高考数学：23个求极值和值域专题及解析

23个求极值和值域专题1、求函数f x x ()=+.2、求函数f x ()=+的值域.3、求函数f x ()=.4、求函数f x ()=.5、已知函数222x bx c f x x 1()++=+（其中b 0<）的值域是13[,]，求实数b c ,.6、已知：x y z ,,为正实数，且x y z xyz ++≥，求函数222x y z f x y z xyz(,,)++=的最小值.7、已知：222x 3xy 2y 1++=，求：f x y x y xy (,)=++的最小值. 8、设函数2113f x x 22()=-+在区间a b [,]的最小值为2a ，最大值为2b ，求区间a b [,].9、已知：22x y 25+=，求函数f x y (,)=的最大值.10、求函数：f x ()=.11、求函数：22x x f x x 4x 4()-=-+的值域.12、已知实数123x x x ,,满足321x x x 123++=和222321x x x 323++=，求3x 的最小值.13、求函数：222f x y 1y x y 32x y 6(,)()()()=-++-++-的最小值. 145=，求函数：f x y x y (,)=+的最小值.15、已知点P x y (,)在椭圆22x y 149+=上，求f x y 2x y (,)=-的最大值. 16、求函数：f x ()=的值域.17、求函数：x f x 12()=++.18、求函数：f x ()=的最大值. 19、设：ix i 1232003(,,,...,)=为正实数，且满足2003...+=，试求：y ...=+的最小值.20、已知x y z ,,为正实数，且满足222222x y z 21x1y1z++=+++，求：222x y z f x y z 1x1y1z(,,)=+++++的最大值.21、设α为锐角，求：11f 11()()()sin cos ααα=++的最小值. 22、设α为锐角，求证：2sin tan ααα<+.23、已知x y z ,,为正实数，求证：222xy 2yz x y z+≤++.23个求极值和值域专题解析1、求函数f x x ()=+.解析：函数f x x x ()=+=+的定义域为：12(,][,)-∞+∞.函数的导函数为：3x f x 1'()-=+⑴当x 1(,]∈-∞时，3x 02-<3x 1-<-故3x f x 10'()-=+<即：函数f x ()在x 1(,]∈-∞区间为单调递减函数，故：f x f 11()()≥=；x x f x f x f x ()lim ()lim ()→-∞→+∞≤=-22x x lim lim→+∞==x x 2333112limlim→+∞+====+ 故：函数在该区间的值域是312[,).⑵当x 2[,)∈+∞时，3x 02->，则3x f x 10'()-=+>即：函数f x ()在x 2[,)∈+∞区间为单调递增函数，故：f x f 22()()≥=；x x f x f x x ()lim ()lim )→+∞→+∞≤==+∞故：函数在该区间的值域是2[,)+∞. 综上，函数的值域是3122[,)[,)+∞.本题采用导数的正负来确定函数的增减，此法称为“单调性法”. 2、求函数f x ()=+的值域.解析：函数f x ()的定义域是：x 013[,]∈. 待定系数法用于柯西不等式来解本题.设：A B C 0,,>，则柯西不等式为：2222111f x A B C][]()++++≥ 即：2111f x A B C x 27A 13B ABC()[()()][]≤-+++++令：A B C 0-+=，即：B A C =+ ①由柯西不等式的等号成立条件，即函数取极值时条件得：=② =③由②得：22x 27C x A +=，即：22227C A x A-=，即：22227A x C A=- ④将①④代入③得：2222222227A 27A A C 13C C AC A()()+-=⋅--即：222222A C 13C 13A 27A 27A C ()()+--=即：22222A C 13C 40A 27A C ()()+-=，即：2221340A C 27AC()()+-= ⑤试解⑤，由于27333=⨯⨯，则⑤式刚好也是3项相乘，不妨试解采用各项都是3.则：A C 3+=，且2213403AC-=. 则：A 1=，C 2=，B 3= 代入④得：222227A 27x 9C A21===--，即x 9=时函数取得极大值. 函数极大值为f x 962311()===++=⑴当x 09[,]∈时，函数f x ()在本区间为单调递增函数. 故：f x f 0()()≥==即：函数f x ()在x 09[,]∈区间的值域是11[]⑵当x 913[,]∈时，函数f x ()在本区间为单调递减函数. 故：f x f 13()()≥===即：函数f x ()在x 913[,]∈区间的值域是11[]综上，函数f x ()的值域是11[].本题采用“待定系数法”、“柯西不等式”和“单调性法”.3、求函数f x ()=.解析：函数f x ()的定义域是：x 58[,]∈. 待定系数法用于柯西不等式来解本题.设：A B 0,>，则柯西不等式为：22211f x A B][]()++≥ 即：211f x A 3B x 5A 24B AB()[()()][]≤-+-++令：A 3B 0-=，即：A 3B = ①由柯西不等式的等号成立条件，即函数取极值时条件得：=②即：22A x 5B 243x ()()-=-，即：22x 53B 8x A -=-，即：222x 58x 3B A 8x A -+-+=-即：22233B A 8x A +=-，即：2223A 8x 3B A -=+，即：2223A x 83B A=-+ ③将①式代入③式得：22227B 27923x 88812443B 9B =-=-=-=+ 当23x 4=时，函数f x ()达到极大值. 极大值为：23f 4()==22==+=函数的导函数为：f x'()==⑴当23x 54[,]∈区间时，f x 0'()<，函数f x ()单调递增. 故：f x f 503()()≥=+=即：函数f x ()在本区间的值域是3[,.⑵当23x 84[,]∈区间时，f x 0'()>，函数f x ()单调递减. 故：f x f 80()()≥==即：函数f x ()在本区间的值域是.综上，函数f x ()的值域是.本题采用“待定系数法”、“柯西不等式”和“单调性法”.4、求函数f x x 1()=-的值域.解析：函数f x ()的定义域是：x 11(,)(,)∈-∞+∞. 则函数f x ()为：f x ()===（当x 1<时取负号，当x 1>时取正号）于是函数的极值在：g x 0'()= 即：222432x 1x 12x x 12g x x 1x x 10x 1x 1()()()'()[()()]()()-+--==+--=-- 即：2x 1x x 10()()+--=，即：x 1=- ⑴在x 1(,)∈-∞-区间，函数f x ()的极值为：f x 12()=-==-在区间的边界有：x x x f x 1lim ()lim (lim (→-∞→-∞→-∞===-x 1x 1f x lim ()lim(→→==-∞故：函数f x ()在该区间的值域是2(,-∞-. ⑵在x 1(,)∈+∞区间，函数f x ()==减函数.故有：x 1x 1f x f x ()lim ()→→≤==+∞；x x x f x f x 1()lim ()lim lim →+∞→+∞→+∞≥===故：函数f x ()在该区间的值域是1(,)+∞.综上，函数f x ()的值域是12(,(,)-∞-+∞. 本题方法属“单调性法” 5、已知函数222x bx c f x x 1()++=+（其中b 0<）的值域是13[,]，求实数b c ,.解析：函数的定义域为x R ∈.将函数变形为：22y x 12x bx c ()+=++，即：22y x bx c y 0()()-++-= 其判别式不等式为：222b 42y c y b 8c 42c y 4y 0()()()()∆=---=-++-≥即：22b 2c 2c y y 02[()]()-++-≥ ①而函数f x ()的值域是13[,]，即：y 13y 0()()--≥，即：234y y 0-+-≥ ②对比①②两式得：c 2=，2b 2c 32()-=-，即2b 12()=，因b 0<，故：b 2=-故：实数b 2=-，c 2=. 此法称为“判别式法”. 6、已知：x y z ,,为正实数，且x y z xyz ++≥，求函数222x y z f x y z xyz(,,)++=的最小值.解析：首先设x y z a ===，代入x y z xyz ++=得：33a a =，即：a =则：⑴当xyz =时，由均值不等式n nQ A ≥，即：2222x y z x y z 33++++⎛⎫≥ ⎪⎝⎭得：22222x y z xyz x y z 33()()++++≥≥则：2222x y z xyz xyzf x y z xyz 3xyz 3()(,,)++=≥==⑵当xyz <由均值不等式n n A G ≥，即：222x y z 3++≥得：222x y z ++≥则：222x y z f x y z xyz (,,)++=≥=≥=⑶当xyz >由均值不等式n n Q A ≥，即：2222x y z x y z 3()++++≥ 代入已知条件x y z xyz ++≥， 得：22222x y z xyz x y z 33()()++++≥≥则：2222x y z xyz xyz f x y z xyz 3xyz 33()(,,)++=≥=≥=故：由⑴、⑵、⑶得，222x y z f x y z xyz(,,)++=本题先确定xyz =均值，然后在xyz >均值和xyz <均值下求极值.此法称为“分别讨论法”.7、已知：222x 3xy 2y 1++=，求：f x y x y xy (,)=++的最小值. 解析：由已知条件222x 3xy 2y 1++=得： 2xy 2x y 1()=+-代入f x y x y xy (,)=++得：2f x y z x y xy x y 2x y 1(,)()==++=+++- 即：22x y x y 1z 0()()()+++-+=令：t x y =+，则方程变为：22t t 1z 0()+-+=采用判别式法得：21421z 0()∆=+⋅⋅+≥，即：11z 8()+≥-，即：9z 8≥-故：f x y x y xy (,)=++的最小值是98-. 此题采用的是“判别式法”8、设函数2113f x x 22()=-+在区间a b [,]的最小值为2a ，最大值为2b ，求区间a b [,].解析：首先，f x ()是一个偶函数，在0(,)-∞区间单调递增，在0(,)+∞区间单调递减.⑴当0a b <<时，f x ()为单调递减函数，即：f a f b ()()>. 故：f a ()是最大值为2b ，f b ()是最小值为2a . 即：22113f a a 2b 22113f b b 2a 22()()⎧=-+=⎪⎪⎨⎪=-+=⎪⎩ 即：22a 4b 130b 4a 130⎧+-=⎪⎨⎪+-=⎩ （*） （*）两式相减得：22a b 4a b 0()()---=，即： a b 4+= ① 则: 2a b 16()+=，即：22a b 162ab ()+=- ② （*）两式相加得：22a b 4a b 26()()+++= 将①②式代入后化简得：ab 3= ③ 由①③得：a 1=，b 3=. 则区间a b [,]为13[,].⑵当a 0<、b 0>时，f x ()的最大值是13f 02()=，即：13b 2=.i.若a b >，则f x ()的最小值为：2113f a a 2a 22()=-+=，即：2a 4a 130+-=，解之及a 0<可得：a 2=--，故此时区间a b [,]为1324[]--.ii.若a b <则f x ()的最小值为：2113f b b 2a 22()=-+=，即：2211311313131313339a b 14444441641664()()=-+=-+=-=⋅=， 则：a 0>. 不符合题设，即此时无解.⑶当a b 0<<时，由f x ()是一个偶函数可得：f a f b ()()<，故：f a ()是最小值为2a ，f b ()是最大值为2b ，即： 22113f a a 2a 22113f b b 2b 22()()⎧=-+=⎪⎪⎨⎪=-+=⎪⎩即：22a 4a 130b 4b 130⎧+-=⎪⎨⎪+-=⎩ 则：a b ,为一元二次方程2x 4x 130+-=的两个根，由韦达定理得：a b 4ab 13+=-⎧⎨=-⎩，则由ab 13=-得： a b ,异号，不符合题设，即此时无解.综上，区间a b [,]为13[,]或1324[]--. 本题采用“分别讨论法”和“极值法”.9、已知：22x y 25+=，求函数f x y (,)=的最大值.解析：由22x y 25+=可知，函数f x y (,)的定义域是：x 55[,]∈-，y 55[,]∈-有均值不等式n n A Q ≤，即：≤即：f x y (,)≤=即：f x y (,)≤=当y 5=时，x 0=，f 05(,)=即可以取到不等式的等号。