高中数学第三章导数及其应用3.3导数的应用3.3.1利用导数判断函数的单调性2导学案无答案新人教B版
高中数学选修1-1(人教B版)第三章导数及其应用3.3知识点总结含同步练习题及答案
三、知识讲解
1.利用导数研究函数的单调性 描述: 一般地,函数的单调性与其导数的正负有如下关系: 在某个区间 (a, b) 内,如果 f ′ (x) > 0 ,那么函数 y = f (x) 在这个区间内单调递增;如果 f ′ (x) < 0 ,那么函数 y = f (x) 在这个区间内单调递减. 注:在 (a, b) 内可导的函数 f (x) 在 (a, b) 上递增(或递减)的充要条件是 f ′ (x) ⩾ 0 (或 f ′ (x) ⩽ 0 ),x ∈ (a, b) 恒成立,且 f ′ (x) 在 (a, b) 的任意子区间内都不恒等于 0 . 例题: 求下列函数的单调区间: (1)f (x) = x 3 − 3x 2 − 9x + 5 ;(2)f (x) = x 函数的极值定义 已知函数 y = f (x) ,设 x 0 是定义域 (a, b) 内任一点,如果对 x0 附近的所有点 x,都有 f (x) < f (x0 ) 成立,则称函数 f (x) 在点 x0 处取得极大值,记作
y 极大 = f (x0 ).
并把 x 0 称为函数 f (x) 的一个极大值点. 如果在 x 0 附近都有 f (x) > f (x0 ) 成立,则称函数 f (x) 在点 x0 处取得极小值,记作
1 3 x − x2 + 2x + 1 . 3 解:(1)函数的定义域为 R.
(3)f (x) =
f ′ (x) = 3x2 − 6x − 9 = 3(x − 3)(x + 1),
令 f ′ (x) > 0 ,解得
x < −1或x > 3,
令 f ′ (x) < 0 ,解得
−1 < x < 3.
3.3.1 函数的单调性与导数
A.
π 2
,
3π 2
B.(π,2π)
C.
3π 2
,
5π 2
D.(2π,3π)
思路分析:只需判断在哪个区间上导函数的值大于零即可.
答案:B
解析:y'=cos x-xsin x-cos x=-xsin x,若 y=f(x)在某区间内是增
函数,只需在此区间内 y'恒大于零即可.
∴只有选项 B 符合题意,当 x∈(π,2π)时,y'>0 恒成立.
(2)求函数 f(x)=x2-ln x 的单调区间.
思路分析:求函数的单调区间,即求定义域上满足 f'(x)>0 或 f'(x)<0 的区间.
解:函数 f(x)的定义域为(0,+∞),
f'(x)=2x-1������ = (
∴当 t<0 时,f(x)的递增区间为
-∞,
������ 2
,(-t,+∞),递减区间为
������ 2
,-t
;
当 t>0 时,f(x)的递增区间为(-∞,-t),
������ 2
,
+
∞
,递减区间为
-������,
������ 2
.
迁移与应用 已知函数 f(x)=12ax2+ln x(a∈R),求 f(x)的单调区间.
则(-9,0)是 3x2-2mx<0 的解集,
∴3×(-9)2-2×(-9)×m=0,m=-227.
∴a≤(2x3)min.∵x∈[2,+∞),y=2x3 是增函数,
高考数学一轮复习导数与函数的单调性
所以 G(x)max=-176(此时 x=4),所以 a≥-176, 又因为 a≠0,所以实数 a 的取值范围是-176,0∪(0,+∞).
(2)若f(x)在[1,4]上存在单调递减区间,求实数a的取值范围.
因为f(x)在[1,4]上存在单调递减区间, 则 f′(x)<0 在[1,4]上有解,所以当 x∈[1,4]时,a>x12-2x有解, 又当 x∈[1,4]时,x12-2xmin=-1(此时 x=1), 所以a>-1,又因为a≠0,所以实数a的取值范围是(-1,0)∪(0,+∞).
(2)若a<0,设g(x)=f(x)+ax2,求函数g(x)的单调区间.
g(x)=ax2+(2-a)x-ln x-1(a<0),其定义域为(0,+∞),
∴g′(x)=2ax+2-a-1x=2ax2+2x-ax-1=2x-1xax+1(a<0), 令 g′(x)=0,可得 x1=12,x2=-1a>0, ①若-1a>12,即-2<a<0, 当 0<x<12或 x>-1a时,g′(x)<0;当12<x<-1a时,g′(x)>0, ∴g(x)的单调递减区间为0,12,-1a,+∞,单调递增区间为12,-1a;
1 ex
-ex+2x-1 3
x3,若f(3a2)+f(2a-1)≥0,
则实数a的取值范围是_-__1_≤__a_≤__13__.
由题意得 f′(x)=-e1x-ex+2-x2=-ex+e1x+2-x2, 因为 ex+e1x≥2 ex·e1x=2,当且仅当 x=0 时等号成立, 所以f′(x)≤0,所以函数f(x)在R上单调递减, 又f(x)=-f(-x),所以f(x)为奇函数, 所以f(3a2)+f(2a-1)≥0⇒f(3a2)≥-f(2a-1)=f(1-2a), 即 3a2≤1-2a,解得-1≤a≤13.
高中数学第3章导数及其应用3.33.3.3函数的最大(小)值与导数1数学教案
3.3.3 函数的最大(小)值与导数如果在区间[a,b]上函数y=f(x)的图象是一条连续不断的曲线,则该函数在[a,b]上一定能够取得最大值和最小值,并且函数的最值必在极值点或区间端点取得.思考:若函数f(x)在区间[a,b]上只有一个极大值点x0,则f(x0)是函数f(x)在区间[a,b]上的最大值吗?[提示]根据极大值和最大值的定义知,f(x0)是函数f(x)在区间[a,b]上的最大值.2.求函数y=f(x)在[a,b]上的最值的步骤(1)求函数y=f(x)在(a,b)内的极值.(2)将函数y=f(x)的各极值与端点处的函数值f(a),f(b)进行比较,其中最大的一个是最大值,最小的一个是最小值.1.下列说法正确的是( )A.函数的极大值就是函数的最大值B.函数的极小值就是函数的最小值C.函数的最值一定是极值D.在闭区间上的连续函数一定存在最值D[极值有可能是最值,但最值未必是极值,故选D.]2.函数y =x -sin x ,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π2,π的最大值是()A .π-1B .π2-1C .πD .π+1C[y ′=1-cos x >0,故函数y =x -sin x ,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π2,π是增函数,因此当x =π时,函数有最大值,且y max =π-sin π=π.]3.函数f (x )=x 3-3x 2+2在区间[-1,1]上的最大值是( ) A .-2 B .0 C .2D .4C [f ′(x )=3x 2-6x ,令f ′(x )=0得x =0或x =2. 由f (-1)=-2,f (0)=2,f (1)=0得f (x )max =f (0)=2.]求函数的最值(1)f (x )=2x 3-3x 2-12x +5,x ∈[-2,1]; (2)f (x )=e x (3-x 2),x ∈[2,5].[解] (1)f ′(x )=6x 2-6x -12,令f ′(x )=0得x =-1或x =2,又x ∈[-2,1],故x =-1,且f (-1)=12. 又因为f (-2)=1,f (1)=-8,所以,当x =-1时,f (x )取最大值12; 当x =1时,f (x )取最小值-8. (2)∵f (x )=3e x-e x x 2,∴f ′(x )=3e x -(e x x 2+2e xx ) =-e x (x 2+2x -3) =-e x(x +3)(x -1).∵在区间[2,5]上,f ′(x )=-e x(x +3)(x -1)<0, 即函数f (x )在区间[2,5]上单调递减,∴x =2时,函数f (x )取得最大值f (2)=-e 2;x =5时,函数f (x )取得最小值f (5)=-22e 5.求函数在闭区间上最值的步骤 1求f ′x ,解方程f ′x =0;2确定在闭区间上方程f ′x =0的根; 3求极值、端点值,确定最值.[跟进训练]1.求函数f (x )=12x +sin x ,x ∈[0,2π]上的最大值和最小值.[解] f ′(x )=12+cos x ,令f ′(x )=0,且x ∈[0,2π],解得x =2π3或x =4π3.当x 变化时,f ′(x ),f (x )的变化情况如下表:x 0 ⎝⎛⎭⎫0,2π32π3 ⎝⎛⎭⎫2π3,4π3 4π3 ⎝⎛⎭⎫4π3,2π 2π f ′(x ) + 0 - 0 + f (x )↗极大值↘极小值↗ππ3+322π3-32∴当x=0时,f(x)有最小值,为f(0)=0;当x=2π时,f(x)有最大值,为f(2π)=π.由函数的最值求参数值为3,最小值为-29,求a,b的值.[解] 由题设知a≠0,否则f(x)=b为常函数,与题设矛盾.求导得f′(x)=3ax2-12ax=3ax(x-4),令f′(x)=0,得x1=0,x2=4(舍去).(1)当a>0时,且x变化时f′(x),f(x)的变化情况如下表:x -1(-1,0)0(0,2)2f′(x)+0-f(x)-7a+b ↗ b ↘-16a+b[-1,2]上的最大值,∴f(0)=b=3.又f(-1)=-7a+3,f(2)=-16a+3<f(-1),∴f(2)=-16a+3=-29,解得a=2.(2)当a<0时,同理可得,当x=0时,f(x)取得极小值b,也就是函数在[-1,2]上的最小值,∴f(0)=b=-29.又f(-1)=-7a-29,f(2)=-16a-29>f(-1),∴f (2)=-16a -29=3,解得a =-2. 综上可得,a =2,b =3或a =-2,b =-29. 已知函数最值求参数值范围的思路已知函数在某区间上的最值求参数的值范围是求函数最值的逆向思维,一般先求导数,利用导数研究函数的单调性及极值点,用参数表示出最值后求参数的值或范围.[跟进训练]2.设23<a <1,函数f (x )=x 3-32ax 2+b (-1≤x ≤1)的最大值为1,最小值为-62,求a ,b 的值.[解] 令f ′(x )=3x 2-3ax =0,得x 1=0,x 2=a . 当x 变化时,f ′(x ),f (x )的变化情况如下表:x -1 (-1,0) 0 (0,a ) a (a,1) 1 f ′(x )+-0 +f (x )-1-32a +b ↗b↘-a 32 +b↗1-32a +b由表可知,f (x )的极大值为f (0)=b ,极小值为f (a )=b -a 32,而f (0)>f (a ),f (1)>f (-1),故需比较f (0)与f (1)及f (-1)与f (a )的大小.因为f (0)-f (1)=32a -1>0,所以f (x )的最大值为f (0)=b =1.又f (-1)-f (a )=12(a +1)2(a -2)<0,所以f (x )的最小值为f (-1)=-1-32a +b =-32a ,所以-32a =-62,a =63.所以a =63,b =1.与最值有关的恒成立问题1.对于函数y =f (x ),x ∈[a ,b ],若f (x )≥c 或f (x )≤c 恒成立,则c 满足的条件是什么?提示:c ≤f (x )min 或c ≥f (x )max .2.对于函数y =f (x ),x ∈[a ,b ],若存在x 0∈[a ,b ],使得f (x )≥c 或f (x )≤c 成立,则c 满足的条件是什么?提示:c ≤f (x )max 或c ≥f (x )min .【例3】 设函数f (x )=tx 2+2t 2x +t -1(x ∈R ,t >0). (1)求f (x )的最小值h (t );(2)若h (t )<-2t +m 对t ∈(0,2)恒成立,求实数m 的取值范围. [思路点拨] (1)利用配方法,即可求出二次函数f (x )的最小值h (t );(2)构造函数g (t )=h (t )-(-2t +m ),只需使g (t )在(0,2)上的最大值小于零即可求得m 的取值范围.[解] (1)∵f(x)=t(x+t)2-t3+t-1(x∈R,t>0),∴当x=-t时,f(x)取最小值f(-t)=-t3+t-1,即h(t)=-t3+t-1.(2)令g(t)=h(t)-(-2t+m)=-t3+3t-1-m,由g′(t)=-3t2+3=0,得t=1或t=-1(不合题意,舍去).当t变化时,g′(t),g(t)的变化情况如下表:∴g(t)在(0,2))<-2t+m在(0,2)内恒成立等价于g(t)<0在(0,2)内恒成立,即等价于1-m<0.∴m的取值范围为(1,+∞).(变条件)若将本例(2)的条件改为“存在t∈[0,2],使h(t)<-2t+m成立”,则实数m的取值范围如何求解?[解] 令g(t)=h(t)-(-2t+m)=-t3+3t-1-m,由g′(t)=-3t2+3=0,得t=1或t=-1(不合题意,舍去).当t变化时,g′(t),g(t)的变化情况如下表:∴g存在t∈[0,2],使h(t)<-2t+m成立,等价于g (t )的最小值g (2)<0.∴-3-m <0, ∴m >-3,所以实数m 的取值范围为(-3,+∞). 分离参数求解不等式恒成立问题1.求函数在闭区间上的最值,只需比较极值和端点处的函数值即可;若函数在一个开区间内只有一个极值,则这个极值就是最值.2.已知最值求参数时,可先确定参数的值,用参数表示最值时,应分类讨论.3.“恒成立”问题可转化为函数最值问题. 1.判断正误(1)函数的最大值一定是函数的极大值.( )(2)开区间上的单调连续函数无最值.( )(3)函数f (x )在区间[a ,b ]上的最大值和最小值一定在两个端点处取得.( )[答案] (1)× (2)√ (3)× 2.函数y =ln x x的最大值为( )A .e -1B .eC .e 2D .103A [函数y =ln xx的定义域为(0,+∞).y ′=1-ln x x 2,由1-ln x x2=0得x =e , 当0<x <e 时,y ′>0, 当x >e 时,y ′<0.因此当x =e 时,函数y =ln x x 有最大值,且y max =1e =e -1.]3.若函数f (x )=x 3-3x -a 在区间[0,3]上的最大值、最小值分别为M ,N ,则M -N 的值为( )A .2B .4C .18D .20D [f ′(x )=3x 2-3, 令f ′(x )=0得x =±1. 当0≤x <1时,f ′(x )<0; 当1<x ≤3时,f ′(x )>0.则f (1)最小,又f (0)=-a ,f (3)=18-a ,f (3)>f (0),所以最大值为f (3),即M =f (3), N =f (1),所以M -N =f (3)-f (1)=(18-a )-(-2-a )=20.]4.设函数f (x )=12x 2e x,x ∈[-2,2],若f (x )>m 恒成立,求实数m 的取值范围.[解] f′(x)=x e x+12x2e x=e x2x(x+2),由f′(x)=0得x=-2或x=0.当x∈[-2,2]时,f′(x),f(x)随x的变化情况如下表:当x=0时,min要使f(x)>m对x∈[-2,2]恒成立,只需m<f(x)min,∴m<0,即实数m的取值范围为(-∞,0).。
利用导数判断函数的单调性
3.函数 y=4x2+1x的单调递增区间是
()
A.(0,+ ∞)
B.(-∞,1)
解C.析(:12,由+y∞′)=8x-x12=D.8x(3x1-2,1+>0∞,)得 x>12,
即函数的单调递增区间为(12,+∞).
答案:C
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4.求下列函数的单调区间. (1)y=xex;(2)y=x3-x. 解:(1)y′=ex+xex=ex(1+x), 令y′>0得x>-1. 令y′<0得x<-1, 因此y=xex的单调递增区间为(-1,+∞), 递减区间为(-∞,-1).
第
三 3.3
章
3.3.1
导 利用
数 及
导数 判断 函数
其 的单
应 调性
用
理解教材新知 把握热点考向 应用创新演练
考点一 考点二 考点三
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3.3.1 利用导数判断函数的单调性
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我们知道正弦曲线是上、下起伏 的波浪线,实际上多数函数的图象都 是如此,它们的单调性交替变化.有 些函数的单调性通过我们所学的基本方法能够判断,多 数函数非常困难甚至无法解决.
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(2)函数的定义域为 R,
令 y′=3x2-1>0,得 x<- 33或 x> 33;
令
y′=3x2-1<0,得-
3 3 <x<
3 3.
∴y=x3-x 的单调递增区间为(-∞,- 33)和( 33,
+∞),单调递减区间为(-
33,
3 3 ).
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[例 3] 已知函数 f(x)=x2+ax(x≠0,常数 a∈R).若函 数 f(x)在[2,+∞)上单调递增,求 a 的取值范围.
利用导数判断函数单调性
利用导数判断函数单调性函数的单调性是数学中一个重要的概念,它描述了函数在指定区间上是递增还是递减的特性。
通过判断函数的导数的正负性,我们可以确定函数在不同区间上的单调性。
本文将介绍通过导数判断函数单调性的方法,并提供一些实例来帮助读者更好地理解。
导数的定义在介绍如何利用导数判断函数单调性之前,让我们先复习一下导数的定义。
给定函数y = f(x),如果在某个点x处导数存在,那么该导数表示函数在该点的变化率。
导数可以通过以下公式表示:f'(x) = lim({f(x + h) - f(x)}/{h}) as h approaches 0其中,f’(x)表示函数f(x)的导数。
可以看出,导数的定义是通过求函数在某个点附近的斜率来描述函数的变化率。
利用导数判断函数单调性的方法函数在某个区间上的单调性可以通过导数的正负来判断。
具体而言,如果在区间[a, b]上,函数的导数大于0,则函数在该区间上是递增的;如果导数小于0,则函数在该区间上是递减的。
这可以用以下定理来描述:定理 1:如果函数f(x)在一个区间(a, b)上连续,并且在该区间上处处可导,则有:1.如果f’(x) > 0在(a, b)上成立,则f(x)在(a, b)上递增。
2.如果f’(x) < 0在(a, b)上成立,则f(x)在(a, b)上递减。
基于这一定理,我们可以通过以下步骤来判断函数在指定区间上的单调性:1.求出函数的导数f’(x)。
2.找出导数f’(x)的所有零点,这些点被称为函数f(x)的临界点。
3.根据临界点将区间分为一系列子区间。
4.检查每个子区间内的导数的正负性。
5.根据导数的正负性判断函数在每个子区间内的单调性。
值得注意的是,我们还需要考虑函数在临界点和区间的端点上的单调性。
对于区间端点,我们可以采用类似的方式判断端点处的单调性。
接下来,我们将通过一些实例来帮助读者理解如何利用导数判断函数单调性。
实例 1考虑函数f(x) = x^2 - 2x + 1在区间(-∞, +∞)上的单调性。
高考数学一轮复习 第三章导数及其应用3.1导数、导数的计算教学案 理
第三章 导数及其应用3.1 导数、导数的计算考纲要求1.了解导数概念的实际背景. 2.理解导数的几何意义.3.能根据导数定义,求函数y =C (C 为常数),y =x ,y =x 2,y =x 3,y =1x,y =x 的导数.4.能利用给出的基本初等函数的导数公式和导数的四则运算法则求简单函数的导数.能求简单复合函数(仅限于形如f (ax +b )的复合函数)的导数.1.导数的概念一般地,函数y =f (x )在x =x 0处的瞬时变化率是lim Δx →0ΔyΔx =__________,称其为函数y =f (x )在x =x 0处的导数,记作f ′(x 0)或0|x x y =.2.导函数如果f (x )在开区间(a ,b )内每一点x 都是可导的,则称f (x )在区间(a ,b )可导.这样,对开区间(a ,b )内每一个值x ,都对应一个确定的导数f ′(x ).于是在区间(a ,b )内____构成一个新的函数,我们把这个函数称为函数y =f (x )的导函数,记为f ′(x )或y ′.3.导数的几何意义函数y =f (x )在x =x 0处的导数f ′(x 0)的几何意义是曲线y =f (x )在x =x 0处的切线的斜率.相应地,切线方程为______________.45(1)[f (x )±g (x )]′=__________;(2)[f (x )·g (x )]′=__________;(3)⎣⎢⎡⎦⎥⎤f (x )g (x )′=__________(g (x )≠0). 6.复合函数的导数设u =v (x )在点x 处可导,y =f (u )在点u 处可导,则复合函数y =f [v (x )]在点x 处可导,且f ′(x )=________,即y ′x =________.1.若函数f (x )=2x 2-1的图象上一点(1,1)及邻近一点(1+Δx,1+Δy ),则ΔyΔx等于( ).A .4B .4xC .4+2ΔxD .4+2Δx 22.一质点沿直线运动,如果由始点起经过t 秒后的位移为s =13t 3-32t 2+2t ,那么速度为零的时刻是( ). A .0秒 B .1秒末 C .2秒末D .1秒末和2秒末3.曲线y =x 3在点P 处的切线的斜率为3,则点P 的坐标为( ).A .(-1,1)B .(-1,-1)C .(1,1)或(-1,-1)D .(1,-1)4.若函数f (x )=ax 4+bx 2+c 满足f ′(1)=2,则f ′(-1)等于( ).A .-1B .-2C .2D .05.若曲线y =x 4的一条切线l 与直线x +4y -8=0垂直,则l 的方程为__________.6.y =sin 2x 的导数为__________. 一、根据导数的定义求函数的导数【例1-1】已知f ′(2)=2,f (2)=3,则lim x →2f (x )-3x -2+1的值为( ).A .1B .2C .3D .4【例1-2】用导数的定义求函数y =f (x )=1x在x =1处的导数.方法提炼1.根据导数的概念求函数的导数是求导的基本方法.确定y =f (x )在x =x 0处的导数有两种方法:一是导数的定义法,二是导函数的函数值法.2.求函数y =f (x )在x =x 0处的导数的求解步骤:请做演练巩固提升1二、利用求导公式、法则求导 【例2】求下列函数的导数:(1)y =(2x -3)2; (2)y =tan x ;(3)y =x 2+2x +5. 方法提炼一般来说,分式函数求导,要先观察函数的结构特征,可化为整式函数或较为简单的分式函数的要先化简;对数函数的求导,可先化为和、差的形式;三角函数的求导,先利用三角函数公式转化为和或差的形式.请做演练巩固提升2三、导数的几何意义【例3】已知曲线y =13x 3+43.(1)求曲线在点P (2,4)处的切线方程; (2)求曲线过点P (2,4)的切线方程; (3)求斜率为1的曲线的切线方程. 方法提炼1.求曲线y =f (x )在x =x 0处的切线方程(1)求出函数y =f (x )在x =x 0处的导数f ′(x 0)即为曲线y =f (x )在x =x 0处的切线斜率;(2)由切点(x 0,f (x 0))和斜率f ′(x 0),用点斜式写出切线方程y -f (x 0)=f ′(x 0)(x -x 0),再化为一般式即可.特别地,如果曲线y =f (x )在点(x 0,f (x 0))处的切线垂直于x 轴,则此时导数f ′(x 0)不存在,由切线定义可知,切线方程为x =x 0.2.求曲线y =f (x )过点P (x 0,y 0)的切线方程可设切点为(x 1,y 1),由⎩⎪⎨⎪⎧y 1=f (x 1),y 0-y 1=f ′(x 1)(x 0-x 1)解出x 1,进而确定过点P 的切线方程为y -y 0=f ′(x 1)(x -x 0),再化为一般式即可.3.“过某点”与“在某点处”的切线是不同的,过某点的切线,此点并不一定是切点,在某点处的切线才表明此点是切点.无论是求函数在某点的切线还是过某点的切线,首先都是求(或设)切点坐标得出切线的斜率,再解决问题.曲线在某点处的切线只有一条,而过某点的切线可以不止一条.请做演练巩固提升4对“在某点处”与“过某点”字眼的区分【典例】若存在过点(1,0)的直线与曲线y =x 3和y =ax 2+154x-9都相切,则a 等于( ).A .-1或-2564B .-1或214C .-74或-2564D .-74或7解析:因为点(1,0)不在曲线y =x 3上,所以应从设切点入手来求切线方程,再利用切线与曲线y =ax 2+154x -9相切求a 的值.设过(1,0)的直线与y =x 3相切于点(x 0,x 03),所以切线方程为y -x 03=3x 02(x -x 0),即y =3x 02x -2x 03.又(1,0)在切线上,则x 0=0或x 0=32.当x 0=0时,由y =0与y =ax 2+154x -9相切可得a =-2564;当x 0=32时,由y =274x -274与y =ax 2+154x -9相切可得a =-1,所以选A .答案:A答题指导:1.在解答本题时有两个易错点:(1)审题不仔细,未对点(1,0)的位置进行判断,误认为(1,0)是切点;(2)当所给点不是切点时,无法与导数的几何意义联系,而必须设出切点.2.解决与导数的几何意义有关的问题时,以下几点在备考时要高度关注:(1)首先确定已知点是否为曲线的切点是求解关键;(2)基本初等函数的导数和导数的运算法则要熟练掌握; (3)对于直线的方程与斜率公式的求解,要熟练掌握.1.设f (x )为可导函数,且满足lim x →0f (1)-f (1-2x )2x=-1,则曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线斜率为( ).A .2B .-1C .1D .-22.y =cos(x 2+3)的导数y ′=__________.3.若曲线f (x )=ax 3+ln x 存在垂直于y 轴的切线,则实数a 的取值范围是__________.4.(2012安徽高考)设定义在(0,+∞)上的函数f (x )=ax +1ax+b (a >0).(1)求f (x )的最小值;(2)若曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线方程为y =32x ,求a ,b 的值.参考答案基础梳理自测 知识梳理1.lim Δx →0f (x 0+Δx )-f (x 0)Δx 2.f ′(x )3.y -f (x 0)=f ′(x 0)(x -x 0)4.nx n -1 cos x -sin x a xln a (a >0)e x1x ln a (a >0,且a ≠1) 1x5.(1)f ′(x )±g ′(x )(2)f ′(x )g (x )+f (x )g ′(x )(3)f ′(x )g (x )-f (x )g ′(x )[g (x )]26.f ′(u )·v ′(x ) y u ′·u x ′ 基础自测1.C 解析:∵Δy =f (1+Δx )-f (1)=2(1+Δx )2-1-1=4Δx +2(Δx )2, ∴ΔyΔx=4+2Δx . 2.D 解析:∵s =13t 3-32t 2+2t ,∴v =s ′(t )=t 2-3t +2.令v =0,得t 2-3t +2=0,t 1=1,t 2=2.3.C 解析:y ′=3x 2,∴3x 2=3. ∴x =±1.当x =1时,y =1,当x =-1时,y =-1.4.B 解析:∵f ′(x )=4ax 3+2bx 为奇函数,∴f ′(-1)=-f ′(1)=-2.5.4x -y -3=0 解析:设切点为(x 0,y 0),y ′=4x 3,4x 03=4, ∴x 0=1.∴y 0=1.∴l 的方程为4x -y -3=0. 6.y ′=2cos 2x 考点探究突破【例1-1】C 解析:令Δx =x -2,则lim x →2f (x )-3x -2+1 =lim Δx →0f (Δx +2)-f (2)Δx+1 =f ′(2)+1=2+1=3.【例1-2】解:Δy =f (1+Δx )-f (1)=11+Δx -11=1-1+Δx 1+Δx=-Δx1+Δx (1+1+Δx ).∴Δy Δx =-11+Δx (1+1+Δx ), ∴lim Δx →0Δy Δx=lim Δx →0⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤-11+Δx (1+1+Δx ) =-12.∴f ′(1)=-12.【例2】解:(1)y ′=(4x 2-12x +9)′=8x -12.(2)y ′=⎝⎛⎭⎪⎫sin x cos x ′ =(sin x )′cos x -sin x (cos x )′cos 2x=cos x cos x -sin x (-sin x )cos 2x=1cos 2x. (3)y ′=(x 2+2x +5)′ =12(x 2+2x +5)-12·(2x +2)=x +1x 2+2x +5.【例3】解:(1)∵P (2,4)在曲线y =13x 3+43上,且y ′=x 2,∴在点P (2,4)处的切线的斜率为:y ′|x =2=4.∴曲线在点P (2,4)处的切线方程为:y -4=4(x -2),即4x -y -4=0.(2)设曲线y =13x 3+43与过点P (2,4)的切线相切于点A ⎝⎛⎭⎪⎫x 0,13x 03+43,则切线的斜率为:0|x x y '==x 02.∴切线方程为y -⎝ ⎛⎭⎪⎫13x 03+43=x 02(x -x 0),即y =x 02·x -23x 03+43. ∵点P (2,4)在切线上,∴4=2x 02-23x 03+43,即x 03-3 x 02+4=0,∴x 03+x 02-4x 02+4=0,∴x 02(x 0+1)-4(x 0+1)(x 0-1)=0,∴(x 0+1)(x 0-2)2=0, 解得x 0=-1或x 0=2,故所求的切线方程为4x -y -4=0或x -y +2=0. (3)设切点为(x 0,y 0),则x 02=1,x 0=±1,切点为(-1,1)或⎝⎛⎭⎪⎫1,53,∴切线方程为y -1=x +1或y -53=x -1,即x -y +2=0或3x -3y +2=0. 演练巩固提升1.B 解析:lim x →0f (1)-f (1-2x )2x=lim x →0f (1-2x )-f (1)-2x=-1,即y ′|x =1=-1,则y =f (x )在点(1,f (1))处的切线斜率为-1.2.-2x sin(x 2+3) 解析:y ′=[cos(x 2+3)]′=2x ·[-sin(x 2+3)]=-2x sin(x 2+3).3.(-∞,0) 解析:f ′(x )=3ax 2+1x(x >0),若函数存在垂直于y 轴的切线,即3ax 2+1x =0有解,a =-13x3.∵x >0,∴-13x 3<0.∴a <0.4.解:(1)(方法一)由题设和基本不等式可知,f (x )=ax +1ax+b ≥2+b ,其中当且仅当ax =1时,等号成立,即当x =1a时,f (x )取最小值为2+b .(方法二)f (x )的导数f ′(x )=a -1ax 2=a 2x 2-1ax 2,当x >1a时,f ′(x )>0,f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫1a,+∞上递增; 当0<x <1a 时,f ′(x )<0,f (x )在⎝⎛⎭⎪⎫0,1a 上递减.所以当x =1a时,f (x )取最小值为2+b .(2)f ′(x )=a -1ax 2.由题设知,f ′(1)=a -1a =32,解得a =2或a =-12(不合题意,舍去).将a =2代入f (1)=a +1a +b =32,解得b =-1.所以a =2,b =-1.。
高中数学新湘教版精品教案《湖南教育出版社高中数学选修1-1 3.3.1 利用导数研究函数的单调性》
利用导数研究函数的单调性珠海市斗门区第一中学 邢维金 高二2021【教材分析】“函数单调性与导数”是高中数学(选修1-1)第三章导数及其应用的第三节,本节的教学内容属导数的应用,是在学生学习了导数的概念、计算、几何意义的基础上学习的内容,学好它既可加深对导数的理解,又可为后面研究函数的极值和最值打好基础,起到承上启下的作用【学情分析】课堂学生为高二年级的文科班学生,他们在高一已经掌握了单调性的定义,并能用定义判定在给定区间上函数的单调性通过本节课的学习,应使学生体验到,用导数判断单调性要比用定义判断简捷得多(尤其对于三次和三次以上的多项式函数,或图象难以画出的函数而言),充分展示了导数解决问题的优越性【教学目标】1三维目标知识与技能:1探索函数的单调性与导数的关系;2会利用导数判断函数的单调性并求函数的单调区间过程与方法:让学生经历知识的建构过程,培养学生观察、探究能力,在探究函数单调性与导数符号关系的过程中,渗透数形结合、转化等思想方法;情感态度价值观:利用几何画板的精彩演示,增强图形美感,使学生享受数学美,培养学生数学学习的兴趣2. 核心素养目标数学抽象:从几何与数量关系中抽象函数单调性与导数的关系,让学生学会“用数学的眼光看”数学问题; 逻辑推理:使用以已知探求未知,从特殊到一般的推导方法,让学生学会“用数学的思维”思考问题; 数学模型:建系让“数”和“形”之间建立联系,让学生学会“用数学的语言”表述问题【教学重难点】教学重点:利用导数研究函数的单调性,会求函数的单调区间教学难点:⒈ 探究函数的单调性与导数的关系;⒉ 如何用导数判断函数的单调性易错易混点:导数的正负决定函数的单调性,而不是导数的单调性决定函数的单调性【教学策略与方法】教学方法:启发讲授式与问题探究式.教学准备:多媒体课件、几何画板、互动课堂平台【教学过程】一、温故知新问题引领问题一:判断函数的单调性有哪些方法?问题二: 如何判断函数=2-4+3的单调性?问题三:如果遇到函数323y x x =-,如何判断单调性呢?你能画出该函数的图像吗?【设计意图】通过复习回顾,巩固旧知从已学过的知识(判断二次函数的单调性)入手,提出新的问题(判断三次函数的单调性),引起认知冲突,激发学习的兴趣二、探究新知简例探究引例:几何画板观察函数=2-4+3的图象的切线情况【设计意图】从熟悉的二次函数出发,提出本节课要探索的问题,函数的单调性与导数的关系为学生提供一个联想的“源”,巧妙设问,把学习任务转移给学生;让学生完成对函数单调性与导数关系的第一次认识,明确研究课题师生共同总结:通过以上四个函数的单调性及其导数符号的关系说明,在区间),(b a 内,如果_______,那么函数)(x f y =在这个区间内单调递增;如果_______,那么函数)(x f y =在这个区间内单调递减【设计意图】从具体的函数出发,体会数形结合思想的运用让学生体会从特殊到一般,从具体到抽象的过程,降低思维难度,让学生在老师的引导下自主学习和探索,提高学习的成就感和自信心三、理解新知归纳论证函数的单调性与导数的关系: 在某个区间),(b a 内,如果0)(/>x f ,那么函数)(x f y =在这个区间内单调递增;如果0)(/<x f ,那么函数)(x f y =在这个区间内单调递减.说明:1如果0)(/=x f ,那么函数)(x f y =在这个区间内是常函数.2正确理解“ 某个区间 ”的含义,它必是定义域内的某个区间.【设计意图】通过导数的几何意义来验证由具体函数所得到的结论,形成一般性结论让学生经历观察、分析、归纳、发现规律的过程,体会函数单调性与导数的关系四、运用新知典例精析例1求函数323y x x =-的单调区间【师生活动】几何画板演示函数图像【变式训练1】判断下列函数的单调性,并求其单调区间。
原创1:3.3.1 利用导数判断函数的单调性
(2)如果函数的单调区间不止一个时,应用“及”、 “和”等连接,而不能写成并集的形式.如本例(2)中的单调 减区间不能写成(0,π)∪32π,2π.
1-3x2<0,解得
x<-
33或
x>
3 3.
因此,函数
f(x)
的
单
调
减
区
间
为
-∞,-
3 3
,
33,+∞.
(2)f′(x)=cos x+sin x+1= 2sinx+4π+1. 令 2sinx+4π+1>0,得 0<x<π 或32π<x<2π. 因此函数的单调增区间为(0,π)与32π,2π. 令 2sinx+4π+1<0,得 π<x<32π, 因此函数的单调减区间为π,32π.
第三章 导数及其应用
§3.3 导数的应用
3.3.1 利用导数判断函数的单调性
1.通过实例了解函数导数的符号与函数单调性之间的关系; 2.能够利用导数研究函数的单调性; 3.会求函数的单调区间.
1.利用导数研究函数的单调性,求函数的单调区间.(重点) 2.利用数形结合思想理解导函数与函数单调性之间的关系.(难点) 3.常与方程、不等式等结合命题.
题目类型三、由单调性求参数的取值范围
例3.若函数f(x)=ax3-x2+x-5在R上单调递增,求实数a的 取值范围.
[题后感悟] (1)一般地,已知函数的单调性,如何求参数的取值范 围?
函数在区间[a,b] 上单调递增减
―→
f′x≥0f′x≤0在 区间[a,b]上恒成立
版高考数学一轮复习 第三章 导数及其应用 3.2 利用导数研究函数的单调性练习 理 北师大版 试题
3.2 利用导数研究函数的单调性核心考点·精准研析考点一不含参数的函数的单调性1.函数y=xlnx的单调递减区间是( )A.(-∞,e-1)B.(e-1,+∞)C.(e,+∞)D.(0,e-1)2.函数f(x)=的单调递增区间为.3.(2019·某某高考改编)函数f(x)=-lnx+的单调递减区间为________________.4.(2019·某某高考改编)函数f(x)=e x cosx的单调递增区间为___________.【解析】1.选D.函数y=xlnx的定义域为(0,+∞),因为y=xlnx,所以y′=lnx+1,令y′<0得0<x<e-1,所以减区间为(0,e-1).2.因为f(x)=,所以f′(x)=,由f′(x)>0,解得x<-1-或x>-1+.所以f(x)的递增区间为(-∞,-1-)和(-1+,+∞).答案:(-∞,-1-)和(-1+,+∞)3.f(x)=-lnx+的定义域为(0,+∞).f′(x)=-+=,由x>0知>0,2+1>0,所以由f′(x)<0得-2<0,解得0<x<3,所以函数f(x)的单调递减区间为(0,3).答案:(0,3)4.由已知,有f′(x)=e x(cosx-sinx).因此,当x∈(k∈Z)时,有sinx<cosx,得f′(x)>0,则f(x)单调递增.所以f(x)的单调递增区间为(k∈Z).答案:(k∈Z)题2中,若将“f(x)=”改为“f(x)=x2e x”,则函数f(x)的单调递减区间是________________. 【解析】因为f(x)=x2e x,所以f′(x)=2xe x+x2e x=(x2+2x)e x.由f′(x)<0,解得-2<x<0,所以函数f(x)=x2e x的单调递减区间是(-2,0).答案:(-2,0)确定函数单调区间的步骤(1)确定函数y=f(x)的定义域.(2)求f′(x).(3)解不等式f′(x)>0,解集在定义域内的部分为单调递增区间.(4)解不等式f′(x)<0,解集在定义域内的部分为单调递减区间.【秒杀绝招】排除法解T1,根据函数的定义域排除A,已知当x∈(1,+∞)时,y=x和y=lnx都是增函数且为正数,所以y=xlnx也是增函数,从而排除B,C.考点二含参数的函数的单调性【典例】已知函数f(x)=lnx+ax2-(2a+1)x.若a>0,试讨论函数f(x)的单调性.【解题导思】序号题目拆解(1)求f′(x),解方程f′(x)=0求f(x)的定义域,求f′(x)并进行恰当的因式分解,求出方程f′(x)=0的根(2)由f′(x)的符号确定f(x)的单调性用导数为零的实数分割定义域,逐个区间分析导数的符号,确定单调性【解析】因为f(x)=lnx+ax2-(2a+1)x,所以f′(x)==,由题意知函数f(x)的定义域为(0,+∞),令f′(x)=0得x=1或x=,(1)若<1,即a>,由f′(x)>0得x>1或0<x<,由f′(x)<0得<x<1,即函数f(x)在,(1,+∞)上单调递增,在上单调递减;(2)若>1,即0<a<, 由f′(x)>0得x>或0<x<1,由f′(x)<0得1<x<, 即函数f(x)在(0,1),上单调递增, 在上单调递减;(3)若=1,即a=,则在(0,+∞)上恒有f′(x)≥0,即函数f(x)在(0,+∞)上单调递增.综上可得:当0<a<时,函数f(x)在(0,1)上单调递增, 在上单调递减,在上单调递增;当a=时,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;当a>时,函数f(x)在上单调递增, 在上单调递减,在(1,+∞)上单调递增.解决含参数的函数的单调性问题应注意两点(1)研究含参数的函数的单调性问题,要依据参数对不等式解集的影响进行分类讨论.(2)划分函数的单调区间时,要在函数定义域内讨论,还要确定导数为0的点和函数的间断点.(2018·全国卷I改编)已知函数f=-x+alnx,讨论f的单调性.【解析】f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=--1+=-.(1)若a≤2,则f′(x)≤0,当且仅当a=2,x=1时f′(x)=0,所以f(x)在(0,+∞)上单调递减.(2)若a>2,令f′(x)=0得,x=或x=.当x ∈∪时,f′(x)<0;当x∈时,f′(x)>0.所以f(x)在,上单调递减,在上单调递增.考点三利用导数解决函数单调性的应用问题命题精解读1.考什么:(1)考查函数图像的识别、比较大小或解不等式、根据函数的单调性求参数等问题.(2)考查直观想象、数学运算、逻辑推理的核心素养及数形结合、转化与化归的思想方法.2.怎么考:与基本初等函数、不等式等综合考查函数的图像及函数的单调性的应用等问题.3.新趋势:以导数法研究函数单调性为基础,综合考查利用单调性比较大小、解不等式及知单调性求参数的X围.学霸好方法由函数的单调性求参数的取值X围的方法(1)可导函数在区间D上单调,实际上就是在该区间上f′(x)≥0(或f′(x)≤0)恒成立,从而构建不等式, 求出参数的取值X围,要注意“=”是否可以取到. (2)可导函数在区间D 上存在单调区间,实际上就是f′(x)>0(或f′(x)<0)在该区间上存在解集,即f′(x)max>0(或f′(x)min <0)在该区间上有解,从而转化为不等式问题,求出参数的取值X 围.(3)若已知f(x)在区间D 上的单调性,区间D上含有参数时,可先求出f(x)的单调区间,令D 是其单调区间的子集,从而求出参数的取值X围.函数图像的识别【典例】函数f(x)=x2+xsinx的图像大致为( )【解析】选A.因为f(-x)=x2-xsin(-x)=x2+xsinx=f(x),所以f(x)为偶函数,B不符合题意,f(x)=x2+xsinx=x(x+sinx),令g(x)=x+sinx,则g′(x)=1+cosx≥0恒成立,所以g(x)是单调递增函数,则当x>0时,g(x)>g(0)=0,故x>0时,f(x)=xg(x),f′(x)=g(x)+xg′(x)>0,即f(x)在(0,+∞)上单调递增,故只有A符合题意.辨别函数的图像主要从哪几个角度分析?提示:从函数奇偶性、单调性、最值及函数图像所过的特殊点等角度分析.比较大小或解不等式【典例】(2019·某某模拟)函数f(x)在定义域R内可导,f(x)=f(4-x),且(x-2)f′(x)>0.若a=f(0),b=f,c=f(3),则a,b,c的大小关系是( )A.c>b>aB.c>a>bC.a>b>cD.b>a>c【解析】选C.由f(x)=f(4-x)可知,f(x)的图像关于直线x=2对称,根据题意知,当x∈(-∞,2)时,f′(x)<0,f(x)为减函数;当x∈(2,+∞)时,f′(x)>0,f(x)为增函数.所以f(3)=f(1)<f<f(0),即c<b<a.单调性比较大小或解不等式,实际上是自变量的大小与相应函数值的大小关系的互推,比较大小时对自变量的取值X围有什么要求?提示:必须在同一个单调区间内.根据函数的单调性求参数【典例】(2019·高考)设函数f(x)=e x+ae-x(a为常数).若f(x)为奇函数,则a=________________;若f(x)是R上的增函数,则a的取值X围是__________.【解析】①显然f(0)有意义,又f(x)为奇函数,所以f(0)=0,得a=-1.②因为f(x)是R上的增函数,所以f′(x)=e x-ae-x=≥0恒成立,即g(x)=(e x)2≥a恒成立,又因为g(x)>0,且当x趋向于-∞时,g(x)趋向于0,所以0≥a,即a的取值X围是(-∞,0].答案:-1 (-∞,0]函数f(x)在某区间上是增函数,推出f′(x)>0还是f′(x)≥0?提示:推出f′(x)≥0.1.设函数y=f(x)在定义域内可导,y=f(x)的图像如图所示,则导函数y=f′(x)可能为( )【解析】选D.由题意得,当x<0时,函数y=f(x)单调递增,故f′(x)>0;当x>0时,函数y=f(x)先增再减然后再增,故导函数的符号为先正再负然后再正.结合所给选项可得D符合题意.2.已知函数f′(x)是函数f(x)的导函数,f(1)=,对任意实数都有f(x)-f′(x)>0,设F(x)=,则不等式F(x)<的解集为 ( )A.(-∞,1)B.(1,+∞)C.(1,e)D.(e,+∞)【解析】选B.根据题意,F(x)=,其导数F′(x)==,又由f(x)-f′(x)>0,则有F′(x)<0,即函数F(x)在R上为减函数,又由f(1)=,则F(1)==,不等式F(x)<等价于F(x)<F(1),则有x>1,则不等式的解集为(1,+∞).3.若f(x)=2x3-3x2-12x+3在区间[m,m+4]上是单调函数,则实数m的取值X围是________________.【解析】因为f(x)=2x3-3x2-12x+3,所以f′(x)=6x2-6x-12=6(x+1)(x-2),令f′(x)>0,得x<-1或x>2;令f′(x)<0,得-1<x<2,f(x)在(-∞,-1]和[2,+∞)上单调递增,在(-1,2)上单调递减.若f(x)在区间[m,m+4]上是单调函数,则m+4≤-1或或m≥2.所以m≤-5或m≥2,则m的取值X围是(-∞,-5]∪[2,+∞).答案:(-∞,-5]∪[2,+∞)(2020·内江模拟)若函数f(x)=ax2+xlnx-x存在单调递增区间,则a的取值X围是( ) A. B.C.(-1,+∞)D.【解析】选B.因为f(x)=ax2+xlnx-x存在单调递增区间,则f′(x)=ax+lnx≥0在(0,+∞)上有解, 即a≥-在(0,+∞)上有解,令g(x)=-,x>0,则g′(x)=,当x>e时,g′(x)>0,g(x)单调递增,当0<x<e时,g′(x)<0,g(x)单调递减,又x→0,g(x)→+∞,x→+∞,g(x)<0且g(x)➝0,因为g(e)=-,所以a≥-,当a=-时,f′(x)=-x+lnx,令h(x)=-x+lnx,则h′(x)=-,当x>e时,h′(x)<0,函数单调递减,当0<x<e时,h′(x)>0,函数单调递增,h(x)≤h(e)=0,即f′(x)≤0恒成立,此时不满足题意,所以a的取值X围是.。
2023年高考数学总复习第三章 导数及其应用第2节:导数与函数的单调性(教师版)
2023年高考数学总复习第三章导数及其应用第2节导数与函数的单调性考试要求 1.了解函数的单调性与导数的关系;能利用导数研究函数的单调性,会求函数的单调区间(其中多项式函数不超过三次);2.利用导数研究函数的单调性,并会解决与之有关的方程(不等式)问题.1.函数的单调性与导数的关系函数y=f(x)在某个区间内可导,则:(1)若f′(x)>0,则f(x)在这个区间内单调递增;(2)若f′(x)<0,则f(x)在这个区间内单调递减;(3)若f′(x)=0,则f(x)在这个区间内是常数函数.2.利用导数求函数单调区间的基本步骤(1)确定函数f(x)的定义域;(2)求导数f′(x);(3)由f′(x)>0(或<0)解出相应的x的取值范围.当f′(x)>0时,f(x)在相应的区间内是单调递增函数;当f′(x)<0时,f(x)在相应的区间内是单调递减函数.3.单调性的应用若函数y=f(x)在区间(a,b)上单调,则y=f′(x)在该区间上不变号.若函数f(x)在区间(a,b)上递增,则f′(x)≥0,所以“f′(x)>0在(a,b)上成立”是“f(x)在(a,b)上单调递增”的充分不必要条件.1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)(1)若函数f(x)在(a,b)内单调递增,那么一定有f′(x)>0.()(2)如果函数f(x)在某个区间内恒有f′(x)=0,则f(x)在此区间内没有单调性.()(3)函数在(a,b)内单调递减与函数的单调递减区间为(a,b)是不同的.()(4)函数f(x)=x-sin x在R上是增函数.()答案(1)×(2)√(3)√(4)√解析(1)f(x)在(a,b)内单调递增,则有f′(x)≥0.2.(易错题)函数f(x)=x+ln(2-x)的单调递增区间为()A.(-∞,1)B.(-∞,2)C.(1,+∞)D.(2,+∞)答案A解析由f(x)=x+ln(2-x),得f′(x)=1-12-x=1-x2-x(x<2).令f′(x)>0,即1-x2-x>0,解得x<1.∴函数f(x)=x+ln(2-x)的单调递增区间为(-∞,1).3.(2017·浙江卷)函数y=f(x)的导函数y=f′(x)的图像如图所示,则函数y=f(x)的图像可能是()答案D解析设导函数y=f′(x)与x轴交点的横坐标从左往右依次为x1,x2,x3,由导函数y=f′(x)的图像易得当x∈(-∞,x1)∪(x2,x3)时,f′(x)<0;当x∈(x1,x2)∪(x3,+∞)时,f′(x)>0(其中x1<0<x2<x3),所以函数f(x)在(-∞,x1),(x2,x3)上单调递减,在(x1,x2),(x3,+∞)上单调递增,观察各选项,只有D选项符合.4.函数f(x)的定义域为R,f(-1)=2,对任意x∈R,f′(x)>2,则f(x)>2x+4的解集为()A.(-1,1)B.(-1,+∞)C.(-∞,-1)D.R答案B解析由f(x)>2x+4,得f(x)-2x-4>0,设F(x)=f(x)-2x-4,则F′(x)=f′(x)-2,因为f′(x)>2,所以F′(x)>0在R上恒成立,所以F(x)在R上递增,而F(-1)=f(-1)-2×(-1)-4=2+2-4=0,故不等式f(x)-2x-4>0等价于F(x)>F(-1),所以x>-1,故选B.5.(易错题)若函数f(x)=13x3-32x2+ax+4的单调递减区间为[-1,4],则实数a的值为________.答案-4解析f′(x)=x2-3x+a,且f(x)的单调递减区间为[-1,4],∴f′(x)=x2-3x+a≤0的解集为[-1,4],∴-1,4是方程f′(x)=0的两根,则a=(-1)×4=-4.6.(2021·青岛检测)已知函数f(x)=sin2x+4cos x-ax在R上单调递减,则实数a 的取值范围是________.答案[3,+∞)解析f′(x)=2cos2x-4sin x-a=2(1-2sin2x)-4sin x-a=-4sin2x-4sin x+2-a=-(2sin x+1)2+3-a.由题设,f′(x)≤0在R上恒成立.因此a≥3-(2sin x+1)2恒成立,则a≥3.考点一不含参函数的单调性1.函数f(x)=x+3x+2ln x的单调递减区间是()A.(-3,1)B.(0,1)C.(-1,3)D.(0,3)答案B 解析法一函数的定义域是(0,+∞),f ′(x )=1-3x 2+2x ,令f ′(x )=1-3x 2+2x<0,得0<x <1,故所求函数的单调递减区间为(0,1),故选B.法二由题意知x >0,故排除A 、C 选项;又f (1)=4<f (2)=72+2ln 2,故排除D选项.故选B.2.函数f (x )=(x -3)e x 的单调递增区间为________.答案(2,+∞)解析f (x )的定义域为R ,f ′(x )=(x -2)e x ,令f ′(x )>0,得x >2,∴f (x )的单调递增区间为(2,+∞).3.已知定义在区间(0,π)上的函数f (x )=x +2cos x ,则f (x )的单调递增区间为________.答案0,π6,5π6,π解析f ′(x )=1-2sin x ,x ∈(0,π),令f ′(x )=0,得x =π6或x =5π6,当0<x <π或5π<x <π时,f ′(x )>0,∴f (x )0,π6,5π6,π.感悟提升确定函数单调区间的步骤:(1)确定函数f (x )的定义域;(2)求f ′(x );(3)解不等式f ′(x )>0,解集在定义域内的部分为单调递增区间;(4)解不等式f ′(x )<0,解集在定义域内的部分为单调递减区间.考点二讨论含参函数的单调性例1已知函数f (x )=12ax 2-(a +1)x +ln x ,a >0,试讨论函数y =f (x )的单调性.解函数f (x )的定义域为(0,+∞),f′(x)=ax-(a+1)+1x=ax2-(a+1)x+1x=(ax-1)(x-1)x.(1)当0<a<1时,1a>1,∴x∈(0,1)f′(x)>0;x f′(x)<0,∴函数f(x)在(0,1)(2)当a=1时,1a=1,∴f′(x)≥0在(0,+∞)上恒成立,∴函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;(3)当a>1时,0<1a<1,∴x(1,+∞)时,f′(x)>0;x f′(x)<0,∴函数f(x)(1,+∞).综上,当0<a<1时,函数f(x)在(0,1)减;当a=1时,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;当a>1时,函数f(x)(1,+∞).感悟提升 1.含参数的函数的单调性,要依据参数对不等式解集的影响进行分类讨论.遇二次三项式常考虑二次项系数、对应方程的判别式以及根的大小关系,以此来确定分界点,分情况讨论.2.划分函数的单调区间时,要在函数定义域内讨论,还要确定导数为0的点和函数的间断点.3.个别导数为0的点不影响所在区间的单调性,如f(x)=x3,f′(x)=3x2≥0(f′(x)=0在x=0时取到),f(x)在R上是增函数.训练1已知f (x )=a (x -ln x )+2x -1x 2,a >0,讨论f (x )的单调性.解f (x )的定义域为(0,+∞),f ′(x )=a -a x -2x 2+2x 3=(ax 2-2)(x -1)x 3=a (x -1)x 3x -2a x +2a (1)当0<a <2时,2a>1,当x (0,1)∪2a,+∞时,f ′(x )>0,当x 1,2a 时,f ′(x )<0.(2)当a =2时,2a =1,在x ∈(0,+∞)内,f ′(x )≥0,f (x )递增.(3)当a >2时,0<2a <1,当x 0,2a ∪(1,+∞)时,f ′(x )>0,当x 2a,1时,f ′(x )<0.综上所述,当0<a <2时,f (x )在(0,1)2a ,+∞内递增,在1,2a 内递减.当a =2时,f (x )在(0,+∞)内递增;当a >2时,f (x )0,2a (1,+∞)2a,1.考点三根据函数单调性求参数值(范围)例2(经典母题)已知x =1是f (x )=2x +bx +ln x 的一个极值点.(1)求函数f (x )的单调递减区间;(2)设函数g (x )=f (x )-3+ax,若函数g (x )在区间[1,2]内单调递增,求实数a 的取值范围.解(1)f (x )=2x +bx+ln x ,定义域为(0,+∞).∴f ′(x )=2-b x 2+1x =2x 2+x -bx2.因为x=1是f(x)=2x+bx+ln x的一个极值点,所以f′(1)=0,即2-b+1=0.解得b=3,经检验,适合题意,所以b=3.所以f′(x)=2x2+x-3x2,令f′(x)<0,得0<x<1.所以函数f(x)的单调递减区间为(0,1).(2)g(x)=f(x)-3+ax=2x+ln x-ax(x>0),g′(x)=2+1x+ax2(x>0).因为函数g(x)在[1,2]上单调递增,所以g′(x)≥0在[1,2]上恒成立,即2+1x+ax2≥0在[1,2]上恒成立,所以a≥-2x2-x在[1,2]上恒成立,所以a≥(-2x2-x)max,x∈[1,2].因为在[1,2]上,(-2x2-x)max=-3,所以a≥-3.所以实数a的取值范围是[-3,+∞).迁移在本例(2)中,若函数g(x)在区间[1,2]上不单调,求实数a的取值范围.解∵函数g(x)在区间[1,2]上不单调,∴g′(x)=0在区间(1,2)内有解,则a=-2x2-x=-+18在(1,2)内有解,易知该函数在(1,2)上是减函数,∴a=-2x2-x的值域为(-10,-3),因此实数a的取值范围为(-10,-3).感悟提升 1.已知函数的单调性,求参数的取值范围,应用条件f′(x)≥0(或f′(x)≤0),x∈(a,b)恒成立,解出参数的取值范围(一般可用不等式恒成立的理论求解),应注意参数的取值是f′(x)不恒等于0的参数的范围.2.如果能分离参数,则尽可能分离参数后转化为参数值与函数最值之间的关系.3.若函数y =f (x )在区间(a ,b )上不单调,则转化为f ′(x )=0在(a ,b )上有解.训练2(1)若函数y =x 3+x 2+mx +1是R 上的单调函数,则实数m 的取值范围是()A.13,+∞ B.-∞,13C.13,+∞ D.-∞,13(2)(2022·郑州调研)设函数f (x )=12x 2-9ln x 在区间[a -1,a +1]上单调递减,则实数a 的取值范围是________.答案(1)C(2)(1,2]解析(1)由y =x 3+x 2+mx +1是R 上的单调函数,所以y ′=3x 2+2x +m ≥0恒成立,或y ′=3x 2+2x +m ≤0恒成立,显然y ′=3x 2+2x +m ≥0恒成立,则Δ=4-12m ≤0,所以m ≥13.(2)易知f (x )的定义域为(0,+∞),且f ′(x )=x -9x.又x >0,令f ′(x )=x -9x ≤0,得0<x ≤3.因为函数f (x )在区间[a -1,a +1]上单调递减,a -1>0,a +1≤3,解得1<a ≤2.考点四与导数有关的函数单调性的应用角度1比较大小例3(1)已知函数f (x )=x sin x ,x ∈R ,则π5f (1),f -π3的大小关系为()A.-π3f (1)>π5B.f (1)>-π3π5C.π5f (1)>-π3D.-π3π5>f (1)(2)已知y =f (x )是定义在R 上的奇函数,且当x <0时不等式f (x )+xf ′(x )<0成立,若a =30.3·f (30.3),b =log π3·f (log π3),c =log 319·则a ,b ,c 的大小关系是()A.a >b >cB.c >b >aC.a >c >bD.c >a >b答案(1)A(2)D解析(1)因为f (x )=x sin x ,所以f (-x )=(-x )·sin(-x )=x sin x =f (x ),所以函数f (x )是偶函数,所以又当x f ′(x )=sin x +x cos x >0,所以函数f (x )f (1)<f (1)> A.(2)设g (x )=xf (x ),则g ′(x )=f (x )+xf ′(x ),又当x <0时,f (x )+xf ′(x )<0,∴x <0时,g ′(x )<0,g (x )在(-∞,0)上单调递减.由y =f (x )在R 上为奇函数,知g (x )在R 上为偶函数,∴g (x )在(0,+∞)上是增函数,∴c =g (-2)=g (2),又0<log π3<1<30.3<3<2,∴g (log π3)<g (30.3)<g (2),即b <a <c .角度2解不等式例4已知f (x )在R 上是奇函数,且f ′(x )为f (x )的导函数,对任意x ∈R ,均有f (x )>f ′(x )ln 2成立,若f (-2)=2,则不等式f (x )>-2x -1的解集为()A.(-2,+∞)B.(2,+∞)C.(-∞,-2)D.(-∞,2)答案D解析f (x )>f ′(x )ln 2⇔f ′(x )-ln 2·f (x )<0.令g(x)=f(x)2x,则g′(x)=f′(x)-f(x)·ln22x,∴g′(x)<0,则g(x)在(-∞,+∞)上是减函数.由f(-2)=2,且f(x)在R上是奇函数,得f(2)=-2,则g(2)=f(2)22=-12,又f(x)>-2x-1⇔f(x)2x>-12=g(2),即g(x)>g(2),所以x<2.感悟提升 1.利用导数比较大小,其关键在于利用题目条件构造辅助函数,把比较大小的问题转化为先利用导数研究函数的单调性,进而根据单调性比较大小. 2.与抽象函数有关的不等式,要充分挖掘条件关系,恰当构造函数;题目中若存在f(x)与f′(x)的不等关系时,常构造含f(x)与另一函数的积(或商)的函数,与题设形成解题链条,利用导数研究新函数的单调性,从而求解不等式.训练3(1)已知函数f(x)=3x+2cos x.若a=f(32),b=f(2),c=f(log27),则a,b,c的大小关系是()A.a<b<cB.c<b<aC.b<a<cD.b<c<a(2)(2021·西安模拟)函数f(x)的导函数为f′(x),对任意x∈R,都有f′(x)>-f(x)成立,若f(ln2)=12,则满足不等式f(x)>1e x的x的取值范围是()A.(1,+∞)B.(0,1)C.(ln2,+∞)D.(0,ln2)答案(1)D(2)C解析(1)由题意,得f′(x)=3-2sin x.因为-1≤sin x≤1,所以f′(x)>0恒成立,所以函数f(x)是增函数.因为2>1,所以32>3.又log 24<log 27<log 28,即2<log 27<3,所以2<log 27<32,所以f (2)<f (log 27)<f (32),即b <c <a .(2)对任意x ∈R ,都有f ′(x )>-f (x )成立,即f ′(x )+f (x )>0.令g (x )=e x f (x ),则g ′(x )=e x [f ′(x )+f (x )]>0,所以函数g (x )在R 上单调递增.不等式f (x )>1e x 即e xf (x )>1,即g (x )>1.因为f (ln 2)=12,所以g (ln 2)=e ln 2f (ln 2)=2×12=1.故当x >ln 2时,g (x )>g (ln 2)=1,所以不等式g (x )>1的解集为(ln 2,+∞).1.如图是函数y =f (x )的导函数y =f ′(x )的图像,则下列判断正确的是()A.在区间(-2,1)上f (x )单调递增B.在区间(1,3)上f (x )单调递减C.在区间(4,5)上f (x )单调递增D.在区间(3,5)上f (x )单调递增答案C解析在区间(4,5)上f ′(x )>0恒成立,∴f (x )在区间(4,5)上单调递增.2.函数f (x )=ln x -ax (a >0)的单调递增区间为()D.(-∞,a)答案A解析函数f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=1x-a,令f′(x)=1x-a>0,得0<x<1a,所以f(x)3.函数y=f(x)的图像如图所示,则y=f′(x)的图像可能是()答案D解析由函数f(x)的图像可知,f(x)在(-∞,0)上单调递增,f(x)在(0,+∞)上单调递减,所以在(-∞,0)上,f′(x)>0;在(0,+∞)上,f′(x)<0,选项D满足. 4.(2021·德阳诊断)若函数f(x)=e x(sin x+a)在R上单调递增,则实数a的取值范围为()A.[2,+∞)B.(1,+∞)C.[-1,+∞)D.(2,+∞)答案A解析因为f(x)=e x(sin x+a),所以f′(x)=e x(sin x+a+cos x).要使函数f(x)在R上单调递增,需使f′(x)≥0恒成立,即sin x+a+cos x≥0恒成立,所以a≥-sin x-cos x.因为-sin x-cos x=-2sin所以-2≤-sin x-cos x≤2,所以a≥ 2.5.(2021·江南十校联考)已知函数f(x)=ax2-4ax-ln x,则f(x)在(1,4)上不单调的一个充分不必要条件可以是()A.a>-12B.0<a<116C.a>116或-12<a<0 D.a>116答案D解析f′(x)=2ax-4a-1x=2ax2-4ax-1x,令g(x)=2ax2-4ax-1,则函数g(x)=2ax2-4ax-1的对称轴方程为x=1,若f(x)在(1,4)上不单调,则g(x)在区间(1,4)上有零点.当a=0时,显然不成立;当a≠0>0,(1)=-2a-1<0,(4)=16a-1>0,<0,(1)=-2a-1>0,(4)=16a-1<0,解得a>116或a<-12.∴a>116是f(x)在(1,4)上不单调的一个充分不必要条件.6.已知函数y=f(x+1)是偶函数,当x∈(1,+∞)时,函数f(x)=sin x-x,设a=b=f(3),c=f(0),则a,b,c的大小关系为()A.b<a<cB.c<a<bC.b<c<aD.a<b<c答案A解析由函数y=f(x+1)是偶函数,可得函数f(x)的图像关于直线x=1对称,则a=b=f(3),c=f(0)=f(2),又当x∈(1,+∞)时,f′(x)=cos x-1≤0,所以f(x)=sin x-x在(1,+∞)上为减函数,所以b<a<c,故选A.7.若函数f (x )=ax 3+3x 2-x +1恰好有三个单调区间,则实数a 的取值范围为________.答案(-3,0)∪(0,+∞)解析依题意知,f ′(x )=3ax 2+6x -1有两个不相等的零点,≠0,=36+12a >0,解得a >-3且a ≠0.8.(2022·哈尔滨调研)若函数f (x )=2x 2-ln x 在其定义域的一个子区间(k -1,k +1)内不是单调函数,则实数k 的取值范围是________.答案1解析f ′(x )=4x -1x =(2x -1)(2x +1)x(x >0),令f ′(x )>0,得x >12;令f ′(x )<0,得0<x <12.-1≥0,-1<12<k +1,解之得1≤k <32.9.设f (x )是定义在R 上的奇函数,f (2)=0,当x >0时,有xf ′(x )-f (x )x 2<0恒成立,则不等式x 2f (x )>0的解集是__________________.答案(-∞,-2)∪(0,2)解析令φ(x )=f (x )x,∵当x >0时,f (x )x ′=x ·f ′(x )-f (x )x 2<0,∴φ(x )=f (x )x 在(0,+∞)上为减函数,又f (2)=0,即φ(2)=0,∴在(0,+∞)上,当且仅当0<x <2时,φ(x )>0,此时x 2f (x )>0.又f(x)为奇函数,∴h(x)=x2f(x)也为奇函数,由数形结合知x∈(-∞,-2)时,f(x)>0.故x2f(x)>0的解集为(-∞,-2)∪(0,2).10.已知函数f(x)=ln x+ke x(k为常数),曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与x轴平行.(1)求实数k的值;(2)求函数f(x)的单调区间.解(1)f′(x)=1x-ln x-ke x(x>0).又由题意知f′(1)=1-ke=0,所以k=1.(2)由(1)知,f′(x)=1x-ln x-1e x(x>0).设h(x)=1x-ln x-1(x>0),则h′(x)=-1x2-1x<0,所以h(x)在(0,+∞)上单调递减.由h(1)=0知,当0<x<1时,h(x)>0,所以f′(x)>0;当x>1时,h(x)<0,所以f′(x)<0.综上f(x)的单调增区间是(0,1),减区间为(1,+∞).11.讨论函数g(x)=(x-a-1)e x-(x-a)2的单调性.解g(x)的定义域为R,g′(x)=(x-a)e x-2(x-a)=(x-a)(e x-2),令g′(x)=0,得x=a或x=ln2,①当a>ln2时,x∈(-∞,ln2)∪(a,+∞)时,f′(x)>0,x∈(ln2,a)时,f′(x)<0;②当a=ln2时,f′(x)≥0恒成立,∴f(x)在R上单调递增;③当a<ln2时,x∈(-∞,a)∪(ln2,+∞)时,f′(x)>0,x∈(a,ln2)时,f′(x)<0,综上,当a>ln2时,f(x)在(-∞,ln2),(a,+∞)上单调递增,在(ln2,a)上单调递减;当a=ln2时,f(x)在R上单调递增;当a<ln2时,f(x)在(-∞,a),(ln2,+∞)上单调递增,在(a,ln2)上单调递减.12.已知a=ln33,b=e-1,c=3ln28,则a,b,c的大小关系为()A.b>c>aB.a>c>bC.a>b>cD.b>a>c答案D解析依题意,得a=ln33=ln33,b=e-1=ln ee,c=3ln28=ln88.令f(x)=ln xx(x>0),则f′(x)=1-ln xx2,易知函数f(x)在(0,e)上单调递增,在(e,+∞)上单调递减.所以f(x)max=f(e)=1e=b,且f(3)>f(8),即a>c,所以b>a>c.13.(2021·成都诊断)已知函数f(x)是定义在R上的偶函数,其导函数为f′(x).若x>0时,f′(x)<2x,则不等式f(2x)-f(x-1)>3x2+2x-1的解集是________.答案1解析令g(x)=f(x)-x2,则g(x)是R上的偶函数.当x>0时,g′(x)=f′(x)-2x<0,则g(x)在(0,+∞)上递减,于是在(-∞,0)上递增.由f(2x)-f(x-1)>3x2+2x-1得f(2x)-(2x)2>f(x-1)-(x-1)2,即g (2x )>g (x -1),于是g (|2x |)>g (|x -1|),则|2x |<|x -1|,解得-1<x <13.14.(2021·全国乙卷)已知函数f (x )=x 3-x 2+ax +1.(1)讨论f (x )的单调性;(2)求曲线y =f (x )过坐标原点的切线与曲线y =f (x )的公共点的坐标.解(1)由题意知f (x )的定义域为R ,f ′(x )=3x 2-2x +a ,对于f ′(x )=0,Δ=(-2)2-4×3a =4(1-3a ).①当a ≥13时,Δ≤0,f ′(x )≥0在R 上恒成立,所以f (x )在R 上单调递增;②当a <13时,令f ′(x )=0,即3x 2-2x +a =0,解得x 1=1-1-3a 3,x 2=1+1-3a 3,令f ′(x )>0,则x <x 1或x >x 2;令f ′(x )<0,则x 1<x <x 2.所以f (x )在(-∞,x 1)上单调递增,在(x 1,x 2)上单调递减,在(x 2,+∞)上单调递增.综上,当a ≥13时,f (x )在R 上单调递增;当a <13时,f (x )∞(1+1-3a 3,+∞)上单调递增,在.(2)记曲线y =f (x )过坐标原点的切线为l ,切点为P (x 0,x 30-x 20+ax 0+1).因为f ′(x 0)=3x 20-2x 0+a ,所以切线l 的方程为y -(x 30-x 20+ax 0+1)=(3x 20-2x 0+a )(x -x 0).由l 过坐标原点,得2x 30-x 20-1=0,解得x 0=1,所以切线l 的方程为y =(1+a )x .=(1+a )x ,=x 3-x 2+ax +1,=1,=1+a=-1,=-1-a .所以曲线y=f(x)过坐标原点的切线与曲线y=f(x)的公共点的坐标为(1,1+a)和(-1,-1-a).。
利用导数解决函数的单调性问题
探
究 单调递增.]
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自
主
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2.函数y=12x2-ln x的单调递减区间为(
)
课 后
限
A.(-1,1]
B.(0,1]
时
集
课
堂
C.[1,+∞)
D.(0,+∞)
训
考
点
探
究
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B [∵y=12x2-ln x,
回
顾
∴x∈(0,+∞),y′=x-1x=x-1xx+1.
究
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前
自 主 回
课前自主回顾
课
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集
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训
堂
考
点
探
究
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课
前
自 主
函数的单调性与导数的关系
回
顾
条件
课 函数y=f(x)在区间
堂
考 点
(a,b)上可导
探
究
f′(x)>0 f′(x)<0 f′(x)=0
课
结论
后
限
f(x)在(a,b)内_单__调__递__增__
时 集
f(x)在(a,b)内_单__调__递__减__ 训
D.减函数
限
时
集
课 堂
D [因为f′(x)=-sin x-1<0,在(0,π)上恒成立
训
考
点 探
所以f(x)在(0,π)上是减函数,故选D.]
究
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3.函数f(x)=x-ln x的单调递减区间为
.
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3.3.1利用导数判断函数的单调性(2)
一、 学习目标及学法指导
1. 利用导数求函数的单调区间
2. 利用导数证明函数的单调性
3. 已知函数的单调性,利用导数求相关系数的范围
4. 利用导数求解含有字母系数的函数单调性
二、预习案
函数x x x f ln 2)(2-=的单调减区间是 ;
2.函数)22(cos 2)(π
π
<<-+=x x x x f 的单调减区间是 ;
3.函数x x y ln -=的单调增区间为
4.求()3129223-+-=x x x x f 的单调区间
三、课中案
例1已知函数()x x ax x f -+=233恰有3个单调区间,则实数a 的取值范围是_____________
练习1若函数2)(23-+-=m mx x x f 的单调减区间是()3,0,则=m ;
小结:
例2 已知函数1)(3
--=ax x x f ,点),(y x P 在该函数图像上移动,过点P 的切线设为l 。
(1)求切线l 的斜率的取值范围;
(2)若函数)(x f 在()4,1内递减,在()+∞,6递增,求实数a 的取值范围;
练习2.已知函数()()112
13123+-+-=x a ax x x f 在区间),41(内为减函数,在区间()+∞,6上为增函数,试求实数a 的范围。
小结:
例3已知函数()ax x x f +=33求函数的单调区间
练习3.求3+-=ax e y x 的单调区间
小结:
四、课后案
1.若函数x x x f c o s )(+=λ是区间⎥⎦⎤
⎢⎣⎡-6,6π
π上的减函数,
则实数λ的取值范围是 。
2.若函数423+-=ax x y 在()2,0上单调递减,则实数a 的取值范围是
3.设函数)()(23R x cx bx x x f ∈++=,已知)()()(/
x f x f x g -=是奇函数
(1)求c b ,的值;(2)求)(x g 的单调区间。
4.已知()13--+-=x ax x x f 在()+∞∞-,上是单调递减函数,求a 的范围。