2019届高考数学一轮复习 第三章 导数及应用 第2课时 导数的应用(一)单调性课件 文.pptx
高考数学大一轮复习 第三章 三角函数、解三角形 3.2 导数的应用 第2课时 导数与函数的极值、最值教师用书
第2课时导数与函数的极值、最值题型一用导数解决函数极值问题命题点1 根据函数图象判断极值例1 (1)(2016·绍兴模拟)设f′(x)是函数f(x)的导函数,y=f′(x)的图象如图所示,则y=f(x)的图象最有可能是( )(2)设函数f(x)在R上可导,其导函数为f′(x),且函数y=(1-x)f′(x)的图象如图所示,则下列结论中一定成立的是( )A.函数f(x)有极大值f(2)和极小值f(1)B.函数f(x)有极大值f(-2)和极小值f(1)C.函数f(x)有极大值f(2)和极小值f(-2)D.函数f(x)有极大值f(-2)和极小值f(2)答案(1)C (2)D解析(1)由f′(x)图象可知,x=0是函数f(x)的极大值点,x=2是f(x)的极小值点,故选C.(2)由题图可知,当x<-2时,f′(x)>0;当-2<x<1时,f′(x)<0;当1<x<2时,f′(x)<0;当x >2时,f ′(x )>0.由此可以得到函数f (x )在x =-2处取得极大值,在x =2处取得极小值. 命题点2 求函数的极值例2 (2016·台州模拟)已知函数f (x )=x -1+ae x (a ∈R ,e 为自然对数的底数).(1)若曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线平行于x 轴,求a 的值; (2)求函数f (x )的极值.解 (1)由f (x )=x -1+a e x ,得f ′(x )=1-ae x .又曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线平行于x 轴, 得f ′(1)=0,即1-ae =0,解得a =e. (2)f ′(x )=1-aex ,①当a ≤0时,f ′(x )>0,f (x )为(-∞,+∞)上的增函数,所以函数f (x )无极值. ②当a >0时,令f ′(x )=0,得e x=a ,即x =ln a , 当x ∈(-∞,ln a )时,f ′(x )<0; 当x ∈(ln a ,+∞)时,f ′(x )>0, 所以f (x )在(-∞,ln a )上单调递减,在(ln a ,+∞)上单调递增,故f (x )在x =ln a 处取得极小值且极小值为f (ln a )=ln a ,无极大值.综上,当a ≤0时,函数f (x )无极值;当a >0时,f (x )在x =ln a 处取得极小值ln a ,无极大值. 命题点3 已知极值求参数例3 (1)(2016·杭州模拟)已知f (x )=x 3+3ax 2+bx +a 2在x =-1时有极值0,则a -b =________.(2)(2016·福州质检)若函数f (x )=x 33-a2x 2+x +1在区间(12,3)上有极值点,则实数a 的取值范围是( ) A .(2,52)B .[2,52)C .(2,103)D .[2,103)答案 (1)-7 (2)C解析 (1)由题意得f ′(x )=3x 2+6ax +b ,则⎩⎪⎨⎪⎧a 2+3a -b -1=0,b -6a +3=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =1,b =3或⎩⎪⎨⎪⎧a =2,b =9,经检验当a =1,b =3时,函数f (x )在x =-1处无法取得极值,而a =2,b =9满足题意,故a -b =-7.(2)若函数f (x )在区间(12,3)上无极值,则当x ∈(12,3)时,f ′(x )=x 2-ax +1≥0恒成立或当x ∈(12,3)时,f ′(x )=x 2-ax +1≤0恒成立.当x ∈(12,3)时,y =x +1x 的值域是[2,103);当x ∈(12,3)时,f ′(x )=x 2-ax +1≥0,即a ≤x +1x恒成立,a ≤2;当x ∈(12,3)时,f ′(x )=x 2-ax +1≤0,即a ≥x +1x 恒成立,a ≥103.因此要使函数f (x )在(12,3)上有极值点,实数a 的取值范围是(2,103).思维升华 (1)求函数f (x )极值的步骤 ①确定函数的定义域; ②求导数f ′(x );③解方程f ′(x )=0,求出函数定义域内的所有根;④列表检验f ′(x )在f ′(x )=0的根x 0左右两侧值的符号,如果左正右负,那么f (x )在x 0处取极大值,如果左负右正,那么f (x )在x 0处取极小值.(2)若函数y =f (x )在区间(a ,b )内有极值,那么y =f (x )在(a ,b )内绝不是单调函数,即在某区间上单调函数没有极值.(1)函数f (x )=(x 2-1)2+2的极值点是( )A .x =1B .x =-1C .x =1或-1或0D .x =0(2)函数y =2x -1x2的极大值是________.答案 (1)C (2)-3解析 (1)∵f (x )=x 4-2x 2+3,∵由f ′(x )=4x 3-4x =4x (x +1)(x -1)=0,得x =0或x =1或x =-1.又当x <-1时,f ′(x )<0, 当-1<x <0时,f ′(x )>0. 当0<x <1时,f ′(x )<0, 当x >1时,f ′(x )>0,∴x =0,1,-1都是f (x )的极值点. (2)y ′=2+2x3,令y ′=0,得x =-1.当x <-1,x >0时,y ′>0;当-1<x <0时,y ′<0. ∴当x =-1时,y 取极大值-3. 题型二 用导数求函数的最值例4 已知a ∈R ,函数f (x )=a x+ln x -1.(1)当a =1时,求曲线y =f (x )在点(2,f (2))处的切线方程; (2)求f (x )在区间(0,e]上的最小值.解 (1)当a =1时,f (x )=1x+ln x -1,x ∈(0,+∞),所以f ′(x )=-1x 2+1x =x -1x2,x ∈(0,+∞).因此f ′(2)=14,即曲线y =f (x )在点(2,f (2))处的切线斜率为14.又f (2)=ln 2-12,所以曲线y =f (x )在点(2,f (2))处的切线方程为y -(ln 2-12)=14(x -2),即x -4y +4ln 2-4=0.(2)因为f (x )=ax+ln x -1,所以f ′(x )=-a x2+1x=x -ax2,x ∈(0,e].令f ′(x )=0,得x =a .①若a ≤0,则f ′(x )>0,f (x )在区间(0,e]上单调递增,此时函数f (x )无最小值. ②若0<a <e ,则当x ∈(0,a )时,f ′(x )<0,函数f (x )在区间(0,a )上单调递减;当x ∈(a ,e]时,f ′(x )>0,函数f (x )在区间(a ,e]上单调递增, 所以当x =a 时,函数f (x )取得最小值ln a .③若a ≥e,则当x ∈(0,e]时,f ′(x )≤0,函数f (x )在区间(0,e]上单调递减, 所以当x =e 时,函数f (x )取得最小值ae.综上可知,当a ≤0时,函数f (x )在区间(0,e]上无最小值; 当0<a <e 时,函数f (x )在区间(0,e]上的最小值为ln a ; 当a ≥e 时,函数f (x )在区间(0,e]上的最小值为ae .思维升华 求函数f (x )在[a ,b ]上的最大值和最小值的步骤 (1)求函数在(a ,b )内的极值;(2)求函数在区间端点的函数值f (a ),f (b );(3)将函数f (x )的极值与f (a ),f (b )比较,其中最大的一个为最大值,最小的一个为最小值.设函数f (x )=x 3-x 22-2x +5,若对任意的x ∈[-1,2],都有f (x )>a ,则实数a 的取值范围是________________.答案 (-∞,72)解析 由题意知,f ′(x )=3x 2-x -2, 令f ′(x )=0,得3x 2-x -2=0, 解得x =1或x =-23,又f (1)=72,f (-23)=15727,f (-1)=112,f (2)=7,故f (x )min =72,∴a <72.题型三 函数极值和最值的综合问题例5 已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧-x 3+x2x ,a ln x x(1)求f (x )在区间(-∞,1)上的极小值和极大值点; (2)求f (x )在[-1,e](e 为自然对数的底数)上的最大值.解 (1)当x <1时,f ′(x )=-3x 2+2x =-x (3x -2), 令f ′(x )=0,解得x =0或x =23.当x 变化时,f ′(x ),f (x )的变化情况如下表:↘↗↘故当x =0时,函数f (x )取得极小值f (0)=0,函数f (x )的极大值点为x =23.(2)①当-1≤x <1时,由(1)知,函数f (x )在[-1,0]和[23,1)上单调递减,在[0,23]上单调递增.因为f (-1)=2,f (23)=427,f (0)=0,所以f (x )在[-1,1)上的最大值为2. ②当1≤x ≤e 时,f (x )=a ln x , 当a ≤0时,f (x )≤0;当a >0时,f (x )在[1,e]上单调递增, 则f (x )在[1,e]上的最大值为f (e)=a . 故当a ≥2时,f (x )在[-1,e]上的最大值为a ; 当a <2时,f (x )在[-1,e]上的最大值为2.思维升华 求一个函数在闭区间上的最值和在无穷区间(或开区间)上的最值时,方法是不同的.求函数在无穷区间(或开区间)上的最值,不仅要研究其极值情况,还要研究其单调性,并通过单调性和极值情况,画出函数的大致图象,然后借助图象观察得到函数的最值.若函数f (x )=13x 3+x 2-23在区间(a ,a +5)上存在最小值,则实数a 的取值范围是( ) A .[-5,0) B .(-5,0) C .[-3,0) D .(-3,0)答案 C解析 由题意,得f ′(x )=x 2+2x =x (x +2), 故f (x )在(-∞,-2),(0,+∞)上是增函数,在(-2,0)上是减函数,作出其图象如图所示,令13x 3+x 2-23=-23得, x =0或x =-3,则结合图象可知,⎩⎪⎨⎪⎧-3≤a <0,a +5>0,解得a ∈[-3,0).3.利用导数求函数的最值典例 (15分)已知函数f (x )=ln x -ax (a ∈R ). (1)求函数f (x )的单调区间;(2)当a >0时,求函数f (x )在[1,2]上的最小值.思维点拨 (1)已知函数解析式求单调区间,实质上是求f ′(x )>0,f ′(x )<0的解区间,并注意定义域.(2)先研究f (x )在[1,2]上的单调性,再确定最值是端点值还是极值.(3)两小问中,由于解析式中含有参数a ,要对参数a 进行分类讨论. 规范解答解 (1)f ′(x )=1x-a (x >0),①当a ≤0时,f ′(x )=1x-a >0,即函数f (x )的单调递增区间为(0,+∞).[3分]②当a >0时,令f ′(x )=1x -a =0,可得x =1a,当0<x <1a 时,f ′(x )=1-axx>0;当x >1a 时,f ′(x )=1-ax x<0,故函数f (x )的单调递增区间为⎝⎛⎭⎪⎫0,1a ,单调递减区间为⎝ ⎛⎭⎪⎫1a,+∞.[5分]综上可知,当a ≤0时,函数f (x )的单调递增区间为(0,+∞);当a >0时,函数f (x )的单调递增区间为⎝⎛⎭⎪⎫0,1a ,单调递减区间为⎝ ⎛⎭⎪⎫1a ,+∞.[6分](2)①当1a≤1,即a ≥1时,函数f (x )在区间[1,2]上是减函数,所以f (x )的最小值是f (2)=ln 2-2a . [7分]②当1a ≥2,即0<a ≤12时,函数f (x )在区间[1,2]上是增函数,所以f (x )的最小值是f (1)=-a .[9分]③当1<1a <2,即12<a <1时,函数f (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤1,1a 上是增函数,在⎣⎢⎡⎦⎥⎤1a ,2上是减函数.又f (2)-f (1)=ln 2-a ,所以当12<a <ln 2时,最小值是f (1)=-a ;当ln 2≤a <1时,最小值为f (2)=ln 2-2a .[13分]综上可知,当0<a <ln 2时,函数f (x )的最小值是-a ; 当a ≥ln 2时,函数f (x )的最小值是ln 2-2a .[15分]用导数法求给定区间上的函数的最值问题一般可用以下几步答题 第一步:(求导数)求函数f (x )的导数f ′(x );第二步:(求极值)求f (x )在给定区间上的单调性和极值; 第三步:(求端点值)求f (x )在给定区间上的端点值;第四步:(求最值)将f (x )的各极值与f (x )的端点值进行比较,确定f (x )的最大值与最小值; 第五步:(反思)反思回顾,查看关键点,易错点和解题规范.1.函数f (x )=13x 3-4x +4的极大值为( )A.283 B .6 C.263 D .7 答案 A解析 f ′(x )=x 2-4=(x +2)(x -2),f (x )在(-∞,-2)上单调递增,在(-2,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,所以f (x )的极大值为f (-2)=283.2.(2016·四川)已知a 为函数f (x )=x 3-12x 的极小值点,则a 等于( ) A .-4 B .-2 C .4 D .2 答案 D解析 ∵f (x )=x 3-12x ,∴f ′(x )=3x 2-12, 令f ′(x )=0,得x 1=-2,x 2=2.当x ∈(-∞,-2),(2,+∞)时,f ′(x )>0,则f (x )单调递增; 当x ∈(-2,2)时,f ′(x )<0,则f (x )单调递减, ∴f (x )的极小值点为a =2.3.(2016·温州模拟)函数f (x )=12x 2-ln x 的最小值为( )A.12 B .1 C .0 D .不存在 答案 A解析 f ′(x )=x -1x =x 2-1x且x >0.令f ′(x )>0,得x >1. 令f ′(x )<0,得0<x <1.∴f (x )在x =1处取得极小值也是最小值,f (1)=12-ln 1=12.4.已知函数f (x )=x 3+ax 2+(a +6)x +1有极大值和极小值,则实数a 的取值范围是( ) A .(-1,2) B .(-∞,-3)∪(6,+∞) C .(-3,6) D .(-∞,-1)∪(2,+∞)答案 B解析 ∵f ′(x )=3x 2+2ax +(a +6), 由已知可得f ′(x )=0有两个不相等的实根. ∴Δ=4a 2-4×3(a +6)>0,即a 2-3a -18>0. ∴a >6或a <-3.*5.(2016·安阳模拟)函数f (x )=ax 3+bx 2+cx -34(a ,b ,c ∈R )的导函数为f ′(x ),若不等式f ′(x )≤0的解集为{x |-2≤x ≤3},f (x )的极小值等于-115,则a 的值是( )A .-8122 B.13 C .2 D .5答案 C解析 由已知可得f ′(x )=3ax 2+2bx +c ,由3ax 2+2bx +c ≤0的解集为{x |-2≤x ≤3}可知a >0, 且-2,3是方程3ax 2+2bx +c =0的两根, 则由根与系数的关系知2b 3a =-1,c3a =-6,∴b =-3a2,c =-18a ,此时f (x )=ax 3-3a 2x 2-18ax -34,当x ∈(-∞,-2)时,f ′(x )>0,f (x )为增函数; 当x ∈(-2,3)时,f ′(x )<0,f (x )为减函数; 当x ∈(3,+∞)时,f ′(x )>0,f (x )为增函数,∴f (3)为f (x )的极小值,且f (3)=27a -27a2-54a -34=-115,解得a =2,故选C.6.(2016·奉化模拟)已知y =f (x )是奇函数,当x ∈(0,2)时,f (x )=ln x -ax (a >12),当x ∈(-2,0)时,f (x )的最小值为1,则a 的值等于( )A.14B.13C.12 D .1 答案 D解析 由题意知,当x ∈(0,2)时,f (x )的最大值为-1. 令f ′(x )=1x -a =0,得x =1a,当0<x <1a时,f ′(x )>0;当x >1a时,f ′(x )<0.∴f (x )max =f (1a)=-ln a -1=-1,解得a =1.7.已知函数f (x )=x 3+ax 2+bx +a 2在x =1处有极值10,则f (2)等于( ) A .11或18 B .11 C .18D .17或18答案 C解析 ∵函数f (x )=x 3+ax 2+bx +a 2在x =1处有极值10,∴f (1)=10,且f ′(1)=0,即⎩⎪⎨⎪⎧ 1+a +b +a 2=10,3+2a +b =0,解得⎩⎪⎨⎪⎧ a =-3,b =3或⎩⎪⎨⎪⎧ a =4,b =-11. 而当⎩⎪⎨⎪⎧ a =-3,b =3时,函数在x =1处无极值,故舍去. ∴f (x )=x 3+4x 2-11x +16,∴f (2)=18.8.函数f (x )=x 3-3a 2x +a (a >0)的极大值是正数,极小值是负数,则a 的取值范围是________.答案 (22,+∞) 解析 f ′(x )=3x 2-3a 2=3(x +a )(x -a ),由f ′(x )=0得x =±a ,当-a <x <a 时,f ′(x )<0,函数递减;当x >a 或x <-a 时,f ′(x )>0,函数递增.∴f (-a )=-a 3+3a 3+a >0且f (a )=a 3-3a 3+a <0,解得a >22. ∴a 的取值范围是(22,+∞). 9.(2016·宁波模拟)已知函数f (x )=13x 3-x 2-x +m 在[0,1]上的最小值为13,则实数m 的值为________.答案 2解析 由f (x )=13x 3-x 2-x +m , 可得f ′(x )=x 2-2x -1,令x 2-2x -1=0,可得x =1± 2.当x ∈(1-2,1+2)时,f ′(x )<0,即函数f (x )在(1-2,1+2)上是减函数,即f (x )在[0,1]上的最小值为f (1),所以13-1-1+m =13,解得m =2. 10.(2016·杭州模拟)已知函数f (x )=-x 3+ax 2-4在x =2处取得极值,若m ∈[-1,1],则f (m )的最小值为________.答案 -4解析 f ′(x )=-3x 2+2ax ,由f (x )在x =2处取得极值知f ′(2)=0.即-3×4+2a ×2=0,故a =3.由此可得f (x )=-x 3+3x 2-4. f ′(x )=-3x 2+6x ,由此可得f (x )在(-1,0)上单调递减,在(0,1)上单调递增, ∴对m ∈[-1,1]时,f (m )min =f (0)=-4.11.设f (x )=a (x -5)2+6ln x ,其中a ∈R ,曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线与y 轴相交于点(0,6).(1)确定a 的值;(2)求函数f (x )的单调区间与极值.解 (1)因为f (x )=a (x -5)2+6ln x ,所以f ′(x )=2a (x -5)+6x. 令x =1,得f (1)=16a ,f ′(1)=6-8a ,所以曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线方程为y -16a =(6-8a )(x -1),由点(0,6)在切线上,可得6-16a =8a -6,故a =12. (2)由(1)知,f (x )=12(x -5)2+6ln x (x >0), f ′(x )=x -5+6x =x -x -x .令f ′(x )=0,解得x =2或3.当0<x <2或x >3时,f ′(x )>0,故f (x )在(0,2),(3,+∞)上为增函数;当2<x <3时,f ′(x )<0,故f (x )在(2,3)上为减函数.由此可知f (x )在x =2处取得极大值f (2)=92+6ln 2,在x =3处取得极小值f (3)=2+6ln 3.综上,f (x )的单调递增区间为(0,2),(3,+∞),单调递减区间为(2,3),f (x )的极大值为92+6ln 2,极小值为2+6ln 3.12.设函数f (x )=a ln x -bx 2(x >0),若函数f (x )在x =1处与直线y =-12相切. (1)求实数a ,b 的值;(2)求函数f (x )在[1e,e]上的最大值. 解 (1)f ′(x )=a x-2bx ,∵函数f (x )在x =1处与直线y =-12相切, ∴⎩⎪⎨⎪⎧ f =a -2b =0,f =-b =-12,解得⎩⎪⎨⎪⎧ a =1,b =12.(2)由(1)知,f (x )=ln x -12x 2, f ′(x )=1x -x =1-x 2x, 当1e ≤x ≤e 时,令f ′(x )>0,得1e≤x <1, 令f ′(x )<0,得1<x ≤e,∴f (x )在[1e,1)上单调递增, 在(1,e]上单调递减,∴f (x )max =f (1)=-12. *13.(2017·杭州调研)已知函数f (x )=ax 2+bx -ln x (a >0,b ∈R ).(1)设a =1,b =-1,求f (x )的单调区间;(2)若对任意的x >0,f (x )≥f (1),试比较ln a 与-2b 的大小.解 (1)由f (x )=ax 2+bx -ln x ,x ∈(0,+∞),得f ′(x )=2ax 2+bx -1x. ∵a =1,b =-1,∴f ′(x )=2x 2-x -1x =x +x -x (x >0).令f ′(x )=0,得x =1.当0<x <1时,f ′(x )<0,f (x )单调递减; 当x >1时,f ′(x )>0,f (x )单调递增. ∴f (x )的单调递减区间是(0,1);单调递增区间是(1,+∞).(2)由题意可知,f (x )在x =1处取得最小值, 即x =1是f (x )的极值点,∴f ′(1)=0,∴2a +b =1,即b =1-2a . 令g (x )=2-4x +ln x (x >0),则g ′(x )=1-4x x. 令g ′(x )=0,得x =14. 当0<x <14时,g ′(x )>0,g (x )单调递增, 当x >14时,g ′(x )<0,g (x )单调递减, ∴g (x )≤g (14)=1+ln 14=1-ln 4<0,∴g (a )<0,即2-4a +ln a =2b +ln a <0, 故ln a <-2b .。
高三数学一轮复习第2课时导数的应用(一)单调性学案
高三数学一轮复习第2课时导数的应用(一)单调性学案【课本导读】函数的单调性(1)设函数y=f(x)在某个区间内,若f′(x) 0,则f(x)为增函数;若f′(x) 0,则f(x)为减函数.(2)求可导函数f(x)单调区间的步骤:①确定f(x)的;②求导数f′(x);③令f′(x) 0(或f′(x) 0),解出相应的x的范围;④当时,f(x)在相应区间上是增函数,当时,f(x)在相应区间上是减函数.【教材回归】1.(2012·辽宁)函数y=12x2-ln x的单调减区间为( )A.(-1,1] B.(0,1]C.[1,+∞)D.(0,+∞)2.已知函数f(x)=x2(x-a).(1)若f(x)在(2,3)上单调,则实数a的取值范围是________;(2)若f(x)在(2,3)上不单调,则实数a的取值范围是________.3.已知f(x)=sin x+2x,x∈R,且f(1-a)+f(2a)<0,则a的取值范围是________.4.若f(x)=-12x2+b ln(x+2)在(-1,+∞)上是减函数,则b的取值范围是( )A.[-1,+∞)B.(-1,+∞)C.(-∞,-1] D.(-∞,-1)【授人以渔】题型一求函数的单调区间例1 (1)求函数f(x)=x2+1x-1的单调区间.(2)求函数f(x)=x+21-x的单调区间.(3)求函数f(x)=1x ln x的单调区间.思考题1 求下列函数的单调区间:(1)f(x)=(x-1)2-ln(x-1)2;(2) f(x)=(x-1)e x-x2.题型二讨论函数的单调性例2 (2011·北京)已知函数f(x)=.求f(x)的单调区间.思考题2 已知函数f(x)=a ln x+2a2x+x(a≠0).(1)若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与直线x-2y=0垂直,求实数a的值;(2)讨论函数f(x)的单调性.题型三利用单调性求参数范围例3 设函数f(x)=x(e x-1)-ax2.(1)若a=12,求f(x)的单调区间;(2)若当x≥0时f(x)≥0,求a的取值范围.思考题3 (1)设函数f(x)=13x3-a2x2+bx+c,曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=1.①求b,c的值;②若a>0,求函数f(x)的单调区间;③设函数g(x)=f(x)+2x,且g(x)在区间(-2,-1)内存在单调递减区间,求实数a的取值范围.【本课总结】1.在某个区间(a,b)上,若f′(x)>0,则f(x)在这个区间上单调递增;若f′(x)<0,则f(x)在这个区间上单调递减;若f′(x)=0恒成立,则f(x)在这个区间上为常数函数;若f′(x)的符号不确定,则f(x)不是单调函数.2.若函数y=f(x)在区间(a,b)上单调递增,则f′(x)≥0,且在(a,b)的任意子区间,等号不恒成立;若函数y=f(x)在区间(a,b)上单调递减,则f′(x)≤0,且在(a,b)的任意子区间,等号不恒成立.3.使f′(x)=0的离散的点不影响函数的单调性.【自助餐】1.若函数f(x)=(x2-2x)e x在(a,b)上单调递减,则b-a的最大值为( )A.2 B. 2 C.4 D.2 22.函数f(x)=(x-3)e x的单调递增区间是( )A.(-∞,2) B.(0,3)C.(1,4) D.(2,+∞)3.若函数f(x)的导函数f′(x)=x2-4x+3,则使函数f(x-1)单调递减的一个充分不必要条件是x∈( )A.(0,1) B.[0,2]C.(2,3) D.(2,4)4.设f(x),g(x)在[a,b]上可导,且f′(x)>g′(x),则当a<x<b时,有( )A.f(x)>g(x)B.f(x)<g(x)C.f(x)+g(a)>g(x)+f(a)D.f(x)+g(b)>g(x)+f(b)5.已知函数f(x)=e x(ax+b)-x2-4x,曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=4x+4.(1)求a,b的值;(2)讨论f(x)的单调性,并求f(x)的极大值.。
高考数学一轮总复习第三章导数及应用1导数的概念及运算课件理
(2)求过点 P 的曲线的切线方程的步骤为: 第一步,设出切点坐标 P′(x1,f(x1)); 第二步,写出过 P′(x1,f(x1))的切线方程为 y-f(x1)=f′ (x1)(x-x1); 第三步,将点 P 的坐标(x0,y0)代入切线方程,求出 x1; 第四步,将 x1 的值代入方程 y-f(x1)=f′(x1)(x-x1)可得过 点 P(x0,y0)的切线方程.
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(5)y=-lnx+e-2x,∴y′=-1x+e-2x·(-2x)′=-1x-2e-2x. 【答案】 (1)y′=24x3+9x2-16x-4 (2)y′=(ln3+1)·(3e)x-2xln2 (3)y′=x2+x(1-x2+2x12·)l2nx (4)y′=2sin(4x+23π) (5)y′=-1x-2e-2x
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2.计算: (1)(x4-3x3+1)′=________; (2)(ln1x)′=________; (3)(xex)′=______; (4)(sinx·cosx)′=______. 答案 (1)4x3-9x2 (2)-xln12x (3)ex+xex (4)cos2x
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为 k1,k2,则 k1,k2 的大小关系为( )
A.k1>k2
B.k1<k2
C.k1=k2
D.不确定
答案 A
解析 ∵y=sinx,∴y′=(sinx)′=cosx.
π k1=cos0=1,k2=cos 2 =0,∴k1>k2.
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5.(2018·陕西检测)已知直线 y=-x+m 是曲线 y=x2-3lnx
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题型二 导数的基本运算
求下列函数的导数: (1)y=(3x3-4x)(2x+1); (3)y=x2ln+x1; (5)y=ln1x+e-2x.
(江苏专用)高三数学一轮总复习 第三章 导数及其应用 第二节 导数的应用 第一课时 导数与函数的单调
课时跟踪检测(十四) 导数与函数的单调性一抓基础,多练小题做到眼疾手快1.(2015·某某模拟)函数f (x )=(x -3)e x的单调递增区间是________.解析:函数f (x )=(x -3)e x的导数为f ′(x )=[(x -3)e x]′=e x+(x -3)e x=(x -2)e x.由函数导数与函数单调性的关系,得当f ′(x )>0时,函数f (x )单调递增,此时由不等式f ′(x )=(x -2)e x >0,解得x >2.答案:(2,+∞)2.设函数f (x )=13x 3+ax 2+5x +6在区间[1,3]上是单调函数,则实数a 的取值X 围是________.解析:依题意,知当x ∈[1,3]时,f ′(x )=x 2+2ax +5的值恒不小于0或恒不大于0. 若当x ∈[1,3]时,f ′(x )=x 2+2ax +5≥0,即有-2a ≤x +5x在[1,3]上恒成立,而x +5x≥2x ·5x=25(当且仅当x =5时取等号),故-2a ≤25,解得a ≥- 5. 若当x ∈[1,3]时,f ′(x )=x 2+2ax +5≤0,即有-2a ≥x +5x恒成立,注意到函数g (x )=x +5x 在[1,5]上是减函数,在[5,3]上是增函数,且g (1)=6>g (3)=143,因此-2a ≥6,解得a ≤-3.综上所述,实数a 的取值X 围是(-∞,-3]∪[-5,+∞). 答案:(-∞,-3]∪[-5,+∞)3.函数f (x )=1+x -sin x 在(0,2π)上的单调情况是________.解析:在(0,2π)上有f ′(x )=1-cos x >0,所以f (x )在(0,2π)上单调递增. 答案:单调递增4.(2016·启东模拟)已知a ≥1,f (x )=x 3+3|x -a |,若函数f (x )在[-1,1]上的最大值和最小值分别记为M ,m ,则M -m 的值为________.解析:当x ∈[-1,1]时,f (x )=x 3+3(a -x )=x 3-3x +3a (a ≥1),∴f ′(x )=3(x -1)(x +1).当-1<x <1时,f ′(x )<0,所以原函数f (x )在区间[-1,1]上单调递减,所以M =f (-1)=3a +2,m =f (1)=3a -2,所以M -m =4.答案:45.(2016·某某测试)已知函数f (x )=12x 2+2ax -ln x ,若f (x )在区间⎣⎢⎡⎦⎥⎤13,2上是增函数,则实数a 的取值X 围为________.解析:f ′(x )=x +2a -1x ≥0在⎣⎢⎡⎦⎥⎤13,2上恒成立, 即2a ≥-x +1x 在⎣⎢⎡⎦⎥⎤13,2上恒成立,∵⎝⎛⎭⎪⎫-x +1x max =83, ∴2a ≥83,即a ≥43.答案:⎣⎢⎡⎭⎪⎫43,+∞ 二保高考,全练题型做到高考达标1.函数f (x )=x 3-15x 2-33x +6的单调减区间为________.解析:由f (x )=x 3-15x 2-33x +6得f ′(x )=3x 2-30x -33,令f ′(x )<0,即3(x -11)(x +1)<0,解得-1<x <11,所以函数f (x )的单调减区间为(-1,11).答案:(-1,11)2.若幂函数f (x )的图象过点⎝ ⎛⎭⎪⎫22,12,则函数g (x )=e xf (x )的单调递减区间为________.解析:设幂函数f (x )=x α,因为图象过点⎝⎛⎭⎪⎫22,12,所以12=⎝ ⎛⎭⎪⎫22α,α=2,所以f (x )=x 2,故g (x )=e x x 2,令g ′(x )=e x x 2+2e xx =e x(x 2+2x )<0,得-2<x <0,故函数g (x )的单调递减区间为(-2,0).答案:(-2,0)3.(2016·某某、某某、某某、某某调研)设f (x )=4x 3+mx 2+(m -3)x +n (m ,n ∈R)是R 上的单调增函数,则实数m 的值为________.解析:因为f ′(x )=12x 2+2mx +m -3,又函数f (x )是R 上的单调增函数,所以12x2+2mx +m -3≥0在R 上恒成立,所以(2m )2-4×12(m -3)≤0,整理得m 2-12m +36≤0,即(m -6)2≤0.又因为(m -6)2≥0,所以(m -6)2=0,所以m =6.答案:64.已知函数f (x )=x +1ax在(-∞,-1)上单调递增,则实数a 的取值X 围是________.解析:函数f (x )=x +1ax 的导数为f ′(x )=1-1ax2,由于f (x )在(-∞,-1)上单调递增,则f ′(x )≥0在(-∞,-1)上恒成立,即1a≤x 2在(-∞,-1)上恒成立.由于当x <-1时,x 2>1,则有1a≤1,解得a ≥1或a <0.答案:(-∞,0)∪[1,+∞)5.(2015·某某、某某、某某、某某三调)已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧2x 3+3x 2+m ,0≤x ≤1,mx +5,x >1.若函数f (x )的图象与x 轴有且只有两个不同的交点,则实数m 的取值X 围为________.解析:由f (x )=2x 3+3x 2+m ,得f ′(x )=6x 2+6x ,所以f (x )在[0,1]上单调递增,即f (x )=2x 3+3x 2+m 与x 轴至多有一个交点,要使函数f (x )的图象与x 轴有且只有两个不同的交点,即⎩⎪⎨⎪⎧m +5>0,m <0,从而可得m ∈(-5,0).答案:(-5,0)6.若函数f (x )=ax 3-3x 在(-1,1)上为单调递减函数,则实数a 的取值X 围是________. 解析:f ′(x )=3ax 2-3,∵f (x )在(-1,1)上为单调递减函数,∴f ′(x )≤0在(-1,1)上恒成立,即3ax 2-3≤0在(-1,1)上恒成立.当x =0时,a ∈R ;当x ≠0时,a ≤1x2,∵x∈(-1,0)∪(0,1),∴a ≤1.综上,实数a 的取值X 围为(-∞,1].答案:(-∞,1]7.(2016·某某中学模拟)已知函数f (x )(x ∈R)满足f (1)=1,且f (x )的导数f ′(x )<12,则不等式f (x 2)<x 22+12的解集为________.解析:设F (x )=f (x )-12x ,∴F ′(x )=f ′(x )-12,∵f ′(x )<12,∴F ′(x )=f ′(x )-12<0,即函数F (x )在R 上单调递减.∵f (x 2)<x 22+12,∴f (x 2)-x 22<f (1)-12,∴F (x 2)<F (1),而函数F (x )在R 上单调递减,∴x 2>1,即x ∈(-∞,-1)∪(1,+∞).答案:(-∞,-1)∪(1,+∞)8.若函数f (x )=-13x 3+12x 2+2ax 在⎣⎢⎡⎭⎪⎫23,+∞上存在单调递增区间,则a 的取值X 围是________.解析:对f (x )求导,得f ′(x )=-x 2+x +2a =-⎝ ⎛⎭⎪⎫x -122+14+2a .当x ∈⎣⎢⎡⎭⎪⎫23,+∞时,f ′(x )的最大值为f ′⎝ ⎛⎭⎪⎫23=29+2a .令29+2a >0,解得a >-19.所以a 的取值X 围是⎝ ⎛⎭⎪⎫-19,+∞. 答案:⎝ ⎛⎭⎪⎫-19,+∞9.(2016·某某五校联考)已知函数f (x )=ln x +ke x(k 为常数,e 是自然对数的底数),曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线与x 轴平行.(1)求k 的值;(2)求f (x )的单调区间.解:(1)由题意得f ′(x )=1x-ln x -k e x, 又f ′(1)=1-ke =0,故k =1.(2)由(1)知,f ′(x )=1x-ln x -1ex. 设h (x )=1x -ln x -1(x >0),则h ′(x )=-1x 2-1x<0,即h (x )在(0,+∞)上是减函数.由h (1)=0知,当0<x <1时,h (x )>0,从而f ′(x )>0; 当x >1时,h (x )<0,从而f ′(x )<0. 综上可知,f (x )的单调递增区间是(0,1), 单调递减区间是(1,+∞).10.(2016·某某调研)已知函数f (x )=ln x ,g (x )=12ax +b .(1)若f (x )与g (x )在x =1处相切,求g (x )的表达式; (2)若φ(x )=m x -1x +1-f (x )在[1,+∞)上是减函数,某某数m 的取值X 围.解:(1)由已知得f ′(x )=1x ,∴f ′(1)=1=12a ,a =2.又∵g (1)=0=12a +b ,∴b =-1,∴g (x )=x -1.(2)∵φ(x )=m x -1x +1-f (x )=m x -1x +1-ln x 在[1,+∞)上是减函数.∴φ′(x )=-x 2+2m -2x -1x x +12≤0在[1,+∞)上恒成立.即x 2-(2m -2)x +1≥0在[1,+∞)上恒成立, 则2m -2≤x +1x,x ∈[1,+∞),∵x +1x∈[2,+∞),∴2m -2≤2,m ≤2.故实数m 的取值X 围是(-∞,2]. 三上台阶,自主选做志在冲刺名校1.已知a ≥0,函数f (x )=(x 2-2ax )e x,若f (x )在[-1,1]上是单调减函数,则a 的取值X 围是________.解析:f ′(x )=(2x -2a )e x +(x 2-2ax )e x =[x 2+(2-2a )x -2a ]e x,由题意知当x ∈[-1,1]时,f ′(x )≤0恒成立,即x 2+(2-2a )x -2a ≤0恒成立.令g (x )=x 2+(2-2a )x -2a ,则有⎩⎪⎨⎪⎧g -1≤0,g1≤0,即⎩⎪⎨⎪⎧-12+2-2a ·-1-2a ≤0,12+2-2a -2a ≤0,解得a ≥34.答案:⎣⎢⎡⎭⎪⎫34,+∞ 2.(2016·某某模拟)若函数f (x )=x 2|x -a |在区间[0,2]上单调递增,则实数a 的取值X 围是________.解析:当a ≤0时,f (x )=x 3-ax 2,f ′(x )=3x 2-2ax ≥0在[0,+∞)上恒成立,所以f (x )在[0,+∞)上单调递增,则也在[0,2]上单调递增,成立;当a >0时,f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧ax 2-x 3,0≤x ≤a ,x 3-ax 2,x >a .①当0≤x ≤a 时,f ′(x )=2ax -3x 2, 令f ′(x )=0,则x =0或x =23a ,则f (x )在⎣⎢⎡⎭⎪⎫0,23a 上单调递增,在⎝ ⎛⎭⎪⎫23a ,a 上单调递减; ②当x >a 时,f ′(x )=3x 2-2ax =x (3x -2a )>0,所以f (x )在(a ,+∞)上单调递增,所以当a >0时,f (x )在⎣⎢⎡⎭⎪⎫0,23a 上单调递增,在⎝ ⎛⎭⎪⎫23a ,a 上单调递减,在(a ,+∞)上单调递增.要使函数在区间[0,2]上单调递增,则必有23a ≥2,解得a ≥3.综上,实数a 的取值X 围是(-∞,0]∪[3,+∞). 答案:(-∞,0]∪[3,+∞)3.已知函数f (x )=a ln x -ax -3(a ∈R). (1)求函数f (x )的单调区间;(2)若函数y =f (x )的图象在点(2,f (2))处的切线的倾斜角为45°,对于任意的t ∈[1,2],函数g (x )=x 3+x 2·⎣⎢⎡⎦⎥⎤f ′x +m 2在区间(t,3)上总不是单调函数,求m 的取值X围.解:(1)函数f (x )的定义域为(0,+∞),且f ′(x )=a 1-xx.当a >0时,f (x )的增区间为(0,1),减区间为(1,+∞);当a <0时,f (x )的增区间为(1,+∞),减区间为(0,1); 当a =0时,f (x )不是单调函数.(2)由(1)及题意得f ′(2)=-a2=1,即a =-2,∴f (x )=-2ln x +2x -3,f ′(x )=2x -2x.∴g (x )=x 3+⎝ ⎛⎭⎪⎫m2+2x 2-2x ,∴g ′(x )=3x 2+(m +4)x -2.∵g (x )在区间(t,3)上总不是单调函数, 即g ′(x )=0在区间(t,3)上有变号零点.由于g ′(0)=-2,∴⎩⎪⎨⎪⎧g ′t <0,g ′3>0.当g ′(t )<0,即3t 2+(m +4)t -2<0 对任意t ∈[1,2]恒成立, 由于g ′(0)<0,故只要g ′(1)<0且g ′(2)<0, 即m <-5且m <-9,即m <-9; 由g ′(3)>0,即m >-373.所以-373<m <-9.即实数m 的取值X 围是⎝ ⎛⎭⎪⎫-373,-9.。
2019-2020年新人教A版全国通用高考数学一轮复习第三章导数及其应用第2讲导数的应用第3课时导数与函数的综合
∴G′(x)=(2x-2)(x-(lnxx-)ln-x()x2-2)(x-1) =(x-1()x(-xl-n x2)ln2x+2). ∵x∈1e,e,∴2-2ln x=2(1-ln x)≥0, ∴x-2ln x+2>0,∴x∈1e,1时,G′(x)<0,G(x)单调递减; x∈(1,e)时,G′(x)>0,G(x)单调递增, ∴G(x)min=G(1)=-1. ∴a≥G(x)min=-1. 故实数 a 的取值范围为[-1,+∞).
(2)由 f(x0)≤g(x0),得(x0-ln x0)a≥x20-2x0, 记 F(x)=x-ln x(x>0), ∴F′(x)=x-x 1(x>0), ∴当 0<x<1 时,F′(x)<0,F(x)单调递减; 当 x>1 时,F′(x)>0,F(x)单调递增. ∴F(x)>F(1)=1>0,∴a≥xx020--l2nxx00, 记 G(x)=xx-2-ln2xx,x∈1e,e,
a 2a >a2+b2.
规律方法 证明不等式通常需要构造函数,利用函数的最值、 单调性证明. (1)证明不等式 f(x)<g(x),可构造函数 F(x)=f(x)-g(x),利用导 数求 F(x)的值域,得到 F(x)<0 即可; (2)对于证明含有两个变量 a,b 的不等式时,一种方法是通过 变形构造成不等式 f(a)>f(b),然后利用函数 f(x)的单调性证明, 另一种方法是通过换元构造成单变量不等式,如本例令 x=ba然 后再利用已知关系证明即可.
考点三 函数的零点问题 【例 3】 (2015·北京卷)设函数 f(x)=x22-kln x,k>0.
(1)求 f(x)的单调区间和极值; (2)证明:若 f(x)存在零点,则 f(x)在区间(1, e]上仅有一个 零点. (1)解 由 f(x)=x22-kln x(k>0),得 x>0 且 f′(x)=x-kx=x2-x k. 由 f′(x)=0,解得 x= k(负值舍去). f(x)与 f′(x)在区间(0,+∞)上的变化情况如下表:
高三数学第一轮复习 导数的应用单调性教案(学生)
城东蜊市阳光实验学校教案32导数的应用〔1〕---单调性一、课前检测1.设f(x)=x2(2-x),那么f(x)的单调增区间是〔〕A.(0,)34 B.(,34+∞)C.(-∞,0) D.(-∞,0)∪(34,+∞〕2.假设函数y=f(x)的图象如下列图,那么导函数y=)(x f '的图象可能是()3.假设函数()321f x x ax =-+在〔0,2〕内单调递减,那么实数a 的取值范围为〔〕A.a ≥3B.a=3C.a ≤3D.0<a<3二、知识梳理 函数的单调性1.函数y =)(x f 在某个区间内可导,假设)(x f '>0,那么)(x f 为;假设)(x f '<0,那么)(x f 为.〔逆命题不成立〕注:)(x f '>0〔或者者)(x f '<0〕是函数)(x f 在某个区间内单增〔或者者单减〕的充分条件,非必要条件,当)(x f '在某个区间内只有有限个点为零时,其余各点均大于零〔或者者小于零〕时,)(x f 在这个区间内仍是单增〔或者者单减〕 解读:2.假设在某个区间内恒有0)(='x f ,那么)(x f .注:连续函数在开区间和与之相应的闭区间上的单调性是一致的.解读:3.求可导函数单调区间的一般步骤和方法: ①确定函数)(x f 的;②求)(x f ',令,解此方程,求出它在定义区间内的一实在根;③把函数)(x f 的连续点〔即)(x f 的无定义点〕的横坐标和上面的各个实根按由小到大的顺序排列起来,然后用这些点把函数)(x f 的定义区间分成假设干个小区间;④确定)(x f '在各小开区间内的,根据)(x f '的符号断定函数)(x f 在各个相应小开区间内的增减性. 解读:三、典型例题分析例1求函数()23252x f x x x =--+的单调区间。
变式训练1:求函数2()2ln f x x x =-的单调区间.变式训练2:设函数()(0)kx f x xe k =≠.求函数()f x 的单调区间;例2假设函数123+++=mx x x y 是R 上的单调函数,那么实数m 的取值范围是〔〕A .),31(+∞B .]31,(-∞C .),31[+∞D .)31,(-∞ 变式训练:假设函数32()6f x x ax x =--+在(0,1)内单调递减,那么实数a 的取值范围是〔〕A .1a ≥B .1a =C .1a ≤D .01a <<例3设函数()y f x =在定义域内可导,()y f x =的图象如图1所示,那么导函数()y f x '=可能为〔〕训练1:(05)函数()y xf x =的图象如右图所示(其中是函数的导函数四个图象中()y f x =的图象大致是〔〕A B C D图1 A BC变式训练2:假设函数()y f x =的导函数的图象如以下列图所示,给出以下判断:①函数()y f x =在区间1(3,)2--内单调递增;②函数()y f x =在区间1(,3)2-内单调递减;③函数()y f x =在区间(4,5)内单调递增;④当2x =时,函数()y f x =有极小值;⑤当12x=-时,函数()y f x =有极大值. 那么上述判断中正确的选项是____________. 四、归纳与总结〔以学生为主,师生一一共同完成〕 1.知识: 2.思想与方法: 3.易错点:4.教学反思〔缺乏并查漏〕:。
2019版高考数学理科课标A版一轮复习习题:第三章 导数
第三章 导数及其应用命题探究解答过程 (解法一) (1)f(x)的定义域为(-∞,+∞),f '(x)=2ae 2x+(a-2)e x-1=(ae x-1)(2e x+1).其中2e x+1>0恒成立.(i)若a≤0,则f '(x)<0,所以f(x)在(-∞,+∞)上单调递减.(ii)若a>0,则由f '(x)=0得x=-ln a.当x∈(-∞,-ln a)时, f '(x)<0;当x∈(-ln a,+∞)时, f '(x)>0.所以f(x)在(-∞,-ln a)上单调递减,在(-ln a,+∞)上单调递增.(2)(i)若a≤0,由(1)知, f(x)至多有一个零点. (ii)若a>0,由(1)知,当x=-ln a 时, f(x)取得最小值,最小值为f(-ln a)=1-+ln a.①当a=1时,由于f(-ln a)=0,故f(x)只有一个零点; ②当a∈(1,+∞)时,由于1-+ln a>0,即f(-ln a)>0,故f(x)没有零点;③当a∈(0,1)时,1-+ln a<0,即f(-ln a)<0.又f(-2)=ae -4+(a-2)e -2+2>-2e -2+2>0,故f(x)在(-∞,-ln a)有一个零点. 设正整数n 0满足n 0>ln,则f(n 0)=(a+a-2)-n 0>-n 0>-n 0>0.由于ln>-ln a,因此f(x)在(-ln a,+∞)有一个零点. 综上,a 的取值范围为(0,1). (解法二) (1)同解法一(1).(2)若a≤0,则f(x)在R 上单调递减,至多只有一个零点,不符,舍去; 若a>0,当x→+∞时,f(x)→+∞;当x→-∞时,f(x)→+∞,要使f(x)有两个零点,只要f min (x)=f(-ln a)<0即可,即a·+(a -2)·-ln <0,即1--ln <0,令t=>0,则g(t)=1-t-ln t,且g(t)在(0,+∞)上单调递减,又g(1)=0,∴当t=>1,即0<a<1时,g(t)<0,即f(-ln a)<0.即f(x)有两个零点时,a的取值范围为(0,1)§3.1导数的概念及其运算考纲解读分析解读 1.理解导数概念,会求过曲线上某点的切线的斜率与切线方程,能将平行或垂直直线间的关系转化为导数关系.2.熟记常见基本初等函数的导数公式并结合导数的运算法则求简单函数的导数,会求简单复合函数的导数.3.利用导数的几何意义求曲线的切线斜率是高考热点,分值为5分左右,属于中低档题.五年高考考点一导数的概念及其几何意义1.(2016山东,10,5分)若函数y=f(x)的图象上存在两点,使得函数的图象在这两点处的切线互相垂直,则称y=f(x)具有T性质.下列函数中具有T性质的是( )A.y=sin xB.y=ln xC.y=e xD.y=x3答案 A2.(2014课标Ⅱ,8,5分)设曲线y=ax-ln(x+1)在点(0,0)处的切线方程为y=2x,则a=( )A.0B.1C.2D.3答案 D3.(2014大纲全国,7,5分)曲线y=xe x-1在点(1,1)处切线的斜率等于( )A.2eB.eC.2D.1答案 C4.(2016课标全国Ⅱ,16,5分)若直线y=kx+b是曲线y=ln x+2的切线,也是曲线y=ln(x+1)的切线,则b= .答案1-ln 25.(2015陕西,15,5分)设曲线y=e x在点(0,1)处的切线与曲线y=(x>0)上点P处的切线垂直,则P 的坐标为.答案(1,1)教师用书专用(6—8)6.(2014江西,13,5分)若曲线y=e-x上点P处的切线平行于直线2x+y+1=0,则点P的坐标是.答案(-ln 2,2)7.(2013福建,17,13分)已知函数f(x)=x-aln x(a∈R).(1)当a=2时,求曲线y=f(x)在点A(1, f(1))处的切线方程;(2)求函数f(x)的极值.解析函数f(x)的定义域为(0,+∞), f '(x)=1-.(1)当a=2时, f(x)=x-2ln x, f '(x)=1-(x>0),因而f(1)=1, f '(1)=-1,所以曲线y=f(x)在点A(1, f(1))处的切线方程为y-1=-(x-1),即x+y-2=0.(2)由f '(x)=1-=,x>0知:①当a≤0时, f '(x)>0,函数f(x)为(0,+∞)上的增函数,函数f(x)无极值;②当a>0时,由f '(x)=0,解得x=a.又当x∈(0,a)时, f '(x)<0,则f(x)在(0,a)上单调递减;当x∈(a,+∞)时, f '(x)>0,则f(x)在(a,+∞)上单调递增,从而函数f(x)在x=a处取得极小值,且极小值为f(a)=a-aln a,无极大值.综上,当a≤0时,函数f(x)无极值;当a>0时,函数f(x)在x=a处取得极小值a-aln a,无极大值.8.(2013北京,18,13分)设L为曲线C:y=在点(1,0)处的切线.(1)求L的方程;(2)证明:除切点(1,0)之外,曲线C在直线L的下方.解析(1)设f(x)=,则f '(x)=.所以f '(1)=1.所以L的方程为y=x-1.(2)证明:令g(x)=x-1-f(x),则除切点之外,曲线C在直线L的下方等价于g(x)>0(∀x>0,x≠1).g(x)满足g(1)=0,且g'(x)=1-f '(x)=.当0<x<1时,x2-1<0,ln x<0,所以g'(x)<0,故g(x)单调递减;当x>1时,x2-1>0,ln x>0,所以g'(x)>0,故g(x)单调递增.所以,g(x)>g(1)=0(∀x>0,x≠1).所以除切点之外,曲线C在直线L的下方.考点二导数的运算1.(2013江西,13,5分)设函数f(x)在(0,+∞)内可导,且f(e x)=x+e x,则f '(1)= .答案 22.(2017北京,19,13分)已知函数f(x)=e x cos x-x.(1)求曲线y=f(x)在点(0, f(0))处的切线方程;(2)求函数f(x)在区间上的最大值和最小值.解析(1)因为f(x)=e x cos x-x,所以f '(x)=e x(cos x-sin x)-1, f '(0)=0.又因为f(0)=1,所以曲线y=f(x)在点(0, f(0))处的切线方程为y=1.(2)设h(x)=e x(cos x-sin x)-1,则h'(x)=e x(cos x-sin x-sin x-cos x)=-2e x sin x.当x∈时,h'(x)<0,所以h(x)在区间上单调递减.所以对任意x∈有h(x)<h(0)=0,即f '(x)<0.所以函数f(x)在区间上单调递减.因此f(x)在区间上的最大值为f(0)=1,最小值为f =-.教师用书专用(3—4)3.(2016北京,18,13分)设函数f(x)=xe a-x+bx,曲线y=f(x)在点(2, f(2))处的切线方程为y=(e-1)x+4.(1)求a,b的值;(2)求f(x)的单调区间.解析(1)因为f(x)=xe a-x+bx,所以f '(x)=(1-x)e a-x+b.依题设,知即解得a=2,b=e.(2)由(1)知f(x)=xe2-x+ex.由f '(x)=e2-x(1-x+e x-1)及e2-x>0知, f '(x)与1-x+e x-1同号.令g(x)=1-x+e x-1,则g'(x)=-1+e x-1.所以,当x∈(-∞,1)时,g'(x)<0,g(x)在区间(-∞,1)上单调递减;当x∈(1,+∞)时,g'(x)>0,g(x)在区间(1,+∞)上单调递增.故g(1)=1是g(x)在区间(-∞,+∞)上的最小值,从而g(x)>0,x∈(-∞,+∞).综上可知, f '(x)>0,x∈(-∞,+∞).故f(x)的单调递增区间为(-∞,+∞).4.(2015北京,18,13分)已知函数f(x)=ln.(1)求曲线y=f(x)在点(0, f(0))处的切线方程;(2)求证:当x∈(0,1)时, f(x)>2;(3)设实数k使得f(x)>k对x∈(0,1)恒成立,求k的最大值.解析(1)因为f(x)=ln(1+x)-ln(1-x),所以f '(x)=+, f '(0)=2.又因为f(0)=0,所以曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=2x.(2)证明:令g(x)=f(x)-2,则g'(x)=f '(x)-2(1+x2)=.因为g'(x)>0(0<x<1),所以g(x)在区间(0,1)上单调递增.所以g(x)>g(0)=0,x∈(0,1),即当x∈(0,1)时, f(x)>2.(3)由(2)知,当k≤2时, f(x)>k对x∈(0,1)恒成立.当k>2时,令h(x)=f(x)-k,则h'(x)=f '(x)-k(1+x2)=.所以当0<x<时,h'(x)<0,因此h(x)在区间上单调递减.当0<x<时,h(x)<h(0)=0,即f(x)<k.所以当k>2时, f(x)>k并非对x∈(0,1)恒成立.综上可知,k的最大值为2.三年模拟A组2016—2018年模拟·基础题组考点一导数的概念及其几何意义1.(2018福建闽侯第六中学月考,8)设a为实数,函数f(x)=x3+ax2+(a-3)x的导数为f '(x),且f '(x)是偶函数,则曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为( )A.6x+y-12=0B.9x+y-16=0C.6x-y-12=0D.9x-y-16=0答案 D2.(2017湖北百所重点高中联考,4)已知函数f(x+1)=,则曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率为( )A.1B.-1C.2D.-2答案 A3.(2017广东惠州第二次调研,14)已知直线y=x+1与曲线y=ln(x+a)相切,则a的值为. 答案 24.(人教A选2—2,一,1-2A,7,变式)已知函数f(x)=ax+1-e x(a∈R,e为自然对数的底数),若函数f(x)的图象在点(1,f(1))处的切线平行于x轴,则a= .答案 e考点二导数的运算5.(2018甘肃武威第六中学第二阶段过关考试,4)已知函数f(x)的导函数为 f '(x),且满足f(x)=2xf '(1)+ln x,则f '(1)=( )A.-eB.-1C.1D.e答案 B6.(2017山西名校联考,3)若函数f(x)的导函数的图象关于y轴对称,则f(x)的解析式可能为( )A.f(x)=3cos xB.f(x)=x3+x2C.f(x)=1+sin 2xD.f(x)=e x+x答案 C7.(2016安徽安庆二模,7)给出定义:设f '(x)是函数y=f(x)的导函数, f ″(x)是函数y=f '(x)的导函数,若方程f ″(x)=0有实数解x0,则称点(x0, f(x0))为函数y=f(x)的“拐点”.已知函数f(x)=3x+4sin x-cos x的拐点是M(x0, f(x0)),则点M( )A.在直线y=-3x上B.在直线y=3x上C.在直线y=-4x上D.在直线y=4x上答案 BB组2016—2018年模拟·提升题组(满分:35分时间:25分钟)一、选择题(每小题5分,共20分)1.(2018广东阳春第一中学月考,9)丹麦数学家琴生(Jensen)是19世纪对数学分析做出卓越贡献的巨人,特别是在函数的凹凸性与不等式方向留下了很多宝贵的成果,设函数f(x)在(a,b)上的导函数为f '(x),f '(x)在(a,b)上的导函数为f ″(x),若在(a,b)上,f ″(x)<0恒成立,则称函数f(x)在(a,b)上为“凸函数”,已知f(x)=-x3+x2在(1,4)上为“凸函数”,则实数t的取值范围是( )A.[3,+∞)B.(3,+∞)C. D.答案 C2.(2017广东惠州模拟,12)设曲线f(x)=-e x-x(e为自然对数的底数)上任意一点处的切线为l1,总存在曲线g(x)=3ax+2cos x上某点处的切线l2,使得l1⊥l2,则实数a的取值范围为( )A.[-1,2]B.(3,+∞)C. D.答案 D3.(2017江西新余第二次模拟,9)将函数g(x)=2cos x-·cos图象上各点的横坐标伸长为原来的2倍(纵坐标不变)后得到函数h(x)的图象,设f(x)=x2+h(x),则f '(x)的图象大致为()答案 A4.(2017河南洛阳期中,12)设点P,Q分别是曲线y=xe-x(e是自然对数的底数)和直线y=x+3上的动点,则P,Q两点间距离的最小值为( )A. B.C. D.答案 C二、填空题(每小题5分,共15分)5.(2018重庆梁平二调,15)曲线y=a(a>0)与曲线y=ln有公共点,且在公共点处的切线相同,则a 的值为.答案6.(2018河南联考,16)已知过点(0,-1)且与曲线y=f(x)=-x3+x2-6x(x>0)相切的直线有且仅有两条,则实数a的取值范围是.答案(2,+∞)7.(2017天津红桥期中,16)若在曲线f(x)=ax5+ln x上存在垂直于y轴的切线,则实数a的取值范围是.答案(-∞,0)C组2016—2018年模拟·方法题组方法利用导数的几何意义求曲线的切线方程1.(2018江苏丹阳高级中学期中,10)已知函数f(x)=x3.设曲线y=f(x)在点P(x1,f(x1))处的切线与该曲线交于另一点Q(x2,f(x2)),记f '(x)为函数f(x)的导数,则的值为.答案2.(2017河南百校联盟模拟,16)已知函数f(x)=-f '(0)e x+2x,点P为曲线y=f(x)在点(0, f(0))处的切线l上的一点,点Q在曲线y=e x上,则|PQ|的最小值为.答案3.(2016江西百所重点高中阶段性诊断,14)若曲线f(x)=在点(1,1)处的切线经过点A(a,0),B(0,b),则a与b的等差中项为.答案。
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.。
高中数学一轮复习:第三章 导数及其应用(选修1-2)课后跟踪训练15
课后跟踪训练(十五)基础巩固练一、选择题1.函数f (x )=(x -3)e x 的单调递增区间是( )A .(-∞,2)B .(0,3)C .(1,4)D .(2,+∞)[解析] f ′(x )=(x -3)′e x +(x -3)(e x )′=(x -2)e x ,令f ′(x )>0,解得x >2,故选D.[答案] D2.(2019·山西重点中学协作体一模)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( )[解析] 若函数y =x 3+x 2+mx +1是R 上的单调函数,只需y ′=3x 2+2x +m ≥0恒成立,即Δ=4-12m ≤0,∴m ≥13.故选C.[答案] C3.(2019·南昌市一模)已知奇函数f ′(x )是函数f (x )(x ∈R )的导函数,若x >0时,f ′(x )>0,则( )A .f (0)>f (log 32)>f (-log 23)B .f (log 32)>f (0)>f (-log 23)C .f (-log 23)>f (log 32)>f (0)D .f (-log 23)>f (0)>f (log 32)[解析] 因为f ′(x )是奇函数,所以f (x )是偶函数.而|-log 23|=log 23>log 22=1,0<log 32<1,所以0<log 32<log 23.又当x >0时,f ′(x )>0,所以f (x )在(0,+∞)上是增函数,所以f (0)<f (log 32)<f (log 23),所以f (0)<f (log 32)<f (-log 23).故选C.[答案] C4.(2019·长沙市、南昌市高三第一次联考)若函数f (x )=(2x 2-mx +4)e x 在区间[2,3]上不是单调函数,则实数m 的取值范围是( )A.⎣⎢⎡⎦⎥⎤203,172B.⎝ ⎛⎭⎪⎫203,172 C.⎣⎢⎡⎦⎥⎤5,203 D.⎝ ⎛⎭⎪⎫5,203 [解析] 因为f (x )=(2x 2-mx +4)e x ,所以f ′(x )=[2x 2+(4-m )x +4-m ]e x ,因为函数f (x )在区间[2,3]上不是单调函数,所以f ′(x )=0在区间(2,3)上有根,即2x 2+(4-m )x +4-m =0在区间(2,3)上有根,所以m =2x 2+4x +4x +1在区间(2,3)上有根,令t =x +1,则x =t -1,t ∈(3,4),所以m =2(t -1)2+4(t -1)+4t =2t 2+2t =2(t +1t )在t ∈(3,4)上有根,从而求得m 的取值范围为⎝ ⎛⎭⎪⎫203,172.故选B. [答案] B5.(2019·四川乐山一模)已知函数f (x )=1x -ln x -1,则y =f (x )的图象大致为( )[解析] 令g (x )=x -ln x -1,则g ′(x )=1-1x =x -1x (x >0),由g ′(x )>0,得x >1,即函数g (x )在(1,+∞)上单调递增, 由g ′(x )<0得0<x <1,即函数g (x )在(0,1)上单调递减,所以当x =1时,函数g (x )有最小值,g (x )min =g (1)=0,于是对任意的x ∈(0,1)∪(1,+∞),有g (x )≥0,故排除B 、D , 因函数g (x )在(0,1)上单调递减,则函数f (x )在(0,1)上递增,故排除C ,故选A.[答案] A二、填空题6.函数f (x )=e x -3x 的单调递增区间是________.[解析] f ′(x )=e x -3,令f ′(x )>0,解得x >ln3,则函数f (x )=e x -3x 的单调递增区间为(ln3,+∞).[答案] (ln3,+∞)7.若f (x )=-12x 2+m ln x 在[1,+∞)是减函数,则实数m 的取值范围是________.[解析] 依题意知,f ′(x )=-x +m x≤0在[1,+∞)内恒成立, 所以m ≤x 2在[1,+∞)内恒成立,所以m ≤(x 2)min ,因为x ≥1,y =x 2的最小值为1,所以m ≤1.所以实数m 的取值范围是(-∞,1].[答案] (-∞,1]8.已知函数f (x )(x ∈R )满足f (1)=1,且f (x )的导数f ′(x )<12,则不等式f (x 2)<x 22+12的解集为________.[解析] 设F (x )=f (x )-12x ,∴F ′(x )=f ′(x )-12,∵f ′(x )<12,∴F ′(x )=f ′(x )-12<0,即函数F (x )在R 上单调递减.∵f (x 2)<x 22+12,∴f (x 2)-x 22<f (1)-12,∴F (x 2)<F (1),而函数F (x )在R 上单调递减,∴x 2>1,即x ∈(-∞,-1)∪(1,+∞).[答案] (-∞,-1)∪(1,+∞)三、解答题9.(1)求函数f (x )=3x -2x 2+ln x 的单调区间;(2)求函数f (x )=12e x -e -x -32x 的单调区间.[解] (1)f (x )=3x -2x 2+ln x 的定义域为(0,+∞),f ′(x )=1x -4x +3=-4x 2+3x +1x =-(4x +1)(x -1)x(x >0). 当x ∈(0,1),f ′(x )>0时,函数f (x )=3x -2x 2+ln x 单调递增. 当x ∈(1,+∞),f ′(x )<0时,函数f (x )=3x -2x 2+ln x 单调递减. 故函数f (x )的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞).(2)f ′(x )=12e x [(e x )2-3e x +2]=12e x (e x -1)(e x -2),令f ′(x )=0,得e x =1或e x =2,即x =0或x =ln2.令f ′(x )>0,则x <0或x >ln2;令f ′(x )<0,则0<x <ln2.∴f (x )的递增区间是(-∞,0),(ln2,+∞);递减区间是(0,ln2).10.(2019·山东枣庄调研)已知函数f (x )=x e x-a ⎝ ⎛⎭⎪⎫12x 2+x (a ∈R ). (1)若a =0,求曲线y =f (x )在点(1,e)处的切线方程;(2)当a >0时,求函数f (x )的单调区间.[解] (1)a =0时,f ′(x )=(x +1)e x ,所以切线的斜率k =f ′(1)=2e.又f (1)=e ,所以y =f (x )在点(1,e)处的切线方程为y -e =2e(x -1),即2e x -y -e =0.(2)f ′(x )=(x +1)(e x -a ),令f ′(x )=0,得x =-1或x =ln a .①当a =1e 时,f ′(x )≥0恒成立,所以f (x )在R 上单调递增.②当0<a <1e 时,ln a <-1,由f ′(x )>0,得x <ln a 或x >-1;由f ′(x )<0,得ln a <x <-1,所以单调递增区间为(-∞,ln a ),(-1,+∞),单调递减区间为(ln a ,-1).③当a >1e 时,ln a >-1,由f ′(x )>0,得x <-1或x >ln a ;由f ′(x )<0,得-1<x <ln a ,所以单调递增区间为(-∞,-1),(ln a ,+∞),单调递减区间为(-1,ln a ).综上所述,当a =1e 时,f (x )在R 上单调递增;当0<a <1e 时,单调递增区间为(-∞,ln a ),(-1,+∞),单调递减区间为(ln a ,-1);当a >1e 时,单调递增区间为(-∞,-1),(ln a ,+∞),单调递减区间 为(-1,ln a ).能力提升练11.(2019·广西贵港联考)若函数f (x )=kx -2ln x 在区间(1,+∞)上单调递增,则k 的取值范围是( )A .(-∞,-2]B .(-∞,-1]C .[1,+∞)D .[2,+∞)[解析] 因为f (x )=kx -2ln x ,所以f ′(x )=k -2x .因为f (x )在区间(1,+∞)上单调递增,所以在区间(1,+∞)上f ′(x )=k -2x ≥0恒成立,即k ≥2x 恒成立,当x ∈(1,+∞)时,0<2x <2,所以k ≥2,故选D.[答案] D12.(2019·湖北襄阳调研)已知定义在R 上的可导函数f (x )的导函数y =f ′(x ),满足f ′(x )<f (x ),f (0)=1,则不等式f (x )<e x 的解集为( )A .(0,+∞)B .(1,+∞)C .(-2,+∞)D .(4,+∞)[解析] 令F (x )=f (x )e x ,则F (0)=1,F ′(x )=f ′(x )e x -f (x )e x e 2x=f ′(x )-f (x )e x <0,故F (x )为R 上的减函数,有f (x )<e x 等价于F (x )<1,即F (x )<F (0).故不等式f (x )<e x 的解集为(0,+∞).故选A.[答案] A13.已知函数f (x )=ax -x 3,若对区间(0,1)上的任意x 1,x 2,且x 1<x 2,都有f (x 2)-f (x 1)>x 2-x 1成立,则实数a 的取值范围是________.[解析] 问题等价于函数g (x )=f (x )-x 在区间(0,1)上为增函数,即g ′(x )=a -1-3x 2≥0,即a ≥1+3x 2在(0,1)上恒成立,即a ≥4,所以实数a 的取值范围是[4,+∞).[答案] [4,+∞)14.(2019·兰州市、张掖市联考)已知函数f (x )=ln x ,g (x )=f (x )+ax 2+bx ,其中函数g (x )的图象在点(1,g (1))处的切线平行于x 轴.(1)确定a 与b 的关系;(2)若a ≥0,试讨论函数g (x )的单调性.[解] (1)依题意得g (x )=ln x +ax 2+bx ,则g ′(x )=1x +2ax +b .由函数g (x )的图象在点(1,g (1))处的切线平行于x 轴得:g ′(1)=1+2a +b =0,∴b =-2a -1.(2)由(1)得g ′(x )=2ax 2-(2a +1)x +1x =(2ax -1)(x -1)x. ∵函数g (x )的定义域为(0,+∞),∴当a =0时,g ′(x )=-x -1x .由g ′(x )>0,得0<x <1,由g ′(x )<0,得x >1;当a >0时,令g ′(x )=0,得x =1或x =12a ,若12a <1,即a >12,由g ′(x )>0,得x >1或0<x <12a ,由g ′(x )<0,得12a <x <1;若12a >1,即0<a <12,由g ′(x )>0,得x >12a 或0<x <1,由g ′(x )<0,得1<x <12a ;若12a =1,即a =12,在(0,+∞)上恒有g ′(x )≥0.综上可得,当a =0时,函数g (x )在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减;当0<a <12时,函数g (x )在(0,1)上单调递增,在⎝ ⎛⎭⎪⎫1,12a 上单调递减,在⎝ ⎛⎭⎪⎫12a ,+∞上单调递增; 当a =12时,函数g (x )在(0,+∞)上单调递增;当a >12时,函数g (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12a 上单调递增, 在⎝ ⎛⎭⎪⎫12a ,1上单调递减,在(1,+∞)上单调递增. 拓展延伸练15.(2019·重庆四校联考)已知定义在R 上的函数f (x )满足f (x )=f (-x ),且当x ∈(-∞,0]时,f (x )+xf ′(x )<0成立,若a =20.1f (20.1),b =ln2f (ln2),c =log 218·f ⎝ ⎛⎭⎪⎫log 218,则a ,b ,c 的大小关系是( ) A .a >b >c B .c >b >aC .c >a >bD .a >c >b[解析] 设g (x )=xf (x ),则g ′(x )=[xf (x )]′=f (x )+xf ′(x ).由题意知当x ∈(-∞,0]时,g ′(x )=f (x )+xf ′(x )<0,∴函数y =g (x )在(-∞,0]上单调递减,且g (x )≥g (0)=0.∵f (x )满足f (x )=f (-x ),∴函数y =f (x )为偶函数,∴函数y =g (x )为奇函数,∴当x ∈(0,+∞)时,函数y=g (x )单调递减,且g (x )<0.∵2>20.1>1,0<ln2<1,log 218=-3,且g (-3)=-g (3)>0,∴g (-3)>g (ln2)>g (20.1),∴c >b >a .故选B.[答案] B16.已知函数f (x )=3x a -2x 2+ln x (a >0).若函数f (x )在[1,2]上为单调函数,则a 的取值范围是________.[解析] f ′(x )=3a -4x +1x ,若函数f (x )在[1,2]上为单调函数,即f ′(x )=3a -4x +1x ≥0或f ′(x )=3a -4x +1x ≤0在[1,2]上恒成立,即3a ≥4x -1x 或3a ≤4x -1x 在[1,2]上恒成立.令h (x )=4x -1x ,则h (x )在[1,2]上单调递增,所以3a ≥h (2)或3a ≤h (1),即3a ≥152或3a ≤3,又a >0,所以0<a ≤25或a ≥1.[答案] ⎝⎛⎦⎥⎤0,25∪[1,+∞)。
2019届高三数学(理科)一轮复习计划表
章(单元)名称
节名称
计划复习时间
课时
第一章集合与常用逻辑用语
第一节集合
9。1-9。6
4
第二节命题及其关系、充分条件与必要条件
9。7-9。8
4
第三节简单的逻辑联结词、全称量词与存在量词
9。9—9。12
4
第二章函数、导数及其应用
第一节函数及其表示
9。13—15
3。30—3。31
2
第二节排列与组合
4。1—4.2
3
第三节二项式定理
4.3—4.4
3
第四节随机事件的概率
4.5-4.6
3
第五节古典概型
4。7—4.8
3
第六节几何概型
4。9—4.10
3
第七节离散型随机变量及其分布列
4。11—4。12
4
第八节n次独立重复试验与二项分布
4.13—4。15
4
第九节离散型随机变量的均值与方差、正态分布
10。29-10.30
4
第三节三角函数的图像和性质
11.5—11。6
4
第四节函数y=Asin(ωx+φ)的图像及三角函数模型的简单应用
11。7—11。8
4
第五节两角和与差的正弦、余弦和正切公式
11。9—11.10
4
第六节简单的三角恒等变换
11。12—11。14
4
第七节正弦定理和余弦定理
11。15—11.17
5
第四章平面向量、复数
第一节平面向量的概念及其线性运算
11.18—11。20
4
第二节平面向量基本定理及其向量坐标运算
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.。
数学(文)一轮教学案:第三章第2讲 导数的应用 Word版含解析
第2讲导数的应用考纲展示命题探究1函数的单调性与导数的关系2用充分必要条件来诠释导数与函数单调性的关系(1)f′(x)>0(或f′(x)<0)是f(x)在(a,b)内单调递增(或递减)的充分不必要条件;(2)f′(x)≥0(或f′(x)≤0)是f(x)在(a,b)内单调递增(或递减)的必要不充分条件(f′(x)=0不恒成立).注意点应用导数解决函数单调性问题的原则方法(1)求函数f(x)的单调区间,也是求不等式f′(x)>0(或f′(x)<0)的解集,但单调区间不能脱离函数定义域而单独存在,求单调区间要坚持“定义域优先”的原则.(2)由函数f(x)在区间[a,b]内单调递增(或递减),可得f′(x)≥0(或f′(x)≤0)在该区间恒成立,而不是f′(x)>0(或f′(x)<0)恒成立,“=”不能少.必要时还需对“=”进行检验.1.思维辨析(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)f(x)在(a,b)上单调递增与(a,b)是f(x)的单调递增区间是相同的说法.()答案(1)×(2)√(3)×2.函数y=(3-x2)e x的单调递增区间是()A.(-∞,0) B.(0,+∞)C.(-∞,-3)和(1,+∞) D.(-3,1)答案 D解析y′=-2x e x+(3-x2)e x=e x(-x2-2x+3),由y′>0⇒x2+2x-3<0⇒-3<x<1,∴函数y=(3-x2)e x的单调递增区间是(-3,1).故选D.3.函数f (x )=e x -2x 的单调递增区间是________.答案 (ln 2,+∞)解析 f ′(x )=e x -2,令f ′(x )=0得x =ln 2.当x ∈(ln 2,+∞)时,f ′(x )>0,∴f (x )=e x -2x 的单调递增区间为(ln 2,+∞).[考法综述] 单调性是导数几种应用中最基本也是最重要的内容,因为求极值和最值都离不开单调性.利用导数讨论函数单调性或求函数的单调区间是导数的重要应用,也是高考的热点,经常在解答题的分支问题中出现,难度一般.命题法 判断函数的单调性典例 已知函数f (x )=ln x -mx +m ,m ∈R .(1)已知函数f (x )在点(1,f (1))处与x 轴相切,求实数m 的值;(2)求函数f (x )的单调区间;(3)在(1)的结论下,对于任意的0<a <b ,证明:f (b )-f (a )b -a<1a -1. [解] 由f (x )=ln x -mx +m ,得f ′(x )=1x -m (x >0).(1)依题意得f ′(1)=1-m =0,即m =1.(2)当m ≤0时,f ′(x )=1x -m >0,函数f (x )在(0,+∞)上单调递增;当m >0时,f ′(x )=-m ⎝⎛⎭⎪⎫x -1m x ,由f ′(x )>0,得x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1m ,由f ′(x )<0,得x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫1m ,+∞, 即函数f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1m 上单调递增,在⎝ ⎛⎭⎪⎫1m ,+∞上单调递减. (3)证明:由(1)知m =1,得f (x )=ln x -x +1,对于任意的0<a <b ,f (b )-f (a )b -a<1a -1可化为(ln b -b )-(ln a -a )b -a<1a -1,因为0<a <b ,所以有b -a >0,故不等式可化为(ln b -b )-(ln a -a )<⎝ ⎛⎭⎪⎫1a -1(b -a ),即ln b a <b a -1,令t =b a ,得ln t -t +1<0(t >1),令f (t )=ln t -t +1.由(2)知,函数f (x )在(1,+∞)上单调递减,且f (1)=0,即f (t )<f (1),于是上式成立,故对于任意的0<a <b ,f (b )-f (a )b -a <1a-1成立. 【解题法】 单调区间的求法及由单调性求参数取值范围的方法(1)利用导数求函数的单调区间的两个方法①方法一:a.确定函数y =f (x )的定义域;b .求导数y ′=f ′(x );c .解不等式f ′(x )>0,解集在定义域内的部分为单调递增区间;d .解不等式f ′(x )<0,解集在定义域内的部分为单调递减区间. ②方法二:a.确定函数y =f (x )的定义域;b .求导数y ′=f ′(x ),令f ′(x )=0,解此方程,求出在定义域内的一切实根;c .把函数f (x )的间断点(即f (x )的无定义点)的横坐标和上面的各实数根按由小到大的顺序排列起来,然后用这些点把函数f (x )的定义域分成若干个小区间;d .确定f ′(x )在各个区间内的符号,根据符号判定函数在每个相应区间内的单调性.(2)由函数的单调性求参数的取值范围的方法①可导函数在某一区间上单调,实际上就是在该区间上f ′(x )≥0(或f ′(x )≤0)(f ′(x )在该区间的任意子区间内都不恒等于0)恒成立,然后分离参数,转化为求函数的最值问题,从而获得参数的取值范围.②可导函数在某一区间上存在单调区间,实际上就是f ′(x )>0(或f ′(x )<0)在该区间上存在解集,这样就把函数的单调性问题转化成了不等式问题.③若已知f (x )在区间I 上的单调性,区间I 中含有参数时,可先求出f (x )的单调区间,令I 是其单调区间的子集,从而可求出参数的取值范围.1.设函数f (x )=e x (2x -1)-ax +a ,其中a <1,若存在唯一的整数x 0使得f (x 0)<0,则a 的取值范围是( )A.⎣⎢⎡⎭⎪⎫-32e ,1 B.⎣⎢⎡⎭⎪⎫-32e ,34 C.⎣⎢⎡⎭⎪⎫32e ,34 D.⎣⎢⎡⎭⎪⎫32e ,1 答案 D解析 由题意可知存在唯一的整数x 0,使得e x 0(2x 0-1)<ax 0-a ,设g (x )=e x (2x -1),h (x )=ax -a ,由g ′(x )=e x (2x +1)可知g (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,-12上单调递减,在⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,+∞上单调递增,作出g (x )与h (x )的大致图象如图所示,故⎩⎪⎨⎪⎧ h (0)>g (0)h (-1)≤g (-1),即⎩⎨⎧ a <1-2a ≤-3e ,所以32e≤a <1,故选D.2.设函数f ′(x )是奇函数f (x )(x ∈R )的导函数,f (-1)=0,当x >0时,xf ′(x )-f (x )<0,则使得f (x )>0成立的x 的取值范围是( )A .(-∞,-1)∪(0,1)B .(-1,0)∪(1,+∞)C .(-∞,-1)∪(-1,0)D .(0,1)∪(1,+∞)答案 A解析 令F (x )=f (x )x ,因为f (x )为奇函数,所以F (x )为偶函数,由于F ′(x )=xf ′(x )-f (x )x 2,当x >0时,xf ′(x )-f (x )<0,所以F (x )=f (x )x 在(0,+∞)上单调递减,根据对称性,F (x )=f (x )x 在(-∞,0)上单调递增,又f (-1)=0,f (1)=0,数形结合可知,使得f (x )>0成立的x 的取值范围是(-∞,-1)∪(0,1).故选A.3.若定义在R 上的函数f (x )满足f (0)=-1,其导函数f ′(x )满足f ′(x )>k >1,则下列结论中一定错误的是( )A .f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1k <1k B .f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1k >1k -1 C .f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1k -1<1k -1 D .f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1k -1>k k -1答案 C解析 构造函数g (x )=f (x )-kx +1,则g ′(x )=f ′(x )-k >0,∴g (x )在R 上为增函数.∵k >1,∴1k -1>0,则g ⎝ ⎛⎭⎪⎫1k -1>g (0). 而g (0)=f (0)+1=0,∴g ⎝ ⎛⎭⎪⎫1k -1=f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1k -1-k k -1+1>0, 即f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1k -1>k k -1-1=1k -1, 所以选项C 错误,故选C.4.已知函数f (x )=ax 3-3x 2+1,若f (x )存在唯一的零点x 0,且x 0>0,则a 的取值范围是( )A .(2,+∞)B .(1,+∞)C .(-∞,-2)D .(-∞,-1)答案 C解析 (1)当a =0时,显然f (x )有两个零点,不符合题意.(2)当a ≠0时,f ′(x )=3ax 2-6x ,令f ′(x )=0,解得x 1=0,x 2=2a .当a >0时,2a >0,所以函数f (x )=ax 3-3x 2+1在(-∞,0)与⎝ ⎛⎭⎪⎫2a ,+∞上为增函数,在⎝⎛⎭⎪⎫0,2a 上为减函数,因为f (x )存在唯一零点x 0,且x 0>0,则f (0)<0,即1<0,不成立.当a <0时,2a <0,所以函数f (x )=ax 3-3x 2+1在⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,2a 和(0,+∞)上为减函数,在⎝ ⎛⎭⎪⎫2a ,0上为增函数,因为f (x )存在唯一零点x 0,且x 0>0,则f ⎝ ⎛⎭⎪⎫2a >0,即a ·8a 3-3·4a 2+1>0,解得a >2或a <-2,又因为a <0,故a 的取值范围为(-∞,-2).选C.5.已知函数f (x )=-2(x +a )ln x +x 2-2ax -2a 2+a ,其中a >0.(1)设g (x )是f (x )的导函数,讨论g (x )的单调性;(2)证明:存在a ∈(0,1),使得f (x )≥0在区间(1,+∞)内恒成立,且f (x )=0在区间(1,+∞)内有唯一解.解 (1)由已知,函数f (x )的定义域为(0,+∞),g (x )=f ′(x )=2(x-a )-2ln x -2⎝ ⎛⎭⎪⎫1+a x , 所以g ′(x )=2-2x +2a x 2=2⎝ ⎛⎭⎪⎫x -122+2⎝ ⎛⎭⎪⎫a -14x 2当0<a <14时,g (x )在区间⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1-1-4a 2,⎝ ⎛⎭⎪⎫1+1-4a 2,+∞上单调递增,在区间⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1-4a 2,1+1-4a 2上单调递减; 当a ≥14时,g (x )在区间(0,+∞)上单调递增.(2)证明:由f ′(x )=2(x -a )-2ln x -2⎝ ⎛⎭⎪⎫1+a x =0,解得a =x -1-ln x 1+x -1. 令φ(x )=-2⎝ ⎛⎭⎪⎫x +x -1-ln x 1+x -1ln x +x 2-2⎝ ⎛⎭⎪⎫x -1-ln x 1+x -1x -2⎝ ⎛⎭⎪⎫x -1-ln x 1+x -12+x -1-ln x 1+x -1. 则φ(1)=1>0,φ(e)=-e (e -2)1+e -1-2⎝ ⎛⎭⎪⎫e -21+e -12<0. 故存在x 0∈(1,e),使得φ(x 0)=0.令a 0=x 0-1-ln x 01+x -10,u (x )=x -1-ln x (x ≥1). 由u ′(x )=1-1x ≥0知,函数u (x )在区间(1,+∞)上单调递增.所以0=u (1)1+1<u (x 0)1+x -10=a 0<u (e )1+e -1=e -21+e -1<1. 即a 0∈(0,1).当a =a 0时,有f ′(x 0)=0,f (x 0)=φ(x 0)=0.由(1)知,f ′(x )在区间(1,+∞)上单调递增,故当x ∈(1,x 0)时,f ′(x )<0,从而f (x )>f (x 0)=0;当x ∈(x 0,+∞)时,f ′(x )>0,从而f (x )>f (x 0)=0.所以,当x ∈(1,+∞)时,f (x )≥0.综上所述,存在a ∈(0,1),使得f (x )≥0在区间(1,+∞)内恒成立,且f (x )=0在区间(1,+∞)内有唯一解.6.设函数f (x )=3x 2+ax e x (a ∈R ).(1)若f (x )在x =0处取得极值,确定a 的值,并求此时曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线方程;(2)若f (x )在[3,+∞)上为减函数,求a 的取值范围.解 (1)对f (x )求导得f ′(x )=(6x +a )e x -(3x 2+ax )e x(e x )2=-3x 2+(6-a )x +a e x,因为f (x )在x =0处取得极值,所以f ′(0)=0,即a =0.当a =0时,f (x )=3x 2e x ,f ′(x )=-3x 2+6x e x,故f (1)=3e ,f ′(1)=3e , 从而f (x )在点(1,f (1))处的切线方程为y -3e =3e (x -1),化简得3x-e y =0.(2)由(1)知f ′(x )=-3x 2+(6-a )x +a e x, 令g (x )=-3x 2+(6-a )x +a ,由g (x )=0解得x 1=6-a -a 2+366, x 2=6-a +a 2+366. 当x <x 1时,g (x )<0,即f ′(x )<0,故f (x )为减函数;当x 1<x <x 2时,g (x )>0,即f ′(x )>0,故f (x )为增函数;当x >x 2时,g (x )<0,即f ′(x )<0,故f (x )为减函数.由f (x )在[3,+∞)上为减函数,知x 2=6-a +a 2+366≤3,解得a ≥-92, 故a 的取值范围为⎣⎢⎡⎭⎪⎫-92,+∞. 7.函数f (x )=ax 3+3x 2+3x (a ≠0).(1)讨论f (x )的单调性;(2)若f (x )在区间(1,2)是增函数,求a 的取值范围.解 (1)f ′(x )=3ax 2+6x +3,f ′(x )=0的判别式Δ=36(1-a ). ①若a ≥1,则f ′(x )≥0,且f ′(x )=0当且仅当a =1,x =-1. 故此时f (x )在R 上是增函数.②由于a ≠0,故当a <1时,f ′(x )=0有两个根:x 1=-1+1-a a ,x 2=-1-1-a a. 若0<a <1,则当x ∈(-∞,x 2)或x ∈(x 1,+∞)时f ′(x )>0, 故f (x )分别在(-∞,x 2),(x 1,+∞)是增函数;当x ∈(x 2,x 1)时,f ′(x )<0,故f (x )在(x 2,x 1)是减函数;若a <0,则当x ∈(-∞,x 1)或(x 2,+∞)时f ′(x )<0,故f (x )分别在(-∞,x 1),(x 2,+∞)是减函数;当x ∈(x 1,x 2)时f ′(x )>0,故f (x )在(x 1,x 2)是增函数.(2)当a >0,x >0时,f ′(x )=3ax 2+6x +3>0,故当a >0时,f (x )在区间(1,2)是增函数.当a <0时,f (x )在区间(1,2)是增函数当且仅当f ′(1)≥0且f ′(2)≥0,解得-54≤a <0.综上,a 的取值范围是⎣⎢⎡⎭⎪⎫-54,0∪(0,+∞). 1 判断函数极值的方法一般地,当函数f (x )在点x 0处连续时,(1)如果在x 0附近的左侧f ′(x )>0,右侧f ′(x )<0,那么f (x 0)是极大值;(2)如果在x 0附近的左侧f ′(x )<0,右侧f ′(x )>0,那么f (x 0)是极小值.2 求可导函数f (x )的极值的步骤(1)求导函数f ′(x );(2)求方程f ′(x )=0的根;(3)检验f ′(x )在方程f ′(x )=0的根的左右两侧的函数值的符号,如果左正右负,那么函数y =f (x )在这个根处取得极大值;如果左负右正,那么函数y =f (x )在这个根处取得极小值,可列表完成.3 函数的最值在闭区间[a ,b ]上的连续函数y =f (x ),在[a ,b ]上必有最大值与最小值.在区间(a ,b )上的连续函数y =f (x ),若有唯一的极值点,则这个极值点就是最值点.注意点 极值点的含义及极值与最值的关系(1)“极值点”不是点,若函数f (x )在x 1处取得极大值,则x 1即为极大值点,极大值为f (x 1);在x 2处取得极小值,则x 2为极小值点,极小值为f (x 2).(2)极值只能在定义域内部取得,而最值却可以在区间的端点取得,有极值的未必有最值,有最值的未必有极值;极值有可能成为最值,最值只要不在端点必定是极值.1.思维辨析(1)导数为零的点不一定是极值点.( )(2)三次函数在R 上必有极大值和极小值.( )(3)函数的极大值不一定比极小值大.( )(4)对可导函数f (x ),f ′(x 0)=0是x 0点为极值点的充要条件.( )(5)函数的最大值不一定是极大值,函数的最小值也不一定是极小值.( )(6)函数f (x )=x sin x 有无数个极值点.( )答案 (1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)√2.函数y =x 4-4x +3在区间[-2,3]上的最小值为( )A .72B .36C .12D .0 答案 D解析 因为y ′=4x 3-4,令y ′=0即4x 3-4=0,解得x =1.当x <1时,y ′<0,当x >1时,y ′>0,所以函数的极小值为y |x =1=0,而在端点处的函数值y |x =-2=27,y |x =3=72,所以y min =0.3.函数f (x )=ax 3+bx 在x =1处有极值-2,则a ,b 的值分别为( )A .1,-3B .1,3C .-1,3D .-1,-3 答案 A解析 ∵f ′(x )=3ax 2+b ,∴f ′(1)=3a +b =0.①又当x =1时有极值-2,∴a +b =-2.②联立①②解得⎩⎪⎨⎪⎧a =1,b =-3. [考法综述] 函数的极值与最值是高考热点内容,对极值的考查主要有2个命题角度:①判断极值的情况,②已知函数求极值.考查函数最值时必定涉及函数的单调性,还会涉及方程和不等式.题型有大题也有小题且有一定难度.另外已知函数的极值(最值)情况求参数的取值范围也是热点考查内容,涉及函数的单调性时,往往需要进行分类讨论,这类题综合性强,难度较大.命题法 求函数的极值与最值典例 已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧-x 3+x 2(x <1),a ln x (x ≥1). (1)求f (x )在区间(-∞,1)上的极小值和极大值点;(2)求f (x )在[-1,e](e 为自然对数的底数)上的最大值.[解] (1)当x <1时,f ′(x )=-3x 2+2x =-x (3x -2),令f ′(x )=0,解得x =0或x =23.当x 变化时,f ′(x ),f (x )的变化情况如下表: x(-∞,0) 0 f ′(x )- 0 + 0 -f (x )极小值 极大值 点为x =23.(2)①当-1≤x <1时,由(1)知,函数f (x )在[-1,0]和⎣⎢⎡⎭⎪⎫23,1上单调递减,在⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,23上单调递增. 因为f (-1)=2,f ⎝ ⎛⎭⎪⎫23=427,f (0)=0,所以f (x )在[-1,1)上的最大值为2.②当1≤x ≤e 时,f (x )=a ln x ,当a ≤0时,f (x )≤0;当a >0时,f (x )在[1,e]上单调递增,则f (x )在[1,e]上的最大值为f (e)=a .故当a ≥2时,f (x )在[-1,e]上的最大值为a ;当a <2时,f (x )在[-1,e]上的最大值为2.【解题法】 求函数极值和最值的方法(1)求函数的极值应先确定函数的定义域,再解方程f ′(x )=0,再判断f ′(x )=0的根是否是极值点,可通过列表结合导函数与0的大小(或函数的单调性)进行分析,若遇极值点含参数不能比较大小时,则需分类讨论.(2)函数的最大值①若函数在区间[a ,b ]上单调递增或递减,f (a )与f (b )一个为最大值,一个为最小值.②若函数在闭区间[a ,b ]内有极值,要先求出[a ,b ]上的极值,与f (a ),f (b )比较,最大的是最大值,最小的是最小值,可列表完成.③函数f (x )在区间(a ,b )上有唯一一个极值点,这个极值点就是最大(或小)值点,此结论在导数的实际应用中经常用到.1.对二次函数f (x )=ax 2+bx +c (a 为非零整数),四位同学分别给出下列结论,其中有且只有一个结论是错误的,则错误的结论是( )A .-1是f (x )的零点B .1是f (x )的极值点C .3是f (x )的极值D .点(2,8)在曲线y =f (x )上答案 A解析 由A 知a -b +c =0;由B 知f ′(x )=2ax +b,2a +b =0;由C 知f ′(x )=2ax +b ,令f ′(x )=0可得x =-b 2a ,则f ⎝ ⎛⎭⎪⎫-b 2a =3,则4ac -b 24a =3;由D 知4a +2b +c =8.假设A 选项错误,则⎩⎪⎨⎪⎧ a -b +c ≠0,2a +b =0,4ac -b 24a =3,4a +2b +c =8,得⎩⎪⎨⎪⎧ a =5,b =-10,c =8,满足题意,故A 结论错误.同理易知当B 或C 或D 选项错误时不符合题意,故选A.2.已知函数f (x )=x 3+bx 2+cx +d (b ,c ,d 为常数),当x ∈(0,1)时,f (x )取得极大值,当x ∈(1,2)时,f (x )取得极小值,则⎝ ⎛⎭⎪⎫b +122+(c -3)2的取值范围是( )A.⎝ ⎛⎭⎪⎫372,5 B .(5,5) C.⎝ ⎛⎭⎪⎫374,25 D .(5,25)答案 D解析 因为f ′(x )=3x 2+2bx +c ,f ′(x )的两个根分别在(0,1)和(1,2)内,所以f ′(0)>0,f ′(1)<0,f ′(2)>0,即⎩⎪⎨⎪⎧ c >0,3+2b +c <0,12+4b +c >0,作出可行域如图中阴影部分所示(不包括b 轴),⎝ ⎛⎭⎪⎫b +122+(c -3)2表示可行域内一点到点P ⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,3的距离的平方,由图象可知,P ⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,3到直线3+2b +c =0的距离最小,即⎝ ⎛⎭⎪⎫b +122+(c -3)2的最小值为⎝ ⎛⎭⎪⎫|3-1+3|52=5,P ⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,3到点A ⎝ ⎛⎭⎪⎫-92,6的距离最大,此时⎝ ⎛⎭⎪⎫b +122+(c -3)2=25,因为可行域的临界线为虚线,所以所求范围为(5,25),故选D.3.若函数f (x )=x 3-3x 在(a,6-a 2)上有最小值,则实数a 的取值范围是( )A .(-5,1)B .[-5,1)C .[-2,1)D .(-2,1)答案 C 解析 令f ′(x )=3x 2-3=0,得x =±1,且x =-1为函数f (x )的极大值点,x =1为函数f (x )的极小值点.函数f (x )在区间(a,6-a 2)上有最小值,则函数f (x )的极小值点必在区间(a,6-a 2)内,且左端点的函数值不小于f (1),即实数a 满足a <1<6-a 2且f (a )=a 3-3a ≥f (1)=-2,解得-5<a <1,且a ≥-2.故实数a 的取值范围是[-2,1).4.设函数f (x )=e x (sin x -cos x )(0≤x ≤2015π),则函数f (x )的各极小值之和为( )A .-e 2π(1-e 2015π)1-e 2πB .-e 2π(1-e 2015π)1-e πC .-1-e 2016π1-e 2πD .-e 2π(1-e 2014π)1-e 2π答案 D解析 因为f ′(x )=2e x sin x ,所以x ∈(2k π+π,2k π+2π)(k ∈Z )时,f ′(x )<0,f (x )单调递减,x ∈(2k π+2π,2k π+3π)(k ∈Z )时,f ′(x )>0,f (x )单调递增,故当x =2k π+2π(k ∈Z )时,f (x )取极小值,其极小值为f (2k π+2π)=-e 2k π+2π(k ∈Z ),又0≤x ≤2015π,所以f (x )的各极小值之和S =-e 2π-e 4π-…-e 2014π=-e 2π(1-e 2014π)1-e 2π,故选D. 5.已知点M 在曲线y =3ln x -x 2上,点N 在直线x -y +2=0上,则|MN |的最小值为________.答案 2 2解析 当点M 处的曲线的切线与直线x -y +2=0平行时|MN |取得最小值.令y ′=-2x +3x =1,解得x =1,所以点M 的坐标为(1,-1),所以点M 到直线x -y +2=0的距离为|1+2+1|2=22,即|MN |的最小值为2 2.6.函数f (x )=x 3-3x 2+6在x =________时取得极小值. 答案 2解析 依题意得f ′(x )=3x (x -2).当x <0或x >2时,f ′(x )>0;当0<x <2时,f ′(x )<0.因此,函数f (x )在x =2时取得极小值.7.设函数f (x )=(x +a )ln x ,g (x )=x 2e x .已知曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线与直线2x -y =0平行.(1)求a 的值;(2)是否存在自然数k ,使得方程f (x )=g (x )在(k ,k +1)内存在唯一的根?如果存在,求出k ;如果不存在,请说明理由;(3)设函数m (x )=min{f (x ),g (x )}(min{p ,q }表示p ,q 中的较小值),求m (x )的最大值.解 (1)由题意知,曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线斜率为2,所以f ′(1)=2,又f ′(x )=ln x +a x +1,所以a =1.(2)k =1时,方程f (x )=g (x )在(1,2)内存在唯一的根.设h (x )=f (x )-g (x )=(x +1)ln x -x 2e x ,当x ∈(0,1]时,h (x )<0,又h (2)=3ln 2-4e 2=ln 8-4e 2>1-1=0,所以存在x 0∈(1,2),使得h (x 0)=0.因为h ′(x )=ln x +1x +1+x (x -2)e x ,所以当x ∈(1,2)时,h ′(x )>1-1e >0,当x ∈[2,+∞)时,h ′(x )>0,所以当x ∈(1,+∞)时,h (x )单调递增.所以k =1时,方程f (x )=g (x )在(k ,k +1)内存在唯一的根.(3)由(2)知方程f (x )=g (x )在(1,2)内存在唯一的根x 0,且x ∈(0,x 0)时,f (x )<g (x ),x ∈(x 0,+∞)时,f (x )>g (x ),所以m (x )=⎩⎨⎧ (x +1)ln x ,x ∈(0,x 0],x 2e x ,x ∈(x 0,+∞).当x ∈(0,x 0]时,若x ∈(0,1],m (x )≤0;若x ∈(1,x 0],由m ′(x )=ln x +1x +1>0.可知0<m (x )≤m (x 0).故m (x )≤m (x 0).当x ∈(x 0,+∞)时,由m ′(x )=x (2-x )e x ,可得x ∈(x 0,2)时,m ′(x )>0,m (x )单调递增;x ∈(2,+∞)时,m ′(x )<0,m (x )单调递减.可知m (x )≤m (2)=4e 2,且m (x 0)<m (2).综上可得,函数m (x )的最大值为4e 2.8.设函数f (x )=1+(1+a )x -x 2-x 3,其中a >0.(1)讨论f (x )在其定义域上的单调性;(2)当x ∈[0,1]时,求f (x )取得最大值和最小值时的x 的值. 解 (1)f (x )的定义域为(-∞,+∞),f ′(x )=1+a -2x -3x 2.令f ′(x )=0,得x 1=-1-4+3a 3, x 2=-1+4+3a 3,x 1<x 2, 所以f ′(x )=-3(x -x 1)(x -x 2).当x <x 1或x >x 2时,f ′(x )<0;当x 1<x <x 2时,f ′(x )>0.故f (x )在(-∞,x 1)和(x 2,+∞)内单调递减,在(x 1,x 2)内单调递增.(2)因为a >0,所以x 1<0,x 2>0.①当a ≥4时,x 2≥1.由(1)知,f (x )在[0,1]上单调递增.所以f (x )在x =0和x =1处分别取得最小值和最大值.②当0<a <4时,x 2<1.由(1)知,f (x )在[0,x 2]上单调递增,在[x 2,1]上单调递减.所以f (x )在x =x 2=-1+4+3a 3处取得最大值. 又f (0)=1,f (1)=a ,所以当0<a <1时,f (x )在x =1处取得最小值;当a =1时,f (x )在x =0处和x =1处同时取得最小值;当1<a <4时,f (x )在x =0处取得最小值. 9.设函数f (x )=e x x 2-k ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +ln x (k …是自然对数的底数). (1)当k ≤0时,求函数f (x )的单调区间;(2)若函数f (x )在(0,2)内存在两个极值点,求k 的取值范围.解 (1)f ′(x )=e x ·x 2-2x e x x 4-k ⎝ ⎛⎭⎪⎫-2x 2+1x =(x -2)(e x -kx )x 3(x >0), 由k ≤0,知e x -kx >0,令f ′(x )=0,则x =2,当x ∈(0,2)时,f ′(x )<0,f (x )为减函数,当x ∈(2,+∞)时,f ′(x )>0,f (x )为增函数.综上,f (x )的减区间为(0,2),增区间为(2,+∞).(2)由题意知f ′(x )=0,即e x -kx =0在(0,2)内存在两个不等实根. 令g (x )=e x -kx ,g ′(x )=e x -k ,令g ′(x )=0,x =ln k ,则0<ln k <2,即1<k <e 2.当0<x <ln k 时,g ′(x )<0,g (x )为减函数.当ln k <x <2时,g (x )为增函数.∵g (0)=1>0,只需⎩⎪⎨⎪⎧g (2)>0,g (ln k )<0,即⎩⎪⎨⎪⎧e 2-2k >0,e ln k -k ·ln k <0,得e<k <e 22. 综上可知,k 的取值范围是⎝ ⎛⎭⎪⎫e ,e 22 10.已知函数f (x )=ln x -a (x 2-x )(a ∈R ).(1)当a =1时,求f (x )在点(1,f (1))处的切线方程;(2)求f (x )在[1,2]上的最大值.解 (1)当a =1时,f (x )=ln x -x 2+x ,f ′(x )=1x -2x +1. ∴f (1)=0,f ′(1)=0,即所求切线方程为:y =0.(2)∵f ′(x )=1x -2ax +a =-2ax 2+ax +1x,x >0. ∴当a =0时,f ′(x )>0,f (x )在[1,2]上单调递增.∴f (x )max =f (2)=ln 2.当a ≠0时,可令g (x )=-2ax 2+ax +1,x ∈[1,2],g (x )的对称轴x =14且过点(0,1).∴当a <0时,f ′(x )>0在[1,2]上恒成立,f (x )在[1,2]上单调递增, ∴f (x )max =f (2)=ln 2-2a .当a >0时,若g (1)≤0,即a ≥1时,f ′(x )<0在[1,2]上恒成立. f (x )在[1,2]上单调递减,∴f (x )max =f (1)=0.若g (1)>0,g (2)<0,即16<a <1时,f ′(x )在⎣⎢⎡⎭⎪⎫1,a +a 2+8a 4a 上大于零, 在⎝ ⎛⎦⎥⎤a +a 2+8a 4a ,2上小于零, ∴f (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤1,a +a 2+8a 4a 上单调递增, 在⎝ ⎛⎦⎥⎤a +a 2+8a 4a ,2上单调递减.∴f (x )max =f ⎝ ⎛⎭⎪⎫a +a 2+8a 4a =ln a +a 2+8a 4a +a 2+8a +a -48. 若g (1)>0,g (2)≥0,即0<a ≤16时,f ′(x )>0在[1,2]上恒成立,f (x )在[1,2]上单调递增,∴f (x )max =f (2)=ln 2-2a .综上:f (x )max =⎩⎪⎨⎪⎧ ln 2-2a ,a ≤16ln a +a 2+8a 4a +a 2+8a +a -48,16<a <10,a ≥1.11.已知函数f (x )=-x 3+ax 2-4(a ∈R ),f ′(x )是f (x )的导函数.(1)当a =2时,对于任意的m ∈[-1,1],n ∈[-1,1],求f (m )+f ′(n )的最小值;(2)若存在x 0∈(0,+∞),使f (x 0)>0,求a 的取值范围.解 (1)由题意得f (x )=-x 3+2x 2-4,f ′(x )=-3x 2+4x .令f ′(x )=0,得x =0或43.当x 在[-1,1]上变化时,f ′(x ),f (x )随x 的变化情况如下表:∵f ′(x )=-3x 2+4x 的对称轴为直线x =23,且抛物线开口向下,∴对于n ∈[-1,1],f ′(n )的最小值为f ′(-1)=-7.∴f (m )+f ′(n )的最小值为-11.(2)∵f ′(x )=-3x ⎝⎛⎭⎪⎫x -2a 3.①若a ≤0,当x >0时,f ′(x )<0,∴f (x )在(0,+∞)上单调递减.又f (0)=-4,则当x >0时,f (x )<-4.∴当a ≤0时,不存在x 0>0,使f (x 0)>0.②若a >0,则当0<x <2a 3时,f ′(x )>0;当x >2a 3时,f ′(x )<0.从而f (x )在⎝ ⎛⎦⎥⎤0,2a 3上单调递增,在⎣⎢⎡⎭⎪⎫2a 3,+∞上单调递减, ∴当x ∈(0,+∞)时,f (x )max =f ⎝ ⎛⎭⎪⎫2a 3=-8a 327+4a 39-4=427a 3-4. 根据题意,得4a 327-4>0,即a 3>27,解得a >3.综上,a 的取值范围是(3,+∞).1 利用导数证明不等式的常用技巧(1)利用给定函数的某些性质,如函数的单调性、最值、极值等,服务于所要证明的不等式.(2)当给出的不等式无法直接证明时,先对不等式进行等价转化后再进行求证.(3)根据不等式的结构特征构造函数,利用函数的最值进行求证,构造函数的方法较为灵活,要结合具体问题,平时要多积累.其一般步骤为:构造可导函数→研究其单调性求最值→得出不等关系→整理得出所证明的结论.2 导数在研究函数零点中的作用(1)研究函数图象的交点、方程的根、函数的零点归根到底是研究函数的性质,如单调性、极值等.(2)用导数研究函数的零点,一方面用导数判断函数的单调性,借助零点存在性定理判断;另一方面,也可将零点问题转化为函数图象的交点问题,利用数形结合来解决.3 利用导数求解实际问题中的优化问题生活中求利润最大、用料最省、效率最高等问题称之为优化问题.导数是解决生活中优化问题的有力工具,用导数解决优化问题的基本思路是:优化问题→用函数表示的数学问题→用导数解决数学问题→优化问题的答案.利用导数解决实际应用问题一般有如下几类:(1)给出了具体的函数关系式,只需研究这个函数的性质即可;(2)函数关系式中含有比例系数,根据已知数据求出比例系数得到函数关系式,再研究函数的性质;(3)没有给出函数关系,需要先建立函数关系,再研究函数的性质.注意点 函数定义域的重要性在函数的综合应用中,不论是研究函数的性质,还是构造函数,还是建立新的函数关系时,都要正确求出函数的定义域,再利用导数求解.1.思维辨析(1)2ax +e x≥x +1恒成立,可转化为a ≥x +1-e x2x 恒成立.( ) (2)对任意x ∈R ,f (x )≥g (x )恒成立,则f (x )min ≥g (x )max .( )(3)若函数y =f (x )与y =g (x )的图象有2个交点,则f (x )-g (x )有2个零点.( )答案 (1)× (2)× (3)√2.在区间(0,π)上,sin x 与x 的大小关系是________.答案 sin x <x解析 构造函数f (x )=sin x -x ,则f ′(x )=cos x -1≤0且不恒等于0,故函数f (x )在(0,π)上单调递减,所以f (x )<f (0)=0,故sin x <x .3.已知函数f (x )=x +1e x .(1)讨论函数f (x )的单调性,并求其最值;(2)若对任意的x ∈(0,+∞),有f (x )<ax 2+1恒成立,求实数a的取值范围.解 (1)f (x )=x +1e x ,f ′(x )=1-1e x =0,则x =0.当x ∈(-∞,0)时f ′(x )<0,f (x )单调递减;当x ∈(0,+∞)时f ′(x )>0,f (x )单调递增,所以f (x )的最小值为f (0)=1,无最大值.(2)由(1)知,若a =0,则当x >0时f (x )>1=ax 2+1,原不等式不成立.若a <0,则当x >0时,ax 2+1<1,原不等式不成立.若a >0,f (x )<ax 2+1等价于(ax 2-x +1)e x >1.设φ(x )=(ax 2-x +1)e x ,那么φ′(x )=[ax 2+(2a -1)x ]e x .若a ≥12,则φ(x )=(ax 2-x +1)e x 在(0,+∞)上单调递增,φ(x )的最小值大于φ(0)=1,因而(ax 2-x +1)e x >1恒成立.若0<a <12,则当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1a -2时φ(x )单调递减,φ(x )<φ(0)=1,原不等式不成立.综上所述,实数a 的取值范围为⎣⎢⎡⎭⎪⎫12,+∞. [考法综述] 函数与导数的压轴试题,在每年的高考中属于必考内容,其命题方向主要有两个:一是围绕函数的性质考查函数的奇偶性、单调性、周期性、极值、最值,曲线的切线等问题展开,二是围绕函数与方程、不等式命制探索方程根的个数、不等式的证明、不等式恒成立等问题展开.此类压轴试题难度较大,逻辑推理能力较强,在今后的备考中不可小视.命题法1 利用导数证明不等式问题典例1 已知函数f (x )=e xx e x +1. (1)证明:0<f (x )≤1;(2)当x >0时,f (x )>1ax 2+1,求a 的取值范围. [解] (1)证明:设g (x )=x e x +1,则g ′(x )=(x +1)e x .当x ∈(-∞,-1)时,g ′(x )<0,g (x )单调递减;当x ∈(-1,+∞)时,g ′(x )>0,g (x )单调递增.所以g (x )≥g (-1)=1-e -1>0.又e x >0,故f (x )>0.f ′(x )=e x (1-e x )(x e x +1)2. 当x ∈(-∞,0)时,f ′(x )>0,f (x )单调递增;当x ∈(0,+∞)时,f ′(x )<0,f (x )单调递减.所以f (x )≤f (0)=1.综上,有0<f (x )≤1.(2)①若a =0,则x >0时,f (x )<1=1ax 2+1,不等式不成立. ②若a <0,则当0<x <1-a时,1ax 2+1>1,不等式不成立. ③若a >0,则f (x )>1ax 2+1等价于(ax 2-x +1)e x -1>0.(*) 设h (x )=(ax 2-x +1)e x -1,则h ′(x )=x (ax +2a -1)e x .若a ≥12,则当x ∈(0,+∞)时,h ′(x )>0,h (x )单调递增,h (x )>h (0)=0.若0<a <12,则当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1-2a a 时,h ′(x )<0,h (x )单调递减,h (x )<h (0)=0.不等式不恒成立.于是,若a >0,不等式(*)成立当且仅当a ≥12.综上,a 的取值范围是⎣⎢⎡⎭⎪⎫12,+∞. 【解题法】 利用导数证明不等式的方法(1)证明f (x )≥g (x )或f (x )≤g (x ),可通过构造函数h (x )=f (x )-g (x ),将上述不等式转化为求证h (x )≥0或h (x )≤0,从而利用求h (x )的最小值或最大值来证明不等式.(2)关于恒成立问题可以转化为求函数的最值.一般地,f (x )≥a 恒成立,只需f (x )min ≥a 即可;f (x )≤a 恒成立,只需f (x )max ≤a 即可.命题法2 利用导数研究函数的零点问题典例2 已知函数f (x )=4x -x 4,x ∈R .(1)求f (x )的单调区间;(2)设曲线y =f (x )与x 轴正半轴的交点为P ,曲线在点P 处的切线方程为y =g (x ),求证:对于任意的实数x ,都有f (x )≤g (x );(3)若方程f (x )=a (a 为实数)有两个实数根x 1,x 2,且x 1<x 2,求证:x 2-x 1≤-a 3+4 13 .[解] (1)由f (x )=4x -x 4,可得f ′(x )=4-4x 3.当f ′(x )>0,即x <1时,函数f (x )单调递增;当f ′(x )<0,即x >1时,函数f (x )单调递减.所以,f (x )的单调递增区间为(-∞,1),单调递减区间为(1,+∞).(2)证明:设点P 的坐标为(x 0,0),则x 0=4 13 ,f ′(x 0)=-12.曲线y =f (x )在点P 处的切线方程为y =f ′(x 0)(x -x 0),即g (x )=f ′(x 0)(x -x 0).令函数F (x )=f (x )-g (x ),即F (x )=f (x )-f ′(x 0)·(x -x 0),则F ′(x )=f ′(x )-f ′(x 0).由于f ′(x )=-4x 3+4在(-∞,+∞)上单调递减,故F ′(x )在(-∞,+∞)上单调递减.又因为F ′(x 0)=0,所以当x ∈(-∞,x 0)时,F ′(x )>0,当x ∈(x 0,+∞)时,F ′(x )<0,所以F (x )在(-∞,x 0)上单调递增,在(x 0,+∞)上单调递减,所以对于任意的实数x ,F (x )≤F (x 0)=0,即对于任意的实数x,都有f(x)≤g(x).(3)证明:由(2)知g(x)=-12(x-413).设方程g(x)=a的根为x2′,可得x2′=-a12+413.因为g(x)在(-∞,+∞)上单调递减,又由(2)知g(x2)≥f(x2)=a=g(x2′),因此x2≤x2′.类似地,设曲线y=f(x)在原点处的切线方程为y=h(x),可得h(x)=4x.对于任意的x∈(-∞,+∞),有f(x)-h(x)=-x4≤0,即f(x)≤h(x).设方程h(x)=a的根为x1′,可得x1′=a4.因为h(x)=4x在(-∞,+∞)上单调递增,且h(x1′)=a=f(x1)≤h(x1),因此x1′≤x1.由此可得x2-x1≤x2′-x1′=-a3+413.【解题法】利用导数研究零点问题的方法利用导数研究方程根、函数的零点、图象交点问题的常用方法为:通过导数研究函数的单调性、最值、变化趋势等,根据题目的要求得出图象的走势规律,通过数形结合的思想分析问题,使问题的求解清晰、直观的整体展现.命题法3利用导数求解实际生活中的优化问题典例3某企业拟建造如图所示的容器(不计厚度,长度单位:米),其中容器的中间为圆柱形,左右两端均为半球形,按照设计要求容器的容积为80π3立方米,且l≥2r.假设该容器的建造费用仅与其表面积有关.已知圆柱形部分每平方米建造费用为3千元,半球形部分每平方米建造费用为c(c>3)千元,设该容器的建造费用为y千元.(1)写出y关于r的函数表达式,并求该函数的定义域;(2)求该容器的建造费用最小时的r.[解] (1)设容器的容积为V ,由题意知V =πr 2l +43πr 3, 又V =80π3,故l =V -43πr 3πr 2=803r 2-43r =43⎝ ⎛⎭⎪⎫20r 2-r . 由于l ≥2r ,因此43⎝ ⎛⎭⎪⎫20r 2-r ≥2r , 整理得40r 2≥5r ,故0<r ≤2.所以建造费用y =2πrl ×3+4πr 2c =2πr ×43⎝ ⎛⎭⎪⎫20r 2-r ×3+4πr 2c . 因此y =4π(c -2)r 2+160πr ,0<r ≤2.(2)由(1)得y ′=8π(c -2)r -160πr 2=8π(c -2)r 2⎝ ⎛⎭⎪⎫r 3-20c -2,0<r ≤2. 由于c >3,所以c -2>0,当r 3-20c -2=0时,r =320c -2. 令 320c -2=m ,则m >0, 所以y ′=8π(c -2)r 2(r -m )(r 2+rm +m 2).①当0<m <2,即c >92时,当r =m 时,y ′=0;当r ∈(0,m )时,y ′<0;当r ∈(m,2)时,y ′>0.所以r =m 是函数y 的极小值点,也是最小值点.②当m ≥2,即3<c ≤92时,当r ∈(0,2]时,y ′<0,函数单调递减,所以r =2是函数y 的最小值点.综合所述,当3<c ≤92时,建造费用最小时r =2;当c >92时,建造费用最小时r =320c -2. 【解题法】 利用导数解决实际生活中的优化问题的方法(1)分析实际问题中各变量之间的关系,建立实际问题的数学模型,写出相应的函数关系式y =f (x ).(2)求导数f ′(x ),解方程f ′(x )=0.(3)判断使f ′(x )=0的点是极大值点还是极小值点.(4)确定函数的最大值或最小值,还原到实际问题中作答.一般地,对于实际问题,若函数在给定的定义域内只有一个极值点,那么该点也是最值点.1.设f (x )是定义在R 上的可导函数,当x ≠0时,f ′(x )+f (x )x >0,则关于x 的函数g (x )=f (x )+1x 的零点个数为( )A .1B .2C .0D .0或2答案 C 解析 由f ′(x )+f (x )x >0,得xf ′(x )+f (x )x>0,当x >0时,xf ′(x )+f (x )>0,即[xf (x )]′>0,函数xf (x )单调递增;当x <0时,xf ′(x )+f (x )<0,即[xf (x )]′<0,函数xf (x )单调递减.∴xf (x )>0f (0)=0,又g (x )=f (x )+x -1=xf (x )+1x ,函数g (x )=xf (x )+1x 的零点个数等价于函数y =xf (x )+1的零点个数.当x >0时,y =xf (x )+1>1,当x <0时,y =xf (x )+1>1,所以函数y =xf (x )+1无零点,所以函数g (x )=f (x )+x -1的零点个数为0.故选C.2.设函数f (x )是定义在(-∞,0)上的可导函数,其导函数为f ′(x ),且有2f (x )+xf ′(x )>x 2,则不等式(x +2014)2f (x +2014)-4f (-2)>0的解集为________.答案 (-∞,-2016)解析 由2f (x )+xf ′(x )>x 2,x <0得2xf (x )+x 2f ′(x )<x 3,∴[x 2f (x )]′<x 3<0.令F (x )=x 2f (x )(x <0),则F ′(x )<0(x <0),即F (x )在(-∞,0)上是减函数,因为F (x +2014)=(x +2014)2f (x +2014),F (-2)=4f (-2),所以不等式(x +2014)2f (x +2014)-4f (-2)>0即为F (x +2014)-F (-2)>0,即F (x +2014)>F (-2),又因为F (x )在(-∞,0)上是减函数,所以x +2014<-2,∴x <-2016.3.已知f (x )=ax -cos x ,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π4,π3.若∀x 1∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π4,π3,∀x 2∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π4,π3,x 1≠x 2,f (x 2)-f (x 1)x 2-x 1<0,则实数a 的取值范围为________. 答案 a ≤-32解析 f ′(x )=a +sin x .依题意可知f (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤π4,π3上为减函数,所以f ′(x )≤0对x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π4,π3恒成立,可得a ≤-sin x 对x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π4,π3恒成立.设g (x )=-sin x ,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π4,π3.易知g (x )为减函数,故g (x )min =-32,所以a ≤-32.4.已知函数f (x )=ln x +a (1-x ).(1)讨论f (x )的单调性;(2)当f (x )有最大值,且最大值大于2a -2时,求a 的取值范围.解 (1)f (x )的定义域为(0,+∞),f ′(x )=1x -a .若a ≤0,则f ′(x )>0,所以f (x )在(0,+∞)单调递增.若a >0,则当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1a 时,f ′(x )>0; 当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫1a ,+∞时,f ′(x )<0. 所以f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1a 单调递增,在⎝ ⎛⎭⎪⎫1a ,+∞单调递减. (2)由(1)知,当a ≤0时,f (x )在(0,+∞)无最大值;当a >0时,f (x )在x =1a 取得最大值,最大值为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1a =ln 1a +a ⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1a =-ln a +a -1.因此f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1a >2a -2等价于ln a +a -1<0. 令g (a )=ln a +a -1,则g (a )在(0,+∞)单调递增,g (1)=0. 于是,当0<a <1时,g (a )<0;当a >1时,g (a )>0.因此,a 的取值范围是(0,1).5.设a >1,函数f (x )=(1+x 2)e x -a .(1)求f (x )的单调区间;(2)证明:f (x )在(-∞,+∞)上仅有一个零点;(3)若曲线y =f (x )在点P 处的切线与x 轴平行,且在点M (m ,n )处的切线与直线OP 平行(O 是坐标原点),证明:m ≤ 3a -2e -1.解 (1)f ′(x )=2x e x +(1+x 2)e x =(x 2+2x +1)e x =(x +1)2e x ≥0,故f (x )是R 上的单调递增函数,其单调增区间是(-∞,+∞),无单调减区间.(2)证明:因为f (0)=(1+02)e 0-a =1-a <0,且f (ln a )=(1+ln 2 a )e ln a -a =(1+ln 2 a )a -a =a ln 2 a >0,由零点存在性定理知,f (x )在(-∞,+∞)上至少有一个零点. 又由(1)知,函数f (x )是(-∞,+∞)上的单调递增函数, 故函数f (x )在(-∞,+∞)上仅有一个零点.(3)证明:设点P (x 0,y 0),由曲线y =f (x )在点P 处的切线与x 轴平行知,f ′(x 0)=0,即f ′(x 0)=(x 0+1)2e x 0=0,(x 0+1)2=0,x 0=-1,即P (-1,2e -1-a ).由点M (m ,n )处的切线与直线OP 平行知,f ′(m )=k OP ,即(1+m )2e m =2e -1-a -0-1-0=a -2e . 由e m ≥1+m 知,(1+m )3≤(1+m )2e m=a -2e , 即1+m ≤ 3a -2e ,即m ≤ 3a -2e -1.6.已知函数f (x )=ln x -(x -1)22.(1)求函数f (x )的单调递增区间;(2)证明:当x >1时,f (x )<x -1;(3)确定实数k 的所有可能取值,使得存在x 0>1,当x ∈(1,x 0)时,恒有f (x )>k (x -1).解 (1)f ′(x )=1x -x +1=-x 2+x +1x,x ∈(0,+∞). 由f ′(x )>0得⎩⎪⎨⎪⎧x >0,-x 2+x +1>0.解得0<x <1+52. 故f (x )的单调递增区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1+52. (2)证明:令F (x )=f (x )-(x -1),x ∈(0,+∞).则F ′(x )=1-x 2x .当x ∈(1,+∞)时,F ′(x )<0,所以F (x )在[1,+∞)上单调递减,故当x >1时,F (x )<F (1)=0,即当x >1时,f (x )<x -1.(3)由(2)知,当k =1时,不存在x 0>1满足题意.当k >1时,对于x >1,有f (x )<x -1<k (x -1),则f (x )<k (x -1),从而不存在x 0>1满足题意.当k <1时,令G (x )=f (x )-k (x -1),x ∈(0,+∞),则G ′(x )=1x -x +1-k =-x 2+(1-k )x +1x . 由G ′(x )=0得,-x 2+(1-k )x +1=0.解得x 1=1-k -(1-k )2+42<0,x 2=1-k +(1-k )2+42>1. 当x ∈(1,x 2)时,G ′(x )>0,故G (x )在[1,x 2)内单调递增. 从而当x ∈(1,x 2)时,G (x )>G (1)=0,即f (x )>k (x -1), 综上,k 的取值范围是(-∞,1). 7.设函数f (x )=x 22-k ln x ,k >0. (1)求f (x )的单调区间和极值;(2)证明:若f (x )存在零点,则f (x )在区间(1,e]上仅有一个零点. 解 (1)由f (x )=x 22-k ln x (k >0),得 f ′(x )=x -k x =x 2-kx . 由f ′(x )=0,解得x =k .f (x )与f ′(x )在区间(0,+∞)上的情况如下:∞);f (x )在x =k 处取得极小值f (k )=k (1-ln k )2. (2)证明:由(1)知,f (x )在区间(0,+∞)上的最小值为f (k )=k (1-ln k )2. 因为f (x )存在零点,所以k (1-ln k )2≤0,从而k ≥e. 当k =e 时,f (x )在区间(1,e]上单调递减,且f (e)=0, 所以x =e 是f (x )在区间(1,e]上的唯一零点.。
高考数学第一轮知识点总复习 第二节 导数的应用(Ⅰ)
解 (1)由已知f′(x)=3 -a,x2 ∵f(x)在(-∞,+∞)上是单调增函数, ∴f′(x)=3 -ax≥2 0在(-∞,+∞)上恒成立, 即a≤3 x在2 x∈R上恒成立. ∵3 x≥2 0,∴只需a≤0. 又a=0时,f′(x)=3 ≥x20,f(x)= -1在x3R上是增函数, ∴a≤0. (2)由f′(x)=3 -ax≤2 0在(-1,1)上恒成立,得a≥3 在x∈x2(-1,1)上恒成立. ∵-1<x<1,∴3 <3,∴只需a≥3. 当a≥3时,f′(x)=x32 -a在x∈(-1,1)上恒有f′(x)<0, 即f(x)在(-1,1)上为x减2 函数,∴a≥3. 故存在实数a≥3,使f(x)在(-1,1)上单调递减.
学后反思 利用导数研究函数的单调性比用函数单调性的定义要方便, 但应注意f′(x)>0 [或f′(x)<0]仅是f(x)在某个区间上为增函数(或减函数)的充分条 件,在(a,b)内可导的函数f(x)在(a,b)上递增(或递减)的充要条件应 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.这就是说, 函数f(x)在区间上的增减性并不排斥在区间内个别点处有f′(x0)=0. 因此,在已知函数f(x)是增函数(或减函数)来求参数的取值范围时, 应令f′(x)≥0[或f′(x)≤0]恒成立,解出参数的取值范围(一般可用 不等式恒成立理论求解),然后检验参数的取值能否使f′(x)恒等于0, 若能恒等于0,则参数的这个值应舍去,若f′(x)不恒为0,则由f′(x)≥0 [或f′(x)≤0]恒成立解出的参数的取值范围.
高考数学一轮总复习第3章导数及其应用第2节导数的应用第5课时利用导数研究函数的零点问题教师用书
第5课时 利用导数研究函数的零点问题考点1 讨论函数的零点个数——综合性(2021·海口模拟)已知函数f(x)=.(1)判断f(x)的单调性,并比较2 0202 021与2 0212 020的大小;(2)若函数g(x)=(x-2)2+x(2f(x)-1),其中≤a≤,判断g(x)的零点的个数,并说明理由.参考数据:ln 2≈0.693.解:(1)函数f(x)=,定义域是(0,+∞),故f′(x)=.令f′(x)>0,解得0<x<e;令f′(x)<0,解得x>e,故f(x)在(0,e)上单调递增,在(e,+∞)上单调递减,则f(2 020)>f(2 021),即>,故2 021ln 2 020>2 020ln 2 021,故ln 2 0202 021>ln 2 0212 020,故2 0202 021>2 0212 020.(2)因为g(x)=(x2-4x+4)+2ln x-x,所以g′(x)=ax+-2a-1=.令g′(x)=0,解得x=2或x=,①当a=时,则g′(x)=≥0,g(x)在(0,+∞)上单调递增,且g(2)=2ln 2-2<0,g(6)=2ln 6-2>0,故g(2)g(6)<0,故存在x0∈(2,6),使得g(x0)=0,故g(x)在(0,+∞)上只有1个零点;②当<a<时,则<2,则g(x)在上单调递增,在上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,故g(x)在(0,+∞)上有极小值g(2),g(2)=2ln 2-2<0,有极大值g=2a--2ln a-2,且g(2)=2ln 2-2<0,g(6)=8a+2ln 6-6>2ln 6-2>0,故g(2)g(6)<0,故存在x1∈(2,6),使得g(x1)=0,故g(x)在(2,+∞)上只有1个零点,另一方面令h(a)=g=2a--2ln a-2,h′(a)=2+-=2>0,所以h(a)在上单调递增,所以h(a)<h=e--2-2ln <0,则g<0,故g(x)在上没有零点.综上:当≤a≤时,g(x)只有1个零点.已知函数f(x)=x-(e为自然常数).(1)若f(x)在(0,+∞)上单调递增,求实数a的取值范围;(2)设a∈R,讨论函数g(x)=x-ln x-f(x)的零点个数.解:(1)f(x)=x-,则f′(x)=.因为f(x)在(0,+∞)上单调递增,所以f′(x)≥0在(0,+∞)上恒成立.记φ(x)=e x+ax-a,则φ(x)≥0在(0,+∞)上恒成立,φ′(x)=e x+a.当a≥-1时,φ′(x)=e x+a>1+a≥0,即φ(x)在(0,+∞)上单调递增,所以φ(x)>φ(0)=1-a≥0,所以-1≤a≤1;当a<-1时,令φ′(x)=e x+a=0,解得x=ln(-a).当0<x<ln(-a)时,φ′(x)<0,φ(x)在(0,ln(-a))上单调递减;当x>ln(-a)时,φ′(x)>0,φ(x)在(ln(-a),+∞)上单调递增,所以φ(x)≥φ(ln(-a))=-2a+a ln(-a)≥0,解得-e2≤a<-1.综上可得,实数a的取值范围是[-e2,1].(2)g(x)=x-ln x-f(x)=-ln x(x>0),令g(x)=0,得a=(x>0).令h(x)=,则h′(x)=,当x∈(0,1]时,ln x≤0,x-1≤0,所以h′(x)≥0,h(x)单调递增;当x∈(1,+∞)时,h′(x)>0,h(x)单调递增.所以h(x)在(0,+∞)单调递增,又h(x)=∈R,a∈R,所以y=a与h(x)=的图象只有一个交点,所以a∈R,g(x)只有唯一一个零点.考点2 由函数的零点个数求参数的范围——综合性(2022·湖南模拟)已知函数f(x)=x3+3a(x+1)(a∈R).(1)讨论f(x)的单调性;(2)若函数g(x)=f(x)-x ln x-3a在上有两个不同的零点,求a的取值范围.解:(1)f′(x)=3x2+3a.①当a≥0时,f′(x)≥0,f(x)在R上单调递增;②当a<0时,令f′(x)>0,解得x<-或x>,令f′(x)<0,解得-<x<,所以f(x)在(-∞,-),(,+∞)上单调递增,在(-,)上单调递减.综上,当a≥0时,f(x)在R上单调递增;当a<0时,f(x)在(-∞,-),(,+∞)上单调递增,在(-,)上单调递减.(2)g(x)=x3+3ax-x ln x,依题意,x3+3ax-x ln x=0在上有两个不同的解,即3a=ln x-x2在上有两个不同的解.设h(x)=ln x-x2,x∈,则h′(x)=-2x=.当x∈时,h′(x)≥0,h(x)单调递增;当x∈时,h′(x)<0,h(x)单调递减,所以h(x)max=h=-ln 2-,且h=-ln 2-,h(2)=ln 2-4,h>h(2),所以-ln 2-≤3a<-ln 2-,所以-ln 2-≤a<-ln 2-,即实数a的取值范围为.已知函数f(x)=x2+ax+1-,a∈R.(1)若f(x)在(0,1)上单调递减,求a的取值范围;(2)设函数g(x)=f(x)-x-a-1,若g(x)在(1,+∞)上无零点,求整数a的最小值.解:(1)由题知f′(x)=2x+a+≤0在(0,1)上恒成立,即a≤-2x恒成立.令h(x)=-2x,则h′(x)=-2=-2>0,所以h(x)在(0,1)上单调递增,所以a≤h(x)min=h(0)=1.故a的取值范围是(-∞,1].(2)由已知x>1,假设g(x)=0⇔-a=x+,记φ(x)=x+,则φ′(x)=1+.令φ′(x)>0,解得x>1+,所以φ(x)在(1,1+)上单调递减,在(1+,+∞)上单调递增,φ(1+)=1++=1+=1+∈(2,3),由题知-a=φ(x)在(1,+∞)内无解,故-a<φ(1+)<3,所以a>-φ(1+),所以整数a的最小值为-2.考点3 函数极值点的偏移问题——综合性(2021·新高考全国Ⅰ卷)已知函数f(x)=x(1-ln x).(1)讨论f(x)的单调性;(2)设a,b为两个不相等的正数,且b ln a-a ln b=a-b,证明:2<+<e.(1)解:函数f(x)的定义域为(0,+∞),又f′(x)=1-ln x-1=-ln x,当x∈(0,1)时,f′(x)>0,当x∈(1,+∞)时,f′(x)<0,故f(x)的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞).(2)证明:因为b ln a-a ln b=a-b,故b(ln a+1)=a(ln b+1),即=,故f =f .设=x1,=x2,由(1)可知不妨设0<x1<1,x2>1.因为x∈(0,1)时,f(x)=x(1-ln x)>0,x∈(e,+∞)时,f(x)=x(1-ln x)<0,故1<x2<e.先证:x1+x2>2,若x2≥2,x1+x2>2必成立.若x2<2,要证x1+x2>2,即证x1>2-x2,而0<2-x2<1,故即证f(x1)>f(2-x2),即证f(x2)>f(2-x2),其中1<x2<2.设g(x)=f(x)-f(2-x),1<x<2,则g′(x)=f′(x)+f′(2-x)=-ln x-ln(2-x)=-ln[x(2-x)].因为1<x<2,故0<x(2-x)<1,故-ln x(2-x)>0,所以g′(x)>0,故g(x)在(1,2)上单调递增,所以g(x)>g(1)=0,故f(x)>f(2-x),即f(x2)>f(2-x2)成立,所以x1+x2>2成立,综上,x1+x2>2成立.设x2=tx1,则t>1,结合=,=x1,=x2,可得x1(1-ln x1)=x2(1-ln x2),即1-ln x1=t(1-ln t-ln x1),故ln x1=,要证x1+x2<e,即证(t+1)x1<e,即证ln (t+1)+ln x1<1,即证ln (t+1)+<1,即证(t-1)ln (t+1)-t ln t<0.令S(t)=(t-1)ln (t+1)-t ln t,t>1,则S′(t)=ln (t+1)+-1-ln t=ln -.先证明一个不等式:ln(x+1)≤x.设u(x)=ln(x+1)-x,则u′(x)=-1=,当-1<x<0时,u′(x)>0;当x>0时,u′(x)<0,故u(x)在(-1,0)上为增函数,在(0,+∞)上为减函数,故u(x)ma x=u(0)=0,故ln(x+1)≤x成立.由上述不等式可得当t>1时,ln ≤<,故S′(t)<0恒成立,故S(t)在(1,+∞)上为减函数,故S(t)<S(1)=0,故(t-1)ln (t+1)-t ln t<0成立,即x1+x2<e成立.综上所述,2<+<e.对称化构造是解决极值点偏移问题的方法,该方法可分为以下三步:已知函数f(x)=ln x-ax有两个零点x1,x2(x1<x2).(1)求实数a的取值范围;(2)求证:x1·x2>e2.(1)解:f′(x)=-a=(x>0),①若a≤0,则f′(x)>0,不符合题意.②若a>0,令f′(x)=0,解得x=.当x∈时,f′(x)>0;当x∈时,f′(x)<0.由题意知f(x)有两个零点的必要条件为f(x)=ln x-ax的极大值f=ln -1>0,解得0<a<.显然e∈,f(e)=1-a e<0,∈,f=2ln-.设t=>e,g(t)=2ln t-t,g′(t)=-1<0,所以g(t)在(e,+∞)上单调递减,g(t)<g(e)=2-e<0,即f <0.所以实数a的取值范围为.(2)证明:因为f(1)=-a<0,所以1<x1<<x2.构造函数H(x)=f-f=ln -ln -2ax,0<x<.H′(x)=+-2a=>0,所以H(x)在上单调递增,故H(x)>H(0)=0,即f >f.由1<x1<<x2,知-x1>,故f(x2)=f(x1)=f <f=f.因为f(x)在上单调递减,所以x2>-x1,即x1+x2>.故ln (x1x2)=ln x1+ln x2=a(x1+x2)>2,即x1·x2>e2.拓展考点 隐零点求解问题已知函数f(x)=ax2-ax-x ln x,且f(x)≥0.(1)求a;(2)证明:f(x)存在唯一的极大值点x0,且e-2<f(x0)<2-2.(1)解:f(x)的定义域为(0,+∞),设g(x)=ax-a-ln x,则f(x)=xg(x),f(x)≥0等价于g(x)≥0.因为g(1)=0,g(x)≥0,故g′(1)=0,而g′(x)=a-,g′(1)=a-1=0,得a=1.若a=1,则g′(x)=1-.当0<x<1时,g′(x)<0,g(x)单调递减;当x>1时,g′(x)>0,g(x)单调递增,所以x=1是g(x)的极小值点,故g(x)≥g(1)=0.综上,a=1.(2)证明:由(1)知f(x)=x2-x-x ln x,f′(x)=2x-2-ln x(x>0).设h(x)=2x-2-ln x,h′(x)=2-.当x∈时,h′(x)<0;当x∈时,h′(x)>0,所以h(x)在上单调递减,在上单调递增.又h(e-2)>0,h<0,h(1)=0,所以h(x)在上有唯一零点x0,在上有唯一零点1,且当x∈(0,x0)时,h(x)>0;当x∈(x0,1)时,h(x)<0;当x∈(1,+∞)时,h(x)>0.因为f′(x)=h(x),所以x=x0是f(x)的唯一极大值点.由f′(x0)=0得ln x0=2(x0-1),故f(x0)=x0(1-x0).由x0∈得f(x0)<.因为x=x0是f(x)在(0,1)上的最大值点,由e-1∈(0,1),f′(e-1)≠0得f(x0)>f(e-1)=e-2,所以e-2<f(x0)<2-2.设函数f(x)=e x-ax-2.(1)求f(x)的单调区间;(2)若a=1,k为整数,且当x>0时,(x-k)·f′(x)+x+1>0,求k的最大值.解:(1)当a≤0时,f(x)的单调递增区间是(-∞,+∞),无单调递减区间;当a>0时,函数f(x)的单调递减区间是(-∞,ln a),单调递增区间是(ln a,+∞).(解答过程略)(2)由题设可得(x-k)(e x-1)+x+1>0,即k<x+(x>0)恒成立.令g(x)=+x(x>0),得g′(x)=+1=(x>0).由(1)的结论可知,函数h(x)=e x-x-2(x>0)是增函数.又因为h(1)<0,h(2)>0,所以函数h(x)的唯一零点α∈(1,2)(该零点就是h(x)的隐零点),且eα=α+2.当x∈(0,α)时,g′(x)<0;当x∈(α,+∞)时,g′(x)>0,所以g(x)min=g(α)=+α.又eα=α+2且α∈(1,2),则g(x)min=g(α)=1+α∈(2,3),所以k的最大值为2.1.按导函数零点能否精确求解可以把零点分为两类:1.已知函数f(x)=e x-a-eln(e x+a),若关于x的不等式f(x)≥0恒成立,求实数a的取值范围.解:由函数f(x)=e x-a-eln(e x+a),求得定义域为,对函数求导可得:f′(x)=e x-,则存在一个x0,使得f′(x0)=0,且-<x<x0时,f′(x)<0,x>x0时,f′(x)>0,则f(x)≥f(x0)=e x0-a-eln(e x0+a)=-a-e·ln e=e x0+-2e-a=e x0+a+-2e-2a.因为e x0+a+≥2e,所以f(x0)≥2e-2e-2a=-2a≥0,则a≤0,所以实数a的取值范围为(-∞,0].2.已知函数f(x)=.(1)求函数f(x)的零点及单调区间;(2)求证:曲线y=存在斜率为6的切线,且切点的纵坐标y0<-1.(1)解:函数f(x)的零点为e.函数f(x)的单调递增区间为(e,+∞),单调递减区间为(0,e).(解答过程略)(2)证明:要证曲线y=存在斜率为6的切线,即证y′==6有解,等价于1-ln x-6x2=0在x>0时有解.构造辅助函数g(x)=1-ln x-6x2(x>0),g′(x)=--12x<0,函数g(x)在(0,+∞)上单调递减,且g(1)=-5<0,g=1+ln 2->0,所以∃x0∈,使得g(x0)=1-ln x0-6x=0.即证明曲线y=存在斜率为6的切线.设切点坐标为,则y===-6x0,x0∈.令h(x)=-6x,x∈,由h(x)在区间上单调递减,则h(x)<h=-1,.所以y0<-1求证:x1x2>e2(e为自然对数的底数).[四字程序]思路参考:转化为证明ln x1+ln x2>2,根据x1,x2是方程f′(x)=0的根建立等量关系.令t=,将ln x1+ln x2变形为关于t的函数,将ln x1+ln x2>2转化为关于t的不等式进行证明.证明:欲证x1x2>e2,需证ln x1+ln x2>2.若f(x)有两个极值点x1,x2,则函数f′(x)有两个零点.又f′(x)=ln x-mx(x>0),所以x1,x2是方程f′(x)=0的两个不等实根.于是,有解得m=.另一方面,由得ln x2-ln x1=m(x2-x1),从而得=,于是,ln x1+ln x2==.又0<x1<x2,设t=,则t>1.因此,ln x1+ln x2=,t>1.要证ln x1+ln x2>2,即证>2,t>1.即当t>1时,有ln t>.设函数h(t)=ln t-,t>1,则h′(t)=-=≥0,所以,h(t)为(1,+∞)上的增函数.又h(1)=0,因此,h(t)>h(1)=0.于是,当t>1时,有ln t>.所以ln x1+ln x2>2成立,即x1x2>e2.思路参考:将证明x1x2>e2转化为证明x1>.依据x1,x2是方程f′(x)=0的两个不等实根,构造函数g(x)=,结合函数g(x)的单调性,只需证明g(x2)=g(x1)<g.证明:由x1,x2是方程f′(x)=0的两个不等实根,且f′(x)=ln x-mx(x>0),所以mx1=ln x1,mx2=ln x2.令g(x)=,g(x1)=g(x2),由于g′(x)=,因此,g(x)在(0,e)上单调递增,在(e,+∞)上单调递减.又x1<x2,所以0<x1<e<x2.令h(x)=g(x)-g(x∈(0,e)),h′(x)=>0,故h(x)在(0,e)上单调递增,故h(x)<h(e)=0,即g(x)<g.令x=x1,则g(x2)=g(x1)<g.因为x2,∈(e,+∞),g(x)在(e,+∞)上单调递减,所以x2>,即x1x2>e2.思路参考:设t1=ln x1∈(0,1),t2=ln x2∈(1,+∞),推出=e t1-t2.将证明x1x2>e2转化为证明t1+t2>2,引入变量k=t1-t2<0构建函数进行证明.证明:设t1=ln x1∈(0,1),t2=ln x2∈(1,+∞).由得⇒=e t1-t2.设k=t1-t2<0,则t1=,t2=.欲证x1x2>e2,需证ln x1+ln x2>2.即只需证明t1+t2>2,即>2⇔k(1+e k)<2(e k-1)⇔k(1+e k)-2(e k-1)<0.设g(k)=k(1+e k)-2(e k-1)(k<0),则g′(k)=k e k-e k+1.令m(k)=k e k-e k+1,则m′(k)=k e k<0,故g′(k)在(-∞,0)上单调递减,故g′(k)>g′(0)=0,故g(k)在(-∞,0)上单调递增,因此g(k)<g(0)=0,命题得证.思路参考:设t1=ln x1∈(0,1),t2=ln x2∈(1,+∞),推出=e t1-t2.将证明x1x2>e2转化为证明t1+t2>2,引入变量=k∈(0,1)构建函数进行证明.证明:设t1=ln x1∈(0,1),t2=ln x2∈(1,+∞).由得⇒=e t1-t2.设=k∈(0,1),则t1=,t2=.欲证x1x2>e2,需证ln x1+ln x2>2,即只需证明t1+t2>2,即>2⇔ln k<⇔ln k-<0.设g(k)=ln k-(k∈(0,1)),g′(k)=>0,故g(k)在(0,1)上单调递增,因此g(k)<g(1)=0,命题得证.1.本题考查应用导数研究极值点偏移问题,基本解题方法是把双变量的等式或不等式转化为一元变量问题求解,途径都是构造一元函数.2.基于课程标准,解答本题一般需要具有良好的转化与化归能力、运算求解能力、逻辑思维能力.本题的解答体现了逻辑推理、数学运算的核心素养.3.基于高考数学评价体系,本题涉及函数与方程、不等式、导数的计算与应用等知识,渗透着函数与方程、转化与化归、分类讨论等思想方法,有一定的综合性,属于能力题,在提升学生思维的灵活性、创造性等数学素养中起到了积极的作用.已知函数f(x)=x ln x-2ax2+x,a∈R.(1)若f(x)在(0,+∞)内单调递减,求实数a的取值范围;(2)若函数f(x)有两个极值点分别为x1,x2,证明:x1+x2>.(1)解:f′(x)=ln x+2-4ax.因为f(x)在(0,+∞)内单调递减,所以f′(x)=ln x+2-4ax≤0在(0,+∞)内恒成立,即4a≥+在(0,+∞)内恒成立.令g(x)=+,则g′(x)=.所以,当0<x<时,g′(x)>0,即g(x)在内单调递增;当x>时,g′(x)<0,即g(x)在内单调递减.所以g(x)的最大值为g=e,所以实数a的取值范围是.(2)证明:若函数f(x)有两个极值点分别为x1,x2,则f′(x)=ln x+2-4ax=0在(0,+∞)内有两个不等根x1,x2.由(1),知0<a<.由两式相减,得ln x1-ln x2=4a(x1-x2).不妨设0<x1<x2,则<1,所以要证明x1+x2>,只需证明<,即证明>ln x1-ln x2,亦即证明>ln.令函数h(x)=-ln x,0<x<1,所以h′(x)=<0,即函数h(x)在(0,1)内单调递减.所以当x∈(0,1)时,有h(x)>h(1)=0,所以>ln x,即不等式>ln成立.综上,x1+x2>,命题得证.。
高考数学大一轮复习第三章导数及其应用2第2讲导数与函数的单调性课件文新人教A版
利用导数求函数单调区间的方法 (1)当导函数不等式可解时,解不等式 f′(x)>0 或 f′(x)<0 求出 单调区间. (2)当方程 f′(x)=0 可解时,解出方程的实根,按实根把函数的 定义域划分区间,确定各区间 f′(x)的符号,从而确定单调区间. (3)当导函数的方程、不等式都不可解时,根据 f′(x)结构特征, 利用图象与性质确定 f′(x)的符号,从而确定单调区间. [提醒] 所求函数的单调区间不止一个时,这些区间之间不能 用“∪”及“或”连接,只能用“,”及“和”隔开.
1.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.(-∞,+∞)
解析:选 B.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
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (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.( )
答案:(1)× (2)√
函数 f(x)=cos x-x 在(0,π)上的单调性是( )
2.由函数的单调性与导数的关系可得的结论 (1)函数 f(x)在(a,b)内可导,且 f′(x)在(a,b)任意子区间内都不 恒等于 0,当 x∈(a,b)时: f′(x)≥0⇔函数 f(x)在(a,b)上单调递增; f′(x)≤0⇔函数 f(x)在(a,b)上单调递减. (2)f′(x)>0(<0)在(a,b)上成立是 f(x)在(a,b)上单调递增(减)的 充分条件. [提醒] 利用导数研究函数的单调性,要在定义域内讨论导数 的符号.
2019版高考数学一轮复习第三章导数及其应用学案理
第三章导数及其应用第一节导数的概念及运算本节主要包括2个知识点: 1.导数的运算; 2.导数的几何意义.突破点(一) 导数的运算[基本知识]1.函数y =f (x )在x =x 0处的导数称函数y =f (x )在x =x 0处的瞬时变化率lim Δx→0ΔyΔx =lim Δx→0+Δ-Δx为函数y =f (x )在x =x 0处的导数,记作f ′(x 0)或y ′|x =x 0,即f ′(x 0)=lim Δx→0ΔyΔx =lim Δx→0+Δ-Δx.2.函数f (x )的导函数 称函数f ′(x )=lim Δx→0+Δ-Δx为f (x )的导函数.3.基本初等函数的导数公式4.(1)[f (x )±g (x )]′=f ′(x )±g ′(x ); (2)[f (x )·g (x )]′=f ′(x )g (x )+f (x )g ′(x ); (3)⎣⎢⎡⎦⎥⎤′=-(g (x )≠0).5.复合函数的导数复合函数y =f (g (x ))的导数和函数y =f (u ),u =g (x )的导数间的关系为y x ′=y u ′·u x ′,即y 对x 的导数等于y 对u 的导数与u 对x 的导数的乘积.[基本能力]1.判断题(1)f ′(x 0)与(f (x 0))′的计算结果相同.( ) (2)求f ′(x 0)时,可先求f (x 0)再求f ′(x 0).( ) (3)f ′(x 0)是导函数f ′(x )在x =x 0处的函数值.( ) (4)⎝⎛⎭⎪⎫sin π3′=cos π3.( ) (5)若(ln x )′=1x ,则⎝ ⎛⎭⎪⎫1x ′=ln x .( )(6)函数f (x )=sin(-x )的导数为f ′(x )=cos x .( ) (7)y =cos 3x 由函数y =cos u ,u =3x 复合而成.( ) 答案:(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)√ 2.填空题(1)已知f (x )=13-8x +2x 2,f ′(x 0)=4,则x 0=________. 解析:∵f ′(x )=-8+4x ,∴f ′(x 0)=-8+4x 0=4,解得x 0=3. 答案:3(2)函数y =ln xex 的导函数为________________.答案:y ′=1-xln xxex(3)已知f (x )=2sin x +x ,则f ′⎝ ⎛⎭⎪⎫π4=________. 解析:∵f (x )=2sin x +x ,∴f ′(x )=2cos x +1,则f ′⎝ ⎛⎭⎪⎫π4=2cos π4+1=2+1. 答案:2+1[全析考法][典例] (1)函数f (x )=(x +1)2(x -3),则其导函数f ′(x )=( ) A .3x 2-2x B .3x 2-2x -5 C .3x 2-xD .3x 2-x -5(2)(2018·钦州模拟)已知函数f (x )=x ln x ,则f ′(1)+f (4)的值为( ) A .1-8ln 2 B .1+8ln 2 C .8ln 2-1D .-8ln 2-1(3)已知函数f (x )=sin x cos φ-cos x sin φ-1(0<φ<π2),若f ′⎝ ⎛⎭⎪⎫π3=1,则φ的值为( ) A.π3B.π6 C.π4 D.5π12[解析] (1)法一:因为f (x )=(x +1)2(x -3)=(x +1)(x +1)(x -3),所以f ′(x )=[(x +1)(x +1)]′(x -3)+(x +1)(x +1)(x -3)′=2(x +1)(x -3)+(x +1)2=3x 2-2x -5.法二:f (x )=(x +1)2(x -3)=x 3-x 2-5x -3,则f ′(x )=3x 2-2x -5.(2)因为f ′(x )=ln x +1,所以f ′(1)=0+1=1,所以f ′(1)+f (4)=1+4ln 4=1+8ln 2.故选B.(3)因为f (x )=sin x cos φ-cos x sin φ-1⎝ ⎛⎭⎪⎫0<φ<π2,所以f ′(x )=cos x cos φ+sin x sin φ=cos(x -φ),因为f ′⎝ ⎛⎭⎪⎫π3=1,所以cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π3-φ=1,因为0<φ<π2,所以φ=π3,故选A.[答案] (1)B (2)B (3)A[方法技巧] 导数运算的常见形式及其求解方法[全练题点]1.下列函数中满足f (x )=f ′(x )的是( ) A .f (x )=3+x B .f (x )=-x C .f (x )=ln xD .f (x )=0解析:选D 若f (x )=0,则f ′(x )=0,从而有f (x )=f ′(x ).故选D. 2.(2018·延安模拟)设函数f (x )=ax +3,若f ′(1)=3,则a =( ) A .2 B .-2 C .3D .-3解析:选C 由题意得,f ′(x )=a ,因为f ′(1)=3,所以a =3,故选C. 3.(2018·南宁模拟)设f (x )在x =x 0处可导,且li m Δx→0+3Δ-Δx=1,则f ′(x 0)=( )A .1B .0C .3 D.13解析:选D 因为lim Δx→0+3Δ-Δx=1,所以lim Δx→0⎣⎢⎡⎦⎥⎤3×+3Δ-3Δx=1,即3f ′(x 0)=1,所以f ′(x 0)=13.故选D.4.(2018·桂林模拟)已知函数y =x cos x -sin x ,则其导函数y ′=( ) A .x sin x B .-x sin x C .x cos xD .-x cos x解析:选B 函数y =x cos x -sin x 的导函数y ′=cos x -x sin x -cos x =-x sin x ,故选B. 5.(2018·九江一模)已知f (x )是(0,+∞)上的可导函数,且f (x )=x 3+x 2f ′(2)+2ln x ,则函数f (x )的解析式为( )A .f (x )=x 3-32x 2+2ln xB .f (x )=x 3-133x 2+2ln xC .f (x )=x 3-3x 2+2ln x D .f (x )=x 3+3x 2+2ln x解析:选B ∵f (x )=x 3+x 2f ′(2)+2ln x ,∴f ′(x )=3x 2+2xf ′(2)+2x ,令x =2,得f ′(2)=12+4f ′(2)+1,∴f ′(2)=-133,∴f (x )=x 3-133x 2+2ln x ,故选B.突破点(二) 导数的几何意义[基本知识]函数f (x )在点x 0处 的导数f ′(x 0)的几何意义是在曲线y =f (x )上点P (x 0,y 0)处的切线的斜率.相应地,切线方程为y -y 0=f ′(x 0)(x -x 0).特别地,如果曲线y =f (x )在点(x 0,y 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.[基本能力]1.判断题(1)曲线的切线与曲线不一定只有一个公共点.( ) (2)求曲线过点P 的切线时P 点一定是切点.( ) 答案:(1)√ (2)× 2.填空题(1)曲线y =x 3-x +3在点(1,3)处的切线方程为________. 答案:2x -y +1=0(2)已知直线y =-x +1是函数f (x )=-1a ·e x图象的切线,则实数a =________.解析:设切点为(x 0,y 0),则f ′(x 0)=-1a ·e x 0=-1,∴e x 0=a ,又-1a ·e x 0=-x 0+1,∴x 0=2,a =e 2.答案:e 2(3)曲线f (x )=x ln x 在点M (1,f (1))处的切线方程为________.解析:由题意,得f ′(x )=ln x +1,所以f ′(1)=ln 1+1=1,即切线的斜率为1.因为f (1)=0,所以所求切线方程为y -0=x -1,即x -y -1=0.答案:x -y -1=0[全析考法]“过点A A 必为切点,前者未必是切点.曲线在某点处的切线,若有,则只有一条;曲线过某点的切线往往不止一条.切线与曲线的公共点不一定只有一个.[例1] 已知函数f (x )=x 3-4x 2+5x -4. (1)求曲线f (x )在点(2,f (2))处的切线方程; (2)求经过点A (2,-2)的曲线f (x )的切线方程. [解] (1)∵f ′(x )=3x 2-8x +5, ∴f ′(2)=1,又f (2)=-2,∴曲线f (x )在点(2,f (2))处的切线方程为y -(-2)=x -2, 即x -y -4=0.(2)设切点坐标为(x 0,x 30-4x 20+5x 0-4), ∵f ′(x 0)=3x 20-8x 0+5,∴切线方程为y -(-2)=(3x 20-8x 0+5)(x -2), 又切线过点(x 0,x 30-4x 20+5x 0-4), ∴x 30-4x 20+5x 0-2=(3x 20-8x 0+5)(x 0-2), 整理得(x 0-2)2(x 0-1)=0, 解得x 0=2或x 0=1,∴经过A (2,-2)的曲线f (x )的切线方程为x -y -4=0或y +2=0. [方法技巧]。
高考数学一轮复习第3章一元函数的导数及其应用2利用导数研究函数的单调性课件新人教版
π
π
-π,, 0,
____________.
2
2
由题意可知 f'(x)=sin x+xcos x-sin x=xcos x.
令 f'(x)=xcos x>0,解得其在区间(-π,π)内的解集为
即 f(x)的单调递增区间为
π
-π,- 2
,
π
0, 2
.
π
-π,2
∪
π
0,
2
,
解题心得利用导数讨论函数单调性或求单调区间的方法
等,都需要考虑函数的单调性,所以也是高考必考知识.应用时,要注意函数
的定义域优先,准确求导变形,转化为导函数在某区间上的符号问题.常用
到分类讨论和数形结合的思想,对数学运算核心素养有一定的要求.
内
容
索
引
01
第一环节
必备知识落实
02
第二环节
关键能力形成
03
第三环节
学科素养提升
第一环节
必备知识落实
【知识筛查】
(2)若函数f(x)在区间[1,2]上为单调函数,求a的取值范围.
解 (1)若a=1,则f(x)=3x-2x2+ln x的定义域为(0,+∞),
1
-42 +3+1
故 f'(x)= -4x+3=
=
-(4+1)(-1)
(x>0).
当x∈(0,1)时,f'(x)>0,即函数f(x)=3x-2x2+ln x单调递增;
1
2
7
7
即 g(x)在区间[1,4]上单调递增,g(x)max=g(4)= − =- ,即 a≥- .
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1.若函数 y=f(x)的导函数在区间[a,b]上是先增后减的函数, 则函数 y=f(x)在区间[a,b]上的图像可能是( )
6
答案 C 解析 根据题意 f′(x)在[a,b]上是先增后减的函数,则在函 数 f(x)的图像上,各点的切线斜率是先随 x 的增大而增大,然后 随 x 的增大而减小,由四个选项的图形对比可以看出,只有选项 C 满足题意.
f(x)在(2,3)上不单调,则有223a<≠23a0<,3,可得
9 3<a<2.
12
6.函数 f(x)=x33-2ax2+x+1 在区间(12,3)上单调递减,求实 数 a 的范围.
答案 a≥130 解析 方法一:f′(x)=x2-ax+1. ∵f(x)在(12,3)上单调递减,∴f′(x)≤0 在(12,3)上恒成立, 即 x2-ax+1≤0 恒成立,∴ax≥x2+1,∴a≥(x+1x)max 令 g(x)=x+1x
A.(π2 ,3π 2 )
B.(π,2π)
C.(3π 2 ,5π 2 )
D.(2π,3π)
9
答案 B
解析 方法一:(分析法)计算函数在各个端点处的函数值,
有下表:
π x2
π
3π 2
2π
5π 2
3π
y -1 -π 1 2π -1 -3π
由表中数据大小变化易得结论 B 项.
方法二:(求导法)由 y′=-xsinx>0,则 sinx<0,只有 B 项
a≥130,∴实数
a
的取值
范围为[130,+∞).
14
方法三:f′(x)=x2-ax+1,Δ=a2-4,
①a2-4≤0,即-2≤a≤2 时,f′(x)≥0 恒成立,
此时 f′(x)单调递增.
②a2-4>0 即 a>2 或 a<-2 时,
令 f′(x)<0,此时a-
a2-4 a+ 2 <x<
a2-4 2
20
(3)定义域为 R. f′(x)=4ex(x+2)-2x-4 =4(x+2)(ex-12). 由 f′(x)>0,解得 x<-2 或 x>-ln2. 由 f′(x)<0,得-2<x<-ln2. ∴f(x)单调增区间为(-∞,-2),(-ln2,+∞), f(x)单调减区间为(-2,-ln2).
18
【 解 析 】 (1) 定 义 域 为 {x|x>0 且 x≠1} , f ′ (x) =
-(lnx+1) (xlnx)2
由
f′(x)>0,解得
1 0<x<e
由 f′(x)<0,解得1e<x<1 或 x>1
∴f(x)增区间为(0,1e),
减区间为(1e,1),(1,+∞)
19
Hale Waihona Puke (2)定义域为{x|x≠0},y′=8x-x12, 令 y′>0,得 8x-x12>0,即 x3>18, ∴x>12. ∴f(x)单调递增区间为(12,+∞), 单调递减区间为(-∞,0),(0,12).
7
2.(课本习题改编)当 x>0 时,f(x)=x+4x的单调减区间是
() A.(2,+∞)
B.(0,2)
C.( 2,+∞)
D.(0, 2)
答案 B 解析 f′(x)=1-x42=(x-2)x(2 x+2)<0, 又∵x>0,∴x∈(0,2),∴选 B.
8
3.函数 y=xcosx-sinx 在下面哪个区间上是增函数( )
13
g(x)在(12,1)上减,在(1,3)上增.
当 x=3 时,g(3)=130>g(12),∴a≥130.
方法二:由题意 f′(x)=x2-ax+1,∵函数 f(x)在区间(12,
3) 上 单 调 递 减 , ∴ f ′ (x)≤0
在
区
间
(
1 2
,
3)
上
恒
成
立
,
∴
f′(12)≤0,即14-12a+1≤0,解得 f′(3)≤0, 9-3a+1≤0,
符合,故选 B 项.
10
4.若 y=x+ax2(a>0)在[2,+∞)上是增函数,则 a∈________. 答案 (0,2] 解析 由 y′=1-xa22≥0,得 x≤-a 或 x≥a. ∴y=x+ax2的单调递增区间为(-∞,-a],[a,+∞). ∵函数在[2,+∞)上单调递增, ∴[2,+∞)⊆[a,+∞),∴a≤2.又 a>0,∴0<a≤2.
第2课时 导数的应用(一)——单调 性
1
…2018 考纲下载… 1.了解可导函数的单调性与其导数的关系. 2.导数是研究函数性质的重要工具,它的突出作用是用于 研究函数的单调性.每年高考都从不同角度考查这一知识点,往 往与不等式结合考查.
2
请注意 利用导数求单调性是高考的重要热点: 1.若 f(x)在区间(a,b)上为减函数,则不能得出在(a,b)上 有 f′(x)<0; 2.划分单调区间一定要先求函数定义域; 3.单调区间一般不能并起来.
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5.已知函数 f(x)=x2(x-a).
(1)若 f(x)在(2,3)上单调,则实数 a 的取值范围是________;
(2)若 f(x)在(2,3)上不单调,则实数 a 的取值范围是________.
答案 (1)(-∞,3]∪[92,+∞) (2)(3,92)
解析 (2)由 f(x)=x3-ax2,得 f′(x)=3x2-2ax=3x(x-23a).若
21
(4)f′(x)=(2+cosx)(c2o+sxc-ossxi)nx2(-sinx)=(22c+oscxo+sx1)2. 当 2kπ-2π 3 <x<2kπ+2π 3 (k∈Z)时,cosx>-12,即 f′(x)>0; 当 2kπ+2π 3 <x<2kπ+4π 3 (k∈Z)时,cosx<-12,即 f′(x)<0. 因此 f(x)在区间(2kπ-2π 3 ,2kπ+2π 3 )(k∈Z)上是增函数, f(x)在区间(2kπ+2π 3 ,2kπ+4π 3 )(k∈Z)上是减函数.
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∴f(x)减区间为(a-
2a2-4,a+
a2-4 2)
由题意(12,3)⊆(a-
2a2-4,a+
a2-4 2)
a- ∴a+
2a2-4≤12,解得 2a2-4≥3
a≥130
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授人以渔
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题型一 求函数的单调区间 求下列函数的单调区间. (1)f(x)=xl1nx; (2)f(x)=4x2+1x; (3)f(x)=4ex(x+1)-x2-4x; (4)f(x)=2+sicnoxsx.
3
课前自助餐
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函数的单调性 (1)设函数 y=f(x)在某个区间内可导,若 f′(x)>0,则 f(x)为 增函数;若 f′(x)<0,则 f(x)为减函数. (2)求可导函数 f(x)单调区间的步骤: ①确定 f(x)的定义域; ②求导数 f′(x); ③令 f′(x)>0(或 f′(x)<0),解出相应的 x 的范围; ④当 f′(x)>0 时,f(x)在相应区间上是增函数,当 f′(x)<0 时,f(x)在相应区间上是减函数.