(整理)利用导数研究函数的性质.

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专题三 利用导数研究函数的性质

1. 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.

2. f (x )在(a ,b )上是增函数的充要条件是f ′(x )≥0,且f ′(x )=0在有限个点处取到. 3. 对于可导函数f (x ),f ′(x 0)=0并不是f (x )在x =x 0处有极值的充分条件

对于可导函数f (x ),x =x 0是f (x )的极值点,必须具备①f ′(x 0)=0,②在x 0两侧,f ′(x )的符号为异号.所以f ′(x 0)=0只是f (x )在x 0处有极值的必要条件,但并不充分. 4. 如果连续函数f (x )在区间(a ,b )内只有一个极值点,那么这个极值点就是最值点.在解决

实际问题中经常用到这一结论.

1. 已知函数f (x )=ln a +ln x

x

在[1,+∞)上为减函数,则实数a 的取值范围为__________.

答案 [e ,+∞)

解析 f ′(x )=1x

·x -(ln a +ln x )x 2=1-(ln a +ln x )x 2,因为f (x )在[1,+∞)上为减函数,故

f ′(x )≤0在[1,+∞)上恒成立,即ln a ≥1-ln x 在[1,+∞)上恒成立.设φ(x )=1-ln x ,φ(x )max =1,故ln a ≥1,a ≥e.

2. 设函数f (x )=ax 3-3x +1 (x ∈R ),若对于任意x ∈[-1,1],都有f (x )≥0成立,则实数a

的值为________. 答案 4

解析 若x =0,则不论a 取何值,f (x )≥0显然成立;

当x >0,即x ∈(0,1]时,f (x )=ax 3-3x +1≥0可化为a ≥3x 2-1x 3.设g (x )=3x 2-1

x 3,则g ′(x )

=3(1-2x )

x 4

所以g (x )在区间⎝⎛⎦⎤0,12上单调递增,在区间⎣⎡⎦⎤12,1上单调递减,因此g (x )max =g ⎝⎛⎭⎫1

2=4,从而a ≥4.

当x <0,即x ∈[-1,0)时,同理a ≤3x 2-1

x

3.

g (x )在区间[-1,0)上单调递增, ∴g (x )min =g (-1)=4,从而a ≤4, 综上可知a =4.

3. 若函数f (x )的导函数为f ′(x )=-x (x +1),则函数g (x )=f (log a x )(0

__________. 答案 ⎣⎡⎦

⎤1,1a 解析 由f ′(x )=-x (x +1)≤0,得x ≤-1或x ≥0, 即f (x )的减区间为(-∞,-1],[0,+∞), 则f (x )的增区间为[-1,0].

∵0

a 时,g (x )为减函数,

∴g (x )的单调减区间为⎣⎡⎦

⎤1,1a . 4. 直线l 与函数y =3x +1

x

的图象相切于点P ,且与直线x =0和y =3x 分别交于A ,B 两点,

AP

BP

=________. 答案 1

解析 设P ⎝⎛⎭⎫x 0,3x 0+1x 0,则在点P 处的切线方程为y -⎝⎛⎭⎫3x 0+1x 0=⎝⎛⎭⎫3-1

x 20(x -x 0),与y =3x 联立解得x B =2x 0,所以AP BP =⎪⎪⎪⎪⎪⎪x P x P -x B =⎪⎪⎪⎪⎪⎪

x 0x 0-2x 0=1. 5. 函数f (x )=1

2

x 2-ln x 在[1,e]上的最大值为________.

答案 12

解析 ∵f ′(x )=x -1

x ,∴当x ∈(1,e)时,f ′(x )>0,

∴f (x )在[1,e]上是增函数,故f (x )min =f (1)=1

2

.

题型一 利用导数求函数的单调区间

例1 已知函数f (x )=x 3+ax 2-x +c ,且a =f ′⎝⎛⎭⎫

23.

(1)求a 的值;

(2)求函数f (x )的单调区间;

(3)设函数g (x )=(f (x )-x 3)·e x ,若函数g (x )在x ∈[-3,2]上单调递增,求实数c 的取值范围.

解 (1)由f (x )=x 3+ax 2-x +c , 得f ′(x )=3x 2+2ax -1.

当x =23时,得a =f ′⎝⎛⎭⎫23=3×⎝⎛⎭⎫232+2a ×⎝⎛⎭⎫23-1, 解之,得a =-1.

(2)由(1)可知f (x )=x 3-x 2-x +c .

则f ′(x )=3x 2-2x -1=3⎝⎛⎭⎫x +1

3(x -1),列表如下: x (-∞,-1

3

)

-13 (-1

3,1) 1 (1,+∞)

f ′(x ) + 0 - 0 +

f (x )

极大值

极小值

所以f (x )的单调增区间是(-∞,-1

3)和(1,+∞);

f (x )的单调减区间是⎝⎛⎭

⎫-1

3,1. (3)函数g (x )=(f (x )-x 3)·e x =(-x 2-x +c )·e x , 有g ′(x )=(-2x -1)e x +(-x 2-x +c )e x =(-x 2-3x +c -1)e x ,

因为函数g (x )在x ∈[-3,2]上单调递增,

所以h (x )=-x 2-3x +c -1≥0在x ∈[-3,2]上恒成立. 只要h (2)≥0,解得c ≥11,所以c 的取值范围是[11,+∞). 探究提高 利用导数研究函数单调性的一般步骤:

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