高三理科数学一轮总复习第三章_导数及其应用(教师用书)二
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 .。
高考一轮复习教案数学(理)新课标 第三篇 导数及其应用 3 导数的应用(二)

第3讲导数的应用(二)【2013年高考会这样考】1.利用导数求函数的极值.2.利用导数求函数闭区间上的最值.3.利用导数解决某些实际问题.【复习指导】本讲复习时,应注重导数在研究函数极值与最值中的工具性作用,会将一些实际问题抽象为数学模型,从而用导数去解决.复习中要注意等价转化、分类讨论等数学思想的应用.基础梳理1.函数的极值(1)判断f(x0)是极值的方法一般地,当函数f(x)在点x0处连续时,①如果在x0附近的左侧f′(x)>0,右侧f′(x)<0,那么f(x0)是极大值;②如果在x0附近的左侧f′(x)<0,右侧f′(x)>0,那么f(x0)是极小值.(2)求可导函数极值的步骤①求f′(x);②求方程f′(x)=0的根;③检查f′(x)在方程f′(x)=0的根左右值的符号.如果左正右负,那么f(x)在这个根处取得极大值;如果左负右正,那么f(x)在这个根处取得极小值,如果左右两侧符号一样,那么这个根不是极值点.2.函数的最值(1)在闭区间[a,b]上连续的函数f(x)在[a,b]上必有最大值与最小值.(2)若函数f(x)在[a,b]上单调递增,则f(a)为函数的最小值,f(b)为函数的最大值;若函数f(x)在[a,b]上单调递减,则f(a)为函数的最大值,f(b)为函数的最小值.(3)设函数f(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内可导,求f(x)在[a,b]上的最大值和最小值的步骤如下:①求f(x)在(a,b)内的极值;②将f (x )的各极值与f (a ),f (b )比较,其中最大的一个是最大值,最小的一个是最小值.3.利用导数解决生活中的优化问题的一般步骤(1)分析实际问题中各量之间的关系,列出实际问题的数学模型,写出实际问题中变量之间的函数关系式y =f (x ); (2)求函数的导数f ′(x ),解方程f ′(x )=0;(3)比较函数在区间端点和f ′(x )=0的点的函数值的大小,最大(小)者为最大(小)值;(4)回归实际问题作答.两个注意(1)注意实际问题中函数定义域的确定.(2)在实际问题中,如果函数在区间内只有一个极值点,那么只要根据实际意义判定最大值还是最小值即可,不必再与端点的函数值比较. 三个防范(1)求函数最值时,不可想当然地认为极值点就是最值点,要通过认真比较才能下结论;另外注意函数最值是个“整体”概念,而极值是个“局部”概念. (2)f ′(x 0)=0是y =f (x )在x =x 0取极值的既不充分也不必要条件. 如①y =|x |在x =0处取得极小值,但在x =0处不可导; ②f (x )=x 3,f ′(0)=0,但x =0不是f (x )=x 3的极值点.(3)若y =f (x )可导,则f ′(x 0)=0是f (x )在x =x 0处取极值的必要条件.双基自测1.(2011·福建)若a >0,b >0,且函数f (x )=4x 3-ax 2-2bx +2在x =1处有极值,则ab 的最大值等于( ). A .2 B .3 C .6 D .9解析 f ′(x )=12x 2-2ax -2b ,由函数f (x )在x =1处有极值,可知函数f (x )在x =1处的导数值为零,12-2a -2b =0,所以a +b =6,由题意知a ,b 都是正实数,所以ab ≤⎝⎛⎭⎪⎫a +b 22=⎝ ⎛⎭⎪⎫622=9,当且仅当a =b =3时取到等号.答案 D2.已知函数f(x)=14x4-43x3+2x2,则f(x)().A.有极大值,无极小值B.有极大值,有极小值C.有极小值,无极大值D.无极小值,无极大值解析f′(x)=x3-4x2+4x=x(x-2)2f′(x),f(x)随x变化情况如下x (-∞,0)0(0,2)2(2,+∞)f′(x)-0+0+f(x)04 3因此有极小值无极大值.答案 C3.(2010·山东)已知某生产厂家的年利润y(单位:万元)与年产量x(单位:万件)的函数关系式为y=-13x3+81x-234,则使该生产厂家获取最大年利润的年产量为().A.13万件B.11万件C.9万件D.7万件解析y′=-x2+81,令y′=0解得x=9(-9舍去).当0<x<9时,y′>0;当x>9时,y′<0,则当x=9时,y取得最大值,故选C.答案 C4.(2011·广东)函数f(x)=x3-3x2+1在x=________处取得极小值.解析f′(x)=3x2-6x=3x(x-2)当x<0时,f′(x)>0,当0<x<2时,f′(x)<0,当x>2时,f′(x)>0,故当x=2时取得极小值.答案 25.若函数f (x )=x 2+ax +1在x =1处取极值,则a =________.解析 ∵f (x )在x =1处取极值,∴f ′(1)=0, 又f ′(x )=2x (x +1)-(x 2+a )(x +1)2,∴f ′(1)=2×1×(1+1)-(1+a )(1+1)2=0,即2×1×(1+1)-(1+a )=0,故a =3. 答案 3考向一 函数的极值与导数【例1】►(2011·重庆)设f (x )=2x 3+ax 2+bx +1的导数为f ′(x ),若函数y =f ′(x )的图象关于直线x =-12对称,且f ′(1)=0. (1)求实数a ,b 的值; (2)求函数f (x )的极值.[审题视点] 由条件x =-12为y =f ′(x )图象的对称轴及f ′(1)=0求得a ,b 的值,再由f ′(x )的符号求其极值. 解 (1)因f (x )=2x 3+ax 2+bx +1, 故f ′(x )=6x 2+2ax +b . 从而f ′(x )=6⎝ ⎛⎭⎪⎫x +a 62+b -a 26,即y =f ′(x )的图象关于直线x =-a6对称, 从而由题设条件知-a 6=-12,解得a =3.又由于f ′(1)=0,即6+2a +b =0,解得b =-12. (2)由(1)知f (x )=2x 3+3x 2-12x +1,f ′(x )=6x 2+6x -12=6(x -1)(x +2). 令f ′(x )=0,即6(x -1)(x +2)=0, 解得x 1=-2,x 2=1.当x ∈(-∞,-2)时,f ′(x )>0, 故f (x )在(-∞,-2)上为增函数; 当x ∈(-2,1)时,f ′(x )<0, 故f (x )在(-2,1)上为减函数; 当x ∈(1,+∞)时,f ′(x )>0, 故f (x )在(1,+∞)上为增函数.从而函数f (x )在x 1=-2处取得极大值f (-2)=21, 在x 2=1处取得极小值f (1)=-6.运用导数求可导函数y =f (x )的极值的步骤:(1)先求函数的定义域,再求函数y =f (x )的导数f ′(x );(2)求方程f ′(x )=0的根;(3)检查f ′(x )在方程根的左右的值的符号,如果左正右负,那么f (x )在这个根处取得极大值,如果左负右正,那么f (x )在这个根处取得极小值. 【训练1】 (2011·安徽)设f (x )=e x1+ax 2,其中a 为正实数.(1)当a =43时,求f (x )的极值点;(2)若f (x )为R 上的单调函数,求a 的取值范围. 解 对f (x )求导得f ′(x )=e x 1+ax 2-2ax (1+ax 2)2.①(1)当a =43时,若f ′(x )=0,则4x 2-8x +3=0, 解得x 1=32,x 2=12. 综合①,可知x ⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,12 12 ⎝ ⎛⎭⎪⎫12,32 32 ⎝ ⎛⎭⎪⎫32,+∞ f ′(x ) +0 -0 +f (x )极大值极小值所以,x 1=32是极小值点,x 2=12是极大值点.(2)若f (x )为R 上的单调函数,则f ′(x )在R 上不变号,结合①与条件a >0,知ax 2-2ax +1≥0在R 上恒成立. 因此Δ=4a 2-4a =4a (a -1)≤0, 由此并结合a >0,知0<a ≤1.考向二 函数的最值与导数【例2】►已知a 为实数,且函数f (x )=(x 2-4)(x -a ). (1)求导函数f ′(x );(2)若f ′(-1)=0,求函数f (x )在[-2,2]上的最大值、最小值. [审题视点] 先化简再求导,求极值、端点值,进行比较得最值. 解 (1)f (x )=x 3-ax 2-4x +4a ,得f ′(x )=3x 2-2ax -4. (2)因为f ′(-1)=0,所以a =12,有f (x )=x 3-12x 2-4x +2,所以f ′(x )=3x 2-x -4. 令f ′(x )=0,所以x =43或x =-1.又f ⎝ ⎛⎭⎪⎫43=-5027,f (-1)=92,f (-2)=0,f (2)=0,所以f (x )在[-2,2]上的最大值、最小值分别为92、-5027.一般地,在闭区间[a ,b ]上的连续函数f (x )必有最大值与最小值,在开区间(a ,b )内的连续函数不一定有最大值与最小值,若函数y =f (x )在闭区间[a ,b ]上单调递增,则f (a )是最小值,f (b )是最大值;反之,则f (a )是最大值,f (b )是最小值.【训练2】 函数f (x )=x 3+ax 2+b 的图象 在点P (1,0)处的切线与直线3x +y =0平行 (1)求a ,b ;(2)求函数f (x )在[0,t ](t >0)内的最大值和最小值. 解 (1)f ′(x )=3x 2+2ax由已知条件⎩⎨⎧f (1)=0,f ′(1)=-3,即⎩⎨⎧ a +b +1=0,2a +3=-3,解得⎩⎨⎧a =-3,b =2. (2)由(1)知f (x )=x 3-3x 2+2, f ′(x )=3x 2-6x =3x (x -2), f ′(x )与f (x )随x 变化情况如下:x (-∞,0)0 (0,2) 2 (2,+∞)f ′(x )+-0 +f (x )2-2由f (x )=f (0)解得x =0,或x =3 因此根据f (x )的图象当0<t ≤2时,f (x )的最大值为f (0)=2 最小值为f (t )=t 3-3t 2+2;当2<t ≤3时,f (x )的最大值为f (0)=2, 最小值为f (2)=-2;当t >3时,f (x )的最大值为f (t )=t 3-3t 2+2,最小值为 f (2)=-2.考向三 用导数解决生活中的优化问题【例3】►(2011·江苏)请你设计一个包装盒.如图所示,ABCD 是边长为60 cm 的正方形硬纸片,切去阴影部分所示的四个全等的等腰直角三角形,再沿虚线折起,使得A ,B ,C ,D 四个点重合于图中的点P ,正好形成一个正四棱柱形状的包装盒.E 、F 在AB 上,是被切去的一个等腰直角三角形斜边的两个端点.设AE =FB =x (cm).(1)若广告商要求包装盒的侧面积S (cm 2)最大,试问x 应取何值?(2)某厂商要求包装盒的容积V (cm 3)最大,试问x 应取何值?并求出此时包装盒的高与底面边长的比值.[审题视点] 由实际问题抽象出函数模型,利用导数求函数最优解,注意变量的实际意义.解 设包装盒的高为h (cm),底面边长为a (cm).由已知得a =2x ,h =60-2x2=2(30-x ),0<x <30.(1)S =4ah =8x (30-x )=-8(x -15)2+1 800, 所以当x =15时,S 取得最大值.(2)V =a 2h =22(-x 3+30x 2),V ′=62x (20-x ). 由V ′=0得x =0(舍去)或x =20.当x ∈(0,20)时,V ′>0;当x ∈(20,30)时,V ′<0. 所以当x =20时,V 取得极大值,也是最大值. 此时h a =12.即包装盒的高与底面边长的比值为12.在求实际问题中的最大值或最小值时,一般先设自变量、因变量、建立函数关系式,并确定其定义域,利用求函数最值的方法求解,注意结果应与实际情况相符合,用导数求解实际问题中的最大(小)值,如果函数在区间内只有一个极值点,那么根据实际意义该极值点就是最值点.【训练3】 统计表明,某种型号的汽车在匀速行驶中,每小时的耗油量y (升)关于行驶速度x (千米/小时)的函数解析式可以表示为:y =1128 000x 3-380x +8(0<x ≤120).已知甲、乙两地相距100千米.(1)当汽车以40千米/小时的速度匀速行驶时,从甲地到乙地要耗油多少升? (2)当汽车以多大的速度匀速行驶时,从甲地到乙地耗油最少?最少为多少升? 解 (1)设汽车以x 千米/小时的速度行驶时,其耗油量为 f (x )=100x ⎝ ⎛⎭⎪⎫1128 000x 3-380x +8=x 21 280+800x -154(0<x ≤120) f (40)=17.5(升)因此从甲地到乙地要耗油17.5升.(2)f′(x)=x640-800x2=x3-512 000640x2=(x-80)(x2+80x+6 400)640x2又0<x≤120,令f′(x)=0解得x=80,当0<x<80时,f′(x)<0;当80<x≤120时,f′(x)>0.则当x=80时,f(x)取到最小值f(80)=11.25(升)因此当汽车以80千米/小时行驶时耗油最省,最小耗油量为11.25升.难点突破7——有关导数热点问题的求解策略导数的工具性使得导数在高考中的应用有得天独厚的优势,特别是在研究函数的性质、相切问题以及实际优化的问题方面.近年,各地高考都从不同的方面对导数内容进行考查,既有考查导数的小题,又有考查导数综合应用的大题.这些问题构成了高考试卷中一道亮丽的风景线.一、研究曲线切线的导数问题导数的几何意义是我们解决有关直线与曲线相切的问题以及切线的斜率问题的有力武器,它使得复杂的图象关系问题转化为简单的函数问题、因而常常与导函数在切点的函数值一起作为列出方程的重要依据.【示例】►(2011·辽宁)设函数f(x)=x+ax2+b ln x,曲线y=f(x)过P(1,0),且在P 点处的切线斜率为2(1)求a、b的值;(2)证明:f(x)≤2x-2.二、研究函数性质的导数问题导数是研究函数问题的有力工具,常常用来解决函数的单调性、极值、最值等问题.【示例】► (2011·陕西)设f (x )=ln x ,g (x )=f (x )+f ′(x ). (1)求g (x )的单调区间和最小值; (2)讨论g (x )与g ⎝ ⎛⎭⎪⎫1x 的大小关系;(3)求a 的取值范围,使得g (a )-g (x )<1a 对任意x >0成立.▲解决实际问题的导数问题(教师备选)对于实际问题中的一些优化问题,如成本最低、利润最大、用料最省等问题,常常需要将实际问题抽象为数学问题,然后化为函数的最值来解决,而求解函数最值最有效的方法是导数法,因此,导数被广泛地应用于实际生活中的一些优化问题的求解过程,成为求解这些优化问题的首选.【示例】►如图所示,一根水平放置的长方体枕木的安全负荷与它的宽度a成正比,与它的厚度d的平方成正比,与它的长度l的平方成反比.(1)将此枕木翻转90°(即宽度变为了厚度),枕木的安全负荷会变大吗?为什么?(2)现有一根横截面为半圆(半圆的半径为R)的柱形木材,用它截取成横截面为长方形的枕木,其长度即为枕木规定的长度,问如何截取,可使安全负荷最大?。
高考数学一轮复习-《导数及应用》第3课时-导数的应用(二)—极值与最值课件

x>2
f′(x)>0
x<2
,解得c=6
授人以渔
题型一 利用导数研究函数极值
例1
已
知函数
f(x)=
ax3-
3x2+
3 1-a(a∈
R且
a≠
0),
求函数f(x)的极大值与极小值.
2 【解析】 由题设知a≠0,f′(x)=3ax2-6x=3ax(x-a).
2 令f′(x)=0得x=0或x=a.
• 当a>0时,随x的变化,f′(x)与f(x)的变化情况如下:
(2)若函数f(x)=x3-3x+a有3 个不同的零点,则实数a
的取值范围是(
)
A. (- 2,2)
B. [- 2,2]
C. (- ∞,- 1)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
D.(1,+∞)
【解析】 f′(x)=3x2-3,令f′(x)=0,∴x=±1.三
次 函数 f(x)= 0有 3个根
⇔f(x)极大值>0且f(x)极小值<0 ∴x=-1为极大值点, x=1为极小值点.
2
43
f(x)极小值=f(a)=-a2-a+1.
• 探究1 掌握可导函数极值的步骤: • (1)确定函数的定义域. • (2)求方程f′(x)=0的根. • (3)用方程f′(x)=0的根和不可导点的x的值顺次将函数的定义域分成若干
个小开区间,并形成表格. • (4)由f′(x)=0的根左右的符号以及f′(x)在不可导点左右的符号来判断f′(x)
• 解析 y′=ex+m,则ex+m=0必有根,∴m=-ex<0.
• 4.已知f(x)=2x3-6x2+m(m为常数)在[-2,2]上有最大值3,那么此函 数在[-2,2]上的最小值是( )
2023版高考数学一轮总复习第3章导数及其应用思维深化微课堂构造法解fx与f′x共存问题教师用书

构造法解f(x)与f ′(x)共存问题类型一 构造F (x )=f (x )-g (x )型可导函数已知定义在R 上的函数f (x )满足f (2)=20,且f (x )的导函数f ′(x )满足f ′(x )>6x 2+2,则不等式f (x )>2x 3+2x 的解集为( )A .{x |x >-2}B .{x |x >2}C .{x |x <2}D .{x |x <-2或x >2}[思维架桥] 构造函数F (x )=f (x )-2x 3-2x ,求导得F ′(x )=f ′(x )-6x 2-2>0,可知函数F (x )单调递增.再结合已知条件得到F (x )>F (2),即得不等式的解集.B 解析:令函数F (x )=f (x )-2x 3-2x ,则F ′(x )=f ′(x )-6x 2-2>0, 所以F (x )在R 上单调递增.因为F (2)=f (2)-2×23-2×2=0,故原不等式等价于F (x )>F (2),所以所求不等式的解集为{x |x >2}.若已知f ′(x )>G (x ),解不等式f (x )>g (x ),其中g (x ),G (x )都是具体函数,且g ′(x )=G (x ),可构造函数F (x )=f (x )-g (x ).[应用体验]设f (x )是定义在R 上的奇函数,当x ≥0时,f ′(x )-cos x <0,则不等式f (x )<sin x 的解集为________.(0,+∞) 解析:令F (x )=f (x )-sin x ,则当x ≥0时,F ′(x )=f ′(x )-cos x <0,所以F (x )在[0,+∞)上是减函数.又f (x )是R 上的奇函数,所以F (x )=f (x )-sin x 也是R 上的奇函数,故F (x )是减函数且F (0)=0.原不等式等价于f (x )-sin x <0,即F (x )<0=F (0),所以x >0.类型二 构造f (x )与x n的积或商型可导函数(2021·广元模拟)已知定义在R 上的偶函数f (x ),其导函数为f ′(x ).若xf ′(x )-2f (x )>0,f (-3)=1,则不等式f x x <19x 的解集是( ) A .(-∞,-3)∪(0,3) B .(-3,3) C .(-3,0)∪(0,3) D .(-∞,-3)∪(3,+∞) [思维架桥] 构造函数g (x )=f x x 2,求导得g ′(x )=xf ′x -2f x x 3>0,x ∈(0,+∞),所以函数g (x )在(0,+∞)上单调递增,在(-∞,0)上单调递减.当x >0时,由f xx<19x ,得f x x 2<19,即g (x )<g (3);当x <0时,由f x x <19x ,得f x x 2>19,即g (x )>g (-3).分别解不等式可得答案.A 解析:构造函数g (x )=f x x 2,g ′(x )=x ·xf ′x -2f xx 4=xf ′x -2f xx 3,当x >0时,xf ′(x )-2f (x )>0,故g ′(x )>0,g (x )在(0,+∞)上单调递增.又f (x )为偶函数,y =1x2 为偶函数,所以g (x )=f xx 2为偶函数,在(-∞,0)上单调递减. f (-3)=1,则f (3)=1,g (-3)=g (3)=f 332=19; f x x <19x , 当x >0时,即f x x 2<19,g (x )<19=g (3),所以x ∈(0,3); 当x <0时,即f x x 2>19,g (x )>19=g (-3), 所以x ∈(-∞,-3). 综上所述,x ∈(-∞,-3)∪(0,3). 故选A .1.已知xf ′(x )+nf (x )>0的形式,构造函数F (x )=f (x )·x n. 2.已知xf ′(x )-nf (x )>0的形式,构造函数F (x )=f xx n. [应用体验]设f (x )是定义在R 上的偶函数,当x <0时,f (x )+xf ′(x )<0,且f (-4)=0,则不等式xf (x )>0的解集为________.(-∞,-4)∪(0,4) 解析:令F (x )=xf (x ),则F ′(x )=f (x )+xf ′(x ),当x <0时,f (x )+xf ′(x )<0,所以当x <0时,F ′(x )<0,F (x )在(-∞,0)上是减函数;因为f (x )是定义在R 上的偶函数,所以F (x )=xf (x )是奇函数,所以F (x )在(0,+∞)上也是减函数;又F (-4)=(-4)f (-4)=0,根据函数图象可知,不等式xf (x )>0的解集为(-∞,-4)∪(0,4).类型三 构造f (x )与e nx的积或商型可导函数定义在R 上的函数f (x )的导函数为f ′(x ).若对任意实数x ,有f (x )>f ′(x ),且f (x )+2 021为奇函数,则不等式f (x )+2 021e x<0的解集是( )A .(-∞,0)B .(-∞,ln 2 021)C .(0,+∞)D .(2 021,+∞)[思维架桥] 构造函数F (x )=f xex,求导得F ′(x )=f ′x -f xex<0,可知函数F (x )在R 上单调递减.再由f (x )+2 021为奇函数,得到f (0)+2 021=0,结合已知条件有f (x )+2 021e x<f 0e,即F (x )<F (0),结合函数F (x )的单调性可得不等式的解集.C 解析:设F (x )=f xex,则F ′(x )=f ′x -f xex.因为f (x )>f ′(x ),所以F ′(x )<0,F (x )为定义在R 上的减函数. 因为f (x )+2 021为奇函数,所以f (0)+2 021=0,f (0)=-2 021,F (0)=f 0e=-2 021,f (x )+2 021e x <0,即f xex<-2 021,F (x )<F (0),x >0.故选C .1.已知f ′(x )+nf (x )>0的形式,构造函数F (x )=f (x )·e nx. 2.已知f ′(x )-nf (x )>0的形式,构造函数F (x )=f xenx.若定义在R 上的函数f (x )满足f ′(x )+2f (x )>0,且f (0)=1,则不等式f (x )>1e2x 的解集为________.(0,+∞) 解析:令F (x )=f (x )·e 2x,所以F ′(x )=f ′(x )·e 2x+f (x )·2e 2x=e 2x[f ′(x )+2f (x )]>0,所以F (x )在R 上单调递增,且F (0)=f (0)·e 0=1.原不等式等价于f (x )·e 2x>1,即F (x )>F (0),所以x >0.。
高考数学一轮总复习课件:导数的应用(二) ——极值与最值

(2)(2020·河北冀州中学摸底)已知函数f(x)的导数f′(x)=a(x +1)(x-a),若f(x)在x=a处取得极大值,则a的取值范围是 __(_-_1_,__0)_.
【解析】 若a=0,则f′(x)=0,函数f(x)不存在极值;若a= -1,则f′(x)=-(x+1)2≤0,函数f(x)不存在极值;若a>0,当 x∈(-1,a)时,f′(x)<0,当x∈(a,+∞)时,f′(x)>0,所以函数 f(x)在x=a处取得极小值;若-1<a<0,当x∈(-1,a)时,f′ (x)>0,当x∈(a,+∞)时,f′(x)<0,所以函数f(x)在x=a处取得极 大值;若a<-1,当x∈(-∞,a)时,f′(x)<0,当x∈(a,-1)时,f ′(x)>0,所以函数f(x)在x=a处取得极小值.综上所述,a∈(-1, 0).
第3课时 导数的应用(二) ——极值与最值
[复习要求] 1.了解函数在某点处取得极值的必要条件和 充分条件.2.会用导数求函数的极大值、极小值(其中多项式函数 不超过三次).3.会求闭区间上的最大值、最小值(其中多项式函 数不超过三次).
课前自助餐
函数的极值 (1)设函数 f(x)在点 x0附近有定义,如果对 x0附近的所有的点, 都有 f(x)___<___f(x0),那么 f(x0)是函数 f(x)的一个极大值,记作 y 极大值=f(x0);如果对 x0 附近的所有的点,都有 f(x)__>____f(x0), 那么 f(x0)是函数 f(x)的一个极小值,记作 y 极小值=f(x0).极大值与 极小值统称为极值.
2020届高考数学一轮复习第三章导数及其应用3.2导数的应用教师用书文(PDF,含解析)

考点二 导数与函数的极值、最值
高频考点
1.函数的点 x0 附近有定义,如果对 x0 附近的所有的 点,都有 f( x) <f( x0 ) ,则 f( x0 ) 是函数 f( x) 的一个极大值,记 作f( x) 极大值 = f ( x0 ) ; 如 果 对 x0 附 近 的 所 有 的 点, 都 有 f( x) >f( x0 ) ,则 f ( x0 ) 是 函 数 f ( x ) 的 一 个 极 小 值, 记 作 f( x) 极小值 = f( x0 ) .极大值与极小值统称为极值
对应学生用书起始页码 P50 续表
利用导 数求函 数极值 的步骤
(1) 求 f ′( x) ; (2) 求方程 f ′( x)= 0 的根; (3) 判断 f ′( x) 在方程的根的左、右两侧值的符号; ( 4) 利用结论求出极值
注:(1) 在函数的整个定义域内,函数的极值不一定唯一,在 整个定义域内可能有多个极大值和极小值;
3 0 5 年高考 3 年模拟 B 版( 教师用书)
§ 3.2 导数的应用
考点一 导数与函数的单调性
高频考点
1.导数与函数的单调性 设函数 f( x) 在( a,b) 内可导, f ′( x) 是 f( x) 的导函数,则
f ′( x) >0
f( x) 在( a,b) 内单调递增
2020届高考数学一轮复习第三章导数及其应用3.2导数的应用教师用书(PDF,含解析)
的定ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ域分成若干个小区间ꎻ (4) 确定 f ′( x) 在各个区间内的符号ꎬ根据符号判定函数在
每个区间内的单调性. 2.利用函数的单调性求参数的取值范围的解题思路 (1)由可导函数 f( x) 在区间[ aꎬb] 上单调递增( 减) 可知
结论
设函数 f(x)在点 x0 处连续. ( 1) 如果在 x0 附近的左侧 f ′( x) >0ꎬ右侧 f ′( x) <0ꎬ那么 f( x0 ) 是极大值ꎻ ( 2) 如果在 x0 附近的左侧 f ′( x) <0ꎬ右侧 f ′( x) >0ꎬ那么 f( x0 ) 是极小值ꎻ (3) 如 果 在 x0 附 近 的 左、 右 两 侧 导 数 值 同 号ꎬ 那 么 f(x0) 不是极值
3 8 5 年高考 3 年模拟 B 版( 教师用书)
§ 3.2 导数的应用
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优化问题 → 用函数表示成数学问题
↑
↓
优化问题的答案 ← 用导数解决数学问题
对应学生用书起始页码 P56
一、利用导数解决函数的单调性问题
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2022届高考数学一轮复习第3章导数及其应用第2讲导数的简单应用作业试题2含解析新人教版
第二讲 导数的简单应用1.[2021贵阳市四校第二次联考]图3-2-1已知y=x ·f'(x)的图象如图3-2-1所示,则f(x)的图象可能是 ( )A BCD2.[原创题]函数f(x)=(12x-1)e x +12x 的极值点的个数为 ( )3.[2021安徽省示范高中联考]若函数f(x)=(x-1)e x -ax(e 为自然对数的底数)有两个极值点,则实数a 的取值范围是( )A.(-1e ,0) B.(-∞,0) C.(-1e ,+∞)D.(0,+∞)4.[2021蓉城名校联考]已知函数f(x)=e |x|-1),b=f(2),c=f(log 20.2),则 ( )A.c<b<aB.c<a<bC.b<a<cD.b<c<a5.[2021湖南六校联考]设函数f(x)的定义域为R,f'(x)是其导函数,若f(x)+f'(x)<0,f(0)=1,则不等式f(x)>e -x 的解集是( )A.(0,+∞)B.(1,+∞)C.(-∞,0)D.(0,1)6.[2021四省八校联考]函数f(x)=x 3-bx 2+c,若f(1-x)+f(1+x)=2,则下列正确的是 ( )A.f(ln 2)+f(ln 4)<2B.f(-2)+f(5)<2C.f(ln 2)+f(ln 3)<2D.f(-1)+f(2)>27.[2020皖中名校联考]已知函数f(x)=(x 2-mx-m)e x +2m(m>-2,e 是自然对数的底数)有极小值0,则其极大值是( )-2或(4+ln 2)e -2+2ln 2-2或(4+ln 2)e 2+2ln 2-2或(4+ln 2)e -2-2ln 2-2或(4+ln 2)e 2-2ln 28.[2021河南省名校第一次联考]若函数f(x)={alnx -x 2-2(x >0),x +1x +a(x <0)的最大值为f(-1),则实数a 的取值范围为 . 9.[2021广州市高三阶段模拟]已知函数f(x)=1+lnx x -1-k x .(1)当k=0时,求函数f(x)的单调区间;(2)若f(x)>0对任意的x ∈(1,+∞)恒成立,求整数k 的最大值.10.[2021大同市调研测试]设函数f(x)=ln x-12ax 2-bx.(1)当a=b=12时,求函数f(x)的最大值;(2)当a=0,b=-1时,方程2mf(x)=x2有唯一实数解,求正数m的值.11.[2021江苏省部分学校调考]定义在R上的偶函数f(x)的导函数为f '(x),若对任意x∈R,都有2f(x)+xf '(x)<2,则使x2f(x)-f(1)<x2-1成立的实数x的取值范围是( )A.{x|x≠±1}B.(-1,0)∪(0,1)C.(-1,1)D.(-∞,-1)∪(1,+∞)图3-2-212.[2021济南名校联考]如图3-2-2,在P地正西方向8 km的A处和正东方向1 km的B处各有一条正北方向的公路AC和BD,现计划在AC和BD路边各修建一个物流中心E和F,为缓解交通压力,决定修建两条互相垂直的公路PE和PF,设∠EPA=α(0<α<π2),为了节省建设成本,要使得PE+PF的值最小,此时AE=( )A.4 kmB.6 kmC.8 kmD.10 km13.[多选题]已知f(x)=e x-2x2有且仅有两个极值点,分别为x1,x2(x1<x2),则下列不等式中正确的有(参考数据:ln 2≈0.693 1,ln 3≈1.098 6) ( )1+x2<1141+x2>114C.f(x 1)+f(x 2)<0D.f(x 1)+f(x 2)>014.[多选题]已知函数y=f(x)在R 上可导且f(0)=1,其导函数 f'(x)满足f'(x)-f(x)x -1>0,对于函数g(x)=f(x)e x,下列结论正确的是( )A.函数g(x)在(1,+∞)上为单调递增函数B.x=1是函数g(x)的极小值点C.函数g(x)至多有两个零点D.x ≤0时,不等式f(x)≤e x 恒成立15.[2021洛阳市统考]已知函数f(x)=ln 1x-ax 2+x(a>0).(1)讨论f(x)的单调性﹔(2)若f(x)有两个极值点x 1,x 2,证明:f(x 1)+f(x 2)>3-2ln 2.16.[2019全国卷Ⅰ,12分]已知函数f(x)=sin x-ln(1+x),f '(x)为f(x)的导数,证明:(1)f '(x)在区间(-1,π2)上存在唯一极大值点; (2)f(x)有且仅有2个零点.17.[新角度题]直线x=a(a>0)分别与直线y=2x+1,曲线y=x+ln x 相交于A,B 两点,则|AB|的最小值为( )C.√2D.√318.[2020惠州市二调][交汇题]设函数f(x)=√3sin πxm,若存在f(x)的极值点x 0满足x 02+[f(x 0)]2<m 2,则m 的取值范围是( )A.(-∞,-6)∪(6,+∞)B.(-∞,-4)∪(4,+∞)C.(-∞,-2)∪(2,+∞)D.(-∞,-1)∪(1,+∞)19.[角度创新]已知函数f(x)=ax-e x +2,其中a ≠0.(1)讨论f(x)的单调性.(2)是否存在a ∈R,对任意x 1∈[0,1],总存在x 2∈[0,1],使得f(x 1)+f(x 2)=4成立?若存在,求出实数a 的值;若不存在,请说明理由.答 案第二讲 导数的简单应用1.D 由题图可知,当x<0时,f'(x)<0,函数f(x)单调递减;当0<x<b 时,f'(x)>0,函数f(x)单调递增;当x>b 时,f'(x)<0,函数f(x)单调递减.又f'(b)=0,所以当x=b 时,f(x)取得极大值,综上,满足题意的f(x)的图象可能是D.2.A 由题意知f '(x)=12e x +(12x-1)e x +12=12[e x (x-1)+1].令g(x)=e x (x-1)+1,则g'(x)=e x (x-1)+e x =xe x ,令g'(x)=0,得x=0,则函数g(x)在区间(-∞,0)上单调递减,在区间(0,+∞)上单调递增,所以g(x)≥g(0)=0,由此可知f '(x)≥0,所以函数f(x)不存在极值点,故选A.3.A 由题意得f'(x)=xe x -a,因为函数f(x)=e x (x-1)-ax 有两个极值点,所以f'(x)=0有两个不等的实根,即a=xe x 有两个不等的实根,所以直线y=a 与y=xe x 的图象有两个不同的交点.令g(x)=xe x ,则g'(x)=e x (x+1).当x<-1时,g'(x)<0,当x>-1时,g'(x)>0,所以函数g(x)在(-∞,-1)上单调递减,在(-1,+∞)上单调递增,所以当x=-1时,g(x)取得最小值,且最小值为-1e.易知当x<0时,g(x)<0,当x>0时,g(x)>0,则可得函数g(x)的大致图象,如图D 3-2-1所示,则-1e<a<0,故选A.图D 3-2-14.D 当x ≥0时,f(x)=e x +cos x,则f '(x)=e x -sin x ≥e 0-sin x ≥0,所以f(x)在[0,+∞)上单调递增.又f(-x)=e |-x|+cos(-x)=e |x|-1)=f(103),b=f(2)<f(20)=f(1),c=f(log 20.2)=f(log 215)=f(-log 25)=f(log 25),又1=log 22<log 25<log 28=3<103,所以f(2)<f(log 25)< f(103),即b<c<a.故选D.5.C 令g(x)=e x f(x),则g'(x)=e x f(x)+e x f'(x),因为f(x)+f'(x)<0,所以g'(x)<0,所以g(x)在R 上单调递减.因为g(0)=e 0f(0)=f(0)=1,所以不等式f(x)>e -x 可转化为e x f(x)>1,即g(x)>1=g(0),又g(x)在R 上单调递减,所以x<0,故不等式f(x)>e -x 的解集为(-∞,0),故选C.6.A 解法一 f(1-x)+f(1+x)=2,分别令x=0,x=1(题眼),得{f(1)=1,f(0)+f(2)=2,即{1−b +c =1,c +8−4b +c =2,解得b=c=3,所以f(x)=x 3-3x 2+3,f '(x)=3x 2-6x=3x(x-2),令f '(x)=0,得x=0或x=2,所以当x<0或x>2时f '(x)>0,当0<x<2时f '(x)<0,所以函数f(x)在(0,2)上单调递减,在(-∞,0)和(2,+∞)上单调递增(题眼).由f(1-x)+f(1+x)=2,得f(x)+f(2-x)=2.对于A,2=f(ln 2)+f(2-ln 2)=f(ln 2)+f(ln e 22)>f(ln 2)+f(ln 4),故A 正确;对于B,2=f(-2)+f(4)<f(-2)+f(5),故B 不正确;对于C,2=f(ln 2)+f(2-ln 2)=f(ln 2)+f(ln e 22)<f(ln 2)+f(ln 3),故C 不正确;对于D,2=f(-1)+f(3)>f(-1)+f(2),故D 不正确.故选A.解法二 由f(1-x)+f(1+x)=2知函数f(x)图象的对称中心为(1,1)(题眼),又三次函数g(x)=ax 3+dx 2+ex+f(a ≠0)图象的对称中心为(-d3a,g(-d3a)),所以b3=1,解得b=3,所以f(b3)=f(1)=1,即1-3+c=1,得 c=3,所以f(x)=x 3-3x 2+3.以下同解法一.7.A 由题意知, f '(x)=[x 2+(2-m)x-2m]e x =(x+2)(x-m)e x .由f '(x)=0得x=-2或x=m.因为m>-2,所以函数f(x)在区间(-∞,-2)和(m,+∞)内单调递增,在区间(-2,m)内单调递减. 于是函数f(x)的极小值为f(m)=0,即(m 2-m 2-m)e m +2m=0,(2-e m )m=0,解得m=0或m=ln 2.当m=0时,f(x)的极大值为f(-2)=4e -2;当m=ln 2时,f(x)的极大值为f(-2)=(4+ln 2)·e -2+2ln 2.故选A.8.[0,2e 3] x<0时,f(x)≤f(-1)=a-2,x>0时,aln x-x 2-2≤a-2,即x 2-aln x+a ≥0恒成立.令t(x)=x 2-aln x+a,则t'(x)=2x 2-a x,a<0时,t'(x)>0,x →0时,t(x)→-∞,不合题意.a=0时,t(x)=x 2≥0恒成立.a>0时,t(x)在(0,√a2)上单调递减,在(√a2,+∞)上单调递增,所以t(x)min =a2-a ·ln √a2+a ≥0,解得0<a ≤2e 3.综上,a ∈[0,2e 3]. 9.(1)f(x)的定义域为(0,1)∪(1,+∞).当k=0时,f '(x)=-1x-lnx(x -1)2.令g(x)=-1x -ln x,则g'(x)=1−xx 2. 当x ∈(0,1)时,g'(x)>0,g(x)单调递增;当x ∈(1,+∞)时,g'(x)<0,g(x)单调递减.∴g(x)max =g(1)=-1<0,∴g(x)<0,∴f '(x)<0,∴f(x)的单调递减区间为(0,1),(1,+∞),无单调递增区间.(2)由f(x)>0对任意的x ∈(1,+∞)恒成立,得1+lnx x -1-k x >0(x>1),即k<[x(1+lnx)x -1]min (x>1).令h(x)=x(1+lnx)x -1,x>1,则h'(x)=x -2-lnx (x -1)2,令φ(x)=x-2-ln x,x>1,则φ'(x)=x -1x>0,∴φ(x)在(1,+∞)上单调递增,又φ(3)=1-ln 3<0,φ(4)=2-2ln 2>0,∴存在唯一x 0∈(3,4),使得φ(x 0)=0,即x 0-2-ln x 0=0,x 0-1=1+ln x 0,当x 变化时,h'(x),h(x)的变化情况如下表所示:x (1,x 0) x 0 (x 0,+∞)h'(x) - 0 +h(x)单调递减 极小值 单调递增∴h(x)min =h(x 0)=x 0(1+lnx 0)x 0-1=x 0∈(3,4),∴整数k 的最大值为3.10.(1)依题意,知f(x)的定义域为(0,+∞),当a=b=12时,f(x)=ln x-14x 2-12x,则f'(x)=1x -12x-12=-(x+2)(x -1)2x,令f '(x)=0,解得x=1或x=-2(舍去).当0<x<1时,f '(x)>0,此时f(x)单调递增;当x>1时,f '(x)<0,此时f(x)单调递减.所以f(x)的极大值为f(1)=-34,此即函数f(x)的最大值.图D 3-2-2(2)由题意可知,2mf(x)=x 2⇔2m(lnx+x)=x 2⇔12m =lnx+x x 2.设g(x)=lnx+x x 2,则g'(x)=1−2lnx -xx 3,令h(x)=1-2ln x-x,则h'(x)=-2x-1.因为x>0,所以h'(x)<0,h(x)在(0,+∞)上单调递减.因为h(1)=0,所以当x ∈(0,1)时,h(x)>0,当x ∈(1,+∞)时,h(x)<0,所以函数g(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,所以g(x)max =g(1)=1.又g(e -1)=-1+e -1e -2<0,且当x →+∞时,g(x)→0,所以可画出g(x)的大致图象,如图D 3-2-2所示,方程2mf(x)=x 2有唯一实数解就等价于直线y=12m与g(x)=lnx+x x 2的图象只有一个交点,由图象可知12m =1,即m=12.11.D 令g(x)=x 2f(x)-x 2,则g'(x)=2xf(x)+x 22f(x)-f(1)<x 2-1可化为x 2f(x)-x 2<f(1)-1,即g(x)<g(1),所以|x|>1,解得x>1或x<-1,故选D.12.A 因为PE ⊥PF,∠EPA=α,所以∠PFB=α,在Rt △PAE 中,PE=APcosα=8cosα,在Rt △PBF 中,PF=PBsinα=1sinα,则PE+PF=8cosα+1sinα .设f(α)=8cosα+1sinα,α∈(0,π2),则f '(α)=8sinαcos 2α-cosαsin 2α=8sin 3α-cos 3αcos 2αsin 2α,令f '(α)=8sin 3α-cos 3αcos 2αsin 2α=0,则tan α=12,当0<tan α<12时,f '(α)<0,当tan α>12时,f '(α)>0,所以当tan α=12时,f(α)取得最小值,此时AE=AP ·tan α=8×12=4,故选A.13.AD 由题意得f '(x)=e x -4x,则f '(14)=e 14-1>0,f '(12)=e 12-2<0,f '(2)=e 2-8<0.由ln 3≈1.098 6,得98>ln 3,所以f '(94)>0,从而14<x 1<12,2<x 2<94,所以x 1+x 2<114.因为f(0)=1,所以易得f(x 1)>1.因为f '(2ln 3)=9-8ln 3>0,所以x 2<2ln 3,因为f '(x 2)=0,所以f(x 2)=4x 2-2x 22.设g(x)=4x-2x 2,得g(x 2)>g(2ln 3)>g(2.2)=-0.88>-1,所以f(x 1)+f(x 2)>0. 14.ABC 因为f'(x)-f(x)x -1>0,所以当x>1时,f'(x)-f(x)>0;当x<1时,f'(x)-f(x)<0.因为g(x)=f(x)e x,所以g'(x)=f'(x)-f(x)e x,则当x>1时,g'(x)>0;当x<1时,g'(x)<0.所以函数g(x)在(1,+∞)上为单调递增函数,在(-∞,1)上为单调递减函数,则x=1是函数g(x)的极小值点,则选项A,B 均正确.当g(1)<0时,函数g(x)至多有两个零点,当g(1)=0时,函数g(x)有一个零点,当g(1)>0时,函数g(x)无零点,所以选项C 正确.g(0)=f(0)e 0=1,又g(x)在区间(-∞,1)上单调递减,所以当x ≤0时,g(x)=f(x)e x≥g(0)=1,又e x >0,所以f(x)≥e x ,故选项D 错误.故选ABC.15.(1)∵f(x)=ln 1x -ax 2+x =-ln x-ax 2+x(a>0,x>0), ∴f '(x)=-1x -2ax+1=-2ax 2-x+1x(a>0).令2ax 2-x+1=0,则其判别式Δ=1-8a.①当Δ≤0,即a ≥18时,f '(x)≤0,f(x)在(0,+∞)上单调递减.②当Δ>0,即0<a<18时,方程2ax 2-x+1=0有两个不相等的正根x 3= 1−√1−8a4a,x 4=1+√1−8a4a,则当0<x<x 3或x>x 4时,f '(x)<0,当x 3<x<x 4时,f '(x)>0,∴ f(x)在(0,1−√1−8a4a)上单调递减,在(1−√1−8a 4a,1+√1−8a4a)上单调递增,在(1+√1−8a4a,+∞)上单调递减.综上,当a ∈[18,+∞)时,f(x)在(0,+∞)上单调递减,无增区间; 当a ∈(0,18)时,f(x)在(0,1−√1−8a4a),(1+√1−8a4a,+∞)上单调递减,在(1−√1−8a 4a,1+√1−8a4a)上单调递增.(2)不妨设x 1<x 2.由(1)知,当且仅当a ∈(0,18)时,f(x)有极小值点x 1和极大值点x 2,∴x 1+x 2=12a,x 1x 2=12a.f(x 1)+f(x 2)=-lnx 1-a x 12+x 1-ln x 2-a x 22+x 2=-(ln x 1+ln x 2)-12(x 1-1)-12(x 2-1)+(x 1+x 2)=-ln(x 1x 2)+12(x 1+x 2)+1=ln(2a)+14a +1.令g(a)=ln(2a)+14a+1,a ∈(0,18),则g'(a)=1a-14a 2=4a -14a 2<0,∴g(a)在(0,18)上单调递减,∴g(a)>g(18)=ln(2×18)+14×18+1=3-2ln 2,即f(x 1)+f(x 2)>3-2ln 2.16.(1)设g(x)=f '(x),则g(x)=cos x-11+x,g'(x)=-sin x+1(1+x)2.当x ∈(-1,π2)时,g'(x)单调递减,而g'(0)>0,g'(π2)<0,可得g'(x)在(-1,π2)上有唯一零点,设为α.则当x ∈(-1,α)时,g'(x)>0;当x ∈(α,π2)时,g'(x)<0.所以g(x)在(-1,α)上单调递增,在(α,π2)上单调递减,故g(x)在(-1,π2)上存在唯一极大值点,即f '(x)在(-1,π2)上存在唯一极大值点.(2)f(x)的定义域为(-1,+∞).(i)当x ∈(-1,0]时,由(1)知,f '(x)在(-1,0)上单调递增,而f '(0)=0,所以当x ∈(-1,0)时,f '(x)<0,故f(x)在(-1,0)上单调递减.又f(0)=0,从而x=0是f(x)在(-1,0]上的唯一零点.(ii)当x ∈(0,π2]时,由(1)知,f '(x)在(0,α)上单调递增,在(α,π2)上单调递减,而f '(0)=0,f '(π2)<0,所以存在β∈(α,π2),使得f'(β)=0,且当x ∈(0,β)时,f '(x)>0;当x ∈(β,π2)时,f '(x)<0.故f(x)在(0,β)上单调递增,在(β,π2)上单调递减. 又f(0)=0,f(π2)=1-ln(1+π2)>0,所以当x ∈(0,π2]时,f(x)>0.从而f(x)在(0,π2]上没有零点.(iii)当x ∈(π2,π]时,f '(x)<0,所以f(x)在(π2,π)上单调递减.而f(π2)>0,f(π)<0,所以f(x)在(π2,π]上有唯一零点. (iv)当x ∈(π,+∞)时,ln(x+1)>1,所以f(x)<0,从而f(x)在(π,+∞)上没有零点.综上,f(x)有且仅有2个零点.17.B 根据题意,设f(x)=2x+1-x-ln x=x+1-ln x,则f'(x)=1-1x =x -1x (x>0),所以函数f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,所以 f(x)min =f(1)=2-ln 1=2,所以|AB|min =2.故选B.18.C 由题意得,当πx m =k π+π2(k ∈Z),即x=(2k+1)m 2(k ∈Z)时,f(x)取得极值±√3.若存在f(x)的极值点x 0满足x 02+[f(x 0)]2<m 2,则存在k ∈Z,使[(2k+1)m 2]2+3<m 2成立,问题等价于存在k ∈Z 使不等式m 2(k+12)2+3<m 2成立,因为(k+12)2的最小值为14,所以只要14m 2+3<m 2成立即可,即m 2>4,解得m>2或m<-2.故选C.19.(1)由f(x)=ax-e x +2,得f '(x)=a-e x .当a<0时,对任意x ∈R,f'(x)<0,所以f(x)单调递减.当a>0时,令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)上单调递增,在(ln a,+∞)上单调递减.综上所述,当a<0时,f(x)在R 上单调递减,无增区间;当a>0时,f(x)在(-∞,ln a)上单调递增,在(ln a,+∞)上单调递减.(2)存在满足条件的实数a,且实数a 的值为e+1.理由如下:①当a ≤1,且a ≠0时,由(1)知,f(x)在[0,1]上单调递减,则x ∈[0,1]时,f(x)max =f(0)=1,则f(x 1)+f(x 2)≤2f(0)=2<4,所以此时不满足题意;②当1<a<e 时,由(1)知,在[0,ln a]上,f(x)单调递增,在(ln a,1]上,f(x)单调递减, 则当x ∈[0,1]时,f(x)max =f(ln a)=aln a-a+2.当x 1=0时,对任意x 2∈[0,1],f(x 1)+f(x 2)≤f(0)+f(ln a)=1+aln a-a+2=a(ln a-1)+3<3,所以此时不满足题意;③当a ≥e 时,令g(x)=4-f(x)(x ∈[0,1]),由(1)知,f(x)在[0,1]上单调递增,从而知g(x)在[0,1]上单调递减,所以g(x)max =g(0)=4-f(0),g(x)min =g(1)=4-f(1).若对任意的x 1∈[0,1],总存在x 2∈[0,1],使得f(x 1)+f(x 2)=4,则f(x)的值域为g(x)值域的子集,即{f(0)≥g(1),f(1)≤g(0),即{f(0)+f(1)≥4,f(1)+f(0)≤4,所以f(0)+f(1)=a-e+3=4,解得a=e+1.综上,存在满足题意的实数a,且实数a 的值为e+1.。
2023版高考数学一轮总复习第三章导数及其应用第二讲导数的简单应用课件理
(6)函数在某区间上或定义域内的极大值是唯一的.( ✕ )
(7)函数的极大值比极小值大.( ✕ )
(8)f '(x0)=0是x0为可导函数y=f(x)的极值点的充分不必要条件.( ✕ )
(9)函数的最大值不一定是极大值,极大值也不一定是最大值.( √ )
(x>0),
2
2
2
令f'(x)>0,则0<x< ,此时函数f(x)单调递增,
ln2
2
令f'(x)<0,则x> ,此时函数f(x)单调递减,
ln2
2
2
所以函数f(x)的单调递增区间为(0, ),单调递减区间为( ,+∞).
ln 2
ln 2
(2)曲线y=f(x)与直线y=1有且仅有两个交点,
可转化为方程 =1,即xa=ax,即aln
如,f(x)=x3,f'(0)=0,但x=0不是极值点.
2.函数的最值
若在区间[a,b]上函数f(x)的图象是一条连续不断的曲线,则在[a,b]上f(x)
必有最大值与最小值.
考点2
导数与函数的极值、最值
辨析比较
函数极值与最值的区别与联系
极值
最值
(1)极值是个“局部”概念,只能
区 在定义域内部取得;(2)在指定区
同的解.(等价转化思想的应用)
x=xln
ln
a,即
=
ln
(x>0)有两个不来自考向1利用导数研究函数的单调性
ln
1−ln
设g(x)= (x>0),则g'(x)= 2 (x>0),
2022版高考数学大一轮复习第3章导数及其应用第2讲导数的简单应用1
第三章导数及其应用第二讲导数的简单应用练好题·考点自测1.[2021陕西模拟]若函数f(x)=kx-ln x在区间(1,+∞)上单调递增,则k的取值范围是() A。
(-∞,—2]B.(-∞,—1]C。
[2,+∞)D.[1,+∞)2。
下列说法错误的是()A。
函数在某区间上或定义域内的极大值是唯一的B。
若x0是可导函数y=f(x)的极值点,则一定有f'(x0)=0 C。
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D.函数f(x)=x sin x有无数个极值点3.[2020安徽安庆一中5月模拟]函数y=f(x)的导函数的图象如图3—2—1所示,给出下列命题:①(0,3)为函数y=f(x)的单调递减区间;②(5,+∞)为函数y=f(x)的单调递增区间;③函数y=f(x)在x=0处取得极大值;④函数y=f(x)在x=5处取得极小值.其中正确的命题序号是() A.①③B.②④C.①④ D。
②③④图3-2-14.[2017全国卷Ⅱ,11,5分]若x =—2是函数f (x )=(x 2+ax —1)e x -1的极值点,则 f (x )的极小值为 ( )A 。
—1 B.—2e -3 C 。
5e —3 D 。
15.[2021河南省名校第一次联考]已知函数f (x )=x (x -c )2在x =2处取极大值,则c = 。
6。
[2021武汉市部分学校质检]设函数f (x )=ln1+sinx 2cosx在区间[−π4,π4]上的最小值和最大值分别为m 和M ,则m +M = .拓展变式1。
[2020全国卷Ⅱ,21,12分][文]已知函数f (x )=2ln x +1. (1)若f (x )≤2x +c ,求c 的取值范围; (2)设a >0,讨论函数g (x )=f (x )-f (a )x -a的单调性。
2。
已知函数g (x )=13x 3−a 2x 2+2x +5。
(1)若函数g (x )在(—2,-1)内单调递减,则a 的取值范围为 ;(2)若函数g (x )在(-2,-1)内存在单调递减区间,则a 的取值范围为 ;(3)若函数g (x )在(—2,—1)上不单调,则a 的取值范围为 。
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第三章导数及其应用高考导航知识网络3.1 导数的概念与运算典例精析题型一 导数的概念【例1】 已知函数f (x )=2ln 3x +8x , 求0Δlim→x f (1-2Δx )-f (1)Δx 的值.【解析】由导数的定义知:0Δlim →x f (1-2Δx )-f (1)Δx =-20Δlim →x f (1-2Δx )-f (1)-2Δx=-2f ′(1)=-20.【点拨】导数的实质是求函数值相对于自变量的变化率,即求当Δx →0时, 平均变化率ΔyΔx 的极限.【变式训练1】某市在一次降雨过程中,降雨量y (mm)与时间t (min)的函数关系可以近似地表示为f (t )=t 2100,则在时刻t =10 min 的降雨强度为( ) A.15mm/min B.14 mm/min C.12mm/minD.1 mm/min【解析】选A. 题型二 求导函数【例2】 求下列函数的导数. (1)y =ln(x +1+x 2);(2)y =(x 2-2x +3)e 2x ; (3)y =3x 1-x. 【解析】运用求导数公式及复合函数求导数法则. (1)y ′=1x +1+x 2(x +1+x 2)′ =1x +1+x2(1+x 1+x2)=11+x2.(2)y ′=(2x -2)e 2x +2(x 2-2x +3)e 2x=2(x 2-x +2)e 2x . (3)y ′=13(x 1-x 32)-1-x +x (1-x )2=13(x 1-x 32)-1(1-x )2 =13x 32- (1-x ) 34-【变式训练2】如下图,函数f (x )的图象是折线段ABC ,其中A 、B 、C 的坐标分别为(0,4),(2,0),(6,4),则f (f (0))= ;0Δlim→x f (1+Δx )-f (1)Δx = (用数字作答).【解析】f (0)=4,f (f (0))=f (4)=2, 由导数定义0Δlim →x f (1+Δx )-f (1)Δx =f ′(1).当0≤x ≤2时,f (x )=4-2x ,f ′(x )=-2,f ′(1)=-2. 题型三 利用导数求切线的斜率【例3】 已知曲线C :y =x 3-3x 2+2x , 直线l :y =kx ,且l 与C 切于点P (x 0,y 0) (x 0≠0),求直线l 的方程及切点坐标.【解析】由l 过原点,知k =y 0x 0(x 0≠0),又点P (x 0,y 0) 在曲线C 上,y 0=x 30-3x 20+2x 0,所以y 0x 0=x 2-3x 0+2. 而y ′=3x 2-6x +2,k =3x 20-6x 0+2.又 k =y 0x 0,所以3x 20-6x 0+2=x 20-3x 0+2,其中x 0≠0,解得x 0=32.所以y 0=-38,所以k =y 0x 0=-14,所以直线l 的方程为y =-14x ,切点坐标为(32,-38).【点拨】利用切点在曲线上,又曲线在切点处的切线的斜率为曲线在该点处的导数来列方程,即可求得切点的坐标.【变式训练3】若函数y =x 3-3x +4的切线经过点(-2,2),求此切线方程. 【解析】设切点为P (x 0,y 0),则由 y ′=3x 2-3得切线的斜率为k =3x 20-3.所以函数y =x 3-3x +4在P (x 0,y 0)处的切线方程为 y -y 0=(3x 20-3)(x -x 0). 又切线经过点(-2,2),得2-y 0=(3x 20-3)(-2-x 0),①而切点在曲线上,得y 0=x 30-3x 0+4, ② 由①②解得x 0=1或x 0=-2. 则切线方程为y =2 或 9x -y +20=0.总结提高1.函数y =f (x )在x =x 0处的导数通常有以下两种求法: (1) 导数的定义,即求0Δlim→x ΔyΔx =0Δlim →x f (x 0+Δx )-f (x 0)Δx 的值;(2)先求导函数f ′(x ),再将x =x 0的值代入,即得f ′(x 0)的值. 2.求y =f (x )的导函数的几种方法: (1)利用常见函数的导数公式; (2)利用四则运算的导数公式; (3)利用复合函数的求导方法.3.导数的几何意义:函数y =f (x )在x =x 0处的导数f ′(x 0),就是函数y =f (x )的曲线在点P (x 0,y 0)处的切线的斜率.3.2 导数的应用(一)典例精析题型一 求函数f (x )的单调区间【例1】已知函数f (x )=x 2-ax -a ln(x -1)(a ∈R ),求函数f (x )的单调区间. 【解析】函数f (x )=x 2-ax -a ln(x -1)的定义域是(1,+∞). f ′(x )=2x -a -ax -1=2x (x -a +22)x -1,①若a ≤0,则a +22≤1,f ′(x )=2x (x -a +22)x -1>0在(1,+∞)上恒成立,所以a ≤0时,f (x )的增区间为(1,+∞).②若a >0,则a +22>1,故当x ∈(1,a +22]时,f ′(x )=2x (x -a +22)x -1≤0;当x ∈[a +22,+∞)时,f ′(x )=2x (x -a +22)x -1≥0,所以a >0时,f (x )的减区间为(1,a +22],f (x )的增区间为[a +22,+∞).【点拨】在定义域x >1下,为了判定f ′(x )符号,必须讨论实数a +22与0及1的大小,分类讨论是解本题的关键.【变式训练1】已知函数f (x )=x 2+ln x -ax 在(0,1)上是增函数,求a 的取值范围. 【解析】因为f ′(x )=2x +1x -a ,f (x )在(0,1)上是增函数,所以2x +1x -a ≥0在(0,1)上恒成立,即a ≤2x +1x恒成立.又2x +1x ≥22(当且仅当x =22时,取等号).所以a ≤22,故a 的取值范围为(-∞,22].【点拨】当f (x )在区间(a ,b )上是增函数时⇒f ′(x )≥0在(a ,b )上恒成立;同样,当函数f (x )在区间(a ,b )上为减函数时⇒f ′(x )≤0在(a ,b )上恒成立.然后就要根据不等式恒成立的条件来求参数的取值范围了.题型二 求函数的极值【例2】已知f (x )=ax 3+bx 2+cx (a ≠0)在x =±1时取得极值,且f (1)=-1. (1)试求常数a ,b ,c 的值;(2)试判断x =±1是函数的极小值点还是极大值点,并说明理由. 【解析】(1)f ′(x )=3ax 2+2bx +c . 因为x =±1是函数f (x )的极值点,所以x =±1是方程f ′(x )=0,即3ax 2+2bx +c =0的两根.由根与系数的关系,得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-==-② ,13① ,032a c ab又f (1)=-1,所以a +b +c =-1. ③ 由①②③解得a =12,b =0,c =-32.(2)由(1)得f (x )=12x 3-32x ,所以当f ′(x )=32x 2-32>0时,有x <-1或x >1;当f ′(x )=32x 2-32<0时,有-1<x <1.所以函数f (x )=12x 3-32x 在(-∞,-1)和(1,+∞)上是增函数,在(-1,1)上是减函数.所以当x =-1时,函数取得极大值f (-1)=1;当x =1时,函数取得极小值f (1)=-1.【点拨】求函数的极值应先求导数.对于多项式函数f (x )来讲, f (x )在点x =x 0处取极值的必要条件是f ′(x )=0.但是, 当x 0满足f ′(x 0)=0时, f (x )在点x =x 0处却未必取得极值,只有在x 0的两侧f (x )的导数异号时,x 0才是f (x )的极值点.并且如果f ′(x )在x 0两侧满足“左正右负”,则x 0是f (x )的极大值点,f (x 0)是极大值;如果f ′(x )在x 0两侧满足“左负右正”,则x 0是f (x )的极小值点,f (x 0)是极小值.【变式训练2】定义在R 上的函数y =f (x ),满足f (3-x )=f (x ),(x -32)f ′(x )<0,若x 1<x 2,且x 1+x 2>3,则有( )A. f (x 1)<f (x 2)B. f (x 1)>f (x 2)C. f (x 1)=f (x 2)D.不确定【解析】由f (3-x )=f (x )可得f [3-(x +32)]=f (x +32),即f (32-x )=f (x +32),所以函数f (x )的图象关于x =32对称.又因为(x -32)f ′(x )<0,所以当x >32时,函数f (x )单调递减,当x <32时,函数f (x )单调递增.当x 1+x 22=32时,f (x 1)=f (x 2),因为x 1+x 2>3,所以x 1+x 22>32,相当于x 1,x 2的中点向右偏离对称轴,所以f (x 1)>f (x 2).故选B.题型三 求函数的最值【例3】 求函数f (x )=ln(1+x )-14x 2在区间[0,2]上的最大值和最小值.【解析】f ′(x )=11+x -12x ,令11+x -12x =0,化简为x 2+x -2=0,解得x 1=-2或x 2=1,其中x 1=-2舍去.又由f ′(x )=11+x -12x >0,且x ∈[0,2],得知函数f (x )的单调递增区间是(0,1),同理, 得知函数f (x )的单调递减区间是(1,2),所以f (1)=ln 2-14为函数f (x )的极大值.又因为f (0)=0,f (2)=ln 3-1>0,f (1)>f (2),所以,f (0)=0为函数f (x )在[0,2]上的最小值,f (1)=ln 2-14为函数f (x )在[0,2]上的最大值.【点拨】求函数f (x )在某闭区间[a ,b ]上的最值,首先需求函数f (x )在开区间(a ,b )内的极值,然后,将f (x )的各个极值与f (x )在闭区间上的端点的函数值f (a )、f (b )比较,才能得出函数f (x )在[a ,b ]上的最值.【变式训练3】(2008江苏)f (x )=ax 3-3x +1对x ∈[-1,1]总有f (x )≥0成立,则a = . 【解析】若x =0,则无论a 为何值,f (x )≥0恒成立. 当x ∈(0,1]时,f (x )≥0可以化为a ≥3x 2-1x 3,设g (x )=3x 2-1x 3,则g ′(x )=3(1-2x )x 4,x ∈(0,12)时,g ′(x )>0,x ∈(12,1]时,g ′(x )<0.因此g (x )max =g (12)=4,所以a ≥4.当x ∈[-1,0)时,f (x )≥0可以化为 a ≤3x 2-1x 3,此时g ′(x )=3(1-2x )x 4>0, g (x )min =g (-1)=4,所以a ≤4. 综上可知,a =4.总结提高1.求函数单调区间的步骤是: (1)确定函数f (x )的定义域D ; (2)求导数f ′(x );(3)根据f ′(x )>0,且x ∈D ,求得函数f (x )的单调递增区间;根据f ′(x )<0,且x ∈D ,求得函数f (x )的单调递减区间.2.求函数极值的步骤是: (1)求导数f ′(x ); (2)求方程f ′(x )=0的根;(3)判断f ′(x )在方程根左右的值的符号,确定f (x )在这个根处取极大值还是取极小值. 3.求函数最值的步骤是:先求f (x )在(a ,b )内的极值;再将f (x )的各极值与端点处的函数值f (a )、f (b )比较,其中最大的一个是最大值,最小的一个是最小值.3.3 导数的应用(二)典例精析题型一 利用导数证明不等式 【例1】已知函数f (x )=12x 2+ln x .(1)求函数f (x )在区间[1,e]上的值域; (2)求证:x >1时,f (x )<23x 3.【解析】(1)由已知f ′(x )=x +1x,当x ∈[1,e]时,f ′(x )>0,因此f (x )在 [1,e]上为增函数. 故f (x )max =f (e)=e 22+1,f (x )min =f (1)=12,因而f (x )在区间[1,e]上的值域为[12,e 22+1].(2)证明:令F (x )=f (x )-23x 3=-23x 3+12x 2+ln x ,则F ′(x )=x +1x -2x 2=(1-x )(1+x +2x 2)x,因为x >1,所以F ′(x )<0, 故F (x )在(1,+∞)上为减函数. 又F (1)=-16<0,故x >1时,F (x )<0恒成立, 即f (x )<23x 3.【点拨】有关“超越性不等式”的证明,构造函数,应用导数确定所构造函数的单调性是常用的证明方法.【变式训练1】已知对任意实数x ,有f (-x )=-f (x ),g (-x )=g (x ),且x >0时,f ′(x )>0,g ′(x )>0,则x <0时( )A.f ′(x )>0,g ′(x )>0B.f ′(x )>0,g ′(x )<0C.f ′(x )<0,g ′(x )>0D.f ′(x )<0,g ′(x )<0【解析】选B. 题型二 优化问题【例2】 (2009湖南)某地建一座桥,两端的桥墩已建好,这两个桥墩相距m 米,余下工程只需建两端桥墩之间的桥面和桥墩.经测算,一个桥墩的工程费用为256万元;距离为x 米的相邻两墩之间的桥面工程费用为(2+x )x 万元.假设桥墩等距离分布,所有桥墩都视为点,且不考虑其他因素.记余下工程的费用为y 万元.(1)试写出y 关于x 的函数关系式;(2)当m =640米时,需新建多少个桥墩才能使y 最小? 【解析】(1)设需新建n 个桥墩,则(n +1)x =m , 即n =m x-1.所以y =f (x )=256n +(n +1)(2+x )x=256(m x -1)+mx (2+x )x=256m x+m x +2m -256.(2)由(1)知f ′(x )=-256m x 2+12mx 21 =m 2x 2(x 23-512).令f ′(x )=0,得x 23=512.所以x =64.当0<x <64时,f ′(x )<0,f (x )在区间(0,64)内为减函数;当64<x <640时,f ′(x )>0,f (x )在区间(64,640)内为增函数.所以f (x )在x =64处取得最小值. 此时n =m x -1=64064-1=9.故需新建9个桥墩才能使y 最小.【变式训练2】(2010上海)如图所示,为了制作一个圆柱形灯笼,先要制作4个全等的矩形骨架,总计耗用9.6米铁丝,骨架把圆柱底面8等份,再用S 平方米塑料片制成圆柱的侧面和下底面(不安装上底面).当圆柱底面半径r 取何值时,S 取得最大值?并求出该最大值(结果精确到0.01平方米).【解析】设圆柱底面半径为r ,高为h , 则由已知可得4(4r +2h )=9.6,所以2r +h =1.2. S =2.4πr -3πr 2,h =1.2-2r >0,所以r <0.6. 所以S =2.4πr -3πr 2(0<r <0.6).令f (r )=2.4πr -3πr 2,则f ′(r )=2.4π-6πr . 令f ′(r )=0得r =0.4.所以当0<r <0.4,f ′(r )>0; 当0.4<r <0.6,f ′(r )<0.所以r =0.4时S 最大,S max =1.51. 题型三 导数与函数零点问题【例3】 设函数f (x )=13x 3-mx 2+(m 2-4)x ,x ∈R .(1)当m =3时,求曲线y =f (x )在点(2,f (2))处的切线方程;(2)已知函数f (x )有三个互不相同的零点0,α,β,且α<β.若对任意的x ∈[α,β],都有f (x )≥f (1)恒成立,求实数m 的取值范围.【解析】(1)当m =3时,f (x )=13x 3-3x 2+5x ,f ′(x )=x 2-6x +5.因为f (2)=23,f ′(2)=-3,所以切点坐标为(2,23),切线的斜率为-3,则所求的切线方程为y -23=-3(x -2),即9x +3y -20=0.(2)f ′(x )=x 2-2mx +(m 2-4). 令f ′(x )=0,得x =m -2或x =m +2.当x ∈(-∞,m -2)时,f ′(x )>0,f (x )在(-∞,m -2)上是增函数;当x ∈(m -2,m +2)时,f ′(x )<0,f (x )在(m -2,m +2)上是减函数;当x ∈(m +2,+∞)时,f ′(x )>0,f (x )在(m +2,+∞)上是增函数.因为函数f (x )有三个互不相同的零点0,α,β,且f (x )=13x [x 2-3mx +3(m 2-4)], 所以⎩⎨⎧≠->--.0)4(3,0)4(12)3(222m m m 解得m ∈(-4,-2)∪(-2,2)∪(2,4).当m ∈(-4,-2)时,m -2<m +2<0,所以α<m -2<β<m +2<0.此时f (α)=0,f (1)>f (0)=0,与题意不合,故舍去.当m ∈(-2,2)时,m -2<0<m +2,所以α<m -2<0<m +2<β.因为对任意的x ∈[α,β],都有f (x )≥f (1)恒成立,所以α<1<β.所以f (1)为函数f (x )在[α,β]上的最小值.因为当x =m +2时,函数f (x )在[α,β]上取最小值,所以m +2=1,即m =-1.当m ∈(2,4)时,0<m -2<m +2,所以0<m -2<α<m +2<β.因为对任意的x ∈[α,β],都有f (x )≥f (1)恒成立,所以α<1<β.所以f (1)为函数f (x )在[α,β]上的最小值.因为当x =m +2时,函数f (x )在[α,β]上取最小值,所以m +2=1,即m =-1(舍去).综上可知,m 的取值范围是{-1}.【变式训练3】已知f (x )=ax 2(a ∈R ),g (x )=2ln x .(1)讨论函数F (x )=f (x )-g (x )的单调性;(2)若方程f (x )=g (x )在区间[2,e]上有两个不等解,求a 的取值范围.【解析】(1)当a >0时,F (x )的递增区间为(1a ,+∞),递减区间为(0,1a); 当a ≤0时,F (x )的递减区间为(0,+∞).(2)[12ln 2,1e ). 总结提高在应用导数处理方程、不等式有关问题时,首先应熟练地将方程、不等式问题直接转化为函数问题,再利用导数确定函数单调性、极值或最值.3.4 定积分与微积分基本定理典例精析题型一 求常见函数的定积分【例1】 计算下列定积分的值.(1)⎰21(x -1)5d x ;(2) ⎰2π0(x +sin x )d x .【解析】(1)因为[16(x -1)6]′=(x -1)5, 所以⎰21 (x -1)5d x =6)1(61-x 12=16. (2)因为(x 22-cos x )′=x +sin x , 所以⎰2π0(x +sin x )d x =)cos 2(2x x -12π=π28+1. 【点拨】(1)一般情况下,只要能找到被积函数的原函数,就能求出定积分的值;(2)当被积函数是分段函数时,应对每个区间分段积分,再求和;(3)对于含有绝对值符号的被积函数,应先去掉绝对值符号后积分;(4)当被积函数具有奇偶性时,可用以下结论:①若f (x )是偶函数时,则⎰-a a f (x )d x =2⎰a 0f (x )d x ; ②若f (x )是奇函数时,则⎰-a a f (x )d x =0. 【变式训练1】求⎰-55(3x 3+4sin x )d x .【解析】⎰-55(3x 3+4sin x )d x 表示直线x =-5,x =5,y =0和曲线y =3x 3+4sin x 所围成的曲边梯形面积的代数和,且在x 轴上方的面积取正号,在x 轴下方的面积取负号.又f (-x )=3(-x )3+4sin(-x )=-(3x 3+4sin x )=-f (x ).所以f (x )=3x 3+4sin x 在[-5,5]上是奇函数,所以⎰-50(3x 3+4sin x )d x =-⎰05(3x 3+4sin x )d x , 所以⎰-55(3x 3+4sin x )d x =⎰-50(3x 3+4sin x )d x +⎰05(3x 3+4sin x )d x =0. 题型二 利用定积分计算曲边梯形的面积【例2】求抛物线y 2=2x 与直线y =4-x 所围成的平面图形的面积.【解析】方法一:如图,由⎩⎨⎧-==,4,22x y x y得交点A (2,2),B (8,-4),则S =⎰02[2x -(-2x )]d x +⎰28[4-x -(-2x )]d x =0223324x +28)32224(232x x x +- =163+383=18. 方法二:S =⎰-42[(4-y )-y 22]d y =42)61214(32---y y y =18. 【点拨】根据图形的特征,选择不同的积分变量,可使计算简捷,在以y 为积分变量时,应注意将曲线方程变为x =φ(y )的形式,同时,积分上、下限必须对应y 的取值.【变式训练2】设k 是一个正整数,(1+x k )k 的展开式中x 3的系数为116,则函数y =x 2与y =kx -3的图象所围成的阴影部分(如图)的面积为 .【解析】T r +1=C r k (x k )r ,令r =3,得x 3的系数为C 3k 1k 3=116,解得k =4.由⎩⎨⎧-==34,2x y x y 得函数y =x 2与y =4x -3的图象的交点的横坐标分别为1,3.所以阴影部分的面积为S =⎰13(4x -3-x 2)d x =(2x 2-3x -13)313x =43. 题型三 定积分在物理中的应用【例3】 (1) 变速直线运动的物体的速度为v (t )=1-t 2,初始位置为x 0=1,求它在前2秒内所走过的路程及2秒末所在的位置;(2)一物体按规律x =bt 3作直线运动,式中x 为时间t 内通过的距离,媒质的阻力正比于速度的平方,试求物体由x =0运动到x =a 时阻力所做的功.【解析】(1)当0≤t ≤1时,v (t )≥0,当1≤t ≤2时,v (t )≤0,所以前2秒内所走过的路程为s =⎰01v (t )d t +⎰12(-v (t ))d t =⎰01(1-t 2)d t +⎰12(t 2-1)d t =01)31(3t t -+12)31(3t t -=2.2秒末所在的位置为x 1=x 0+⎰02v (t )d t =1+⎰02(1-t 2)d t =13. 所以它在前2秒内所走过的路程为2,2秒末所在的位置为x 1=13. (2) 物体的速度为v =(bt 3)′=3bt 2.媒质阻力F 阻=kv 2=k (3bt 2)2=9kb 2t 4,其中k 为比例常数,且k >0.当x =0时,t =0;当x =a 时,t =t 1=(a b )31, 又d s =v d t ,故阻力所做的功为W 阻=⎰阻F d s =⎰01t kv 2·v d t =k ⎰01t v 3d t = k ⎰01t (3bt 2)3d t =277kb 3t 71 = 277k 3a 7b 2. 【点拨】定积分在物理学中的应用应注意:v (t )=⎰a b a (t )d t ,s (t )=⎰a b v (t )d t 和W =⎰a bF (x )d x 这三个公式. 【变式训练3】定义F (x ,y )=(1+x )y ,x ,y ∈(0,+∞).令函数f (x )=F [1,log 2(x 2-4x +9)]的图象为曲线C 1,曲线C 1与y 轴交于点A (0,m ),过坐标原点O 向曲线C 1作切线,切点为B (n ,t )(n >0),设曲线C 1在点A ,B 之间的曲线段与线段OA ,OB 所围成图形的面积为S ,求S 的值.【解析】因为F (x ,y )=(1+x )y ,所以f (x )=F (1,log 2(x 2-4x +9))=)94log(22+-x x =x 2-4x +9,故A (0,9),又过坐标原点O 向曲线C 1作切线,切点为B (n ,t )(n >0),f ′(x )=2x -4. 所以⎪⎩⎪⎨⎧-=+-=,42,942n nt n n t 解得B (3,6),所以S =⎰03(x 2-4x +9-2x )d x =(x 33-3x 2+9x )03=9. 总结提高1.定积分的计算关键是通过逆向思维求得被积函数的原函数.2.利用定积分求平面图形面积的步骤:(1)画出草图,在直角坐标系中画出曲线或直线的大致图象;(2)借助图形确定出被积函数,求出交点坐标,确定积分的上、下限;(3)把曲边梯形的面积表示成若干个定积分的和;(4)计算定积分,写出答案.。