专题4:导数及其应用

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2.求函数在闭区间上的最值,先求出函数的极值点,研究函数在这个闭区间上的简图,比较极值点和区间端点分别对应的函数值大小.
3.由于本题极值点是一个字母,要讨论这个极值点与所给闭区间的关系,突出分类讨论的思想.
4.帮助学生理解题意,得出不等式f(x)≥g(x)在[,e]上有解,通过分离常数法,研究函数的最大值得出实数a的取值范围.
[第三层次]
例1已知函数f(x)=x3+2bx2+cx-2的图象在与x轴交点处的切线方程是y=5x-10.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)设函数g(x)=f(x)+mx,若g(x)的极值存在,求实数m的取值范围以及函数g(x)取得极值时对应的自变量x的值.
答案:(1)函数的解析式为f(x)=x3-2x2+x-2.
(2)实数m的取值范围是:m∈(-∞,1).
当x=时,g(x)有极大值;当x=g(x)有极小值.
〖教学建议〗
一、主要问题归类与方法:
1.切点在x轴上又在曲线上,还在切线上.
2.函数存在极值,则导函数的值可正可负.
3.二次函数的值可正可负,则有对应的二次方程有两个不相等的实数根,所以判别式要大于零.
4.求函数的极值,应先由导函数值等于0求出极值点,再通过列表判断函数的单调性,从而求出函数的极值以及取得极值时对应的自变量x的值.
例2已知函数f(x)=x2-(2a+1)x+alnx.
(1)当a=1时,求函数f(x)的单调增区间;
(2)求函数f(x)在区间[1,e]上的最小值;
(3)设g(x)=(1-a)x,若存在x0∈[,e],使得f(x0)≥g(x0)成立,求实数a的取值范围.
答案:(1)函数f(x)的单调增区间为(0,)和(1,+∞).
导数及其应用(两课时)
一、前测训练
1.(1)曲线y=x3上在点(-1,-1)的切线方程为.
(2)曲线y=x3-3x2+2x过点(0,0)的切线方程为.
答案:(1)y=3x+2.
(2)y=2x或y=-x.
2.(1)函数f(x)=2x2-lnx的减区间为.
(2)函数 上是增函数,则实数a的取值范围为.
答案:(1)(0,).(2)a≤.
答案:(1)略.
(2)m的取值范围是[1,2].
(3)实数λ的最小值是,且此时m=2.
〖教学建议〗
一、主要问题归类与方法:
1.含绝对值的函数通常要讨论绝对值里面式子的正负设法去掉绝对值,最终变为分段函数之后进行研究.
2.证明一个三次函数是单调增函数,只要证明它的导函数恒大于0或大于等于0(原函数不能是常函数).
(2)a<2或a>.
〖教学建议〗
一、主要问题归类与方法:
1.不等式恒成立问题的处理方法1:分离常数法;方法2:转化为二次不等式恒成立问题.
2.方程有解(解的个数)问题、图象交点问题、函数零点问题之间可以相互转化.
3.结合函数的单调性,研究函数的极大值、极小值,通过画出函数的简图解决问题.
二、方法选择与优化建议:
3.解一元二次不等式时要结合二次函数的图象进行分类讨论.
4.根据函数的单调性的变化,通过列表写出函数f(x)的极值点.
例2设函数f(x)=x3-x2+6x-a.
(1)对于任意实数x,f′(x)≥m恒成立,求m的最大值;
(2)若方程f(x)=0有且仅有一个实根,求a的取值范围.
答案:(1)m的最大值为-.
(2)当a≤1时,[f(x)]min=-2a;当1<a<e时,[f(x)]min=a(lna-a-1);
当a≥e时,[f(x)]min=e2-(2a+1) e+a.
(3)实数a的取值范围为(-∞,].
〖教学建议〗
一、主要问题归类与方法:
1.导函数值大于零的区间是原函数的增区间;导函数值小于零的区间是原函数的减区间.求单调区间关注函数的定义域,单调区间是定义域的子集.
3.利用导数求出函数的单调区间和极值画出分段函数(即函数f(x))简图,结合函数图象通过动态的研究,求出m的取值范围.
4.结合函数的简图利用函数的单调性来研究函数的值域,凸显分类讨论思想.
5.本题还可以利用函数是奇函数对问题进行适当的变式训练.解决函数问题要突出数形结合的数学思想,要充分利用导数这个工具,通过研究函数的单调性和极值画出函数的简图.
5.不等式恒成立问题
法1:分离常数法(优先);法2:设F(x)=f(x)-g(x),转化F(x)的最值问题;法3:转化为二次不等式恒成立问题;法4:转化为一次不等式恒成立问题.
6.方程有解(解的个数)问题
方程有解(解的个数)问题、图象交点问题、函数零点问题之间可以相互转化.
法1:分离常数法(优先);法2:设F(x)=f(x)-g(x),转化F(x)的图象问题.两者均要充分利用数形结合法.
3.求下列函数极值(或最值):
(1)f(x)=xlnx(2)f(x)=sinx-x,x∈[-,]
答案:(1)当x=时,f(x)取极小值-.
(2)当x=-时,f(x)取最小值-.当x=时,f(x)取最大值-.
4.已知函数f(x)=ax2-lnx-1(a∈R),求f(x)在[1,e]上的最小值.
答案:当a≤时,f(x)在[1,e]上的最小值为f(e)=ae2-2.
(2)区间(-∞,)是f(x)单调增区间;区间(,0)是f(x)单调减区间.
(3)在区间(-∞,-]上f(x)存在最小值f(-).
〖教学建议〗
一、主要问题归类与方法:
1.函数零点的概念.
2.结合二次函数图象解一元二次不等式.求单调区间关注函数的定义域,单调区间是定义域的子集.
3.根据函数的零点和极值点,以及它们的大小关系画出函数f(x)的简图,关注到x<-a时,f(x)>0.
当<a<时,f(x)在[1,e]上的最小值为f()=(ln2a-1).
当a≥时,f(x)在[1,e]上的最小值为f(1)=a-wk.baidu.com.
5.若不等式ax2>lnx+1对任意x∈(0,+∞)恒成立,求实数a的取值范围.
答案:a>
6.已知f(x)=ax2,g(x)=lnx+1,若y=f(x)与y=g(x)的图象有两个交点,求实数a的取值范围.
当a≥e时,[f(x)]min=e2-(2a+1) e+a.
(3)实数a的取值范围为a∈(-∞,].
〖教学建议〗
一、主要问题归类与方法:
1.导函数值大于零的区间是原函数的增区间;导函数值小于零的区间是原函数的减区间.求单调区间关注函数的定义域,单调区间是定义域的子集.
2.求函数在闭区间上的最值,先求出函数的极值点,研究函数在这个闭区间上的简图,比较极值点和区间端点分别对应的函数值大小.
2.函数单调性
(1)如果在某个区间上f′(x)>0,那么f(x)为该区间上的增函数;
如果在某个区间上f′(x)<0,那么f(x)为该区间上的减函数.
(2)如果f(x)在某个区间为增函数,那么在该区间f′(x)≥0;
如果f(x)在某个区间为减函数,那么在该区间f′(x)≤0.
注意求单调区间前优先求定义域;单调区间不能用“∪”,用“,”或“和”.
1.不等式恒成立问题优先考虑分离常数法.
例3已知函数f(x)=(1+)ex,其中a>0.
(1)求函数f(x)的零点;
(2)讨论y=f(x)在区间(-∞,0)上的单调性;
(3)在区间(-∞,-]上,f(x)是否存在最小值?若存在,求出最小值;若不存在,请说明理由.
答案:(1)函数f(x)的零点为-a.
[第二层次]
例1已知函数f(x)=x2+xsinx+cosx.
(1)若曲线y=f(x)在点(a,f(a))处与直线y=b相切,求a与b的值;
(2)若曲线y=f(x)与直线y=b有两个不同的交点,求b的取值范围.
答案:(1)a=0,b=1.
(2)b的取值范围是(1,+∞).
〖教学建议〗
一、主要问题归类与方法:
②当a>0时,(-∞,-)和(,+∞)是函数f(x)单调增区间;(-,)是函数f(x)单调减区间.x=-是f(x)的极大值点,x=是f(x)的极小值点.
〖教学建议〗
一、主要问题归类与方法:
1.点(2,f(2))是切点.突出切点的三个作用:①求切线斜率;②切点在切线上;③切点在曲线上.
2.导函数值大于零的区间是原函数的增区间;导函数值小于零的区间是原函数的减区间.
二、方法选择与优化建议:
1.结合函数简图,突出数形结合的数学思想.
3.由于本题极值点是一个字母,要讨论这个极值点与所给闭区间的关系,突出分类讨论的思想.
4.帮助学生理解题意,得出不等式f(x)≥g(x)在[,e]上有解,通过分离常数法,研究函数的最大值得出实数a的取值范围.
5.在对不等式变形时,要注意不等式两边同时除以的是正数还是负数,关注不等号方向的变化.本题可以适当变式帮助学生理解题意.
3.函数极值(或最值)
①求函数的定义域;②求f′(x)=0在区间内的根;③讨论极值点两侧的导数的正负确定极大值或极小值.④将求得的极值与两端点处的函数值进行比较,得到最大值与最小值.
4.极值(或最值)的分类讨论
分类讨论根据f′(x)=0解的存在性和解与区间的位置关系分为:“无、左、中、右”,对四种分类标准进行取舍(或合并).
答案:(0,)
二、方法联想
1.切线方程
涉及函数图象的切线问题,如果已知切点利用切点求切线;如果不知切点,则先设切点坐标求出切线方程的一般形式再来利用已知条件.
注意(1)“在”与“过”的区别:“在”表示该点为切点,“过”表示该点不一定为切点.
(2)切点的三个作用:①求切线斜率;②切点在切线上;③切点在曲线上.
1.教材中列出的导数公式要熟练掌握.
2.点(a,f(a))是切点.突出切点的三个作用:①求切线斜率;②切点在切线上;③切点在曲线上.
3.直线y=b是一条与x轴平行的直线.通过研究函数f(x)的单调性得出函数f(x)的最小值f(0)=1.
4.结合函数的简图进行动态研究.
例2已知函数f(x)=(1+)ex,其中a>0.
(1)当a=1时,求函数f(x)的单调增区间;
(2)求函数f(x)在区间[1,e]上的最小值;
(3)设g(x)=(1-a)x,若存在x0∈[,e],使得f(x0)≥g(x0)成立,求实数a的取值范围.
答案:(1)函数f(x)的单调增区间为(0,)和(1,+∞).
(2)当a≤1时,[f(x)]min=-2a;当1<a<e时,[f(x)]min=a(lna-a-1);
(1)求函数f(x)的零点;
(2)讨论y=f(x)在区间(-∞,0)上的单调性;
(3)在区间(-∞,-]上,f(x)是否存在最小值?若存在,求出最小值;若不存在,请说明理由.
答案:(1)函数f(x)的零点为-a.
(2)区间(-∞,)是f(x)单调增区间;区间(,0)是f(x)单调减区间.
(3)在区间(-∞,-]上f(x)存在最小值f(-).
三、例题分析
[第一层次]
例1设函数f(x)=x3-3ax+b(a≠0).
(1)若曲线y=f(x)在点(2,f(2))处与直线y=8相切,求a,b的值;
(2)求函数f(x)的单调区间与极值点.
答案:(1)a=4,b=24.
(2)①当a<0时,f′(x)>0,函数f(x)在(-∞,+∞)单调递增,此时函数f(x)没有极值点.
5.在对不等式变形时,要注意不等式两边同时除以的是正数还是负数,关注不等号方向的变化.本题可以适当变式帮助学生理解题意.
例3已知函数f(x)=x|x2-3|,x∈[0,m].
(1)若m<1,求证:函数f(x)是增函数;
(2)如果函数f(x)的值域是[0,2],试求m的取值范围;
(3)如果函数f(x)的值域是[0,λm2],试求实数λ的最小值.
〖教学建议〗
一、主要问题归类与方法:
1.函数零点的概念.
2.结合二次函数图象解一元二次不等式.求单调区间关注函数的定义域,单调区间是定义域的子集.
3.根据函数的零点和极值点,以及它们的大小关系画出函数f(x)的简图,关注到x<-a时,f(x)>0.
例3.已知函数f(x)=x2-(2a+1)x+alnx.
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