公共点,则(a)的取值范围是【】

$A.(e,+infty)$ $B.(1,+infty)$ $C.[1,+infty)$ $D.(-infty,1)$

提示:选(C)

法1:分别作出两个函数的图像,由图像可知(ageqslant 1),故选(C).

法2:转化法,转化为函数(h(x)=f(x)-g(x)=x^2-2lnx-a)有零点,分析单调性,令(h(x)_{min}leqslant 0),故选(C).

法3:转化法+分离参数法,转化为(a=x^2-2lnx)有解,即函数(y=a)和函数(y=x^2-2lnx)图像有交点,故选(C).

引申:可能还会同时考查整体思想,比如以下的题目;

函数(f(x)=x^2)(g(x)=2lnx+b^2-b)有公共点,则(b)的取值范围是____________.

函数(f(x)=x^2)(g(x)=2lnx+a+cfrac{1}{a})有公共点,则(a)的取值范围是____________.


  1. 角度:两曲线在切点处的斜率相等;点在曲线一上;点在曲线二上; ↩︎

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