2020版高考數學一輪復習 第二章 函數、導數及其應用 第十一節(jié) 導數的應用學案 文(含解析)新人教A版
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1、第十一節(jié) 導數的應用 2019考綱考題考情 1.函數的導數與單調性的關系 函數y=f (x)在某個區(qū)間內可導,則 (1)若f ′(x)>0,則f (x)在這個區(qū)間內單調遞增。 (2)若f ′(x)<0,則f (x)在這個區(qū)間內單調遞減。 (3)若f ′(x)=0,則f (x)在這個區(qū)間內是常數函數。 2.函數的極值與導數 (1)函數的極小值 若函數y=f (x)在點x=a處的函數值f (a)比它在點x=a附近其他點的函數值都小,且f ′(a)=0,而且在點x=a附近的左側f ′(x)<0,右側f ′(x)>0,則x=a叫做函數的極小值點,f (a)叫做函數的極小值
2、。 (2)函數的極大值 若函數y=f (x)在點x=b處的函數值f (b)比它在點x=b附近其他點的函數值都大,且f ′(b)=0,而且在點x=b附近的左側f ′(x)>0,右側f ′(x)<0,則x=b叫做函數的極大值點,f (b)叫做函數的極大值,極大值和極小值統稱為極值。 3.函數的最值與導數 (1)函數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y=f (x)在[a,b]上的最大值與最小值的步驟為: ①求函數y=f (x)在(a,b)內的極值; ②將函數y=
3、f (x)的各極值與端點處的函數值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。 1.函數f (x)在區(qū)間(a,b)上遞增,則f ′(x)≥0,“f ′(x)>0在(a,b)上成立”是“f (x)在(a,b)上單調遞增”的充分不必要條件。 2.對于可導函數f (x),“f ′(x0)=0”是“函數f (x)在x=x0處有極值”的必要不充分條件。如函數y=x3在x=0處導數為零,但x=0不是函數y=x3的極值點。 一、走進教材 1.(選修1-1P93練習T1(2)改編)函數y=x-ex的單調遞減區(qū)間為( ) A.(-∞,0) B.(0,+∞) C.
4、[1,+∞) D.(1,+∞)
解析 y′=1-ex<0,所以x>0。故選B。
答案 B
2.(選修1-1P99A組T5(4)改編)函數f (x)=2x-xlnx的極值是( )
A. B.
C.e D.e2
解析 f (x)定義域為(0,+∞),因為f ′(x)=2-(lnx+1)=1-lnx,當f ′(x)>0時,解得0
5、.-4 B.-2
C.4 D.2
解析 由已知得,f ′(x)=3x2-12=3(x2-4)=3(x+2)(x-2)。于是當x<-2或x>2時,f ′(x)>0;當-2 6、x(3x-a)(a∈R),當a≤0時,f ′(x)>0在(0,+∞)上恒成立,則f (x)在(0,+∞)上單調遞增,又f (0)=1,所以此時f (x)在(0,+∞)內無零點,不滿足題意。當a>0時,由f ′(x)>0得x>,由f ′(x)<0得0 7、(-1)=-4,f (1)=0,則f (x)min=-4,所以f (x)在[-1,1]上的最大值與最小值的和為-3。
答案 -3
三、走出誤區(qū)
微提醒:①原函數與導函數的關系不清致誤;②極值點存在的條件不清致誤;③連續(xù)函數在開區(qū)間內不一定有最值。
5.如圖是函數y=f (x)的導函數y=f ′(x)的圖象,則下面判斷正確的是( )
A.在區(qū)間(-2,1)上f (x)是增函數
B.在區(qū)間(1,3)上f (x)是減函數
C.在區(qū)間(4,5)上f (x)是增函數
D.當x=2時,f (x)取到極小值
解析 在(4,5)上f ′(x)>0恒成立,所以f (x)是增函數。故選C。 8、
答案 C
6.函數g(x)=-x2的極值點是________,函數f (x)=(x-1)3的極值點________(填“存在”或“不存在”)。
解析 結合函數圖象可知g(x)=-x2的極值點是x=0。因為f ′(x)=3(x-1)2≥0,所以f ′(x)=0無變號零點,故函數f (x)=(x-1)3不存在極值點。
答案 0 不存在
7.函數g(x)=x2在[1,2]上的最小值和最大值分別是________,在(1,2)上的最小值和最大值均________(填“存在”或“不存在”)。
解析 根據函數的單調性及最值的定義可得。
答案 1,4 不存在
第1課時 導數與函數的單調 9、性
考點一討論函數的單調性
【例1】 (1)已知e為自然對數的底數,則函數y=xex的單調遞增區(qū)間是( )
A.[-1,+∞) B.(-∞,-1]
C.[1,+∞) D.(-∞,1]
(2)(2019·惠州調研)已知函數f (x)=x2-(a+2)x+alnx,其中a∈R。
①若曲線y=f (x)在點(2,f (2))處的切線與直線x-y+3=0平行,求a的值;
②求函數f (x)的單調區(qū)間。
(1)解析 令y′=(1+x)ex≥0。因為ex>0,所以1+x≥0,所以x≥-1。故選A。
答案 A
(2)解?、儆蒮 (x)=x2-(a+2)x+alnx可知,函數f (x 10、)的定義域為{x|x>0},且f ′(x)=2x-(a+2)+,
依題意,f ′(2)=4-(a+2)+=1,解得a=2。
②依題意,f ′(x)=2x-(a+2)+=(x>0)。
令f ′(x)=0,得x1=1,x2=。
(ⅰ)當a≤0時,≤0,由f ′(x)>0,得x>1;
由f ′(x)<0,得0 11、。
(ⅲ)當=1,即a=2時,f ′(x)≥0恒成立,則函數f (x)的單調遞增區(qū)間為(0,+∞)。
(ⅳ)當>1,即a>2時,由f ′(x)>0,得0 12、,令g(x)=f ′(x),求g(x)的單調區(qū)間。
解 由f ′(x)=lnx-2ax+2a,得g(x)=lnx-2ax+2a,x∈(0,+∞)。
則g′(x)=-2a=。
若a≤0,當x∈(0,+∞)時,g′(x)>0,函數g(x)單調遞增;
若a>0,當x∈時,g′(x)>0,函數g(x)單調遞增,
當x∈時,g′(x)<0,函數g(x)單調遞減。
所以當a≤0時,g(x)的單調遞增區(qū)間為(0,+∞);
當a>0時,g(x)的單調遞增區(qū)間為,單調遞減區(qū)間為。
考點二已知函數的單調性求參數取值范圍
【例2】 設函數f (x)=x3-x2+bx+c,曲線y=f (x)在點(0 13、,f (0))處的切線方程為y=1。
(1)求b,c的值;
(2)若a>0,求函數f (x)的單調區(qū)間;
(3)設函數g(x)=f (x)+2x,且g(x)在區(qū)間(-2,-1)內存在單調遞減區(qū)間,求實數a的取值范圍。
解 (1)f ′(x)=x2-ax+b。
由題意得即
故b=0,c=1。
(2)由(1)得f ′(x)=x2-ax=x(x-a),a>0。
當x∈(-∞,0)時,f ′(x)>0;
當x∈(0,a)時,f ′(x)<0;
當x∈(a,+∞)時,f ′(x)>0。
所以函數f (x)的單調遞增區(qū)間為(-∞,0),(a,+∞),單調遞減區(qū)間為(0,a)。
(3 14、)g′(x)=x2-ax+2,依題意,存在x∈(-2,-1),使不等式g′(x)=x2-ax+2<0成立。
則存在x∈(-2,-1)使-a>-x-成立,即-a>min。
因為x∈(-2,-1),所以-x∈(1,2),
則-x-≥2=2,
當且僅當-x=-,即x=-時等號成立,
所以-a>2,則a<-2。
所以實數a的取值范圍為(-∞,-2)。
1.f (x)在D上單調遞增(減),只要f ′(x)≥0(≤0)在D上恒成立即可,如果能夠分離參數,則盡可能分離參數后轉化為參數值與函數最值之間的關系。
2.二次函數在區(qū)間D上大于零恒成立,討論的標準是二次函數的圖象的對稱軸與區(qū)間 15、D的相對位置,一般分對稱軸在區(qū)間左側、內部、右側進行討論。
【變式訓練】 若函數f (x)=ex(sinx+a)在區(qū)間(0,π)內單調遞減,則實數a的取值范圍是( )
A.[-,+∞) B.[1,+∞)
C.(-∞,-] D.(-∞,1]
解析 由題意,知f ′(x)=ex(sinx+cosx+a)≤0在區(qū)間(0,π)內恒成立,即a≤-sin在區(qū)間(0,π)內恒成立。因為x+∈,所以sin∈,所以-sin∈[-,1),所以a≤-。故選C。
答案 C
考點三函數單調性的應用微點小專題
方向1:解不等式
【例3】 (2019·安徽省示范高中聯考)設函數f (x)在R上存在導數f 16、′(x),對任意的x∈R,有f (-x)-f (x)=0,且x∈[0,+∞)時,f ′(x)>2x。若f (a-2)-f (a)≥4-4a,則實數a的取值范圍為( )
A.(-∞,1] B.[1,+∞)
C.(-∞,2] D.[2,+∞)
解析 令G(x)=f (x)-x2,則G′(x)=f ′(x)-2x。x∈[0,+∞)時,G′(x)=f ′(x)-2x>0,所以G(x)在[0,+∞)上是增函數。G(-x)=f (-x)-(-x)2=f (x)-x2=G(x),所以G(x)為偶函數,G(x)在(-∞,0)上是減函數。因為f (a-2)-f (a)≥4-4a,所以f (a-2)-4+ 17、4a-a2≥f (a)-a2,所以f (a-2)-(a-2)2≥f (a)-a2,即G(a-2)≥G(a),所以|a-2|≥|a|,所以a≤1。故選A。
答案 A
本小題構造了新函數G(x)=f (x)-x2,通過討論其單調性解不等式。
方向2:比較大小
【例4】 (2019·南昌摸底調研)已知函數f (x)是定義在R上的偶函數,設函數f (x)的導函數為f ′(x),若對任意x>0都有2f (x)+xf ′(x)>0成立,則( )
A.4f (-2)<9f (3) B.4f (-2)>9f (3)
C.2f (3)>3f (-2) D.3f (-3)<2f (-2)
18、解析 根據題意,令g(x)=x2f (x),其導數g′(x)=2xf (x)+x2f ′(x),又對任意x>0都有2f (x)+xf ′(x)>0成立,則當x>0時,有g′(x)=x(2f (x)+xf ′(x))>0恒成立,即函數g(x)在(0,+∞)上為增函數,又由函數f (x)是定義在R上的偶函數,則f (-x)=f (x),則有g(-x)=(-x)2f (-x)=x2f (x)=g(x),即函數g(x)也為偶函數,則有g(-2)=g(2),且g(2) 19、x)與f ′(x),常需要通過構造含f (x)與另一函數的積或商的新函數來求解,再借助導數考查新函數的性質,繼而獲得解答。如本題已知條件“2f (x)+xf ′(x)>0”,需構造函數g(x)=x2f (x),求導后得x>0時,g′(x)>0,即函數g(x)在(0,+∞)上為增函數,從而問題得以解決。
【題點對應練】
1.(方向1)已知函數f (x)(x∈R)滿足f (1)=1,且f (x)的導函數f ′(x)<,則不等式f (x2)<+的解集為________。
解析 由題意構造函數f (x)=f (x)-x,則F ′(x)=f ′(x)-。因為f ′(x)<,所以F ′(x)=f 20、′(x)-<0,即函數F (x)在R上單調遞減。因為f (x2)<+,f (1)=1,所以f (x2)- 21、 (x1)的大小關系不確定
解析 設g(x)=,則g′(x)==,由題意得g′(x)>0,所以g(x)在R上單調遞增,當x1 22、P函數;′=,所以x∈(1,e)時,′<0,x∈(e,+∞)時,′>0,即y=在(1,e)上單調遞減,在(e,+∞)上單調遞增,所以f (x)=x不是P函數;′=,所以x∈(1,e2)時,′<0,x∈(e2,+∞)時,′>0,即y=在(1,e2)上單調遞減,在(e2,+∞)上單調遞增,所以f (x)=不是P函數。故選B。
答案 B
2.(配合例1使用)已知函數f (x)=ln(ex+1)-ax(a>0),討論函數y=f (x)的單調區(qū)間。
解 f ′(x)=-a=1--a。
①當a≥1時,f ′(x)<0恒成立,
所以當a∈[1,+∞)時,
函數y=f (x)在R上單調遞減。
② 23、當00,得(1-a)(ex+1)>1,
即ex>-1+,解得x>ln,
由f ′(x)<0,得(1-a)(ex+1)<1,
即ex<-1+,解得x 24、
B.∪
C.∪
D.∪
解析 令g(x)=,因為f (x)是定義在∪上的偶函數,所以g(x)是定義在∪上的偶函數,又當0 25、足f (2)=2,f ′(x)>1,則不等式f (x)-x>0的解集為________。
【解析】 令g(x)=f (x)-x,所以g′(x)=f ′(x)-1。由題意知g′(x)>0,所以g(x)為增函數。因為g(2)=f (2)-2=0,所以g(x)>0的解集為(2,+∞)。
【答案】 (2,+∞)
【典例2】 π是圓周率,e是自然對數的底數,在3e,e3,eπ,π3,3π,πe六個數中,最小的數與最大的數分別是( )
A.3e,3π B.3e,eπ C.e3,π3 D.πe,3π
【解析】 構造函數f (x)=,f (x)的定義域為(0,+∞),求導得f ′(x)=,當 26、f ′(x)>0,即0 27、是3π,同理得最小的數為3e。故選A。
【答案】 A
二、ex與f (x)的組合函數
【典例3】 已知f (x)(x∈R)有導函數,且?x∈R,f ′(x)>f (x),n∈N*,則有( )
A.enf (-n) 28、,f (n)>enf (0)。故選A。
【答案】 A
【典例4】 設a>0,b>0,e是自然對數的底數,則( )
A.若ea+2a=eb+3b,則a>b
B.若ea+2a=eb+3b,則ab
D.若ea-2a=eb-3b,則a0,b>0,所以ea+2a=eb+3b=eb+2b+b>eb+2b。對于函數y=ex+2x(x>0),因為y′=ex+2>0,所以y=ex+2x在(0,+∞)上單調遞增,因而a>b成立。故選A。
【答案】 A
第2課時 導數與函數的極值、最值
考點一函數的極值問題微點小專題
方向 29、1:由圖象判斷函數的極值
【例1】設函數f (x)在R上可導,其導函數為f ′(x),且函數y=(1-x)f ′(x)的圖象如圖所示,則下列結論中一定成立的是( )
A.函數f (x)有極大值f (2)和極小值f (1)
B.函數f (x)有極大值f (-2)和極小值f (1)
C.函數f (x)有極大值f (2)和極小值f (-2)
D.函數f (x)有極大值f (-2)和極小值f (2)
解析 由題圖可知,當x<-2時,f ′(x)>0;當-2 30、處取得極大值,在x=2處取得極小值。故選D。
答案 D
知圖判斷函數極值的情況。先找導數為0的點,再判斷導數為0的點的左、右兩側的導數符號。
方向2:求函數的極值
【例2】 已知函數f (x)=2f ′(1)lnx-x,則f (x)的極大值為( )
A.2 B.2ln2-2
C.e D.2-e
解析 函數f (x)定義域(0,+∞),f ′(x)=-1,所以f ′(1)=1,f (x)=2lnx-x,令f ′(x)=-1=0,解得x=2。當0 31、
求函數極值的一般步驟:①先求函數f (x)的定義域,再求函數f (x)的導函數f ′(x);②求f ′(x)=0的根;③判斷在f ′(x)=0的根的左、右兩側f ′(x)的符號,確定極值點;④求出具體極值。
方向3:已知極值求參數
【例3】 (2019·江西八校聯考)若函數f (x)=x2-x+alnx在[1,+∞)上有極值點,則實數a的取值范圍為________。
解析 函數f (x)的定義域為(0,+∞),f ′(x)=2x-1+=,由題意知2x2-x+a=0在R上有兩個不同的實數解,且在[1,+∞)上有解,所以Δ=1-8a>0,且2×12-1+a≤0,所以a∈(-∞,-1]。 32、
答案 (-∞,-1]
已知函數極值點或極值求參數的兩個要領
1.列式:根據極值點處導數為0和極值這兩個條件列方程組,利用待定系數法求解。
2.驗證:因為某點處的導數值等于0不是此點為極值點的充要條件,所以利用待定系數法求解后必須驗證根的合理性。
【題點對應練】
1.(方向1)已知函數f (x)的定義域為(a,b),導函數f ′(x)在(a,b)上的圖象如圖所示,則函數f (x)在(a,b)上的極大值點的個數為( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析 由函數極值的定義和導函數的圖象可知,f ′(x)在(a,b)上與x軸的交點個數為4,但是在原點附近的導數值 33、恒大于零,故x=0不是函數f (x)的極值點,其余的3個交點都是極值點,其中有2個點滿足其附近的導數值左正右負,故極大值點有2個。
答案 B
2.(方向2)若x=-2是函數f (x)=(x2+ax-1)ex-1的極值點,則f (x)的極小值為( )
A.-1 B.-2e-3
C.5e-3 D.1
解析 因為f (x)=(x2+ax-1)ex-1,所以f ′(x)=(2x+a)ex-1+(x2+ax-1)ex-1=[x2+(a+2)x+a-1]ex-1。因為x=-2是函數f (x)=(x2+ax-1)ex-1的極值點,所以-2是x2+(a+2)x+a-1=0的根,所以a=-1,f ′ 34、(x)=(x2+x-2)ex-1=(x+2)(x-1)ex-1。令f ′(x)>0,解得x<-2或x>1,令f ′(x)<0,解得-2 35、略)可知,函數在x=2處取得極大值。故選B。
答案 B
4.(方向3)(2019·長春市質量監(jiān)測)若函數f (x)=(x2+ax+3)ex在(0,+∞)內有且僅有一個極值點,則實數a的取值范圍是( )
A.(-∞,-2] B.(-∞,-2)
C.(-∞,-3] D.(-∞,-3)
解析 f ′(x)=(2x+a)ex+(x2+ax+3)ex=[x2+(a+2)x+a+3]ex,令g(x)=x2+(a+2)x+a+3。由題意知,g(x)在(0,+∞)內先減后增或先增后減,結合函數g(x)的圖象特征知,或解得a≤-3。故選C。
答案 C
考點二函數的最值問題
【例4】 (2019 36、·貴陽檢測)已知函數f (x)=-lnx。
(1)求f (x)的單調區(qū)間;
(2)求函數f (x)在上的最大值和最小值(其中e是自然對數的底數)。
解 (1)f (x)=-lnx=1--lnx,f (x)的定義域為(0,+∞)。
所以f ′(x)=-=,
由f ′(x)>0,得0 37、-lne=-,且f 38、設函數f (x)=lnx-2mx2-n(m,n∈R)。
(1)討論f (x)的單調性;
(2)若f (x)有最大值-ln2,求m+n的最小值。
解 (1)函數f (x)的定義域為(0,+∞),f ′(x)=-4mx=,
當m≤0時,f ′(x)>0,所以f (x)在(0,+∞)上單調遞增;
當m>0時,令f ′(x)>0得0 39、2,
所以n=-lnm-,
所以m+n=m-lnm-,
令h(x)=x-lnx-(x>0),
則h′(x)=1-=,
所以h(x)在上單調遞減,在上單調遞增,
所以h(x)min=h=ln2,所以m+n的最小值為ln2。
1.(配合例3使用)設函數f (x)=2lnx-mx2+1。
(1)討論函數f (x)的單調性;
(2)當f (x)有極值時,若存在x0,使得f (x0)>m-1成立,求實數m的取值范圍。
解 (1)函數f (x)的定義域為(0,+∞),
f ′(x)=-2mx=,
當m≤0時,f ′(x)>0,所以f (x)在(0,+∞)上單調遞增;
當m>0 40、時,令f ′(x)>0,則0 41、遞增,且g(1)=0,
所以m-1<0,即m<1。
綜上,0 42、=-6。
(2)由f (x0)≤g(x0),得(x0-lnx0)a≥x-2x0,
記F (x)=x-lnx(x>0),則F ′(x)=(x>0),
所以當0 43、G(x)min=-1,
故實數a的取值范圍為[-1,+∞)。
第3課時 導數與不等式
考點一不等式的證明微點小專題
方向1:移項作差構造法
【例1】 (2019·江西贛州高三模擬)已知函數f (x)=1-,g(x)=+-bx,若曲線y=f (x)與曲線y=g(x)的一個公共點是A(1,1),且在點A處的切線互相垂直。
(1)求a,b的值;
(2)證明:當x≥1時,f (x)+g(x)≥。
解 (1)因為f (x)=1-,
所以f ′(x)=,f ′(1)=-1。
因為g(x)=+-bx,
所以g′(x)=---b。
因為曲線y=f (x)與曲線y=g(x)的 44、一個公共點是A(1,1),且在點A處的切線互相垂直,所以g(1)=1,且f ′(1)·g′(1)=-1,
所以g(1)=a+1-b=1,g′(1)=-a-1-b=1,解得a=-1,b=-1。
(2)證明:由(1)知,g(x)=-++x,
則f (x)+g(x)≥?1---+x≥0。
令h(x)=1---+x(x≥1),
則h(1)=0,h′(x)=-+++1=++1。
因為x≥1,所以h′(x)=++1>0,
所以h(x)在[1,+∞)上單調遞增,所以h(x)≥h(1)=0,即1---+x≥0,
所以當x≥1時,f (x)+g(x)≥。
待證不等式的兩邊含有同一個變量 45、時,一般地,可以直接構造“左減右”的函數,利用導數研究其單調性,借助所構造函數的單調性即可得證。
【變式訓練】 (2018·全國卷Ⅰ)已知函數f (x)=aex-lnx-1。(e=2.718 28…是自然對數的底數)
(1)設x=2是f (x)的極值點,求a,并求f (x)的單調區(qū)間;
(2)證明:當a≥時,f (x)≥0。
解 (1)f (x)的定義域為(0,+∞),
f ′(x)=aex-。
由題設知,f ′(2)=0,所以a=。
從而f (x)=ex-lnx-1,f ′(x)=ex-。
當0 46、0,2)單調遞減,在(2,+∞)單調遞增。
(2)證明:當a≥時,f (x)≥-lnx-1。
設g(x)=-lnx-1,則g′(x)=-。
當0 47、f (x)≥0等價于a≥。
令g(x)=,則g′(x)=,
所以當x∈(0,1)時,g′(x)>0,當x∈(1,+∞)時,g′(x)<0,
則g(x)在(0,1)上單調遞增,在(1,+∞)上單調遞減,所以g(x)max=g(1)=1,則a≥1,
所以a的最小值為1。
(2)證明:當a=1時,由(1)得x≥lnx+1。
即t≥lnt+1。
令=t,則-x-lnx=lnt,
所以≥-x-lnx+1,即+x+lnx-1≥0。
(3)因為k(e-x+x2)≥x-xlnx,
即k≥1-lnx恒成立,
所以k≥=-+1,
由(2)知+x+lnx-1≥0恒成立,
所以-+1≤1,故 48、k≥1。
這種方法往往要在前面問題中證明出某個不等式,在后續(xù)的問題中應用前面的結論,呈現出層層遞進的特點。
【變式訓練】 已知函數f (x)=。
(1)求函數f (x)的單調區(qū)間和極值;
(2)若對任意的x>1,恒有l(wèi)n(x-1)+k+1≤kx成立,求k的取值范圍;
(3)證明:++…+<(n∈N*,n≥2)。
解 (1)f (x)的定義域是(0,+∞),
f ′(x)=-,由f ′(x)=0?x=1,列表如下:
x
(0,1)
1
(1,+∞)
f ′(x)
+
0
-
f (x)
單調遞增
極大值
單調遞減
因此函數f (x)的單調遞增區(qū)間為 49、(0,1),單調遞減區(qū)間為(1,+∞),極大值為f (1)=1,無極小值。
(2)因為x>1,
ln(x-1)+k+1≤kx?≤k?f (x-1)≤k,
所以f (x-1)max≤k,所以k≥1。
(3)證明:由(1)可得f (x)=≤f (x)max=f (1)=1?≤1-,當且僅當x=1時取等號。
令x=n2(n∈N*,n≥2)。
則<1-?<
<
=(n≥2),
所以++…+
<++…+
==。
方向3:隔離分析法
【例3】 (2019·福州高三期末考試)已知函數f (x)=elnx-ax(a∈R)。
(1)討論f (x)的單調性;
(2)當a=e時,證明: 50、xf (x)-ex+2ex≤0。
解 (1)f ′(x)=-a(x>0),
①若a≤0,則f ′(x)>0,f (x)在(0,+∞)上單調遞增;
②若a>0,則當0 51、(x)單調遞增,
所以g(x)min=g(1)=-e。
綜上,當x>0時,f (x)≤g(x),
即f (x)≤-2e,即xf (x)-ex+2ex≤0。
解:由題意知,即證exlnx-ex2-ex+2ex≤0,
從而等價于lnx-x+2≤。
設函數g(x)=lnx-x+2,則g′(x)=-1。
所以當x∈(0,1)時,g′(x)>0,當x∈(1,+∞)時,g′(x)<0,
故g(x)在(0,1)上單調遞增,在(1,+∞)上單調遞減,
從而g(x)在(0,+∞)上的最大值為g(1)=1。
設函數h(x)=,則h′(x)=。
所以當x∈(0,1)時,h′(x)<0,當x 52、∈(1,+∞)時,h′(x)>0,
故h(x)在(0,1)上單調遞減,在(1,+∞)上單調遞增,
從而h(x)在(0,+∞)上的最小值為h(1)=1。
綜上,當x>0時,g(x)≤h(x),即xf (x)-ex+2ex≤0。
若直接求導比較復雜或無從下手時,可將待證式進行變形,構造兩個函數,從而找到可以傳遞的中間量,達到證明的目標。
【變式訓練】 (2019·廣西三市聯考)已知f (x)=ax-lnx,x∈(0,e],g(x)=,其中e是自然對數的底數,a∈R。
(1)當a=1時,求f (x)的極值,并證明f (x)>g(x)+恒成立;
(2)是否存在實數a,使f (x) 53、的最小值為3?若存在,求出a的值;若不存在,請說明理由。
解 (1)因為f (x)=x-lnx(x>0),
f ′(x)=1-=(0 54、存在實數a,使f (x)=ax-lnx(x∈(0,e])有最小值3,f ′(x)=a-=。
①當a≤0時,f (x)在(0,e]上單調遞減,f (x)min=f (e)=ae-1=3,a=(舍去),
所以a≤0時,不存在a使f (x)的最小值為3。
②當0< 55、使得當x∈(0,e]時,f (x)有最小值3。
考點二不等式恒成立問題
【例4】 (2019·石家莊質量監(jiān)測)已知函數f (x)=axex-(a+1)(2x-1)。
(1)若a=1,求函數f (x)的圖象在點(0,f (0))處的切線方程;
(2)當x>0時,函數f (x)≥0恒成立,求實數a的取值范圍。
解 (1)若a=1,則f (x)=xex-2(2x-1),f ′(x)=xex+ex-4,
則f ′(0)=-3,f (0)=2,
所以所求切線方程為y=-3x+2。
(2)若a≤-1,則f (x)≥0對x>0不恒成立,若a>-1,f (x)≥0對任意的x>0恒成立可轉化為≥ 56、對任意的x>0恒成立。
設函數f (x)=(x>0),
則F ′(x)=-。
當0 57、的方法(a>0,Δ<0或a<0,Δ<0)求解。
【變式訓練】 已知函數f (x)=lnx-(a∈R)。
(1)求函數f (x)的單調區(qū)間;
(2)求證:不等式(x+1)lnx>2(x-1)對?x∈(1,2)恒成立。
解 (1)定義域為(0,+∞),f ′(x)=。
①a≤0時,f ′(x)>0,f (x)在(0,+∞)上為增函數,故f (x)的單調遞增區(qū)間為(0,+∞)。
②a>0時,由x>a時,f ′(x)>0,0 58、不等式成立,即證lnx>對?x∈(1,2)恒成立,令g(x)=lnx-,
g′(x)=≥0,所以g(x)在(0,+∞)上為增函數,
所以當x∈(1,2)時,g(x)>g(1)=ln1-=0,
所以lnx>對?x∈(1,2)恒成立,
所以(x+1)lnx>2(x-1)對?x∈(1,2)恒成立。
證明:令F (x)=(x+1)lnx-2(x-1),
F ′(x)=lnx+-2=lnx-。
令φ(x)=lnx-,由(1)知a=1時,
φ(x)在(0,1)上為減函數,在(1,+∞)上為增函數。
因為x∈(1,2),則φ(x)在(1,2)為增函數,φ(x)>φ(1)=0,
即x∈ 59、(1,2),F ′(x)>0,所以f (x)在(1,2)上為增函數,
所以f (x)>F (1)=0,
所以(x+1)lnx>2(x-1)對?x∈(1,2)恒成立。
第4課時 導數與函數的零點
考點一求函數零點的個數
【例1】 設函數f (x)=ex-ax,a是常數,討論f (x)的零點的個數。
解 當a>0時,f ′(x)=ex-a,由f ′(x)=0得x=lna。
若x
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