从一个问题开始
先看一道求导一步、讨论半页的题:讨论 f(x)=x3−3ax 的单调性。 求导毫不费力:f′(x)=3(x2−a)。换成不含参的函数,到这里就该收尾——令导数为零,解出零点,画表判号,完事。可这里要解 x2=a,有没有解,得看 a 的脸色。
a<0 时无解,a=0 时只有一个解,a>0 时冒出两个解。 无解时导数恒正,函数一路递增;两个解时导数"正—负—正",函数升—降—升。
答案不是一个式子,而是按参数分成几段、每段一套答案——这就是含参讨论最本质的难处。
为什么含参函数这么难
不含参的函数,导数零点是钉死的,几个、在哪全由常数说了算,分析一遍就完事。
含参时,零点的存在性和位置都被参数牵着走,变化分三层:
- 存在性:零点从"没有"变"有",如 x2−a 随 a 由负变正,从零个变两个。
- 位置:零点一直存在,落在哪一截随参数滑。f′(x)=x−a 的零点永远是 a,可 a 一挪,它就从定义域外溜进定义域内,这一层最容易被漏。
- 多重性:两个零点从分开到重合再到分开。(x−1)(x−a) 的零点,a 经过 1 时先并成二重零点再分开;重合那一刻导数不变号,单调性换面孔。
这三层变化对应三个"分界点",分界点就是讨论的全部依据。 找出所有让导数性质突变的参数值,从小到大排好,参数轴切成若干段,逐段讨论再合起来。
分类的标准
分类的唯一标准是找"分界点"——让导数性质突变的那些参数值。常见来源有三个:
- 判别式为 0:导函数是二次式时,Δ 的正负决定零点有零个、一个、两个,Δ=0 就是分界点。
- 二次项系数为 0:参数取使系数为零的值时,导函数次数降了,形态整个变样,必是分界点。
- 零点撞上定义域边界:零点没动,参数却让它从定义域外滑到内,跨界那一刻就是分界点。
顺手的一招:把导函数当成关于 x 的方程,追问"根怎样随参数变"。 根由无到有、由一到二、由外到内、由分到合,每个质变的参数值都记下来,就是分界点清单。
分类的三种典型形态
导数长什么样,讨论就怎么分。高中出现的导函数,绝大多数落进三种形态之一。
一次型:解得出零点,只需盯住它在哪
导函数是一次式,零点唯一,焦点只有一个——它在不在定义域里。 比如 f′(x)=x−a,零点永远是 x=a。定义域是全体实数就没什么可分;定义域是 (0,+∞) 时,a≤0 的零点在定义域外、导数恒正,a>0 的零点落进来、两侧符号相反。一次型的分界点,往往就是定义域的边界值。
二次型:先看判别式,再看两根位置
导函数是含参二次式时,讨论分两道关——先问"有没有根",再问"根在不在、比不比得上"。 第一道看 Δ=0 是不是分界点;第二道看两根大小以及与定义域端点的相对位置。只答第一关、忘了第二关,是二次型最常见的失分点。 二次项系数也含参时,系数为零那一种要单独说。
可因式分解型:固定零点与含参零点比大小
导函数能分解成 (x−x1)(x−x2),一个零点固定、另一个随参数走,核心就是"谁在左、谁在右"。 以 (x−1)(x−a) 为例:a<1 时零点排 a、1;a=1 时两根重合,导数变成完全平方、恒不变号;a>1 时顺序翻个。分界点就是两根相等那一刻(这里 a=1),"两根重合"那一支最容易被漏。
示意图

判别式不大于零,导数的符号当场定死;大于零才进入第二层,去比较零点与端点
经典例题
三个算例,对应三种形态。
算例一:一次型——零点在不在定义域里
讨论 f(x)=21x2−ax 在 (0,+∞) 上的单调性(a 为参数)。
求导一步到位:f′(x)=x−a。 零点唯一,x=a。定义域只有 (0,+∞) 这一截,关键就落在 a 与 0 的大小上。
情形一:a≤0。 此时 x>0≥a,故 f′(x)>0 恒成立,f(x) 在 (0,+∞) 上单调递增。a=0 时 f′(x)=x>0 也递增,等号这一支不能丢。
情形二:a>0。 零点 x=a 落进定义域内部,把定义域切成两截。列表判号:
| x | (0,a) | a | (a,+∞) |
|---|
| f′(x) | − | 0 | + |
| f(x) | ↘ | 极小值 | ↗ |
所以 f(x) 在 (0,a) 上递减,在 (a,+∞) 上递增。
把 a=0 归进第一支,是本题的要点。 若只写 a<0 与 a>0 两支,a=0 就成了漏网之鱼。
算例二:二次型——先看判别式
讨论函数 f(x)=x3−3ax 的单调性(a 为参数)。
求导:f′(x)=3x2−3a=3(x2−a)。 导数是二次式,先算判别式:方程 x2=a 的判别式 Δ=4a,分界点取在 a=0。
情形一:a<0。 Δ<0,x2−a>0 恒成立,f′(x)>0,f(x) 在 R 上单调递增。
情形二:a=0。 f′(x)=3x2≥0,且只在 x=0 取零。导数不变号,f(x) 仍在 R 上递增——x=0 是驻点,却不是极值点。
情形三:a>0。 Δ>0,令 f′(x)=0 得 x=±a。列表判号:
| x | (−∞,−a) | −a | (−a,a) | a | (a,+∞) |
|---|
| f′(x) | + | 0 | − | 0 | + |
| f(x) | ↗ | 极大值 | ↘ | 极小值 | ↗ |
递增区间为 (−∞,−a) 与 (a,+∞),递减区间为 (−a,a)。
验算:取 a=1,此时 f′(x)=3(x−1)(x+1)。 f′(−2)=9>0、f′(0)=−3<0、f′(2)=9>0,符号"正—负—正",与表格吻合。
算例三:可因式分解型——两个零点比大小
讨论 f(x)=31x3−2a+1x2+ax 的单调性(a 为参数)。
这道题的好处是导数一整就分解开了。
f′(x)=x2−(a+1)x+a=(x−1)(x−a)
零点只有两类:常数零点 x=1,含参零点 x=a。讨论的核心自然是"谁在左、谁在右",分界点取在两零点相等处,即 a=1。
情形一:a<1。 零点按 a、1 排列:
| x | (−∞,a) | a | (a,1) | 1 | (1,+∞) |
|---|
| f′(x) | + | 0 | − | 0 | + |
| f(x) | ↗ | 极大值 | ↘ | 极小值 | ↗ |
递增区间 (−∞,a) 与 (1,+∞),递减区间 (a,1)。
情形二:a=1。 f′(x)=(x−1)2≥0,且只在 x=1 取零。导数不变号,f(x) 在 R 上递增。这一支最容易被漏——它的导数非负、仅一点取零,结论仍是递增。
情形三:a>1。 零点顺序翻转为 1、a:
| x | (−∞,1) | 1 | (1,a) | a | (a,+∞) |
|---|
| f′(x) | + | 0 | − | 0 | + |
| f(x) | ↗ | 极大值 | ↘ | 极小值 | ↗ |
递增区间 (−∞,1) 与 (a,+∞),递减区间 (1,a)。
验算:取 a=0(属 a<1 支),此时 f′(x)=x(x−1)。 f′(−1)=2>0、f′(0.5)=−0.25<0、f′(2)=2>0,符号"正—负—正",与表格一致。再取 a=2(属 a>1 支),f′(x)=(x−1)(x−2),f′(0)=2>0、f′(1.5)=−0.25<0、f′(3)=2>0,同样吻合。
列表法:把讨论结果理成一张表
讨论到"符号怎么变"这一步,最不容易出错的写法是列表。
一张规范的判号表固定三行:第一行写 x 的分段,第二行写 f′(x) 的正负,第三行写 f(x) 的增减。 分段的节点是所有驻点与导数不存在的点,从小到大排开,一头一尾接上定义域端点。
制表有三条规矩: ① 节点必须取自定义域内部,定义域外的零点不进表;② 每个节点单独占一列,节点之间的开区间各占一列,写清端点;③ 每一段都要给出导数符号,而不是只标零点——零点给位置,符号才给单调性。
参数不同的情形各列一张表。 别把两个情形的符号挤进同一张表,那样分不清哪一列属于哪个参数范围。最后一步是把符号翻译成话:"正—负—正"要落成"在 (…) 递增、在 (…) 递减",并写明区间。
含参最值问题
参数不只在导数里,也常跑到区间端点上。 看这道典型题:
求 f(x)=x3−3x 在闭区间 [0,a] 上的最小值(a>0 为参数)。
函数固定,参数跑到区间右端。 求导得 f′(x)=3(x+1)(x−1),驻点 x=±1。区间限制在 [0,a] 上,只有驻点 1 可能起作用(−1 够不着),极小值 f(1)=−2。讨论只剩一个问题:驻点 1 有没有落进 [0,a]。
情形一:0<a≤1。 区间整个在 1 的左侧,f′<0,f 单调递减,最小值取右端点
f(a)=a3−3a
情形二:a>1。 驻点落进区间,f 在 [0,1] 递减、在 [1,a] 递增,最小值取内点
f(1)=1−3=−2
两情形在 a=1 处接得上:代入情形一的式子得 1−3=−2,与情形二一致。要害是把"极值点是否落入区间"当成唯一分岔口。
含参与定义域的交汇
前面都默认定义域是死的。可含参题里,定义域本身常带参数——这才是最容易翻车的地方。
含参定义域有两个来源: 一是对数、根式带来的"活动端点",ln(x−a) 的定义域是 (a,+∞),a 一动左端点跟着动;二是题目指定的含参区间,如 [a,a+2]、(0,a)。
遇到含参定义域,第一件事永远是把它写清、按参数分段。
讨论 f(x)=ln(x−a)−lnx 的单调性(a 为参数)。
求导之前,先把定义域按 a 拆开。 定义域要求 x−a>0 且 x>0。求导得
f′(x)=x−a1−x1=x(x−a)a
情形一:a>0。 定义域为 (a,+∞),其上 x(x−a)>0 分母为正,分子 a>0 也为正,所以 f′(x)>0,f 递增。
情形二:a=0。 f(x)=lnx−lnx=0,是常值函数,导数恒为零,谈不上增减。这一支要单独交代,不能并进情形一。
情形三:a<0。 定义域变成 (0,+∞),分母仍为正,但分子 a<0,所以 f′(x)<0,f 递减。
关键不在导数,而在"定义域随 a 的符号整个换了一张脸"。 若不动笔写定义域,直接说"a>0 递增、a<0 递减",就漏掉了定义域本身也是 a 的函数这一层。
讨论的完备性
分类讨论必须"不重不漏",这六个字是含参题的命门。 检查分三步:
- 所有情形都考虑到了吗? 把参数轴从头过一遍:负、零、正,任何一段都不能悬空。
- 情形之间有没有重叠? 相邻两支的衔接点只能属于一支。常见错法是并排写 a≥1 和 a≤1,让 a=1 算两遍。
- 等号放对位置了吗? 某支在分界点处退化时,先判断它更像左边还是右边,再决定等号归谁。
省事的自查法:把每个分界点的值代回原函数,看两支结论是否接得上。 算例二里 a=0 代回后导数变成 3x2,与 a<0 支一致,于是归左;算例三里 a=1 代回后导数变成完全平方,单调性换样,于是单独成支。接得上就归并,换了模样就单列。
常见错误
错误一:漏讨论一种情形。 最典型的是写完 a>0 与 a<0,独独忘掉 a=0;或二次型里只讨论 Δ>0,忘了 Δ≤0 那一块也要交代。防漏的办法是画一条参数数轴,每分出一支就在对应区间打勾,收尾看有没有空白段。
错误二:把等号边界放错位置。 分界点是一把刀,切在左还是右结论不同。a≤1 与 a>1 是合法切法;a<1 与 a>1 漏掉 a=1;a≥1 与 a≤1 又把 a=1 说两遍,结论还未必一样。
错误三:忘了定义域,把定义域外的零点也列进表。 导数在定义域外没有意义,那样的零点不参与讨论。
错误四:把驻点当极值点。 f′(x0)=0 只说明 x0 是驻点,还得检查 f′ 在它两侧是否变号——不变号就是"假极值点"。
错误五:二次项系数含参时不问系数是否为零。 系数为零时导函数次数下降,讨论形态整个变了,必须单独拎出来,这一条最隐蔽。
在高中数学体系里的位置
从思想上看,这一讲是"分类讨论"最集中的一次实战。 分类标准从参数对导数性质的影响来;找分界点、分区讨论、逐支验证,把"一题一个答案"变成"一题几支答案"。
从运算上看,它是求导与解不等式的练兵场。 求导、解二次方程、判断二次式符号、比较两根大小,这些技能前几讲都练过,这里负责串成一条链。
从考试上看,它是导数大题最多见的第一问。 后面的求极值、证不等式、讨论根的个数,全都建立在"单调性先说清楚"之上;第一问有缺口,后面几问跟着一起错。
思考与拓展
- 讨论 f(x)=x3−3ax2 的单调性。(提示:f′(x)=3x(x−2a),比较零点 0 与 2a 的大小。)
- 讨论 f(x)=21x2−alnx 在 (0,+∞) 上的单调性。(提示:f′(x)=xx2−a,先看 x2−a 在定义域内几个零点。)
- 讨论 f(x)=ln(x−2a)+x 的单调性。(提示:先写定义域 (2a,+∞),再算 f′(x) 符号。)
- 求 f(x)=x3−3x2 在 [a,a+3] 上的最小值。(提示:驻点是 0 和 2,按两个驻点是否落入区间分类。)
- 讨论 f(x)=x3−3x+a 在不同 a 值下零点个数的变化。(提示:先固定 g(x)=x3−3x 的极值,再让水平线上下平移。)
高考母题
(2025·全国II卷) 已知函数 f(x)=ln(1+x)−x+21x2−kx3 ,其中 0<k<31 .
(1)证明: f(x) 在区间 (0,+∞) 存在唯一的极值点和唯一的零点;
(2)设 x1,x2 分别为 f(x) 在区间 (0,+∞) 的极值点和零点. (i)设函数 g(t)=f(x1+t)−f(x1−t) .证明: g(t) 在区间 (0,x1) 单调递减; (ii)比较 2x1 与 x2 的大小,并证明你的结论.
展开详解
(1)证明:由题得 f′(x)=1+x1−1+x−3kx2=1+xx2−3kx2=x2(1+x1−3k) ,
因为 x∈(0,+∞) ,所以 x2>0 ,设 g(x)=1+x1−3k,x>0 ,
则 g′(x)=−(1+x)21<0 在 (0,+∞) 上恒成立,所以 g(x) 在 (0,+∞) 上单调递减,
g(0)=1−3k>0 ,令 g(x0)=0⇒x0=3k1−1 ,
所以当 x∈(0,x0) 时, g(x)>0 ,则 f′(x)>0 ;当 x∈(x0,+∞) 时, g(x)<0 ,则 f′(x)<0 ,
所以 f(x) 在 (0,x0) 上单调递增,在 (x0,+∞) 上单调递减,
所以 f(x) 在 (0,+∞) 上存在唯一极值点,
对函数 y=ln(1+x)−x 有 y′=1+x1−1=−1+xx<0 在 (0,+∞) 上恒成立,
所以 y=ln(1+x)−x 在 (0,+∞) 上单调递减,
所以 y=ln(1+x)−x<y∥x=0=0 在 (0,+∞) 上恒成立,
又因为 f(0)=0 , x→+∞ 时 21x2−kx3=21x2(1−2kx)<0 ,
所以 x→+∞ 时 f(x)<0 ,
所以存在唯一 x2∈(0,+∞) 使得 f(x2)=0 ,即 f(x) 在 (0,+∞) 上存在唯一零点.
(2)(i)证明:由(1)知 x1=3k1−1 ,则 x1+1=3k1 , f′(x)=x2(1+x1−1+x11) ,
∵g(t)=f(x1+t)−f(x1−t) ,
则 g′(t)=(x1+t)2(x1+t+11−1+x11)+(x1−t)2(x1−t+11−1+x11)
=(x1+t+1)(x1+1)−t(x1+t)2+(x1−t+1)(x1+1)t(x1−t)2 =3kt[−x1+t+1(x1+t)2+x1−t+1(x1−t)2]
=(1+x1)2−t26kt2(t2−x12−2x1) ,
∵k>0,t∈(0,x1),∴t2−x12−2x1⟨0,(1+x1)2−t2⟩0 ,
∴g′(t)=(1+x1)2−t26kt2(t2−x12−2x1)<0 ,
即 g(t) 在 t∈(0,x1) 上单调递减.
(ii) 2x1>x2 ,证明如下:
由(i)知:函数 g(t) 在区间 (0,x1) 上单调递减,
所以 g(0)>g(x1) 即 0>f(2x1) ,又 f(x2)=0 ,
由(1)可知 f(x) 在 (x0,+∞) 上单调递减, x2∈(x0,+∞) ,且对任意 x∈(0,x2) f(x)>0 ,
所以 2x1>x2 .
【分析】
(1)先由题意求得 f′(x)=x2(1+x1−3k) ,接着构造函数 g(x)=1+x1−3k,x>0 ,利用导数工具研究函数 g(x) 的单调性和函数值情况,从而得到函数的单调性,进而得证函数 f(x) 在区间 (0,+∞) 上存在唯一极值点;再结合 f(0)=0 和 x→+∞ 时 f(x) 的正负情况即可得证 f(x) 在区间 (0,+∞) 上存在唯一零点;
(2)(i)由(1) x1+1=3k1 和 g′(t)=f′(x1+t)−f′(x1−t) 结合(1)中所得导函数 f′(x1) 计算得到 g′(t)=(1+x1)2−t26kt2(t2−x12−2x1) ,再结合 t∈(0,x1) 得 g′(t)<0 即可得证;
(ii)由函数 g(t) 在区间 (0,x1) 上单调递减得到 0>f(2x1) ,再结合 f(x2)=0 ,
和函数 f(x) 的单调性以以及函数值的情况即可得证.
(1)略
(2)(i)略
(ii)略
一句话总结
含参讨论的核心:找到让导数性质变化的"临界参数值",把它们排成参数轴,逐段讨论、列表判号、写完每一支。画图是最好的检查工具,参数数轴上打勾是最好的防漏工具。
— Y. · 2026-10-05