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例題精講 · 第 00004 題 · 兩解不是多解·是漏解

「求曲線在點P處的切線」與「求過點P的切線」是兩類題,後者常有兩解甚至三解。本組三道自編仿真題依次練:設切點法求過曲線外一點的切線(含重根因式分解)、含參函數單調性討論(參數分類的完整寫法)、閉區間上極值與最值的比較表。每題給出完整推導、結果驗算、採分點與高頻錯因。

00004題號全 1000 篇 · 第 第1輪 / 第1冊 輪
方向數學·導數與解三角形六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——按課程標準與聯招常見考點範圍編寫,非真題原文;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 數學導數(一)

一、先分清兩句話

「求曲線 y=f(x) 在點 P 處的切線」:P 已知在曲線上,切點就是 P,斜率 f′(xP),只有一條。
「求曲線 y=f(x) 過點 P 的切線」:P 未必在曲線上,切點未知,必須設切點 (a, f(a)) 再令切線通過 P,解出幾個 a 就有幾條切線。本組題1 專練後者。

二、題1 過點切線:設切點,解出兩個 a

題目 已知 f(x) = x³ − 3x,求過點 P(2, 2) 的切線方程。

審題眼 「過」字。先驗證 P 是否在曲線上:f(2) = 8 − 6 = 2,P 恰在曲線上——但即便如此,仍可能有另一條切線從別處切過來經過 P,不能只算 P 這一處。

規範作答

設切點為 (a, a³ − 3a)。f′(x) = 3x² − 3,故切線斜率 k = 3a² − 3,切線方程為

y − (a³ − 3a) = (3a² − 3)(x − a)。

令切線過 P(2, 2),代入得

2 − (a³ − 3a) = (3a² − 3)(2 − a)
→ 2 − a³ + 3a = 6a² − 6 − 3a³ + 3a
→ 2a³ − 6a² + 8 = 0 → a³ − 3a² + 4 = 0。

因式分解:a³ − 3a² + 4 = (a + 1)(a² − 4a + 4) = (a + 1)(a − 2)² = 0,得 a = −1 或 a = 2(二重根)。

① a = 2:切點 (2, 2),k = 3·4 − 3 = 9,切線 y − 2 = 9(x − 2),即 y = 9x − 16;
② a = −1:切點 (−1, −1 + 3) = (−1, 2),k = 3·1 − 3 = 0,切線 y = 2。

答案 y = 9x − 16 與 y = 2,共兩條。

驗算 y = 9x − 16 過 P:9×2 − 16 = 2 ✓;y = 2 顯然過 P,且與曲線在 x = −1 處相切(f(−1)=2,f′(−1)=0,水平切線)✓。另外注意 (a−2)² 是二重根,不產生第三條切線,只說明在 x=2 處切線與曲線的接觸性質特殊(此處 f″(2)=12≠0,實際是普通切點,重根來自方程結構)。

採分點 設切點並寫出 f′(a)(2分);寫出切線方程(1分);代入 P 化為三次方程(2分);因式分解求出全部 a(2分);分別寫出兩條切線(2分);結論句(1分)。

易錯點 ① 直接用 f′(2)=9 只寫一條(最高發,漏解);② 把「過」看成「在」;③ 三次方程只試出 a=2 就停,不做因式分解、漏 a=−1;④ 切點座標算成 (a, 3a²−3)(把導數當函數值)。

三、題2 含參單調性:分類要寫全

題目 設 f(x) = ln x − a x(a ∈ R),討論 f(x) 的單調性。

審題眼 定義域 x > 0 先寫;參數 a 的符號決定 f′ 的符號,必須分類。

規範作答

定義域為 (0, +∞)。f′(x) = 1/x − a = (1 − a x)/x。因 x > 0,f′(x) 的符號由分子 1 − a x 決定。

① a ≤ 0:對任意 x > 0,−a x ≥ 0,故 1 − a x ≥ 1 > 0,f′(x) > 0 恆成立,f(x) 在 (0, +∞) 上單調遞增。
② a > 0:令 f′(x) = 0 得 x = 1/a。
當 0 < x < 1/a 時,1 − a x > 0,f′(x) > 0,f(x) 遞增;
當 x > 1/a 時,1 − a x < 0,f′(x) < 0,f(x) 遞減。

綜上:a ≤ 0 時在 (0, +∞) 遞增;a > 0 時在 (0, 1/a) 遞增、(1/a, +∞) 遞減,且在 x = 1/a 處取得極大值 f(1/a) = ln(1/a) − 1 = −ln a − 1。

採分點 定義域(1分,漏寫直接扣分);求導並通分(1分);指出分母恆正、只看分子(1分);a ≤ 0 一類(2分);a > 0 一類並求臨界點 1/a(2分);分區間寫單調性(2分);綜上結論(1分)。

易錯點 ① 漏定義域,把 x < 0 也納入討論;② 忘記討論 a = 0(它屬於 a ≤ 0,不能漏);③ 直接寫「當 a>0 時 x=1/a」卻不說明 1/a > 0 一定在定義域內;④ 把「極大值」寫成「最大值」——本函數在 a>0 時確有全局最大值(先增後減且端點趨於 ±∞,可判為最大),但需說明,不能順手改詞。

四、題3 閉區間最值:列表比完再下結論

題目 求 f(x) = x³ − 3x + 1 在 [−2, 2] 上的最大值與最小值。

審題眼 閉區間最值 = 所有極值點 + 兩個端點一起比,不能只比極值。

規範作答

f′(x) = 3x² − 3 = 3(x − 1)(x + 1),令 f′(x)=0 得 x = −1、x = 1,均在 [−2, 2] 內。

x−2(端點)−1(極大點)1(極小點)2(端點)
f(x)−8 + 6 + 1 = −1−1 + 3 + 1 = 31 − 3 + 1 = −18 − 6 + 1 = 3

比較得:最大值 3(在 x = −1 與 x = 2 處取得),最小值 −1(在 x = −2 與 x = 1 處取得)。

驗算 由 f′ 符號:x<−1 時 f′>0(增),−1<x<1 時 f′<0(減),1<x 時 f′>0(增),故 x=−1 為極大、x=1 為極小,與表中數值一致;端點 f(−2)=−1、f(2)=3 與內部極值恰好相等,屬命題人特意設置的「端點不可漏」情形。

採分點 求導(1分);解出全部駐點並判斷在區間內(2分);列出端點+駐點的函數值表(3分,表本身即給分);比較得出最大最小(2分);寫清取值點(1分)。

易錯點 ① 只算 f(−1)、f(1) 就下結論,漏端點(本題兩端點恰是答案的一部分,漏了就丟分);② 把極值當最值;③ 不寫取值點 x;④ 計算 f(−2) 時把 (−2)³ 算成 +8。

五、本組小結:導數題書寫清單

  • □ 見到「過某點的切線」→ 設切點 (a, f(a)),代入該點解 a,解出幾個寫幾條;
  • □ 見到含參函數 → 先寫定義域,再按參數使導數變號的臨界值分類,a=0 單獨歸到一類裡不能漏;
  • □ 見到閉區間最值 → 列表把駐點 + 兩端點全列出來比,最大值最小值各寫清取值點;
  • □ 原始公式先行(f′(x)、切線點斜式),再代數;公式本身有分;
  • □ 結果回代驗算:切線代回該點、最值用單調性複核,30 秒能擋住多數計算錯;
  • □ 結論句寫全:「故所求切線有兩條……」「綜上,a≤0 時……」。

導數題的分差,常在「少設一個未知量、少分一類、少列一個端點」。把這三處寫成固定動作,比多做十道難題更有用。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中數學選擇性必修第二冊:導數的幾何意義、導數與函數的單調性、極值與最值
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(數學科)》:導數及其應用考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目與解析為按常見考點編寫的教研整理,非官方試題與官方評分標準

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聯招數學·導數應用(一):切線方程與「過點」陷阱
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