高考數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第二章 函數(shù)、導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用 第十一節(jié) 導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用教師用書 理
《高考數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第二章 函數(shù)、導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用 第十一節(jié) 導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用教師用書 理》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《高考數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第二章 函數(shù)、導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用 第十一節(jié) 導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用教師用書 理(36頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、 第十一節(jié) 導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用 ☆☆☆2017考綱考題考情☆☆☆ 考綱要求 真題舉例 命題角度 1.了解函數(shù)單調(diào)性和導(dǎo)數(shù)的關(guān)系;能利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性,會求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間(其中多項式函數(shù)一般不超過三次); 2.了解函數(shù)在某點取得極值的必要條件和充分條件;會用導(dǎo)數(shù)求函數(shù)的極大值、極小值(其中多項式函數(shù)一般不超過三次);會求閉區(qū)間上函數(shù)的最大值、最小值(其中多項式函數(shù)一般不超過三次); 3.會利用導(dǎo)數(shù)解決某些實際問題(生活中的優(yōu)化問題)。 2016,全國卷Ⅰ,7,5分(圖象判斷) 2016,全國卷Ⅰ,21,12分(導(dǎo)數(shù)與單調(diào)性、不等式證明、函數(shù)零點) 2015,全國卷Ⅰ,12,5
2、分(導(dǎo)數(shù)與單調(diào)性、參數(shù)的取值范圍) 2015,全國卷Ⅰ,21,12分(切線、函數(shù)最值、零點問題) 2014,全國卷Ⅱ,21,12分(導(dǎo)數(shù)與單調(diào)性、函數(shù)最值、不等式證明) 函數(shù)與導(dǎo)數(shù)的壓軸試題,在每年的高考中屬于必考內(nèi)容,其命題方向主要有兩個:一是圍繞函數(shù)的性質(zhì)考查函數(shù)的奇偶性、單調(diào)性、周期性、極值、最值,曲線的切線等問題展開,二是圍繞函數(shù)與方程、不等式命制探索方程根的個數(shù)、不等式的證明、不等式恒成立等問題展開。此類壓軸試題難度較大,邏輯推理能力較強,在今后的備考中不可小視。 微知識 小題練 自|主|排|查 1.函數(shù)的導(dǎo)數(shù)與單調(diào)性的關(guān)系 函數(shù)y=f(x)在某個區(qū)間內(nèi)可導(dǎo)
3、,則 (1)若f′(x)>0,則f(x)在這個區(qū)間內(nèi)單調(diào)遞增; (2)若f′(x)<0,則f(x)在這個區(qū)間內(nèi)單調(diào)遞減; (3)若f′(x)=0,則f(x)在這個區(qū)間內(nèi)是常數(shù)函數(shù)。 2.函數(shù)的極值與導(dǎo)數(shù) (1)函數(shù)的極小值 若函數(shù)y=f(x)在點x=a處的函數(shù)值f(a)比它在點x=a附近其他點的函數(shù)值都小,且f′(a)=0,而且在點x=a附近的左側(cè)f′(x)<0,右側(cè)f′(x)>0,則x=a叫做函數(shù)的極小值點,f(a)叫做函數(shù)的極小值。 (2)函數(shù)的極大值 若函數(shù)y=f(x)在點x=b處的函數(shù)值f(b)比它在點x=b附近其他點的函數(shù)值都大,且f′(b)=0,而且在點x=b附近的
4、左側(cè)f′(x)>0,右側(cè)f′(x)<0,則x=b叫做函數(shù)的極大值點,f(b)叫做函數(shù)的極大值,極大值和極小值統(tǒng)稱為極值。 3.函數(shù)的最值與導(dǎo)數(shù) (1)函數(shù)f(x)在[a,b]上有最值的條件: 一般地,如果在區(qū)間[a,b]上,函數(shù)y=f(x)的圖象是一條連續(xù)不斷的曲線,那么它必有最大值和最小值。 (2)求函數(shù)y=f(x)在[a,b]上的最大值與最小值的步驟為: ①求函數(shù)y=f(x)在(a,b)內(nèi)的極值; ②將函數(shù)y=f(x)的各極值與端點處的函數(shù)值f(a),f(b)比較,其中最大的一個是最大值,最小的一個是最小值。 微點提醒 1.函數(shù)f(x)在區(qū)間(a,b)上遞增,則f′(x)≥
5、0,“f′(x)>0在(a,b)上成立”是“f(x)在(a,b)上單調(diào)遞增”的充分不必要條件。 2.對于可導(dǎo)函數(shù)f(x),“f′(x0)=0”是“函數(shù)f(x)在x=x0處有極值”的必要不充分條件。如函數(shù)y=x3在x=0處導(dǎo)數(shù)為零,但x=0不是函數(shù)y=x3的極值點。 3.求最值時,應(yīng)注意極值點和所給區(qū)間的關(guān)系,關(guān)系不確定時,需要分類討論,不可想當然認為極值就是最值。 4.函數(shù)最值是“整體”概念,而函數(shù)極值是“局部”概念,極大值與極小值之間沒有必然的大小關(guān)系。 小|題|快|練 一 、走進教材 1.(選修2-2P26練習(xí)T1改編)函數(shù)f(x)=xe-x的一個單調(diào)遞增區(qū)間是( ) A.
6、(-∞,1] B.[2,8]
C.[1,2] D.[0,2]
【解析】 解法一:f(x)=xe-x=,所以f′(x)==≥0,所以x≤1。故選A。
解法二:f′(x)=1e-x+xe-x(-1)=(1-x)e-x≥0。因為e-x>0,所以x≤1。故選A。
【答案】 A
2.(選修2-2P32A組T5(4)題改編)函數(shù)f(x)=2x-xlnx的極值是( )
A. B.
C.e D.e2
【解析】 因為f′(x)=2-(lnx+1)=1-lnx,當f′(x)>0時,解得0
7、(e)=e。故選C。 【答案】 C 3.(選修2-2P37B組T2改編)若商品的年利潤y(萬元)與年產(chǎn)量x(百萬件)的函數(shù)關(guān)系式為y=-x3+27x+123(x>0),則獲得最大利潤時的年產(chǎn)量為( ) A.1百萬件 B.2百萬件 C.3百萬件 D.4百萬件 【解析】 因為y=-x3+27x+123(x>0),所以y′=-3x2+27=-3(x+3)(x-3)(x>0),所以y=-x3+27x+123在(0,3)上是增函數(shù),在(3,+∞)上是減函數(shù),故當x=3時,獲得最大利潤,即獲得最大利潤時的年產(chǎn)量為3百萬件。故選C。 【答案】 C 二、雙基查驗 1.(2016錦州模
8、擬)已知函數(shù)y=xf′(x)的圖象如圖所示(其中f′(x)是函數(shù)f(x)的導(dǎo)函數(shù))。則下面四個圖象中,y=f(x)的圖象大致是( )
【解析】 由條件可知當0
9、x)=x3-12x的極小值點,則a=( )
A.-4 B.-2
C.4 D.2
【解析】 由題意得f′(x)=3x2-12,由f′(x)=0得x=2,當x∈(-∞,-2)時,f′(x)>0,函數(shù)f(x)單調(diào)遞增,當x∈(-2,2)時,f′(x)<0,函數(shù)f(x)單調(diào)遞減,當x∈(2,+∞)時,f′(x)>0,函數(shù)f(x)單調(diào)遞增,所以a=2。故選D。
【答案】 D
3.函數(shù)f(x)=x2-lnx的最小值為( )
A. B.1
C.0 D.不存在
【解析】 f′(x)=x-=,且x>0。令f′(x)>0,得x>1;令f′(x)<0,得0 10、=1處取得極小值也是最小值,且f(1)=-ln1=。故選A。
【答案】 A
4.若f(x)=ax3+3x+2無極值,則a的范圍為________。
【解析】 f′(x)=3ax2+3,若a≥0,則f′(x)>0恒成立,
f(x)在R上單調(diào)遞增,f(x)無極值。
【答案】 [0,+∞)
5.(2017重慶模擬)設(shè)1 11、又-==>0,所以2<<。
【答案】 2<<
第一課時 導(dǎo)數(shù)與函數(shù)的單調(diào)性
微考點 大課堂
考點一
求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間
【典例1】 (2016北京高考)設(shè)函數(shù)f(x)=xea-x+bx,曲線y=f(x)在點(2,f(2))處的切線方程為y=(e-1)x+4。
(1)求a,b的值;
(2)求f(x)的單調(diào)區(qū)間。
【解析】 (1)因為f(x)=xea-x+bx,所以f′(x)=(1-x)ea-x+b。
依題意,即
解得a=2,b=e。
(2)由(1)知f(x)=xe2-x+ex。
由f′(x)=e2-x(1-x+ex-1)及e2-x>0知,f′(x)與1-x+ 12、ex-1同號。
令g(x)=1-x+ex-1,則g′(x)=-1+ex-1。
所以當x∈(-∞,1)時,g′(x)<0,g(x)在區(qū)間(-∞,1)上單調(diào)遞減;
當x∈(1,+∞)時,g′(x)>0,g(x)在區(qū)間(1,+∞)上單調(diào)遞增。
故g(1)=1是g(x)在區(qū)間(-∞,+∞)上的最小值,
從而g(x)>0,x∈(-∞,+∞)。
綜上可知,f′(x)>0,x∈(-∞,+∞)。
故f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為(-∞,+∞)。
【答案】 (1)a=2,b=e
(2)單調(diào)遞增區(qū)間為(-∞,+∞)
反思歸納 利用導(dǎo)數(shù)求函數(shù)單調(diào)區(qū)間的方法:
1.當導(dǎo)函數(shù)不等式可解時,解不等式f′( 13、x)>0或f′(x)<0求出單調(diào)區(qū)間。
2.當方程f′(x)=0可解時,解出方程的實根,按實根把函數(shù)的定義域劃分區(qū)間,確定各區(qū)間f′(x)的符號,
從而確定單調(diào)區(qū)間。
3.若導(dǎo)函數(shù)的方程、不等式都不可解,根據(jù)f′(x)結(jié)構(gòu)特征,利用圖象與性質(zhì)確定f′(x)的符號,從而確定單調(diào)區(qū)間。
4.所求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間不止一個,這些區(qū)間之間不能用并集“∪”及“或”連接,只能用“,”“和”字隔開。
【變式訓(xùn)練】 求下列函數(shù)的單調(diào)區(qū)間:
(1)f(x)=(x-1)2-ln(x-1)2;
(2)f(x)=(x-1)ex-x2。
【解析】 (1)f(x)的定義域為{x|x∈R且x≠1},
f′(x 14、)=2(x-1)-
=2(x-1)-
==。
由f′(x)>0,得0 15、值
由表可知,函數(shù)f(x)的遞減區(qū)間為(0,ln2),遞增區(qū)間為(-∞,0),(ln2,+∞)。
【答案】 (1)單調(diào)遞增區(qū)間(0,1),(2,+∞),單調(diào)遞減區(qū)間(-∞,0),(1,2)
(2)單調(diào)遞減區(qū)間(0,ln2),單調(diào)遞增區(qū)間(-∞,0),(ln2,+∞)。
考點二
利用導(dǎo)數(shù)討論函數(shù)的單調(diào)性
【典例2】 (2016山東高考節(jié)選)已知f(x)=a(x-lnx)+,a∈R。討論f(x)的單調(diào)性。
【解析】 f(x)的定義域為(0,+∞),
f′(x)=a--+=。
當a≤0時,x∈(0,1)時,f′(x)>0,f(x)單調(diào)遞增,
x∈(1,+∞)時,f′(x) 16、<0,f(x)單調(diào)遞減。
當a>0時,f′(x)=。
(1)01,
當x∈(0,1)或x∈時,f′(x)>0,f(x)單調(diào)遞增,
當x∈時,f′(x)<0,f(x)單調(diào)遞減。
(2)a=2時, =1,在x∈(0,+∞)內(nèi),f′(x)≥0,f(x)單調(diào)遞增。
(3)a>2時,0< <1,
當x∈或x∈(1,+∞)時,f′(x)>0,f(x)單調(diào)遞增,
當x∈時,f′(x)<0,f(x)單調(diào)遞減。
綜上所述,當a≤0時,f(x)在(0,1)內(nèi)單調(diào)遞增,在(1,+∞)內(nèi)單調(diào)遞減;
當0
17、=2時,f(x)在(0,+∞)內(nèi)單調(diào)遞增;
當a>2時,f(x)在內(nèi)單調(diào)遞增,在內(nèi)單調(diào)遞減,在(1,+∞)內(nèi)單調(diào)遞增。
【答案】 見解析
反思歸納 1.研究含參數(shù)的函數(shù)的單調(diào)性,要依據(jù)參數(shù)對不等式解集的影響進行分類討論。
2.劃分函數(shù)的單調(diào)區(qū)間時,要在函數(shù)定義域內(nèi)討論,還要確定導(dǎo)數(shù)為0的點和函數(shù)的間斷點。
3.個別導(dǎo)數(shù)為0的點不影響所在區(qū)間的單調(diào)性,如f(x)=x3,f′(x)=3x2≥0(f′(x)=0在x=0時取到),f(x)在R上是增函數(shù)。
【變式訓(xùn)練】 討論函數(shù)f(x)=(a-1)lnx+ax2+1(a∈R)的單調(diào)性。
【解析】 f(x)的定義域為(0,+∞),
f′( 18、x)=+2ax=。
①當a≥1時,f′(x)>0,故f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增;
②當a≤0時,f′(x)<0,故f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞減;
③當00,故f(x)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增。
【答案】 見解析
考點三
利用單調(diào)性求參數(shù)的取值范圍…………母題發(fā)散
【典例3】 已知函數(shù)f(x)=x3-ax-1。
(1)討論f(x)的單調(diào)性;
(2)若f(x)在R上為增函數(shù),求實數(shù)a的取值范圍。
【解析】 (1)f′(x)=3x2-a。
①當a≤0時,f′(x)≥0,
所 19、以f(x)在(-∞,+∞)上為增函數(shù)。
②當a>0時,令3x2-a=0得x=;
當x>或x<-時,f′(x)>0;
當- 20、
【答案】 (1)見解析 (2)(-∞,0]
【母題變式】 1.函數(shù)f(x)不變,若f(x)在區(qū)間(1,+∞)上為增函數(shù),求a的取值范圍。
【解析】 因為f′(x)=3x2-a,且f(x)在區(qū)間(1,+∞)上為增函數(shù),所以f′(x)≥0在(1,+∞)上恒成立,即3x2-a≥0在(1,+∞)上恒成立,所以a≤3x2在(1,+∞)上恒成立,所以a≤3,即a的取值范圍為(-∞,3]。
【答案】 (-∞,3]
2.函數(shù)f(x)不變,若f(x)在區(qū)間(-1,1)上為減函數(shù),試求a的取值范圍。
【解析】 由f′(x)=3x2-a≤0在(-1,1)上恒成立,得a≥3x2在(-1,1)上恒成立。因 21、為-1 22、3)
反思歸納 根據(jù)函數(shù)單調(diào)性求參數(shù)的一般思路
1.利用集合間的包含關(guān)系處理:y=f(x)在(a,b)上單調(diào),則區(qū)間(a,b)是相應(yīng)單調(diào)區(qū)間的子集。
2.轉(zhuǎn)化為不等式的恒成立問題,即“若函數(shù)單調(diào)遞增,則f′(x)≥0恒成立;若函數(shù)單調(diào)遞減,則f′(x)≤0恒成立”來求解。
微考場 新提升
1.函數(shù)y=x2-lnx的單調(diào)減區(qū)間為( )
A.(-1,1] B.(0,1]
C.[1,+∞) D.(0,+∞)
解析 函數(shù)y=x2-lnx的定義域為(0,+∞),y′=x-=,令y′≤0,則可得0 23、1,+∞)上是減函數(shù),則實數(shù)b的取值范圍是( )
A.[-1,+∞) B.(-1,+∞)
C.(-∞,-1] D.(-∞,-1)
解析 f′(x)=-x+≤0在(-1,+∞)上恒成立,即b≤x(x+2)在(-1,+∞)上恒成立。又x(x+2)=(x+1)2-1>-1,∴b≤-1。故選C。
答案 C
3.已知函數(shù)f(x)=x2+2cosx,若f′(x)是f(x)的導(dǎo)函數(shù),則函數(shù)f′(x)的圖象大致是( )
解析 設(shè)g(x)=f′(x)=2x-2sinx,g′(x)=2-2cosx≥0,所以函數(shù)f′(x)在R上單調(diào)遞增。故選A。
答案 A
4.函數(shù)f(x)=1+x- 24、sinx在(0,2π)上的單調(diào)性是________。
解析 在(0,2π)上有f′(x)=1-cosx>0,所以f(x)在(0,2π)上單調(diào)遞增。
答案 單調(diào)遞增
5.(2017秦皇島模擬)已知函數(shù)f(x)=lnx,g(x)=ax2+2x,a≠0。若函數(shù)h(x)=f(x)-g(x)在[1,4]上單調(diào)遞減,則a的取值范圍為________。
解析 h(x)=lnx-ax2-2x,x∈(0,+∞),
所以h′(x)=-ax-2。因為h(x)在[1,4]上單調(diào)遞減,
所以當x∈[1,4]時,h′(x)=-ax-2≤0恒成立,
即a≥-恒成立,
令G(x)=-,則a≥G(x)max,
25、
而G(x)=2-1。
因為x∈[1,4],所以∈,
所以G(x)max=-(此時x=4),所以a≥-。
答案
第二課時 導(dǎo)數(shù)與函數(shù)的極值、最值
微考點 大課堂
考點一
運用導(dǎo)數(shù)解決極值問題……多維探究
角度一:求函數(shù)的值域
【典例1】 已知函數(shù)f(x)=ex(ax+b)-x2-4x,曲線y=f(x)在點(0,f(0))處的切線方程為y=4x+4。
(1)求a,b的值;
(2)討論f(x)的單調(diào)性,并求f(x)的極值。
【解析】 (1)f′(x)=ex(ax+b)+aex-2x-4=ex(ax+b+a)-2x-4。
由已知,得
即解得
(2)由(1)知 26、,f(x)=4ex(x+1)-x2-4x,
f′(x)=ex(4x+8)-2x-4=4(x+2)。
令f′(x)=0,得x=-2或x=-ln2。
令f′(x)<0,得或
解得-2<x<-ln2。
令f′(x)>0,得或
解得x<-2或x>-ln2。
當x變化時,f′(x),f(x)的變化情況如下表:
x
(-∞,-2)
-2
(-2,-ln2)
-ln2
(-ln2,+∞)
f′(x)
+
0
-
0
+
f(x)
單調(diào)遞增
極大值
單調(diào)遞減
極小值
單調(diào)遞增
由上表可知,函數(shù)f(x)的極大值為f(-2)=4(1-e-2),極小值為f(-ln 27、2)=2+2ln2-ln22。
【答案】 (1)a=4,b=4
(2)單調(diào)性見解析 極大值為4(1-e-2),極小值為2+2ln2-ln22
角度二:已知函數(shù)的極值求參數(shù)
【典例2】 (2016山東高考)設(shè)f(x)=xlnx-ax2+(2a-1)x,a∈R。
(1)令g(x)=f′(x),求g(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)已知f(x)在x=1處取得極大值,求實數(shù)a的取值范圍。
【解析】 (1)由f′(x)=lnx-2ax+2a,
可得g(x)=lnx-2ax+2a,x∈(0,+∞)。
則g′(x)=-2a=。
當a≤0時,
x∈(0,+∞)時,g′(x)>0,函數(shù)g(x)單調(diào) 28、遞增;
當a>0時,
x∈時,g′(x)>0,函數(shù)g(x)單調(diào)遞增,
x∈時,函數(shù)g(x)單調(diào)遞減。
所以當a≤0時,g(x)的單調(diào)增區(qū)間為(0,+∞);
當a>0時,g(x)的單調(diào)增區(qū)間為,單調(diào)減區(qū)間為。
(2)由(1)知,f′(1)=0。
①當a≤0時,f′(x)單調(diào)遞增,
所以當x∈(0,1)時,f′(x)<0,f(x)單調(diào)遞減;
當x∈(1,+∞)時,f′(x)>0,f(x)單調(diào)遞增。
所以f(x)在x=1處取得極小值,不合題意。
②當01,由(1)知f′(x)在內(nèi)單調(diào)遞增,可得當x∈(0,1)時,f′(x)<0,x∈時,f′(x)>0。
所以f(x 29、)在(0,1)內(nèi)單調(diào)遞減,在內(nèi)單調(diào)遞增,
所以f(x)在x=1處取得極小值,不合題意。
③當a=時,=1,f′(x)在(0,1)內(nèi)單調(diào)遞增,在(1,+∞)內(nèi)單調(diào)遞減,
所以當x∈(0,+∞)時,f′(x)≤0,f(x)單調(diào)遞減,不合題意。
④當a>時,0<<1,當x∈時,f′(x)>0,f(x)單調(diào)遞增,
當x∈(1,+∞)時,f′(x)<0,f(x)單調(diào)遞減,
所以f(x)在x=1處取得極大值,符合題意。
綜上可知,實數(shù)a的取值范圍為a>。
【答案】 (1)見解析 (2)
反思歸納 1.已知函數(shù)的極值求參數(shù)時,通常利用函數(shù)的導(dǎo)數(shù)在極值點處的取值等于零來建立關(guān)于參數(shù)的方程。需 30、注意的是,可導(dǎo)函數(shù)在某點處的導(dǎo)數(shù)值等于零只是函數(shù)在該點處取得極值的必要條件,必要時需對求出的參數(shù)值進行檢驗,看是否符合函數(shù)取得極值的條件。
2.已知函數(shù)的最值求參數(shù),利用待定系數(shù)法求解。
【變式訓(xùn)練】 (1)(2016金華十校聯(lián)考)已知函數(shù)f(x)=x(lnx-ax)有兩個極值點,則實數(shù)a的取值范圍是________。
(2)(2016沈陽模擬)設(shè)函數(shù)f(x)=lnx-ax2-bx,若x=1是f(x)的極大值點,則a的取值范圍為________。
【解析】 (1)f′(x)=(lnx-ax)+x=lnx+1-2ax,令f′(x)=0,得2a=。設(shè)φ(x)=,則φ′(x)=-,
易 31、知φ(x)在(0,1)上單調(diào)遞增,在(1,+∞)上單調(diào)遞減,所以φ(x)max=φ(1)=1,則φ(x)的大致圖象如圖所示,若函數(shù)f(x)有兩個極值點,則直線y=2a和y=φ(x)的圖象有兩個交點,所以0<2a<1,得00,f(x)單調(diào)遞增;當x>1時,f′(x)<0,f(x)單調(diào)遞減,所以x=1是f(x)的極大值點。②若a<0,由f′(x)=0,得x=1或x=-。因為x=1是f(x)的極大值點,所以->1,解得-1 33、0<≤1,即a≥1時,函數(shù)f(x)在區(qū)間[1,2]上是減函數(shù),∴f(x)的最小值是f(2)=ln2-2a。
②當≥2,即0<a≤時,函數(shù)f(x)在區(qū)間[1,2]上是增函數(shù),
∴f(x)的最小值是f(1)=-a。
③當1<<2,即<a<1時,函數(shù)f(x)在上是增函數(shù),在上是減函數(shù)。又f(2)-f(1)=ln2-a,
∴當<a<ln2時,最小值是f(1)=-a;
當ln2≤a<1時,最小值為f(2)=ln2-2a。
綜上可知,
當0<a<ln2時,函數(shù)f(x)的最小值是-a;
當a≥ln2時,函數(shù)f(x)的最小值是ln2-2a。
【答案】 (1)單調(diào)遞增區(qū)間為,單調(diào)遞減區(qū)間為
34、
(2)見解析
反思歸納 求函數(shù)f(x)在[a,b]上最值的方法
1.若函數(shù)f(x)在[a,b]上單調(diào)遞增或單調(diào)遞減,f(a)與f(b)一個為最大值,一個為最小值。
2.若函數(shù)f(x)在區(qū)間(a,b)內(nèi)有極值,先求出函數(shù)f(x)在區(qū)間(a,b)上的極值,與f(a)、f(b)比較,其中最大的一個是最大值,最小的一個是最小值。
3.函數(shù)f(x)在區(qū)間(a,b)上有唯一一個極值點時,這個極值點就是最大(或最小)值點。
【變式訓(xùn)練】 設(shè)函數(shù)f(x)=alnx-bx2(x>0),若函數(shù)f(x)在x=1處與直線y=-相切,
(1)求實數(shù)a,b的值;
(2)求函數(shù)f(x)在上的最大值。
【解 35、析】 (1)f′(x)=-2bx,
∵函數(shù)f(x)在x=1處與直線y=-相切,
∴解得
(2)f(x)=lnx-x2,f′(x)=-x=,
∵當≤x≤e時,令f′(x)>0得≤x<1;
令f′(x)<0,得1<x≤e,
∴f(x)在上單調(diào)遞增,在[1,e]上單調(diào)遞減,
∴f(x)max=f(1)=-。
【答案】 (1)a=1 b= (2)-
考點三
函數(shù)極值與最值的綜合問題
【典例4】 已知函數(shù)f(x)=(a>0)的導(dǎo)函數(shù)y=f′(x)的兩個零點為-3和0。
(1)求f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)若f(x)的極小值為-e3,求f(x)在區(qū)間[-5,+∞)上的最大值。
36、
【解析】 (1)f′(x)=
=,
令g(x)=-ax2+(2a-b)x+b-c,
因為ex>0,所以y=f′(x)的零點就是g(x)=-ax2+(2a-b)x+b-c的零點,且f′(x)與g(x)符號相同。
又因為a>0,所以-3<x<0時,
g(x)>0,即f′(x)>0,
當x<-3或x>0時,g(x)<0,即f′(x)<0,
所以f(x)的單調(diào)增區(qū)間是(-3,0),單調(diào)減區(qū)間是(-∞,-3),(0,+∞)。
(2)由(1)知,x=-3是f(x)的極小值點,所以有
解得a=1,b=5,c=5,
所以f(x)=。
因為f(x)的單調(diào)增區(qū)間是(-3,0),
單調(diào) 37、減區(qū)間是(-∞,-3),(0,+∞),
所以f(0)=5為函數(shù)f(x)的極大值,
故f(x)在區(qū)間[-5,+∞)上的最大值取f(-5)和f(0)中的最大者。而f(-5)==5e5>5=f(0),
所以函數(shù)f(x)在區(qū)間[-5,+∞)上的最大值是5e5。
【答案】 (1)f(x)的單調(diào)增區(qū)間是(-3,0),單調(diào)減區(qū)間是(-∞,-3),(0,+∞) (2)5e5
反思歸納 求一個函數(shù)在閉區(qū)間上的最值和在無窮區(qū)間(或開區(qū)間)上的最值時,方法是不同的。求函數(shù)在無窮區(qū)間(或開區(qū)間)上的最值,不僅要研究其極值情況,還要研究其單調(diào)性,并通過單調(diào)性和極值情況,畫出函數(shù)的大致圖象,然后借助圖象觀察得到 38、函數(shù)的最值。
【變式訓(xùn)練】 已知函數(shù)f(x)=alnx+(a>0)。
(1)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間和極值;
(2)是否存在實數(shù)a,使得函數(shù)f(x)在[1,e]上的最小值為0?若存在,求出a的值;若不存在,請說明理由。
【解析】 由題意,知函數(shù)的定義域為{x|x>0},f′(x)=-(a>0)
(1)由f′(x)>0解得x>,
所以函數(shù)f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間是;
由f′(x)<0解得x<,
所以函數(shù)f(x)的單調(diào)遞減區(qū)間是。
所以當x=時,函數(shù)f(x)有極小值f=aln+a=a-alna。
(2)由(1)可知,當x∈時,函數(shù)f(x)單調(diào)遞減;
當x∈時,函數(shù)f(x)單調(diào)遞 39、增。
①若0<≤1,即a≥1時,函數(shù)f(x)在[1,e]上為增函數(shù),
故函數(shù)f(x)的最小值為f(1)=aln1+1=1,顯然1≠0,故不滿足條件。
②若1<≤e,即≤a<1時,函數(shù)f(x)在上為減函數(shù),在上為增函數(shù),
故函數(shù)f(x)的最小值為f(x)的極小值f=aln+a=a-alna=a(1-lna)=0,即lna=1,解得a=e,而≤a<1,故不滿足條件。
③若>e,即0
40、為0。
【答案】 (1)函數(shù)f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間是 單調(diào)遞減區(qū)間是 函數(shù)f(x)有極小值a-alna
(2)不存在,理由見解析
微考場 新提升
1.設(shè)函數(shù)f(x)在R上可導(dǎo),其導(dǎo)函數(shù)為f′(x),且函數(shù)y=(1-x)f′(x)的圖象如圖所示,則下列結(jié)論中一定成立的是( )
A.函數(shù)f(x)有極大值f(2)和極小值f(1)
B.函數(shù)f(x)有極大值f(-2)和極小值f(1)
C.函數(shù)f(x)有極大值f(2)和極小值f(-2)
D.函數(shù)f(x)有極大值f(-2)和極小值f(2)
解析 (1)當x<-2時,1-x>0。
∵(1-x)f′(x)>0,
∴f′(x) 41、>0,即f(x)在(-∞,-2)上是增函數(shù)。
(2)當-2 42、.2a-b=0
C.2a+b=0 D.a(chǎn)+2b=0
解析 y′=3ax2+2bx,根據(jù)題意,0,是方程3ax2+2bx=0的兩根,∴-=,∴a+2b=0。故選D。
答案 D
3.若函數(shù)f(x)=ax3-3x+1對于x∈[-1,1]總有f(x)≥0成立,則實數(shù)a的取值范圍為( )
A.[2,+∞) B.[4,+∞)
C.{4} D.[2,4]
解析 f′(x)=3ax2-3,
當a≤0時,f′(x)<0,f(x)在[-1,1]上為減函數(shù),f(x)min=f(1)=a-2≥0,a≥2,不合題意;
當0
43、上為減函數(shù),
f(x)min=f(1)=a-2≥0,a≥2,不合題意;
當a>1時,f(-1)=-a+4≥0,且f=-+1≥0,解得a=4。綜上所述,a=4。故選C。
答案 C
4.已知f(x)=lnx+a(1-x)。
(1)討論f(x)的單調(diào)性;
(2)當f(x)有最大值,且最大值大于2a-2時,求a的取值范圍。
解析 (1)f(x)的定義域為(0,+∞),f′(x)=-a。若a≤0,則f′(x)>0,f(x)在(0,+∞)是單調(diào)遞增;若a>0,則當x∈時,f′(x)>0,當x∈時,f′(x)<0,所以f(x)在單調(diào)遞增,在單調(diào)遞減。
(2)由(1)知當a≤0時,f(x)在( 44、0,+∞)無最大值;當a>0時,f(x)在x=處取得最大值,最大值為f=ln+a=-lna+a-1。因此f>2a-2?lna+a-1<0。令g(a)=lna+a-1,則g(a)在(0,+∞)是增函數(shù),g(1)=0,于是,當01時,g(a)>0,因此a的取值范圍是(0,1)。
答案 (1)當a≤0時,在(0,+∞)上單調(diào)遞增;當a>0時,在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減
(2)(0,1)
第三課時 導(dǎo)數(shù)與不等式
微考點 大課堂
考點一
解不等式或比較大小
【典例1】 (1)設(shè)函數(shù)f(x)是定義在(-∞,0)上的可導(dǎo)函數(shù),其導(dǎo)函數(shù)為f′(x),且有 45、2f(x)+xf′(x)>x2,則不等式(x+2 014)2f(x+2 014)-4f(-2)>0的解集為( )
A.(-∞,-2 012) B.(-2 012,0)
C.(-∞,-2 016) D.(-2 016,0)
(2)已知f(x)為R上的可導(dǎo)函數(shù),且?x∈R,均有f(x)>f′(x),則以下判斷正確的是( )
A.f(2 013)>e2 013f(0) B.f(2 013) 46、xf(x)+x2f′(x) 47、) 48、(2)(2016福建質(zhì)檢)已知f(x)是定義在R上的減函數(shù),其導(dǎo)函數(shù)f′(x)滿足+x<1,則下列結(jié)論正確的是( )
A.對于任意x∈R,f(x)<0
B.對于任意x∈R,f(x)>0
C.當且僅當x∈(-∞,1)時,f(x)<0
D.當且僅當x∈(1,+∞)時,f(x)>0
【解析】 (1)記函數(shù)g(x)=,則g′(x)=,
因為當x>0時,xf′(x)-f(x)<0,
故當x>0時,g′(x)<0,所以g(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞減;又因為函數(shù)f(x)(x∈R)是奇函數(shù),故函數(shù)g(x)是偶函數(shù),所以g(x)在(-∞,0)上單調(diào)遞增,
且g(-1)=g(1)=0。
當0 49、 50、在R上的減函數(shù),所以f(1)>0。綜上,對于任意x∈R,f(x)>0,故選B。
【答案】 (1)A (2)B
考點二
證明不等式
【典例2】 (2016全國卷Ⅲ)設(shè)函數(shù)f(x)=lnx-x+1。
(1)討論f(x)的單調(diào)性;
(2)證明當x∈(1,+∞)時,1< 51、取得最大值,最大值為f(1)=0。
所以當x≠1時,lnx 52、遞減 (2)(3)見解析
反思歸納 對于不等式的證明問題可考慮:①通過研究函數(shù)的單調(diào)性進行證明;②根據(jù)不等式的結(jié)構(gòu)構(gòu)造新函數(shù),通過研究新函數(shù)的單調(diào)性或最值來證明。
【變式訓(xùn)練】 (2016鄭州二模)已知函數(shù)f(x)=。
(1)討論函數(shù)y=f(x)在x∈(m,+∞)上的單調(diào)性;
(2)若m∈,則當x∈[m,m+1]時,函數(shù)y=f(x)的圖象是否總在函數(shù)g(x)=x2+x圖象上方?請寫出判斷過程。
【解析】 (1)f′(x)==,
當x∈(m,m+1)時,f′(x)<0,當x∈(m+1,+∞)時,f′(x)>0,所以f(x)在(m,m+1)上單調(diào)遞減,
在(m+1,+∞)上單調(diào)遞增。 53、
(2)由(1)知f(x)在[m,m+1]上單調(diào)遞減,
所以其最小值為f(m+1)=em+1。
因為m∈,g(x)在[m,m+1]上的最大值為(m+1)2+m+1,
所以下面判斷em+1與(m+1)2+m+1的大小,即判斷ex與(1+x)x的大小,其中x=m+1∈。
令m(x)=ex-(1+x)x,m′(x)=ex-2x-1,
令h(x)=m′(x),則h′(x)=ex-2,
因為x=m+1∈,所以h′(x)=ex-2>0,m′(x)單調(diào)遞增。
又m′(1)=e-3<0,m′=e-4>0,故存在x0∈,使得m′(x0)=ex0-2x0-1=0。
所以m(x)在(1,x0)上單 54、調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,所以m(x)≥m(x0)=ex0-x-x0=2x0+1-x-x0=-x+x0+1,
所以當x0∈時,m(x0)=-x+x0+1>0,
即ex>(1+x)x,即f(m+1)>(m+1)2+m+1,
所以函數(shù)y=f(x)的圖象總在函數(shù)g(x)=x2+x圖象上方。
【答案】 (1)在(m,m+1)上單調(diào)遞減,在(m+1,+∞)單調(diào)遞增
(2)是,判斷過程見解析
考點三
不等式恒成立問題
【典例3】 (2015北京高考)已知函數(shù)f(x)=ln。
(1)求曲線y=f(x)在點(0,f(0))處的切線方程;
(2)求證:當x∈(0,1)時,f(x)>2;
( 55、3)設(shè)實數(shù)k使得f(x)>k對x∈(0,1)恒成立,求k的最大值。
【解析】 (1)f(x)=ln=ln(1+x)-ln(1-x),x∈(-1,1),f′(x)=,f′(0)=2,f(0)=0,所以切線方程為y=2x。
(2)證明:原命題等價于任意x∈(0,1),
f(x)-2>0。
設(shè)函數(shù)F(x)=ln(1+x)-ln(1-x)-2,
F′(x)=。
當x∈(0,1)時,F(xiàn)′(x)>0,函數(shù)F(x)在x∈(0,1)上是單調(diào)遞增函數(shù)。F(x)>F(0)=0,
因此當x∈(0,1),f(x)>2。
(3)ln>k,x∈(0,1)?t(x)=ln-k>0,x∈(0,1)。
t′( 56、x)=-k(1+x2)=,x∈(0,1)。
當k∈[0,2],t′(x)≥0,函數(shù)t(x)單調(diào)遞增,
t(x)>t(0)=0顯然成立。
當k>2時,令t′(x0)=0得x=∈(0,1),t′(x)的變化情況列表如下:
x
(0,x0)
x0
(x0,1)
t′(x)
-
0
+
t(x)
極小值
t(x0) 57、值,進而得出相應(yīng)的含參不等式,從而求出參數(shù)的取值范圍。
2.也可分離變量,構(gòu)造函數(shù),直接把問題轉(zhuǎn)化為函數(shù)的最值問題。
【變式訓(xùn)練】 已知函數(shù)f(x)=xlnx。
(1)求f(x)的最小值;
(2)若對于所有x≥1都有f(x)≥ax-1,求實數(shù)a的取值范圍。
【解析】 函數(shù)f(x)=xlnx的定義域是(0,+∞)。
(1)f′(x)=1+lnx,令f′(x)=0,解得x=。
當x∈時,f′(x)<0;
當x∈時,f′(x)>0。
故f(x)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增。
所以當x=時,函數(shù)f(x)取得最小值f=-。
(2)依題意,得f(x)≥ax-1在[1,+∞)上恒成立,即 58、不等式a≤lnx+對于x∈[1,+∞)恒成立,即a≤min,x∈[1,+∞)。
設(shè)g(x)=lnx+(x≥1),則g′(x)=-=,令g′(x)=0,得x=1。
當x≥1時,因為g′(x)=≥0,故g(x)在[1,+∞)上是增函數(shù)。
所以g(x)在[1,+∞)上的最小值是g(1)=1,故a的取值范圍是(-∞,1]。
【答案】 (1)- (2)(-∞,1]
考點四
不等式能成立問題
【典例4】 (2016福建六校聯(lián)考)已知a為實數(shù),函數(shù)f(x)=alnx+x2-4x。
(1)是否存在實數(shù)a,使得f(x)在x=1處取得極值?證明你的結(jié)論;
(2)設(shè)g(x)=(a-2)x,若?x 59、0∈,使得f(x0)≤g(x0)成立,求實數(shù)a的取值范圍。
【解析】 (1)函數(shù)f(x)定義域為(0,+∞),f′(x)=+2x-4=。
假設(shè)存在實數(shù)a,使f(x)在x=1處取極值,則f′(1)=0,
∴a=2,此時,f′(x)=,當x>0時,f′(x)≥0恒成立,
∴f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增,
∴x=1不是f(x)的極值點,
故不存在實數(shù)a,使得f(x)在x=1處取得極值。
(2)由f(x0)≤g(x0),得(x0-lnx0)a≥x-2x0,
記F(x)=x-lnx(x>0),
∴F′(x)=(x>0),
∴當0 60、x>1時,F(xiàn)′(x)>0,F(xiàn)(x)單調(diào)遞增。
∴F(x)>F(1)=1>0,
∴a≥,記G(x)=,x∈。
∴G′(x)=
=。
∵x∈,
∴2-2lnx=2(1-lnx)≥0,
∴x-2lnx+2>0,
∴x∈時,G′(x)<0,G(x)單調(diào)遞減:
x∈(1,e)時,G′(x)>0,G(x)單調(diào)遞增,
∴G(x)min=G(1)=-1,
∴a≥G(x)min=-1。
故實數(shù)a的取值范圍為[-1,+∞)。
【答案】 (1)不存在,理由見解析
(2)[-1,+∞)
反思歸納 求解含參不等式能成立問題的關(guān)鍵是過好雙關(guān):第一關(guān)是轉(zhuǎn)化關(guān),即通過分離參數(shù)法,先將不等式轉(zhuǎn)化為 61、?x∈D使得f(a)≥g(x)(或f(a)≤g(x))能成立,再轉(zhuǎn)化為f(a)≥g(x)min(或f(a)≤g(x)max);第二關(guān)是求最值關(guān),即求函數(shù)g(x)在區(qū)間D上的最小值(或最大值)。
【變式訓(xùn)練】 已知函數(shù)f(x)=xlnx,g(x)=-x2+ax-3。
(1)求函數(shù)f(x)在[t,t+2](t>0)上的最小值;
(2)若存在x∈(e是自然對數(shù)的底數(shù),e=2.718 28…)使不等式2f(x)≥g(x)成立,求實數(shù)a的取值范圍。
【解析】 (1)由題意知f′(x)=lnx+1,
當x∈時,f′(x)<0,此時f(x)單調(diào)遞減;
當x∈時,f′(x)>0,此時f(x)單調(diào)遞 62、增。
當0 63、=-2++3e,h(e)=2+e+,
故h>h(e),所以a≤+3e-2。
【答案】 (1)f(x)min=
(2)
微考場 新提升
1.若0 64、)滿足:f(x)+f′(x)>1,f(0)=4,則不等式exf(x)>ex+3(其中e為自然數(shù)對數(shù)的底數(shù))的解集為( )
A.(0,+∞)
B.(-∞,0)∪(3,+∞)
C.(-∞,0)∪(0,+∞)
D.(3,+∞)
解析 設(shè)g(x)=exf(x)-ex(x∈R),
則g′(x)=exf(x)+exf′(x)-ex=ex[f(x)+f′(x)-1],因為f(x)+f′(x)>1,
所以f(x)+f′(x)-1>0,所以g′(x)>0,
所以g(x)=exf(x)-ex在定義域上單調(diào)遞增,
因為exf(x)>ex+3,所以g(x)>3,
又因為g(0)=e0f(0)-e 65、0=4-1=3,所以g(x)>g(0),
所以x>0。故選A。
答案 A
3.若對于任意實數(shù)x≥0,函數(shù)f(x)=ex+ax恒大于零,則實數(shù)a的取值范圍是________。
解析 ∵當x≥0時,f(x)=ex+ax>0恒成立。
∴若x=0,a為任意實數(shù),f(x)=ex+ax>0恒成立。
若x>0,f(x)=ex+ax>0恒成立,
即當x>0時,a>-恒成立。設(shè)Q(x)=-。
Q′(x)=-=。
當x∈(0,1)時,Q′(x)>0,則Q(x)在(0,1)上單調(diào)遞增,
當x∈(1,+∞)時,Q′(x)<0,則Q(x)在(1,+∞)上單調(diào)遞減。
∴當x=1時,Q(x)取得最大值 66、,Q(x)max=Q(1)=-e,
∴要使x≥0時,f(x)>0恒成立,a的取值范圍為(-e,+∞)。
答案 (-e,+∞)
4.設(shè)a為實數(shù),函數(shù)f(x)=ex-2x+2a,x∈R。
(1)求f(x)的單調(diào)區(qū)間與極值;
(2)求證:當a>ln2-1且x>0時,ex>x2-2ax+1。
解析 (1)由f(x)=ex-2x+2a,x∈R,
知f′(x)=ex-2,x∈R。
令f′(x)=0,得x=ln2。
于是當x變化時,f′(x),f(x)的變化情況如下表:
x
(-∞,ln2)
ln2
(ln2,+∞)
f′(x)
-
0
+
f(x)
2-2ln2+2a
故f(x)的單調(diào)遞減區(qū)間是(-∞,ln2),
單調(diào)遞增區(qū)間是(ln2,+∞),
f(x)在x=ln2處取得極小值,
極小值為2-2ln2+2a。
(2)證明:設(shè)g(x)=ex-x2+2ax-1,x∈R,
于是g′(x)=ex-2x+2a,x∈R。
由(1)知當a>ln2-1時,
g′(x)取最小值為g′(ln2)=
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