9、一轮复习 函数与导数的综合测试卷(教案教学设计导学案)
高三数学一轮复习导数导学案

课题: 导数、导数的计算及其应用 2课时一、考点梳理:1.导数、导数的计算(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: 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______________. !(4).基本初等函数的导数公式(5).导数的运算法则(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: 2.导数与函数的单调性及极值、最值(1)导数和函数单调性的关系:(1)对于函数y =f (x ),如果在某区间上f ′(x )>0,那么f (x )为该区间上的________;如果在某区间上f ′(x )<0,那么f (x )为该区间上的________.(2)若在(a ,b )的任意子区间内f ′(x )都不恒等于0,f ′(x )≥0⇔f (x )在(a ,b )上为____函数,若在(a ,b )上,f ′(x )≤0,⇔f (x )在(a ,b )上为____函数.[(2)函数的极值与导数(1)判断f (x 0)是极值的方法: 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________,右侧________,那么f (x 0)是极大值; ②如果在x 0附近的左侧________,右侧________,那么f (x 0)是极小值.(2)求可导函数极值的步骤 : ①____________ ;②________________ ;③_________________________.(3)求函数y =f (x )在[a ,b ]上的最大值与最小值的步骤:(1)求函数y =f (x )在(a ,b )上的________;(2)将函数y =f (x )的各极值与______________比较,其中最大的一个是最大值,最小的一个是最小值. `二、基础自测: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 2原函数 导函数 f (x )=c (c 为常数) f ′(x )=0f (x )=x n (n ∈Q *) ;f ′(x )=________ f (x )=sin x f ′(x )=________ f (x )=cos x f ′(x )=________ f (x )=a x f ′(x )=________f (x )=e x >f ′(x )=________ f (x )=log a x f ′(x )=________ f (x )=ln xf ′(x )=________2.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) 3.(2012陕西高考)设函数f (x )=2x +ln x ,则( ).A .x =12为f (x )的极大值点B .x =12为f (x )的极小值点C .x =2为f (x )的极大值点D .x =2为f (x )的极小值点 4.若函数y =a (x 3-x )的递减区间为⎝ ⎛⎭⎪⎫-33,33,则a 的取值范围是( ). {A .a >0B .-1<a <0C .a >1D .0<a <15.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.已知f (x )=x 3-ax 在[1,+∞)上是单调增函数,则a 的最大值是__________.三、考点突破:考点一、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 →2fx -3x -2+1的值为( )A .1 B .2 C .3 D .4【例1-2】用导数的定义求函数y =f (x )=1x在x =1处的导数.~【变式】:求函数y =x 2+1在x 0到x 0+Δx 之间的平均变化率,并求出其导函数.考点二、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 e x ;(4)y =ln xx . (5)y =ln(2x +5).;【变式】求下列函数的导数:(1)y =x 2sin x ;(2)y =3x e x -2x +e ; (2)y =3-x ;考点三、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.…【变式】:求曲线f (x )=x 3-3x 2+2x 过原点的切线方程.考点四、利用导数研究函数的单调性与极值、最值【例4】已知a ∈R ,函数f (x )=(-x 2+ax )e x (x ∈R ,e 为自然对数的底数).(1)当a =2时,求函数f (x )的单调递增区间;(2)若函数f (x )在(-1,1)上单调递增,求a 的取值范围;\【变式】(2009·浙江)已知函数f (x )=x 3+(1-a )x 2-a (a +2)x +b (a ,b ∈R ).(1)若函数f (x )的图象过原点,且在原点处的切线斜率是-3,求a ,b 的值;(2)若函数f (x )在区间(-1,1)上不单调,求a 的取值范围."【例5】若函数f (x )=ax 3-bx +4,当x =2时,函数f (x )有极值-43.(1)求函数f (x )的解析式;(2)若关于x 的方程f (x )=k 有三个零点,求实数k 的取值范围.【变式】设x =1与x =2是函数f (x )=a ln x +bx 2+x 的两个极值点.(1)试确定常数a 和b 的值;(2)试判断x =1,x =2是函数f (x )的极大值点还是极小值点,并说明理由.@【例6】已知函数f (x )=x 3+ax 2+bx +c ,曲线y =f (x )在点x =1处的切线为l :3x -y +1=0,若x =23时,y =f (x )有极值.(1)求a ,b ,c 的值;(2)求y =f (x )在[-3,1]上的最大值和最小值.【变式】已知函数f (x )=ax 3+x 2+bx (其中常数a ,b ∈R ),g (x )=f (x )+f ′(x )是奇函数.、(1)求f (x )的表达式;(2)讨论g (x )的单调性,并求g (x )在区间[1,2]上的最大值和最小值.四、课题巩固:一、选择题:1.设f (x )为可导函数,且满足lim x →0f1-f 1-2x2x=-1,则曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线斜率为( ). ?A .2B .-1C .1D .-22.(2012辽宁高考)函数y =12x 2-ln x 的单调递减区间为( ). A .(-1,1] B .(0,1]C .[1,+∞) D .(0,+∞)3.如图所示的曲线是函数f (x )=x 3+bx 2+cx +d 的大致图象,则x 21+x 22等于( )4.已知f ′(x )是f (x )的导函数,在区间[0,+∞)上f ′(x )>0,且偶函数f (x )满足f (2x -1)<f ⎝⎛⎭⎫13,则x 的取值范围是( )二、填空题: —5.函数f (x )=x -ln x 的单调减区间为________.6. 已知函数f (x )=2x 3-6x 2+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________. 7.已知点P 在曲线y =4e x +1上,α为曲线在点P 处的切线的倾斜角,则α的取值范围是_____________.8.若a >2,则函数f (x )=13x 3-ax 2+1在区间(0,2)上有________个零点. 三、解答题9.已知函数f (x )=x ln x .(1)求f (x )的极小值;(2)讨论关于x 的方程f (x )-m =0 (m ∈R )的解的个数.?10.设f (x )=e x 1+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.11.已知函数f (x )=x 3+mx 2+nx -2的图象过点(-1,-6),且函数g (x )=f ′(x )+6x 的图象关于y 轴对称.~(1)求m ,n 的值及函数y =f (x )的单调区间;(2)若a >1,求函数y =f (x )在区间(a -1,a +1)内的极值.课题: 导数、导数的计算及其应用 2课时参考答案 二、基础自测: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 2}2.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) 3.(2012陕西高考)设函数f (x )=2x +ln x ,则( ).A .x =12为f (x )的极大值点B .x =12为f (x )的极小值点C .x =2为f (x )的极大值点D .x =2为f (x )的极小值点 4.若函数y =a (x 3-x )的递减区间为⎝ ⎛⎭⎪⎫-33,33,则a 的取值范围是( ). A .a >0 B .-1<a <0C .a >1 D .0<a <15.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.已知f (x )=x 3-ax 在[1,+∞)上是单调增函数,则a 的最大值是__________.《参考答案:1.C 解析:∵Δy =f (1+Δx )-f (1)=2(1+Δx )2-1-1=4Δx +2(Δx )2,∴ΔyΔx =4+2Δx . 2.C 解析:y ′=3x 2,∴3x 2=3.∴x =±1.当x =1时,y =1,当x =-1时,y =-1.3.D 解析:由f ′(x )=-2x 2+1x =1x ⎝⎛⎭⎫1-2x =0可得x =2.当0<x <2时,f ′(x )<0,f (x )单调递减;当x >2时,f ′(x )>0,f (x )单调递增.故x =2为f (x )的极小值点. 4.A 解析:∵y ′=a (3x 2-1)=3a ⎝ ⎛⎭⎪⎫x +33⎝ ⎛⎭⎪⎫x -33,∴当-33<x <33时,⎝⎛⎭⎪⎫x +33⎝ ⎛⎭⎪⎫x -33<0. ∴要使y ′<0,必须取a >0.5.4x -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=0.6.3 解析:∵f (x )=x 3-ax 在[1,+∞)上是单调增函数,∴f ′(x )=3x 2-a ≥0在[1,+∞)上恒成立,即a ≤3x 2在[1,+∞)上恒成立,而当x ∈[1,+∞)时,(3x 2)min =3×12=3.∴a ≤3,故a max =3. 三、考点突破: ^考点一、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 →2fx -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. 【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 ).∴ΔyΔx =-11+Δx (1+1+Δx ),∴lim Δx →0Δy Δx =lim Δx →0⎣⎢⎡⎦⎥⎤-11+Δx (1+1+Δx )=-12.∴f ′(1)=-12. 【变式】:求函数y =x 2+1在x 0到x 0+Δx 之间的平均变化率,并求出其导函数. 解 ∵Δy =x 0+Δx2+1-x 20+1=x 0+Δx 2+1-x 20-1x 0+Δx2+1+x 20+1=2x 0Δx +Δx 2x 0+Δx2+1+x 20+1,¥∴ΔyΔx =2x 0+Δxx 0+Δx 2+1+x 20+1.∴Δx →0时,Δy Δx →x x 2+1.∴y ′=xx 2+1.考点二、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 e x ;(4)y =ln xx . (5)y =ln(2x +5). 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 ′e x +x (e x )′=e x +x e x =e x (x +1).(4)y ′=⎝⎛⎭⎫ln x x ′=(ln x )′x -x ′ln x x 2=1x ·x -ln x x 2=1-ln x x 2. ?(5)设u =2x +5,则y =ln(2x +5)由y =ln u 与u =2x +5复合而成.∴y ′=y ′u ·u ′x =1u ·2=2u =22x +5.【变式】求下列函数的导数:(1)y =x 2sin x ;(2)y =3x e x -2x +e ; (2)y =3-x ; 考点三、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.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.?【变式】:求曲线f (x )=x 3-3x 2+2x 过原点的切线方程. 解:f ′(x )=3x 2-6x +2.设切线的斜率为k .(1)当切点是原点时k =f ′(0)=2,所以所求曲线的切线方程为y =2x .(2)当切点不是原点时,设切点是(x 0,y 0),则有y 0=x 30-3x 20+2x 0,k =f ′(x 0)=3x 20-6x 0+2,①又k =y 0x 0=x 20-3x 0+2,②由①②得x 0=32,k =-14.∴所求曲线的切线方程为y =-14x .综上,曲线f (x )=x 3-3x 2+2x 过原点的切线方程为y =2x 或y =-14x .考点四、利用导数研究函数的单调性与极值、最值【例4】已知a ∈R ,函数f (x )=(-x 2+ax )e x (x ∈R ,e 为自然对数的底数).(1)当a =2时,求函数f (x )的单调递增区间;(2)若函数f (x )在(-1,1)上单调递增,求a 的取值范围;解:(1)当a =2时,f (x )=(-x 2+2x )e x ,∴f ′(x )=(-2x +2)e x +(-x 2+2x )e x =(-x 2+2)e x .令f ′(x )>0,即(-x 2+2)e x >0,∵e x >0,∴-x 2+2>0,解得-2<x < 2.∴函数f (x )的单调递增 /区间是(-2,2).(2)∵函数f (x )在(-1,1)上单调递增,∴f ′(x )≥0对x ∈(-1,1)都成立.∵f ′(x )=[-x 2+(a -2)x +a ]e x ,∴[-x 2+(a -2)x +a ]e x ≥0对x ∈(-1,1)都成立.∵e x >0,∴-x 2+(a -2)x +a ≥0对x ∈(-1,1)都成立,即x 2-(a-2)x -a ≤0对x ∈(-1,1)恒成立.设h (x )=x 2-(a -2)x -a ,只需满足⎩⎪⎨⎪⎧h -1≤0h 1≤0,解得a ≥32.【变式】(2009·浙江)已知函数f (x )=x 3+(1-a )x 2-a (a +2)x +b (a ,b ∈R ).(1)若函数f (x )的图象过原点,且在原点处的切线斜率是-3,求a ,b 的值;(2)若函数f (x )在区间(-1,1)上不单调,求a 的取值范围. 解 (1)由题意得f ′(x )=3x 2+2(1-a )x -a (a +2),又⎩⎪⎨⎪⎧f 0=b =0f ′0=-a a +2=-3,解得b =0,a =-3或a =1.(2)由f ′(x )=0,得x 1=a ,x 2=-a +23.又f (x )在(-1,1)上不单调,即⎩⎪⎨⎪⎧-1<a <1,a ≠-a +23或⎩⎪⎨⎪⎧-1<-a +23<1,a ≠-a +23.解得⎩⎪⎨⎪⎧ -1<a <1,a ≠-12或⎩⎪⎨⎪⎧-5<a <1,a ≠-12.所以a 的取值范围为(-5,-12)∪(-12,1). 【例5】若函数f (x )=ax 3-bx +4,当x =2时,函数f (x )有极值-43.(1)求函数f (x )的解析式;(2)若关于x 的方程f (x )=k 有三个零点,求实数k 的取值范围. 【解 (1)由题意可知f ′(x )=3ax 2-b .于是⎩⎪⎨⎪⎧ f ′2=12a -b =0f 2=8a -2b +4=-43,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =13,b =4故函数为f (x )=13x 3-4x +4. (2)由(1)可知f ′(x )=x 2-4=(x -2)(x +2).令f ′(x )=0得x =2或x =-2, 当x 变化时,f ′(x ),f (x )的变化情况如下表所示:x (-∞,-2) -2 (-2,2) 2 ](2,+∞)f ′(x ) +0 - 0 + f (x )~ 单调递增极大值单调递减极小值单调递增因此,当x =-2时,f (x )有极大值283,当x =2时,f (x )有极小值-43, 所以函数的大致图象如右图,故实数k 的取值范围为(-43,283).【变式】 设x =1与x =2是函数f (x )=a ln x +bx 2+x 的两个极值点.(1)试确定常数a 和b 的值;(2)试判断x =1,x =2是函数f (x )的极大值点还是极小值点,并说明理由. >解 (1)f ′(x )=a x +2bx +1,∴⎩⎪⎨⎪⎧f ′1=a +2b +1=0f ′2=a2+4b +1=0.解得a =-23,b =-16. (2)f ′(x )=-23x +(-x3)+1=-x -1x -23x.函数定义域为(0,+∞),列表 x(0,1) 1 (1,2) 2 (2,+∞) { f ′(x ) - 0 + 0 - f (x )单调递减[极小值单调递增极大值单调递减∴x =1是f (x )的极小值点,x =2是f (x )的极大值点.【例6】已知函数f (x )=x 3+ax 2+bx +c ,曲线y =f (x )在点x =1处的切线为l :3x -y +1=0,若x =23时,y =f (x )有极值.(1)求a ,b ,c 的值;(2)求y =f (x )在[-3,1]上的最大值和最小值. 解: (1)由f (x )=x 3+ax 2+bx +c ,得f ′(x )=3x 2+2ax +b , 当x =1时,切线l 的斜率为3,可得2a +b =0;① 、当x =23时,y =f (x )有极值,则f ′⎝⎛⎭⎫23=0,可得4a +3b +4=0.②由①②解得a =2,b =-4,又切点的横坐标为x =1,∴f (1)=4.∴1+a +b +c =4.∴c =5.(2)由(1),得f (x )=x 3+2x 2-4x +5,∴f ′(x )=3x 2+4x -4.令f ′(x )=0,得x =-2或x =23,∴f ′(x )<0的解集为⎝⎛⎭⎫-2,23,即为f (x )的减区间.[-3,-2)、⎝⎛⎦⎤23,1是函数的增区间.又f (-3)=8,f (-2)=13,f ⎝⎛⎭⎫23=9527,f (1)=4,∴y =f (x )在[-3,1]上的最大值为13,最小值为9527.变式迁移3 已知函数f (x )=ax 3+x 2+bx (其中常数a ,b ∈R ),g (x )=f (x )+f ′(x )是奇函数.(1)求f (x )的表达式;(2)讨论g (x )的单调性,并求g (x )在区间[1,2]上的最大值和最小值.解 (1)由题意得f ′(x )=3ax 2+2x +b .因此g (x )=f (x )+f ′(x )=ax 3+(3a +1)x 2+(b +2)x +b .因为函数g (x )是奇函数,所以g (-x )=-g (x ),即对任意实数x ,有a (-x )3+(3a +1)(-x )2+(b +2)(-x )+b =-[ax 3+(3a +1)x 2+(b +2)x +b ],从而3a +1=0,b =0,解得a =-13,b =0,因此f (x )的表达式为f (x )=-13x 3+x 2. (2)由(1)知g (x )=-13x 3+2x ,所以g ′(x )=-x 2+2,令g ′(x )=0,解得x 1=-2,x 2=2, 则当x <-2或x >2时,g ′(x )<0,从而g (x )在区间(-∞,-2),(2,+∞)上是减函数; )当-2<x <2时,g ′(x )>0,从而g (x )在区间(-2,2)上是增函数.由前面讨论知,g (x )在区间[1,2]上的最大值与最小值只能在x =1,2,2时取得,而g (1)=53,g (2)=423,g (2)=43.因此g (x )在区间[1,2]上的最大值为g (2)=423,最小值为g (2)=43. 四、课题巩固: 一、选择题:1.设f (x )为可导函数,且满足lim x →0f1-f 1-2x2x=-1,则曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线斜率为( ). A .2 B .-1 C .1 D .-22.(2012辽宁高考)函数y =12x 2-ln x 的单调递减区间为( ). A .(-1,1] B .(0,1]C .[1,+∞) D .(0,+∞):3.如图所示的曲线是函数f (x )=x 3+bx 2+cx +d 的大致图象,则x 21+x 22等于( )4.已知f ′(x )是f (x )的导函数,在区间[0,+∞)上f ′(x )>0,且偶函数f (x )满足f (2x -1)<f ⎝⎛⎭⎫13,则x 的取值范围是( )参考答案: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.B 解析:对函数y =12x 2-ln x 求导,得y ′=x -1x =x 2-1x (x >0),令⎩⎪⎨⎪⎧x 2-1x ≤0,x >0,解得x ∈(0,1].因此函数y =12x 2-ln x 的单调递减区间为(0,1].故选B.3.C [由图象知f (x )=x (x +1)(x -2)=x 3-x 2-2x =x 3+bx 2+cx +d ,∴b =-1,c =-2,d =0.而x 1,x 2是函数f (x )的极值点,故x 1,x 2是f ′(x )=0,即3x 2+2bx +c =0的根,∴x 1+x 2=-2b 3,x 1x 2=c3,、x 21+x 22=(x 1+x 2)2-2x 1x 2=49b 2-2c 3=169.][∵x ∈[0,+∞),f ′(x )>0,∴f (x )在[0,+∞)上单调递增,又因f (x )是偶函数,∴f (2x -1)<f ⎝⎛⎭⎫13⇔f (|2x -1|)<f ⎝⎛⎭⎫13⇒|2x -1|<13,∴-13<2x -1<13.即13<x <23. 二、填空题:5.函数f (x )=x -ln x 的单调减区间为________.6. 已知函数f (x )=2x 3-6x 2+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_____. 7.已知点P 在曲线y =4e x +1上,α为曲线在点P 处的切线的倾斜角,则α的取值范围是_____________.8.若a >2,则函数f (x )=13x 3-ax 2+1在区间(0,2)上有________个零点.|参考答案:1.(0,1) 2.-37 3. ⎣⎡⎭⎫3π4,π 4. 1个解析:f ′(x )=x 2-2ax =x (x -2a )=0⇒x 1=0,x 2=2a >4,易知f (x )在(0,2)上为减函数,且f (0)=1>0,f (2)=113-4a <0,由零点判定定理知,在函数f (x )=13x 3-ax 2+1在区间(0,2)上恰好有1个零点. 三、解答题9.已知函数f (x )=x ln x .(1)求f (x )的极小值;(2)讨论关于x 的方程f (x )-m =0 (m ∈R )的解的个数. 解 (1)f (x )的定义域为(0,+∞),f ′(x )=ln x +1,令f ′(x )=0,得x =1e , 当x ∈(0,+∞)时,f ′(x ),f (x )的变化的情况如下:x ⎝⎛⎭⎫0,1e 1e 《⎝⎛⎭⎫1e ,+∞ f ′(x ) -0 +f (x )极小值¥所以,f (x )在(0,+∞)上的极小值是f ⎝⎛⎭⎫1e =-1e .(2)当x ∈⎝⎛⎭⎫0,1e ,f (x )单调递减且f (x )的取值范围是⎝⎛⎭⎫-1e ,0;当x ∈⎝⎛⎭⎫1e ,+∞时,f (x )单调递增且f (x )的取值范围是⎝⎛⎭⎫-1e ,+∞.令y =f (x ),y =m ,两函数图象交点的横坐标是f (x )-m =0的解,由(1)知当m <-1e 时,原方程无解;由f (x )的单调区间上函数值的范围知,当m =-1e 或m ≥0时,原方程有唯一解;当-1e <m <0时,原方程有两解. 10.设f (x )=e x 1+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 x1+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. 结合①,可知 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 ≤1.11.已知函数f (x )=x 3+mx 2+nx -2的图象过点(-1,-6),且函数g (x )=f ′(x )+6x 的图象关于y 轴对称.(1)求m ,n 的值及函数y =f (x )的单调区间;(2)若a >1,求函数y =f (x )在区间(a -1,a +1)内的极值.解: (1)由函数f (x )图象过点(-1,-6),得m -n =-3.①由f (x )=x 3+mx 2+nx -2,得f ′(x )=3x 2+2mx +n ,则g (x )=f ′(x )+6x =3x 2+(2m +6)x +n .而g (x )的图象关于y 轴对称,所以-2m +62×3=0.所以m =-3,代入①,得n =0.于是f ′(x )=3x 2-6x =3x (x -2).由f ′(x )>0,得x >2或x <0,故f (x )的单调递增区间是(-∞,0)∪(2,+∞);由f ′(x )<0,得0<x <2,故f (x )的单调递减区间是(0,2).(2)由(1)得f ′(x )=3x (x -2),令f ′(x)=0,得x =0或x =2.当x 变化时,f ′(x )、f (x )的变化情况如下表:x (-∞,0) 0 (0,2) 2 (2,+∞) f ′(x ) +0 -0 +f (x )极大值极小值由此可得:当1<a <3时,f (x )在(a -1,a +1)内有极小值f (2)=-6,无极大值; 当a ≥3时,f (x )在(a -1,a +1)内无极值.综上得:当1<a <3时,f (x )有极小值-6,无极大值;当a ≥3时,f (x )无极值.x ⎝⎛⎭⎫-∞,1212 …⎝⎛⎭⎫12,32 32 ⎝⎛⎭⎫32,+∞ f ′(x ) + 0 -0 +f (x )极大值极小值。
高考数学理科一轮复习导数的概念及运算学案(含答案)

高考数学理科一轮复习导数的概念及运算学案(含答案)第三章导数及其应用学案13导数的概念及运算导学目标:1.了解导数概念的实际背景,理解函数在一点处的导数的定义和导数的几何意义,理解导函数的概念.了解曲线的切线的概念.2.能根据导数定义,求函数y=C(C为常数),y=x,y=x2,y=1x,y=x 的导数.熟记基本初等函数的导数公式(c,xm(m为有理数),sinx,cosx,ex,ax,lnx,logax的导数),能利用基本初等函数的导数公式及导数的四则运算法则求简单函数的导数,能求简单的复合函数(仅限于形如f(ax+b))的导数.自主梳理1.函数的平均变化率一般地,已知函数y=f(x),x0,x1是其定义域内不同的两点,记Δx=x1-x0,Δy=y1-y0=f(x1)-f(x0)=f(x0+Δx)-f(x0),则当Δx≠0时,商________________________=ΔyΔx称作函数y=f(x)在区间x0,x0+Δx](或x0+Δx,x0])的平均变化率.2.函数y=f(x)在x=x0处的导数(1)定义函数y=f(x)在点x0处的瞬时变化率______________通常称为f(x)在x =x0处的导数,并记作f′(x0),即______________________________.(2)几何意义函数f(x)在点x0处的导数f′(x0)的几何意义是过曲线y=f(x)上点(x0,f(x0))的____________.导函数y=f′(x)的值域即为__________________.3.函数f(x)的导函数如果函数y=f(x)在开区间(a,b)内每一点都是可导的,就说f(x)在开区间(a,b)内可导,其导数也是开区间(a,b)内的函数,又称作f(x)的导函数,记作____________.4.基本初等函数的导数公式表原函数导函数f(x)=Cf′(x)=______f(x)=xα(α∈Q*)f′(x)=______(α∈Q*)F(x)=sinxf′(x)=__________F(x)=cosxf′(x)=____________f(x)=ax(a>0,a≠1)f′(x)=____________(a>0,a≠1)f(x)=exf′(x)=________f(x)=logax(a>0,a≠1,且x>0)f′(x)=__________(a>0,a≠1,且x>0)f(x)=lnxf′(x)=__________5.导数运算法则(1)f(x)±g(x)]′=__________;(2)f(x)g(x)]′=______________;=______________g(x)≠0].6.复合函数的求导法则:设函数u=φ(x)在点x处有导数ux′=φ′(x),函数y=f(u)在点x处的对应点u处有导数yu′=f′(u),则复合函数y=f(φ(x))在点x处有导数,且y′x=y′u•u′x,或写作f′x(φ(x))=f′(u)φ′(x).自我检测1.在曲线y=x2+1的图象上取一点(1,2)及附近一点(1+Δx,2+Δy),则ΔyΔx为()A.Δx+1Δx+2B.Δx-1Δx-2C.Δx+2D.2+Δx-1Δx2.设y=x2•ex,则y′等于()A.x2ex+2xB.2xexC.(2x+x2)exD.(x+x2)•ex3.(2010•全国Ⅱ)若曲线y=x-12在点(a,a-12)处的切线与两个坐标轴围成的三角形的面积为18,则a等于()A.64B.32C.16D.84.(2011•临汾模拟)若函数f(x)=ex+ae-x的导函数是奇函数,并且曲线y=f(x)的一条切线的斜率是32,则切点的横坐标是()A.-ln22B.-ln2C.ln22D.ln25.(2009•湖北)已知函数f(x)=f′(π4)cosx+sinx,则f(π4)=________.探究点一利用导数的定义求函数的导数例1利用导数的定义求函数的导数:(1)f(x)=1x在x=1处的导数;(2)f(x)=1x+2.变式迁移1求函数y=x2+1在x0到x0+Δx之间的平均变化率,并求出其导函数.探究点二导数的运算例2求下列函数的导数:(1)y=(1-x)1+1x;(2)y=lnxx;(3)y=xex;(4)y=tanx.变式迁移2求下列函数的导数:(1)y=x2sinx;(2)y=3xex-2x+e;(3)y=lnxx2+1.探究点三求复合函数的导数例3(2011•莆田模拟)求下列函数的导数:(1)y=(1+sinx)2;(2)y=11+x2;(3)y=lnx2+1;(4)y=xe1-cosx.变式迁移3求下列函数的导数:(1)y=-;(2)y=sin22x+π3;(3)y=x1+x2.探究点四导数的几何意义例4已知曲线y=13x3+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)求满足斜率为1的曲线的切线方程.变式迁移4求曲线f(x)=x3-3x2+2x过原点的切线方程.1.准确理解曲线的切线,需注意的两个方面:(1)直线与曲线公共点的个数不是切线的本质特征,若直线与曲线只有一个公共点,则直线不一定是曲线的切线,同样,若直线是曲线的切线,则直线也可能与曲线有两个或两个以上的公共点.(2)曲线未必在其切线的“同侧”,如曲线y=x3在其过(0,0)点的切线y=0的两侧.2.曲线的切线的求法:若已知曲线过点P(x0,y0),求曲线过点P的切线则需分点P(x0,y0)是切点和不是切点两种情况求解.(1)点P(x0,y0)是切点的切线方程为y-y0=f′(x0)(x-x0).(2)当点P(x0,y0)不是切点时可分以下几步完成: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.3.求函数的导数要准确地把函数分割为基本初等函数的和、差、积、商及其复合运算,再利用运算法则求导数.在求导过程中,要仔细分析函数解析式的结构特征,紧扣法则,联系基本初等函数求导公式,对于不具备求导法则结构形式的要适当变形.(满分:75分)一、选择题(每小题5分,共25分)1.已知函数f(x)=2ln(3x)+8x,则--的值为() A.10B.-10C.-20D.202.(2011•温州调研)如图是函数f(x)=x2+ax+b的部分图象,则函数g(x)=lnx+f′(x)的零点所在的区间是()A.14,12B.(1,2)C.12,1D.(2,3)3.若曲线y=x4的一条切线l与直线x+4y-8=0垂直,则l的方程为()A.4x-y-3=0B.x+4y-5=0C.4x-y+3=0D.x+4y+3=04.(2010•辽宁)已知点P在曲线y=4ex+1上,α为曲线在点P处的切线的倾斜角,则α的取值范围是()A.0,π4B.π4,π2C.π2,3π4D.3π4,π5.(2011•珠海模拟)在下列四个函数中,满足性质:“对于区间(1,2)上的任意x1,x2(x1≠x2),|f(x2)-f(x1)|A.f(x)=1xB.f(x)=|x|C.f(x)=2xD.f(x)=x2题号12345答案二、填空题(每小题4分,共12分)6.一质点沿直线运动,如果由始点起经过t秒后的位移为s=13t3-32t2+2t,那么速度为零的时刻是__________.7.若点P是曲线f(x)=x2-lnx上任意一点,则点P到直线y=x-2的最小距离为________.8.设点P是曲线y=x33-x2-3x-3上的一个动点,则以P为切点的切线中,斜率取得最小值时的切线方程是__________________.三、解答题(共38分)9.(12分)求下列函数在x=x0处的导数.(1)f(x)=ex1-x+ex1+x,x0=2;(2)f(x)=x-x3+x2lnxx2,x0=1.10.(12分)(2011•保定模拟)有一个长度为5m的梯子贴靠在笔直的墙上,假设其下端沿地板以3m/s的速度离开墙脚滑动,求当其下端离开墙脚1.4m时,梯子上端下滑的速度.11.(14分)(2011•平顶山模拟)已知函数f(x)=12x2-alnx(a∈R).(1)若函数f(x)的图象在x=2处的切线方程为y=x+b,求a,b的值;(2)若函数f(x)在(1,+∞)上为增函数,求a的取值范围.自主梳理1.2.(1)(2)切线的斜率切线斜率的取值范围3.y′或f′(x)4.0αxα-1cosx-sinxaxlnaex1xlna1x5.(1)f′(x)±g′(x)(2)f′(x)g(x)+f(x)g′(x)-自我检测1.C2.C3.A4.D5.1解析∵f′(x)=-f′(π4)sinx+cosx,∴f′(π4)=2-1.∴f(π4)=1.课堂活动区例1解题导引(1)用导数定义求函数导数必须把分式ΔyΔx中的分母Δx 这一因式约掉才可能求出极限,所以目标就是分子中出现Δx,从而分子分母相约分.(2)第(1)小题中用到的技巧是“分子有理化”.“有理化”是处理根式问题常用的方法,有时用“分母有理化”,有时用“分子有理化”.(3)注意在某点处的导数与导数定义式的区别:;;(4)用导数的定义求导的步骤为:①求函数的增量Δy;②求平均变化率ΔyΔx;③化简取极限.解(1)ΔyΔx=+-====,∴=-12.(2)ΔyΔx=+-==+-+2+++2+=-++2+,∴=-+变式迁移1解∵Δy=++1-x20+1=++1-x20-++1+x20+1=2x0Δx+++1+x20+1,∴ΔyΔx=2x0+++1+x20+1.∴∴y'==2x2x2+1=xx2+1.例2解题导引求函数的导数要准确地把函数分割为基本函数的和、差、积、商及其复合运算,再利用运算法则求导数.在求导过程中,要仔细分析函数解析式的结构特征,紧扣求导法则,联系基本函数求导公式.对于不具备求导法则结构形式的要适当恒等变形.解(1)∵y=(1-x)1+1x=1x-x=,∴y′==.(2)y′=lnxx′=-x′lnxx2=.(3)y′=x′ex+x(ex)′=ex+xex=ex(x+1).(4)y′=sinxcosx′=-=cosxcosx--=1cos2x.变式迁移2解(1)y′=(x2)′sinx+x2(sinx)′=2xsinx+x2cosx.(2)y′=(3xex)′-(2x)′+(e)′=(3x)′ex+3x(ex)′-(2x)′=3xln3•ex+3xex-2xln2=(ln3+1)(3e)x-2xln2.(3)y′=+-++=+-+=x2+1-+例3解题导引(1)求复合函数导数的思路流程为:分解复合关系→分解复合关系→分层求导(2)由复合函数的定义可知,中间变量的选择应是基本函数的结构,解这类问题的关键是正确分析函数的复合层次,一般是从最外层开始,由外向内,一层一层地分析,把复合函数分解成若干个常见的基本函数,逐步确定复合过程.解(1)y′=(1+s inx)2]′=2(1+sinx)•(1+sinx)′=2(1+sinx)•cosx=2cosx+sin2x.(2)y′=′(3)y′=(lnx2+1)′=1x2+1•(x2+1)′=1x2+1•12(x2+1)-12•(x2+1)′=xx2+1.变式迁移3解(1)设u=1-3x,y=u-4.则yx′=yu′•ux′=-4u-5•(-3)=-(2)设y=u2,u=sinv,v=2x+π3,则yx′=yu′•uv′•vx′=2u•cosv•2=4sin2x+π3•cos2x+π3=2sin4x+2π3.(3)y′=(x1+x2)′=x′•1+x2+x(1+x2)′=1+x2+x21+x2=1+2x21+x2.例4解题导引(1)求曲线的切线要注意“过点P的切线”与“在点P处的切线”的差异;过点P的切线中,点P不一定是切点,点P也不一定在已知曲线上,而在点P处的切线,必以点P为切点.(2)求函数对应曲线在某一点处的切线的斜率,只要求函数在该点处的导数即可.(3)解决“过某点的切线”问题,一般是设出切点坐标解决.解(1)∵y′=x2,∴在点P(2,4)处的切线的斜率k=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=13x3+43与过点P(2,4)的切线相切于点Ax0,13x30+43,则切线的斜率k=y′|x=x0=x20.∴切线方程为y-13x30+43=x20(x-x0),即y=x20x-23x30+43.∵点P(2,4)在切线上,∴4=2x20-23x30+43,即x30-3x20+4=0,∴x30+x20-4x20+4=0,∴x20(x0+1)-4(x0+1)(x0-1)=0,∴(x0+1)(x0-2)2=0,解得x0=-1或x0=2,故所求切线方程为4x-y-4=0或x-y+2=0.(3)设切点为(x0,y0),则切线的斜率为k=x20=1,解得x0=±1,故切点为1,53,(-1,1).故所求切线方程为y-53=x-1和y-1=x+1,即3x-3y+2=0和x-y+2=0.变式迁移4解f′(x)=3x2-6x+2.设切线的斜率为k.(1)当切点是原点时k=f′(0)=2,所以所求曲线的切线方程为y=2x.(2)当切点不是原点时,设切点是(x0,y0),则有y0=x30-3x20+2x0,k=f′(x0)=3x20-6x0+2,①又k=y0x0=x20-3x0+2,②由①②得x0=32,k=-14.∴所求曲线的切线方程为y=-14x.综上,曲线f(x)=x3-3x2+2x过原点的切线方程为y=2x或y=-14x.课后练习区1.C2.C3.A4.D5.A6.1秒或2秒末7.28.12x+3y+8=09.解(1)∵f′(x)=2ex1-x′=----=--,∴f′(2)=0.………………………………………………………………(6分)(2)∵f′(x)=(x-32)′-x′+(lnx)′=-32x-52-1+1x,∴f′(1)=-32.……………………………………………………(12分)10.解设经时间t秒梯子上端下滑s米,则s=5-25-9t2,当下端移开1.4m时,……………………………………………………………………(3分) t0=1.43=715,……………………………………………………………………………(5分) 又s′=-12(25-9t2)-12•(-9•2t)=9t•125-9t2,…………………………………………………………………………(10分) 所以s′(t0)=9×715•125-9×7152=0.875(m/s).故所求的梯子上端下滑的速度为0.875m/s.……………………………………………(12分)11.解(1)因为f′(x)=x-ax(x>0),……………………………………………………(2分) 又f(x)在x=2处的切线方程为y=x+b,所以2-aln2=2+b,2-a2=1,……………………………………………………………(5分)解得a=2,b=-2ln2.……………………………………………………………………(7分)(2)若函数f(x)在(1,+∞)上为增函数,则f′(x)=x-ax≥0在(1,+∞)上恒成立,……………………………………………(10分)即a≤x2在(1,+∞)上恒成立.所以有a≤1.……………………………………………………………………………(14分)。
高考数学一轮复习第一部分基础与考点过关第二章函数与导数学案

第二章函数与导数第1课时函数及其表示(对应学生用书(文)、(理)9~11页)① 本节是函数部分的起始部分,以考查函数概念、三要素及表示法为主,同时考查学生在实际问题中的建模能力.②本节内容曾以多种题型出现在高考试题中,要求相对较低,但很重要,特别是函数的解析式仍会是2019年高考的重要题型.① 理解函数的概念,了解构成函数的要素.②在实际情境中,会根据不同的需要选择恰当的方法(如图象法、列表法、解析法)表示函数.③了解简单的分段函数,并能简单应用.1. (必修1P26练习3改编)下列对应关系中________是函数.(填序号)① A=R+,B=R,对于任意的x∈A,x→x的算术平方根;② A={1,2,3,4,5},B={0,2,4,6,8},对于任意的x∈A,x→2x;③ x→-12x,x∈R;④ x→y,其中y=|x|,x∈R,y∈R;⑤ x→y,其中y为不大于x的最大整数,x∈R,y∈Z.答案:①③④⑤解析:①③④⑤均符合函数的定义,②对于集合A中的元素5,在集合B中找不到元素与之对应.2. (必修1P26练习4改编)下列各组函数中,表示同一函数的是__________.(填序号)① y=x+1和y=x2-1x-1;② y=x0和y=1;③ f(x)=x2和g(x)=(x+1)2;④ f(x)=(x)2x和g(x)=x(x)2.答案:④解析:只有④表示同一函数,①与②中定义域不同,③是对应法则不同.3. (必修1P31习题1改编)设函数f(x)=41-x.若f(a)=2,则实数a=__________.答案:-1解析:由题意可知,f(a)=41-a=2,解得a=-1.4. (必修1P31习题8改编)已知函数f(x)由下表给出,则f(3)=__________.x 1 2 3 4f(x) -3 -2 -4 -1答案:-4解析:由表中函数值得f(3)=-4.5. (必修1P36习题3改编)已知函数f(x)在[-1,2]上的图象如图所示,则f(x)的解析式为____________.答案:f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧x +1,-1≤x≤0,-12x ,0<x ≤2解析:观察图象,知此函数是分段函数,并且在每段上均是一次函数,利用待定系数法求出解析式.当-1≤x≤0时,f(x)=x +1;当0<x≤2时,f(x)=-x2.∴ f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧x +1,-1≤x≤0,-12x ,0<x ≤2.1. 函数的概念(1) 函数的定义一般地,设A ,B 是两个非空的数集,如果按照某种对应法则f ,对于集合A 中的每一个元素x ,在集合B 中都有唯一的一个元素y 和它对应,这样的对应叫做从A 到B 的一个函数,通常记为y =f(x),x ∈A .(2) 函数的定义域、值域在函数y =f(x),x ∈A 中,所有的输入值x 组成的集合A 叫做函数y =f(x)的定义域;若A 是函数y =f(x)的定义域,则对于A 中的每一个x ,都有一个输出值y 与之对应.我们将所有输出值y 组成的集合称为函数的值域.(3) 函数的要素函数的构成要素:定义域、对应法则、值域.由于值域是由定义域和对应法则决定的,所以,如果两个函数的定义域和对应法则完全一致,我们就称这两个函数为相同的函数或同一函数.这是判断两函数相等的依据.2. 函数的表示方法表示函数的常用方法有列表法、解析法(解析式法)、图象法. 3. 分段函数在定义域内不同部分上,有不同的解析式,像这样的函数通常叫做分段函数.分段函数的定义域是各段自变量取值集合的并集,值域是各段上函数值集合的并集.4. 映射的概念一般地,设A ,B 是两个非空的集合,如果按某一个确定的对应关系f ,使对于集合A 中的任意一个元素x ,在集合B 中都有唯一确定的元素y 与之对应,那么就称对应f :A→B 为从集合A 到集合B 的一个映射.函数是映射,但映射不一定是函数.[备课札记], 1 函数的概念), 1) 下列集合A 到集合B 的对应关系中,是从集合A 到集合B 的映射的有________.(填序号)① A =R ,B ={y|y>0},f :x→y=|x|;② A ={x|x≥2,x ∈N *},B ={y|y≥0,y ∈N },f :x→y=x 2-2x +2; ③ A ={x|x>0},B ={y|y∈R },f :x→y=±x ;④ A ={α|α是三角形的内角},B ={y|y∈R },对应法则:y =tan α;⑤ A ={m|m∈Z },B ={y|y =0或y =1},对应法则:y =⎩⎪⎨⎪⎧0,m =2n ,n ∈Z ,1,m =2n +1,n ∈Z ;答案:②⑤解析:① 集合A 中的零元素,在集合B 中没有相应的对应元素. ② 按照对应法则,满足题设条件. ③ 一对多,不满足映射的概念.④ ∵ π2∈A ,但π2的正切值不存在,∴ 此对应不是从集合A 到集合B 的映射.⑤ ∵ 集合A 中的每一个元素在集合B 中都有唯一的元素与之对应,∴ 此对应是从集合A 到集合B 的映射.点评:判断对应是否为映射,即看A 中元素是否满足“每元有象”和“且象唯一”;但要注意:① A 中不同元素可有相同的象,即允许多对一,但不允许一对多;② B 中元素可无原象,即B 中元素可以有剩余.备选变式(教师专享)已知映射f :A→B,其中A =B =R ,对应法则f :x→y=-x 2+2x ,对于实数k∈B,在集合A 中不存在元素与之对应,则k 的取值范围是________.答案:(1,+∞)解析:由题意知,方程-x 2+2x =k 无实数根,即x 2-2x +k =0无实数根.∴ Δ=4(1-k)<0,∴ k>1时满足题意., 2 函数的解析式), 2) 求下列各题中的函数f(x)的解析式. (1) 已知f(x +2)=x +4x ,求f(x);(2) 已知f ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +1=lg x ,求f(x); (3) 已知f(x)是二次函数,且满足f(0)=1,f(x +1)=f(x)+2x ,求f(x).解:(1) (解法1)设t =x +2(t≥2),则x =t -2,即x =(t -2)2,∴ f(t)=(t -2)2+4(t -2)=t 2-4,∴ f(x)=x 2-4(x≥2).(解法2)∵ f(x +2)=(x +2)2-4,∴ f(x)=x 2-4(x≥2).(2) 设t =2x +1,则x =2t -1,∴ f(t)=lg 2t -1,即f(x)=lg 2x -1(x>1).(3) ∵ f(x)是二次函数,∴ 设f(x)=ax 2+bx +c(a≠0). 由f(0)=1,得c =1.由f(x +1)=f(x)+2x ,得a(x +1)2+b(x +1)+1=ax 2+bx +1+2x , 整理,得(2a -2)x +a +b =0,由恒等式原理,知⎩⎪⎨⎪⎧2a -2=0,a +b =0⇒⎩⎪⎨⎪⎧a =1,b =-1,∴ f(x)=x 2-x +1. 变式训练根据下列条件分别求出f(x)的解析式. (1) f(x +1)=x +2x ;(2) 二次函数f(x)满足f(0)=3,f(x +2)-f(x)=4x +2.解:(1) 令t =x +1,∴ t ≥1,x =(t -1)2.则f(t)=(t -1)2+2(t -1)=t 2-1,即f(x)=x 2-1,x ∈[1,+∞).(2) 设f(x)=ax 2+bx +c(a≠0),∴ f(x +2)=a(x +2)2+b(x +2)+c , 则f(x +2)-f(x)=4ax +4a +2b =4x +2. ∴ ⎩⎪⎨⎪⎧4a =4,4a +2b =2.∴ ⎩⎪⎨⎪⎧a =1,b =-1. 又f(0)=3,∴ c =3,∴ f(x)=x 2-x +3., 3 分段函数), 3) 如图所示,在边长为4的正方形ABCD 上有一点P ,沿着折线BCDA由B 点(起点)向A 点(终点)移动.设P 点移动的路程为x ,△ABP 的面积为y =f(x).(1) 求△ABP 的面积与P 移动的路程间的函数解析式; (2) 作出函数的图象,并根据图象求y 的最大值.解:(1) 这个函数的定义域为(0,12),当0<x≤4时,S =f(x)=12·4·x =2x ;当4<x≤8时,S =f(x)=8;当8<x <12时,S =f(x)=12·4·(12-x)=24-2x.∴ 函数解析式为f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧2x ,x ∈(0,4],8,x ∈(4,8],24-2x ,x ∈(8,12).(2) 其图象如图所示,由图知f max (x)=8.变式训练已知函数f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧x 2+1,x ≥0,1,x<0,则满足不等式f(1-x 2)>f(2x)的x 的取值范围是____________.答案:(-1,2-1)解析:函数f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧x 2+1,x ≥0,1,x<0的图象如图所示:f(1-x 2)>f(2x)⇔⎩⎪⎨⎪⎧1-x 2>2x ,1-x 2>0,解得-1<x<2-1. 备选变式(教师专享)对于实数a 和b ,定义运算“*”:a*b =⎩⎪⎨⎪⎧a ,a -b≤1,b ,a -b>1,设函数f(x)=(x +2)*(3-x),x ∈R .若方程f(x)=c 恰有两个不同的解,则实数c 的取值范围是________.答案:(-∞,2)解析:令x +2-(3-x)≤1,求得x≤1,则f(x)=(x +2)*(3-x)=⎩⎪⎨⎪⎧x +2,x ≤1,3-x ,x>1,画出函数f(x)的图象,如图,方程f(x)=c 恰有两个不同的解,即是函数f(x)的图象与直线y =c 有2个交点,数形结合可得c<2.特别提醒:本题主要考查分段函数的解析式、函数的零点以及新定义问题,属于难题.已知函数零点个数(方程根的个数)求参数取值范围的三种常用的方法:(1) 直接法:直接根据题设条件构建关于参数的不等式,再通过解不等式确定参数范围;(2) 分离参数法:将参数分离,转化成求函数值域问题加以解决;(3) 数形结合法:先对解析式变形,在同一平面直角坐标系中,画出函数的图象,然后数形结合求解.一是转化为两个函数y =g(x),y =h(x)的图象的交点个数问题,画出两个函数的图象,其交点的个数就是函数零点的个数,二是转化为y =a ,y =g(x)的图象的交点个数问题.1. (2018·溧阳中学周练)若x∈R ,则f(x)与g(x)表示同一函数的是________.(填序号)① f(x)=x ,g(x)=x 2;② f(x)=1,g(x)=(x -1)0;③ f(x)=(x )2x ,g(x)=x(x )2; ④ f(x)=x 2-9x +3,g(x)=x -3.答案:③解析:①中,g(x)=x 2=|x|≠x;②中,g(x)=(x -1)0=1(x≠1);③中,f(x)=(x )2x=1(x>0),g(x)=1(x>0);④中,f(x)=x 2-9x +3=x -3(x≠-3).因此填③.2. 二次函数y =f(x)=ax 2+bx +c(x∈R )的部分对应值如下表:则关于x 答案:[-3,2] 解析:由表格数据作出二次函数的草图,结合数据与图象即可发现不等式f(x)≤0的解集为[-3,2].3. 为了保证信息安全传输必须使用加密方式,有一种方式其加密、解密原理如下:明文――→加密密文――→发送密文――→解密明文已知加密为y =a x-2(x 为明文、y 为密文),如果明文“3”通过加密后得到密文为“6”,再发送,接受方通过解密得到明文“3”,若接受方接到密文为“14”,则原发的明文是________.答案:44. 有一个有进水管和出水管的容器,每单位时间进水量是一定的,设从某时刻开始,5分钟内只进水,不出水,在随后的15分钟内既进水,又出水,得到时间x 与容器中的水量y 之间的关系如图所示.再随后,只放水不进水,水放完为止,则这段时间内(即x≥20),y 与x 之间的函数关系是____________________.答案:y =-3x +95⎝⎛⎭⎪⎫20≤x≤953 解析:设进水速度为a 1 L/min ,出水速度为a 2 L/min ,则由题意得⎩⎪⎨⎪⎧5a 1=20,5a 1+15(a 1-a 2)=35,解得⎩⎪⎨⎪⎧a 1=4,a 2=3,则y =35-3(x -20),得y =-3x +95.当水放完,时间为x =953 min ,又知x ≥20,故解析式为y =-3x +95⎝⎛⎭⎪⎫20≤x≤953. 5. 设函数f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧2x -4,x >0,-x -3,x <0.若f(a)>f(1),则实数a 的取值范围是____________.答案:(-∞,-1)∪(1,+∞)解析:由f(1)=-2,则f(a)>-2.当a>0时,有2a-4>-2,则a>1;当a <0时,-a -3>-2,则a <-1.所以实数a 的取值范围是(-∞,-1)∪(1,+∞).6. 函数f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧x 2-x ,x >0,12-|12+x|,x ≤0.若关于x 的方程f(x)=kx -k 至少有两个不相等的实数根,则实数k 的取值范围是____________.答案:⎣⎢⎡⎭⎪⎫-13,1∪(1,+∞) 解析:如图,作出函数图象,y 2=kx -k 过定点(1,0),临界点⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,12和(1,0)连线的斜率为-13,又f ′(1)=1,由图象知实数k 的取值范围是⎣⎢⎡⎭⎪⎫-13,1∪(1,+∞)., 3. 分段函数意义理解不清致误)典例 已知实数a≠0,函数f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧2x +a ,x<1,-x -2a ,x ≥1.若f(1-a)=f(1+a),则a 的值为__________.易错分析:(1) 误以为1-a<1,1+a>1,没有对a 进行讨论直接代入求解;(2) 求解过程中忘记检验所求结果是否符合要求致误.解析:当a>0时,1-a<1,1+a>1,由f(1-a)=f(1+a)可得2-2a +a =-1-a -2a ,解得a =-32,不合题意;当a<0时,1-a>1,1+a<1,由f(1-a)=f(1+a)可得-1+a -2a =2+2a +a ,解得a =-34.答案:-34特别提醒:(1) 注意分类讨论思想在求函数值中的应用,对于分段函数的求值问题,若自变量的取值范围不确定,应分情况求解;(2) 检验所求自变量的值或范围是否符合题意,求解过程中,求出的参数的值或范围并不一定符合题意,因此要检验结果是否符合要求.1. 已知集合A ={a ,b ,c},B ={1,2},那么可建立从A 到B 的映射个数是______,从B 到A 的映射个数是______.答案:8 9解析:依题意,建立从A 到B 的映射,即集合A 中的每一个元素在集合B 中找到对应元素,从而从A 到B 的映射个数为23=8,从B 到A 的映射个数是32=9.所以填写答案依次为:8;9.2. 已知一个函数的解析式为y =x 2,它的值域为{1,4},这样的函数有________个. 答案:9解析:列举法:定义域可能是{1,2}、{-1,2}、{1,-2}、{-1,-2}、{1,-2,2}、{-1,-2,2}、{-1,1,2}、{-1,1,-2}、{-1,1,-2,2}.3. 若函数f(x)=xax +b,f(2)=1,又方程f(x)=x 有唯一解,则f(x)=________.答案:2x x +2解析:由f(2)=1得22a +b =1,即2a +b =2;由f(x)=x 得x ax +b =x ,变形得x ⎝ ⎛⎭⎪⎫1ax +b -1=0,解此方程得x =0或x =1-b a ,∵ 方程有唯一解,∴ 1-ba=0,解得b =1,代入2a +b =2得a =12,∴ f(x)=2xx +2.4. 如图,动点P 从单位正方形ABCD 顶点A 开始,顺次经B ,C ,D 绕边界一周,当x表示点P 的行程,y 表示PA 之长时,求y 关于x 的解析式,并求f ⎝ ⎛⎭⎪⎫52的值.解:当P 在AB 上运动时,y =x(0≤x≤1);当P 在BC 上运动时,y =1+(x -1)2(1<x≤2);当P 在CD 上运动时,y =1+(3-x )2(2<x≤3);当P 在DA 上运动时,y =4-x(3<x≤4). ∴ y =⎩⎪⎨⎪⎧x (0≤x≤1),1+(x -1)2(1<x≤2),1+(3-x )2(2<x≤3),4-x (3<x≤4),∴ f ⎝ ⎛⎭⎪⎫52=52.5. 已知函数f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧12x +1,x ≤0,-(x -1)2,x >0,则不等式f(x)≥-1的解集是________.答案:[-4,2]解析:f(x)≥-1,等价于⎩⎪⎨⎪⎧x≤0,12x +1≥-1或⎩⎪⎨⎪⎧x >0,-(x -1)2≥-1, 解之得-4≤x≤0或0<x≤2,即原不等式的解集是[-4,2].6. (2018·溧阳中学周测)设函数f(x)定义如下表,数列{x n }(n∈N *)满足x 1=1,且对于任意的正整数n ,均有x n +1=f(x n ),求x 2 018的值.解:因为x 1=1,所以x 2=f(x 1)=f(1)=2,x 3=f(x 2)=f(2)=3,x 4=f(x 3)=f(3)=4,x 5=f(x 4)=f(4)=1,x 6=f(x 5)=f(1)=2,…,不难看出数列{x n }是以4为周期的周期数列,所以x 2 018=x 4×504+2=x 2=2.点评:通过观察一些特殊的情形,来获得深刻的认识,是探索数学问题的一种重要方法,应注意学习,同时函数的表示也可以利用列表法来给出.1. 函数是特殊的映射,其特殊性在于集合A 与B 只能是非空数集,即函数是非空数集A 到非空数集B 的映射;而映射不一定是函数.从A 到B 的一个映射,A ,B 若不是数集,则这个映射不是函数.2. 函数是一种特殊的对应,要检验给定的两个变量是否具有函数关系,只需要检验:① 定义域和对应法则是否给出;②根据给出的对应法则,自变量在定义域中的每一个值,是否都有唯一确定的函数值.3. 函数解析式的求解方法通常有:配凑法、换元法、待定系数法及消去法.用换元法求解时要特别注意新元的范围,即所求函数的定义域;而消去法体现的方程思想,即根据已知条件再构造出另外一个等式组成方程组,通过解方程组求出f(x).第2课时函数的定义域和值域(对应学生用书(文)、(理)12~14页)①函数的定义域是研究一切函数的源头,求各种类型函数的定义域是高考中每年必考的试题.②函数的值域和最值问题也是高考的必考内容,一般不会对值域和最值问题单独命题,主要是结合其他知识综合考查,特别是应用题;再就是求变量的取值范围,主要是考查求值域和最值的基本方法.① 会求简单函数的定义域.②掌握求函数值域与最值的常用方法.③能运用求值域与最值的常用方法解决实际问题.1. (必修1P25例2改编)函数f(x)=x-2+1x-3的定义域是____________________.答案:[2,3)∪(3,+∞)解析:要使函数有意义,x需满足⎩⎪⎨⎪⎧x-2≥0,x-3≠0,解得x≥2且x≠3.2. (必修1P26练习6(2)(4)改编)函数y=1x2-1+x+1的定义域为__________________.答案:(-1,1)∪(1,+∞)解析:依题意得⎩⎪⎨⎪⎧x2-1≠0,x+1≥0,∴ x>-1且x≠1,故函数的定义域为(-1,1)∪(1,+∞).3. 函数y=1x2+2的值域为________.答案:⎝⎛⎦⎥⎤0,12解析:∵ x2+2≥2,∴ 0<1x2+2≤12.∴ 0<y≤12.4. 若x有意义,则函数y=x2+3x-5的值域是________.答案:[-5,+∞)解析:∵ x有意义,∴ x≥0.又y=x2+3x-5=⎝⎛⎭⎪⎫x+322-94-5,函数y=x2+3x-5在[0,+∞)上单调递增,∴当x=0时,y min=-5.∴ 函数y=x2+3x-5的值域是[-5,+∞).5. 函数y=2x-1的定义域是(-∞,1)∪[2,5),则其值域是____________________.答案:(-∞,0)∪⎝⎛⎦⎥⎤12,2解析:∵ x∈(-∞,1)∪[2,5),∴ x -1∈(-∞,0)∪[1,4).当x -1∈(-∞,0)时,2x -1∈(-∞,0);当x -1∈[1,4)时,2x -1∈⎝ ⎛⎦⎥⎤12,2.1. 函数的定义域(1) 函数的定义域就是使函数表达式有意义的所有的输入值x 组成的集合.在解决函数问题时,必须树立起“定义域优先”的观念.(2) 求定义域的步骤① 写出使函数有意义的不等式(组). ② 解不等式(组).③ 写出函数定义域(注意用区间或集合的形式写出). (3) 常见基本初等函数的定义域 ① 分式函数中分母不等于零.② 偶次根式函数中被开方式大于或等于0. ③ 一次函数、二次函数的定义域为R .④ y =a x,y =sin x ,y =cos x 的定义域均为R .⑤ y =tan x 的定义域为{x|x≠k π+π2,k ∈Z }.⑥ 函数f(x)=x 0的定义域为{x|x≠0}. 2. 函数的值域(1) 在函数y =f(x)中,与定义域中输入值x 对应的y 的值叫做输出值,所有输出值y 组成的集合叫做函数的值域.(2) 基本初等函数的值域① y =kx +b(k≠0)的值域是R .② y =ax 2+bx +c(a≠0)的值域:当a>0时,值域为[4ac -b 24a,+∞);当a<0时,值域为(-∞,4ac -b24a ].③ y =kx (k≠0)的值域为{y|y≠0}.④ y =a x(a>0且a≠1)的值域是(0,+∞). ⑤ y =log a x(a>0且a≠1)的值域是R .⑥ y =sin x ,y =cos x 的值域是[-1,1]. ⑦ y =tan x 的值域是R . 3. 函数的最值一般地,设y =f(x)的定义域为A. (1) 如果存在x 0∈A ,使得对于任意的x∈A,都有f (x)≤f(x 0),那么称f(x 0)为y =f(x)的最大值,记为y max =f(x 0).(2) 如果存在x 0∈A ,使得对于任意的x∈A,都有f(x)≥f(x 0),那么称f(x 0)为y =f(x)的最小值,记为y min =f(x 0).4. 值域与最值的关系若函数y =f(x)的最大值为b ,最小值为a ,那么y =f(x)的值域必定是数集[a ,b]的子集,若f(x)可以取到[a ,b]中的一切值,那么其值域就是[a ,b].5. 复合函数如果函数y =f(u)(u∈A),u =g(x)(x∈B,u ∈A),则y =f(g(x))叫做由函数y =f(u)(u∈A),u =g(x)(x∈B,u ∈A)合成的复合函数,u 叫做中间变量.y =f(u)(u∈A),叫做该复合函数的外层函数,而u =g(x)(x∈B)叫做该复合函数的内层函数.注意:由u =g(x)(x∈B)求出的值域一定是A.即内层函数的值域是外层函数的定义域.6. 函数解析式的表示离不开函数的定义域.[备课札记], 1 求函数的定义域), 1) (1) 已知函数f(x)的定义域是[0,2],则函数g(x)=f ⎝ ⎛⎭⎪⎫x +12+f ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -12的定义域是__________. (2) 函数y =ln (x +1)-x 2-3x +4的定义域为____________. 答案:(1) ⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,32 (2) (-1,1) 解析:(1) 因为函数f(x)的定义域是[0,2],所以函数g(x)=f ⎝ ⎛⎭⎪⎫x +12+f ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -12中的自变量x 需要满足:⎩⎪⎨⎪⎧0≤x+12≤2,0≤x -12≤2,解得⎩⎪⎨⎪⎧-12≤x≤32,12≤x ≤52.所以12≤x ≤32,所以函数g(x)的定义域是⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,32. (2) 由⎩⎪⎨⎪⎧x +1>0,-x 2-3x +4>0,得-1<x<1.变式训练(1) 求函数y =(x +1)|x|-x的定义域;(2) 函数f(x)的定义域是[-1,1],求f(log 2x)的定义域.解:(1) 由⎩⎪⎨⎪⎧x +1≠0,|x|-x>0,得⎩⎪⎨⎪⎧x≠-1,x<0,∴ 函数定义域是(-∞,-1)∪(-1,0). (2) ∵ 函数f(x)的定义域是[-1,1],∴ -1≤log 2x ≤1,∴ 12≤x ≤2.故f(log 2x)的定义域为⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,2. 备选变式(教师专享) 求下列函数的定义域:(1) y =lg (2-x )12+x -x2+(x -1)0; (2) y =lg sin x +64-x 2. 解:(1) 由题意得⎩⎪⎨⎪⎧2-x>0,12+x -x 2>0x -1≠0,,解得⎩⎪⎨⎪⎧x<2,-3<x<4x≠1,,∴ -3<x<2且x≠1,∴ 所求函数的定义域为{x|-3<x<2且x≠1}.(2) 由题意得⎩⎪⎨⎪⎧sin x>0,64-x 2≥0,解得⎩⎪⎨⎪⎧2k π<x<2k π+π,k ∈Z ,-8≤x≤8. ∴ -2π<x<-π或0<x<π或2π<x ≤8.∴ 所求函数的定义域为(-2π,-π)∪(0,π)∪(2π,8]., 2 求函数的值域), 2) 求下列函数的值域: (1) f(x)=x -1-2x ;(2) y =1-x21+x 2;(3) y =2x -1x +1,x ∈[3,5];(4) y =x 2-4x +5x -1(x>1).解:(1) (解法1:换元法)令1-2x =t ,则t ≥0且x =1-t 22,于是f(t)=1-t22-t=-12(t +1)2+1.由于t≥0,所以f(t)≤12,故函数的值域是⎝⎛⎦⎥⎤-∞,12.(解法2:单调性法)容易判断f(x)为增函数,而其定义域应满足1-2x≥0,即x≤12,所以f(x)≤f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12=12,即函数的值域是⎝ ⎛⎦⎥⎤-∞,12.(2) y =1-x 21+x 2=21+x2-1.因为1+x 2≥1,所以0<21+x2≤2.所以-1<21+x2-1≤1,即y∈(-1,1].所以函数的值域为(-1,1].(3) (解法1)由y =2x -1x +1=2-3x +1,结合图象知,函数在[3,5]上是增函数,所以y max=32,y min =54,故所求函数的值域是⎣⎢⎡⎦⎥⎤54,32. (解法2)由y =2x -1x +1,得x =1+y2-y.因为x∈[3,5],所以3≤1+y 2-y ≤5,解得54≤y ≤32,即所求函数的值域是⎣⎢⎡⎦⎥⎤54,32. (4) (基本不等式法)令t =x -1,则x =t +1(t>0),所以y =(t +1)2-4(t +1)+5t =t 2-2t +2t =t +2t-2(t>0).因为t +2t≥2t·2t=22,当且仅当t =2,即x =2+1时,等号成立, 故所求函数的值域为[22-2,+∞). 备选变式(教师专享) 求下列函数的值域:(1) f(x)=1-x +x +3;(2) g(x)=x 2-9x 2-7x +12;(3) y =log 3x +log x 3-1.解:(1) 由⎩⎪⎨⎪⎧1-x≥0,x +3≥0,解得-3≤x≤1.∴ f(x)=1-x +x +3的定义域是[-3,1].令y =f(x),则y≥0,∴ y 2=4+2(1-x )(x +3),即y 2=4+2-(x +1)2+4(-3≤x≤1).令t(x)=-(x +1)2+4(-3≤x≤1).∵ x ∈[-3,1],由t(-3)=0,t(-1)=4,t(1)=0,知0≤t(x)≤4,从而y 2∈[4,8],即y∈[2,22], ∴ 函数f(x)的值域是[2,22].(2) g(x)=x 2-9x 2-7x +12=(x +3)(x -3)(x -3)(x -4)=x +3x -4=1+7x -4(x≠3且x≠4).∵ x ≠3且x≠4,∴ g (x)≠1且g(x)≠-6.∴ 函数g(x)的值域是(-∞,-6)∪(-6,1)∪(1,+∞). (3) 函数的定义域为{x|x>0且x≠1}. 当x>1时,log 3x>0,log x 3>0,y =log 3x +log x 3-1≥2log 3x ·log x 3-1=1; 当0<x<1时,log 3x<0,log x 3<0,y =log 3x +log x 3-1=-[(-log 3x)+(-log x 3)]-1≤-2-1=-3.∴ 函数的值域是(-∞,-3]∪[1,+∞)., 3 函数值和最值的应用)●典型示例, 3) 已知函数f(x)=x 2+2x +ax,x ∈[1,+∞).(1) 当a =12时,求函数f(x)的最小值;(2) 若对任意x∈[1,+∞),f(x)>0恒成立,试求实数a 的取值范围.【思维导图】 函数恒成立→不等式恒成立→分类讨论→新函数的最值→a 的取值范围【规范解答】 解:(1) 当a =12时,f(x)=x +12x+2.∵ f(x)在区间[1,+∞)上为增函数,∴ f(x)在区间[1,+∞)上的最小值为f(1)=72.(2) (解法1)在区间[1,+∞)上,f(x)=x 2+2x +a x>0恒成立,∴ x 2+2x +a>0恒成立.设y =x 2+2x +a ,x ∈[1,+∞).∵ y =x 2+2x +a =(x +1)2+a -1在[1,+∞)上单调递增,∴ 当x =1时,y min =3+a ,当且仅当y min =3+a>0时,函数f(x)>0恒成立,故a>-3.(解法2)f(x)=x +ax+2,x ∈[1,+∞).当a≥0时,函数f(x)的值恒为正;当a<0时,函数f(x)在[1,+∞)上单调递增,故当x =1时,f(x)min =3+a , 当且仅当f(x)min =3+a>0时,函数f(x)>0恒成立,故a>-3. 【精要点评】 解法1运用转化思想把f(x)>0转化为关于x 的二次不等式;解法2运用了分类讨论思想.●总结归纳(1) 求函数的值域此类问题主要利用求函数值域的常用方法:配方法、分离变量法、单调性法、图象法、换元法、不等式法等.无论用什么方法求函数的值域,都必须考虑函数的定义域.(2) 函数的综合性题目此类问题主要考查函数值域、单调性、奇偶性等一些基本知识相结合的题目.此类问题要求具备较高的数学思维能力、综合分析能力以及较强的运算能力.(3) 运用函数的值域解决实际问题此类问题的关键是把实际问题转化为函数问题,从而利用所学知识去解决.此类题目要求具有较强的分析能力和数学建模能力.●题组练透1. 函数y =x 2+x +1的值域是____________.答案:⎣⎢⎡⎭⎪⎫32,+∞解析:∵ x 2+x +1=⎝ ⎛⎭⎪⎫x +122+34≥34,∴ y ≥32,∴ 值域为⎣⎢⎡⎭⎪⎫32,+∞.2. 函数y =x +1-2x 的值域是____________.答案:(-∞,1]解析:令1-2x =t(t≥0),则x =1-t 22.∵ y =1-t 22+t =-12(t -1)2+1≤1,∴ 值域为(-∞,1].3. 已知函数f(x)=x 2+4ax +2a +6.(1) 若f(x)的值域是[0,+∞),求a 的值;(2) 若函数f(x)≥0恒成立,求g(a)=2-a|a -1|的值域.解:(1) ∵ f(x)的值域是[0,+∞),即f(x)min =0,∴ 4(2a +6)-(4a )24=0,∴a =-1或32.(2) 若函数f(x)≥0恒成立,则Δ=(4a)2-4(2a +6)≤0,即2a 2-a -3≤0,∴ -1≤a≤32,∴ g(a)=2-a|a -1|=⎩⎪⎨⎪⎧a 2-a +2,-1≤a≤1,-a 2+a +2,1<a ≤32.当-1≤a≤1时,g(a)=a 2-a +2=⎝ ⎛⎭⎪⎫a -122+74,∴ g (a)∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤74,4;当1<a≤32时,g(a)=-a 2+a +2=-(a -12)2+94,∴ g (a)∈⎣⎢⎡⎭⎪⎫54,2.∴ 函数g(a)=2-a|a -1|的值域是⎣⎢⎡⎦⎥⎤54,4. 4. 已知函数y =mx 2-6mx +m +8的定义域为R . (1) 求实数m 的取值范围;(2) 当m 变化时,若y 的最小值为f(m),求函数f(m)的值域.解:(1) 当m =0时,x ∈R ;当m≠0时,m >0且Δ≤0,解得0<m≤1.故实数m 的取值范围是0≤m≤1.(2) 当m =0时,f(0)=22;当0<m≤1时,因为y =m (x -3)2+8-8m ,故f(m)=8-8m(0<m≤1).所以f(m)=8-8m (0≤m≤1),其值域为[0,22].1. 函数f(x)=ln (2x -x 2)x -1的定义域为____________.答案:(0,1)∪(1,2)解析:由⎩⎪⎨⎪⎧2x -x 2>0,x -1≠0得0<x <2且x≠1.2. 已知函数y =x 2-2x +a 的定义域为R ,值域为[0,+∞),则实数a 的取值集合为________.答案:{1}解析: x 2-2x +a≥0恒成立,且最小值为0,则满足Δ=0,即4-4a =0,则a =1.3. 函数f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧2x ,x ≤0,-x 2+1,x >0的值域为____________. 答案:(-∞,1]解析:可由函数的图象得到函数f(x)的值域为(-∞,1].4. 若函数f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧-x +6,x ≤2,3+log a x ,x>2(a>0且a≠1)的值域是[4,+∞),则实数a 的取值范围是________.答案:(1,2]解析:当x≤2时,-x +6≥4,要使得函数f(x)的值域为[4,+∞),只需当x >2时,f(x)=3+log a x 的值域在区间[4,+∞)内即可,故a >1,所以3+log a 2≥4,解得1<a≤2,所以实数a 的取值范围是(1,2].5. 已知函数f(x)=a x+b(a>0且a≠1)的定义域和值域都是[-1,0],则a +b =________.答案:-32解析:当a>1时,⎩⎪⎨⎪⎧a -1+b =-1,a 0+b =0,该方程组无解;当0<a<1时,⎩⎪⎨⎪⎧a -1+b =0,a 0+b =-1,解得⎩⎪⎨⎪⎧b =-2,a =12,则a +b =12-2=-32. 6. (2018·南阳一中二模)设g(x)=mx 2+x +1.(1) 若g(x)的定义域为R ,求m 的取值范围;(2) 若g(x)的值域为[0,+∞),求m 的取值范围.解:令f(x)=mx 2+x +1.(1) 由题意知f(x)≥0在R 上恒成立.① 当m =0时, f(x)=x +1≥0在R 上不恒成立;② 当m≠0时,要满足题意必有⎩⎪⎨⎪⎧m>0,Δ=1-4m≤0,∴ m ≥14.综上所述,m 的取值范围是⎣⎢⎡⎭⎪⎫14,+∞. (2) 由题意知,f(x)=mx 2+x +1能取到一切大于或等于0的实数. ① 当m =0时,f(x)=x +1可以取到一切大于或等于0的实数;② 当m≠0时,要满足题意必有⎩⎪⎨⎪⎧m>0,Δ=1-4m≥0,∴ 0<m ≤14.综上所述,m 的取值范围是⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,14. 点睛:本题主要考查函数的定义域与值域、分类讨论思想,属于中档题.分类讨论思想是解决高中数学问题的一种重要思想方法,是中学数学四种重要的数学思想之一,尤其在解决含参数的问题时发挥着奇特功效,大大提高了解题能力与速度.运用这种方法的关键是将题设条件研究透,这样才能快速找准突破点. 充分利用分类讨论思想方法能够使问题条理清晰,进而顺利解答,希望同学们能够熟练掌握并能应用于解题当中.1. 函数f(x)=|x -2|-1log 2(x -1)的定义域为__________.答案:[3,+∞)解析:由题意知⎩⎪⎨⎪⎧log 2(x -1)≠0,x -1>0,|x -2|-1≥0,解得x≥3.2. (2018·溧阳中学周练)函数f(x)=1xln(x 2-3x +2+-x 2-3x +4)的定义域为____________.答案:[-4,0)∪(0,1)解析:函数的定义域必须满足条件:⎩⎪⎨⎪⎧x≠0,x 2-3x +2≥0,-x 2-3x +4≥0,x 2-3x +2+-x 2-3x +4>0,解得x∈[-4,0)∪(0,1).3. 当x =__________________时,函数f(x)=(x -a 1)2+(x -a 2)2+…+(x -a n )2取得最小值.答案:a 1+a 2+…+a nn解析:f(x)=nx 2-2(a 1+a 2+…+a n )x +(a 21+a 22+…+a 2n ),当x =a 1+a 2+…+a nn时,f(x)取得最小值.4. 设函数f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧2x+a ,x>2,x +a 2,x ≤2.若f(x)的值域为R ,则实数a 的取值范围是____________________.答案:(-∞,-1]∪[2,+∞)解析:f(x)的值域为R ,则22+a≤2+a 2,实数a 的取值范围是(-∞,-1]∪[2,+∞).5. 已知函数f(x)=4|x|+2-1的定义域是[a ,b](a ,b ∈Z ),值域是[0,1],则满足条件的整数数对(a ,b)共有______个.答案:5解析:由0≤4|x|+2-1≤1,即1≤4|x|+2≤2,解得0≤|x|≤2,满足条件的整数数对有(-2,0),(-2,1),(-2,2),(0,2),(-1,2)共5个.6. 求函数y =(x +3)2+16+(x -5)2+4的值域.解:函数y =f(x)的几何意义:平面内一点P(x ,0)到两点A(-3,4)和B(5,2)的距离之和就是y 的值.由平面几何知识,找出点B 关于x 轴的对称点B′(5,-2).连结AB′,交x 轴于一点P ,点P 即为所求的最小值点,y min =AB′=82+62=10.所以函数的值域为[10,+∞).1. 函数的定义域是函数的灵魂,它决定了函数的值域,并且它是研究函数性质的基础,因此,我们一定要树立函数定义域优先的意识.2. 函数的值域常常化归为求函数的最值问题,要重视函数单调性在确定函数最值过程中的作用.3. 求函数值域的常用方法:图象法、配方法、换元法、基本不等式法、单调性法、分离常数法、导数法等.理论上一切函数求值域或最值均可考虑“导数法”,但在具体的解题中要与初等方法密切配合.[备课札记]第1课时 函数的单调性(对应学生用书(文)、(理)15~17页)1. 下列函数中,在(-∞,0)上为减函数的是________.(填序号)① y =1x 2;② y=x 3;③ y=x 0 ;④ y=x 2.答案:④解析:∵ 函数y =x 2的图象是开口向上的抛物线,对称轴为y 轴,∴ 函数y =x 2在(-∞,0)上为减函数.2. (必修1P 44习题2改编)(1) 函数f(x)=2x +1的单调增区间是__________;函数g(x)=-3x +2在区间(-∞,+∞)上为________函数.(2) 函数f(x)=x 2-2x -1的单调增区间为________,单调减区间为________.(3) 函数f(x)=-1x -1在区间(-∞,0)上是单调________函数.(4) 函数y =1x在区间[1,3]上是单调________函数.答案:(1) (-∞,+∞) 单调减 (2) [1,+∞) (-∞,1] (3) 增 (4) 减3. (必修1P 54本章测试6改编)若函数y =5x 2+mx +4在区间(-∞,-1]上是减函数,在区间[-1,+∞)上是增函数,则m =__________.答案:10解析:函数y =5x 2+mx +4的图象为开口向上,对称轴是x =-m 10的抛物线,要使函数y =5x 2+mx +4在区间(-∞,-1]上是减函数,在区间[-1,+∞)上是增函数,则-m 10=-1,∴ m =10.4. 已知函数f(x)=ax +1x +2在区间(-2,+∞)上为增函数,则实数a 的取值范围是__________.答案:⎝ ⎛⎭⎪⎫12,+∞解析:f(x)=ax +1x +2=a +1-2a x +2,由复合函数的增减性可知,g(x)=1-2ax +2在(-2,+∞)上为增函数,∴ 1-2a<0,∴ a>12.5. 设函数f(x)满足:对任意的x 1,x 2∈R 都有(x 1-x 2)·[f(x 1)-f(x 2)]>0,则f(-3)与f(-π)的大小关系是____________.答案:f(-3)>f(-π)解析:由(x 1-x 2)[f(x 1)-f(x 2)]>0,可知函数f(x)为增函数,又-3>-π,∴ f(-3)>f(-π).1. 增函数和减函数一般地,设函数y =f(x)的定义域为I :如果对于定义域I 内某个区间D 上的任意两个值x 1,x 2,当x 1<x 2时,都有f(x 1)<f(x 2),那么就说y =f(x)在区间D 上是单调增函数.(如图①所示)如果对于定义域I 内某个区间D 上的任意两个值x 1,x 2,当x 1<x 2时,都有f(x 1)>f(x 2),那么就说y =f(x)在区间D 上是单调减函数.(如图②所示)2. 单调性与单调区间如果一个函数在某个区间D 上是单调增函数或是单调减函数,那么就说这个函数在这个区间D 上具有单调性(区间D 称为单调区间).3. 判断函数单调性的方法 (1) 定义法利用定义严格判断. (2) 利用函数的运算性质如果f(x),g(x)为增函数,则① f(x)+g(x)为增函数;② 1f (x )为减函数(f(x)>0);③ f (x )为增函数(f(x)≥0);④ f(x)·g(x)为增函数(f(x)>0,g(x)>0);⑤ -f(x)为减函数.(3) 利用复合函数关系判断单调性 法则是“同增异减”,即两个简单函数的单调性相同,则这两个函数的复合函数为增函数;若两个简单函数的单调性相反,则这两个函数的复合函数为减函数.(4) 图象法奇函数在关于原点对称的两个区间上具有相同的单调性;偶函数在关于原点对称的两个区间上具有相反的单调性.4. 函数的单调性的证明方法 已知函数解析式,证明其在某区间上的单调性一般只能严格用定义(或导数)来证明.主要步骤:(1) 设元; (2) 作差(商);(3) 变形(变形要彻底,一般通过因式分解、配方等方法,直到符号的判定非常明显); (4) 判断符号; (5) 结论.[备课札记], 1 函数单调性的判断), 1) 判断函数f(x)=axx 2-1(a≠0)在区间(-1,1)上的单调性. 分析:此函数既不是常见函数,也不是由常见函数经过简单的复合而成,因此要判断其在区间(-1,1)上的单调性,只能用函数单调性的定义.解:任取x 1,x 2∈(-1,1),且x 1<x 2,则f(x 1)-f(x 2)=a (x 1x 2+1)(x 2-x 1)(x 21-1)(x 22-1). 由-1<x 1<x 2<1得(x 1x 2+1)(x 2-x 1)(x 21-1)(x 22-1)>0,∴ 当a>0时,f(x 1)-f(x 2)>0,f(x 1)>f(x 2),∴ f(x)在(-1,1)上单调递减;同理,当a<0时,f(x)在(-1,1)上单调递增.备选变式(教师专享)证明函数f(x)=x1+x2在区间[1,+∞)上是减函数.证明:设任取x 1,x 2∈[1,+∞),且x 1<x 2.f(x 1)-f(x 2)=x 11+x 21-x 21+x 22=x 1(1+x 22)-x 2(1+x 21)(1+x 21)(1+x 22)=(x 1-x 2)(1-x 1x 2)(1+x 21)(1+x 22). ∵ x 1,x 2∈[1,+∞),且x 1<x 2, ∴ x 1-x 2<0,1-x 1x 2<0.又(1+x 21)(1+x 22)>0,∴ f(x 1)-f(x 2)>0,即f(x 1)>f(x 2).∴ f(x)=x1+x2在[1,+∞)上为减函数.点评:亦可证明函数f(x)=x 1+x 2在区间[-1,1]上是增函数.由于函数f(x)=x1+x2是定义在R 上的奇函数,故利用单调性与奇偶性可作出函数f(x)=x1+x2的图象.同时也可得到函数f(x)=x 1+x 2在[-1,1]上的值域为⎣⎢⎡⎦⎥⎤-12,12., 2 求函数的单调区间), 2) 求下列函数的单调区间:(1) y =x 2-3|x|+14;(2) y =⎝ ⎛⎭⎪⎫13x 2-2x ; (3) y =log 2(6+x -2x 2).解:(1) ∵ y=x 2-3|x|+14=⎩⎪⎨⎪⎧⎝⎛⎭⎪⎫x -322-2(x≥0),⎝ ⎛⎭⎪⎫x +322-2(x<0), ∴ 由图象可知,y 在⎝ ⎛⎦⎥⎤-∞,-32,⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,32上为减函数,在⎣⎢⎡⎦⎥⎤-32,0,⎣⎢⎡⎭⎪⎫32,+∞上为增函数.(2) 易得定义域为R ,令u =x 2-2x =(x -1)2-1,则u 在(-∞,1]上为减函数,在[1,+∞)上为增函数.又y =⎝ ⎛⎭⎪⎫13u 在(-∞,+∞)上为减函数,∴ y =⎝ ⎛⎭⎪⎫13x 2-2x 的单调增区间为(-∞,1],单调减区间为[1,+∞).(3) 由题意得6+x -2x 2>0,化简得2x 2-x -6<0,即(2x +3)(x -2)<0,解得-32<x<2,即定义域为⎝ ⎛⎭⎪⎫-32,2.设u =6+x -2x 2=-2⎝ ⎛⎭⎪⎫x -142+498,易知其在⎝ ⎛⎦⎥⎤-32,14上为增函数,在⎣⎢⎡⎭⎪⎫14,2上为减函数,又y =log 2u 在定义域上为增函数,∴ y =log 2(6+x -2x 2)的单调增区间为⎝ ⎛⎦⎥⎤-32,14,单调减区间为⎣⎢⎡⎭⎪⎫14,2. 点评:已知函数的解析式,讨论或求函数的单调区间,应首先确定函数的定义域,然后再根据复合函数单调性的判断规则在函数的定义域内求内层函数相应的单调区间.变式训练函数y =-(x -3)|x|的单调递增区间是____________.答案:⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,32 解析:y =⎩⎪⎨⎪⎧-(x -3)x ,x ≥0,(x -3)x ,x<0.画图象如图所示,可知单调递增区间为⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,32.备选变式(教师专享)作出函数f(x)=|x 2-1|+x 的图象,并根据函数图象写出函数的单调区间.解:当x≥1或x≤-1时, y =x 2+x -1=⎝ ⎛⎭⎪⎫x +122-54;当-1<x<1时, y =-x 2+x +1=-⎝ ⎛⎭⎪⎫x -122+54.函数图象如图,由函数图象可知函数单调减区间为(-∞,-1],⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,1;单调增区间为⎣⎢⎡⎦⎥⎤-1,12,[1,+∞).,。
高考数学一轮复习学案:导数与函数的综合问题学案理北师大版

第3课时 导数与函数的综合问题题型分类突破I典例剖析探求规律方法(对应学生用书第40页)利用导数研究不等式的有关问题◎角度1证明不等式(1) 讨论f ( x )的单调性;3(2) 当 a <0时,证明 f (x ) w —厂一2.4a [解](1)f (x )的定义域为(0 ,+s ), ,1(x +1)(2 ax +1)f (x) = + 2ax + 2a + 1 = x x若 a >0,则当 x € (0,+m )时,f '(x )>0.故 f (x )在(0 ,1⑵证明:由(1)知,当a <0时,f (x )在x =—石处取得最大值,最大值为 f设 g (x ) = In x — x + 1, 1则 g '(x ) = — 1.x当 x € (0,1)时,g '(x )>0 ;|題型1|(2017 •全国卷川)已知函数2f (x ) = In x + ax + (2a + 1)x .若a <0,则当x € 0,— 2a 时,f '(x )>0 ;1亦,-pm 寸,f'(x )<0. 故f (x )在0,2a 上单调递增,在2a ,+m 上单调递减.-2a =In丄—1—丄 2a 丿 1 4a .所以f (x ) w — 4|— 2等价于In1 1 3—亦—1—4a w —4a —2,即In1+ 2^+ 1w 0.2a2a卜当x € (1,+m)时,g'(x)<0,所以g(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+m )上单调递减.所以当x>0时,g( x) w 0.从而当a<o 时,in 2a + 2a+1w0,3即f(X)w—4a—2.◎角度2解决不等式恒(能)成立问题x(2018 •广州综合测试(二))已知函数f(x) = x —ax+ b在点(e , f (e))处的切线方程为y=—ax+ 2e.(1) 求实数b的值;2一1 一(2) 若存在x€ [e , e],满足f (x) w4 + e,求实数a的取值范围.【导学号:79140086】[解]⑴函数f (x)的定义域为(0, 1) U (1 ,+^).「 , x因为f(x)=办—ax+ b,所以f '(x)=ln x —12 —a(ln x)所以函数f (x)在点(e , f (e))处的切线方程为y —(e —a e + b) =—a(x —e),即y=—ax + e + b.已知函数f (x)在点(e , f(e))处的切线方程为y= —ax + 2e,比较可得b= e.所以实数b的值为e.1 x 1 1 1(2) f(x) w '+ e, 即卩一ax+e w ;+ e,所以问题转化为a> —丁在[e , e2]上4 In x 4 In x 4x有解.1 1 2令h(x) = —— (x€ [e , e]),In x 4x2…, 1 1 (l n x) — 4x贝H h (x) = y2—■ 2 =~r^2 ~'4x x(ln x) 4x (In x)(In x+ 2 ;x)(ln x—2寸x)= 2 24x (In x) '令p(x) = In x— 2 x,111 飞^x所以当x € [e , e2]时,有p'(x) = ——= '' < 0.x yj x x所以函数p(x)在区间[e , e2]上单调递减.所以p(x) w p(e) = In e —2 :::」e< 0.2所以h'(x) v 0,即h(x)在区间[e , e]上单调递减.2 1 111所以h(x) > h(e )=矿一石=2—4e2._1 1 、所以实数a的取值范围为占一4孑,+8 .[跟踪训练](2018 •东北三省三校二联) 已知函数f(x) = sin x.2x(1)当x>0 时,证明:f '(x) > 1 —-;⑵若当x€ 0, n2时,f (x) + /(:[) > ax恒成立,求实数a的取值范围.[解](1)证明:设g(x) = f'(x) —1 —牛=cos x — 1 —才则g'(x) = —sin x + x(x> 0).令M(x) = g'(x)(x>0),则M (x) = 1 —cos x>0,••• g'(x)在(0 ,+^)上单调递增.••• g'(x) >g' (0) = 0. •g(x)在(0,+^)上单调递增.2x• g(x) >g(0) = 0. • f'(x) > 1 —?成立.(2)当x €f(x) +f (x)f ' (x)> ax? sin x+ tan x > ax.0,设h(x) = sin x+ tan x—ax 0< x< -2 ,小, 1 f n \则h (x) = cos x+ 2——a 0< x< .cos x i 2 ;n令t = cos x,由0 < x < 2,得0 < t < 1.31 2 t —2设k(t) = t + 严(0 < t < 1),贝U k'(t) = 1 —p3= F < 0.••• k(t)在(0,1)上单调递减.••• k(t) > k(1) = 2.当a<2时,h'(x) > 0,「. h(x)在0, n上单调递增.•- h( x) > h(0) = 0,即原不等式成立.1当a>2时,关于t的方程t +严=a在(0,1)仅有一根,设根为t o,设cos m= 10,0< m 7t< ~2则存在唯一m 使得cos m= 10.当x € (0 , m 时,10< cos x< 1? h'(x) < 0,• h( x)在(0 , m上单调递减.•- h(x) < h(0) = 0,这与条件矛盾,• a>2时不成立.综上所述,a<2,即实数a的取值范围为(一R, 2].列(2016 •北京高考节选)设函数f (x) = x3+ ax2+ bx + c.(1) 求曲线y= f (x)在点(0 , f (0))处的切线方程;(2) 设a = b= 4,若函数f(x)有三个不同零点,求c的取值范围.3 2 2[解](1)由f (x) = x + ax + bx+ c,得f'( x) = 3x + 2ax+ b.因为f(0) = c,f ' (0) =b,所以曲线y = f(x)在点(0 , f(0))处的切线方程为y= bx+ c.3 2(2)当a = b= 4 时,f (x) = x + 4x + 4x+ c,2所以f '(x) = 3x + 8x + 4.2 2令f '(x) = 0,得3x + 8x+ 4= 0,解得x=— 2 或x=—-.当x变化时,f(x)与f '(x)的变化情况如下:- 3,得 f ( X i ) = f (X 2) = f ( X 3)= 0.由f (X )的单调性知,当且仅当 c € 0, 2|时,函数f (x ) = X 3+ 4X 2 + 4X + c 有三个不同 零点.[规律方法]利用导数研究方程根的方法1研究方程根的情况, 可以通过导数研究函数的单调性、最大值、最小值、 变化趋势等 2根据题目要求,画出函数图像的走势规律,标明函数极最 值的位置.3可以通过数形结合的思想去分析问题,使问题的求解有一个清晰、直观的整体展现.2X[跟踪训练] 设函数f (x ) = — — k in X , k >0. (1)求f (X )的单调区间和极值;⑵证明:若f (x )存在零点,则f (X )在区间(1 , e ]上仅有一个零点.【导学号:79140087】”, x,口 戸 , k X — k , ,[解](1)由 f (X ) = — — k in X ( k >0),得 X >0 且 f (x) = X —一= 一.由 f ( x)2X 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:X (0,&)(比,+s)f '(X )—十 f (X )k (1 — in k )2/所以,f (x )的单调递减区间是(0 , k ),单调递增区间是(,:k , . f (X )在X =X (—m,— 2)2(-2,- 2)2 一3 (2 \ I 3,十丿f '(X ) + 0一0 + f (X )/c32 C27/32 C > 0 且 C 一 27 V 0,存在 X i € ( —4,2一 3 , X3€所以,当因为f (x )存在零点,所以k (1 — in k )2k (1 — in k )2-2) , X 2€k处取得极小值f( ,k) = k(1丁k)无极大值.⑵证明:由(1)知,f(x)在区间(0,+^)上的最小值为f( ,k)从而k>e,- 3,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.一 1 一 e —k当k> e时,f (x)在区间(1 , - e)上单调递减,且f (1) = 2 > 0, fC e) = — v 0, 所以f(x)在区间(1 , e]上仅有一个零点.综上可知,若f( x)存在零点,则f (x)在区间(1 , -:j e]上仅有一个零点.某商场销售某种商品的经验表明,该商品每日的销售量y(单位:千克)与销售价格a 2x(单位:元/千克)满足关系式y = + 10( x —6),其中3<x<6, a为常数.已知销售价x —3格为5元/千克时,每日可售出该商品11千克.(1) 求a的值;(2) 若该商品的成本为3元/千克,试确定销售价格x的值,使商场每日销售该商品所获得的利润最大.a[解](1)因为x = 5 时,y= 11,所以 2 + 10 = 11, a= 2.2 2(2)由(1)可知,该商品每日的销售量为y =匸^ + 10(x—6),x —3总 + 10(x-6)2f(x) = (x—3)所以商场每日销售该商品所获得的利润为2=2+ 10(x —3)( x—6) '3<x<6.2从而,f'(x) = 10[( x —6) + 2(x —3)( x—6)] = 30( x—4)( x—6),于是,当x变化时,f'(X), f(x)的变化情况如下表:由上表可得,x= 4所以,当x = 4时,函数f(x)取得最大值,且最大值等于42.即当销售价格为4元/千克时,商场每日销售该商品所获得的利润最大.1 3 39 2[跟踪训练]某品牌电动汽车的耗电量y与速度x之间有关系y=-x --^x —40x( x>0), 为使耗电量最小,则速度应定为__________ .40 [由y'= x —39x —40= 0,得x =— 1 或x= 40,当0v x v 40 时,y 'v 0;x>40 时,y '> 0.所以当x = 40时,y有最小值.]。
2024届高考数学一轮复习学案第三章一元函数的导数及其应用3.5导数的综合应用新人教A版

§3.5 导数的综合应用 考试要求 导数的综合问题是高考的热点,常考查恒(能)成立、不等式的证明、函数的零点等问题,解题方法灵活,难度较大,一般以压轴题的形式出现.题型一 导数与恒(能)成立问题例1 (2023·福州模拟)已知函数f (x )=e x +(m +1)x ,(m ∈R ).(1)当m =1时,求曲线y =f (x )在点(0,f (0))处的切线方程;(2)若存在x ∈[1,2],使得不等式e x +x 22+m ln x +m ≥f (x )成立,求m 的取值范围. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 思维升华 恒(能)成立问题的解法(1)若f (x )在区间D 上有最值,则①恒成立:∀x ∈D ,f (x )>0⇔f (x )min >0;∀x ∈D ,f (x )<0⇔f (x )max <0;②能成立:∃x ∈D ,f (x )>0⇔f (x )max >0;∃x ∈D ,f (x )<0⇔f (x )min <0.(2)若能分离常数,即将问题转化为a >f (x )(或a <f (x )),则①恒成立:a >f (x )⇔a >f (x )max ;a <f (x )⇔a <f (x )min ;②能成立:a >f (x )⇔a >f (x )min ;a <f (x )⇔a <f (x )max .跟踪训练1 已知函数f (x )=(x -2)e x .(1)求f (x )在[-1,3]上的最值;________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(2)若不等式2f (x )+2ax ≥ax 2对x ∈[2,+∞)恒成立,求实数a 的取值范围. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 题型二 利用导数证明不等式例2 设a 为实数,函数f (x )=e x-2x +2a ,x ∈R .(1)求f (x )的单调区间与极值;(2)求证:当a >ln 2-1且x >0时,e x >x 2-2ax +1.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________思维升华利用导数证明不等式的解题策略(1)待证不等式的两边含有同一个变量时,一般地,可以直接构造“左减右”的函数,有时对复杂的式子要进行变形,利用导数研究最值即可得证.(2)若直接求导比较复杂或无从下手时,可将待证式进行变形,构造两个函数,从而找到可以传递的中间量,达到证明的目的.(3)对于函数中含有e x和ln x与其他代数式结合的问题,可以考虑先对e x和ln x进行放缩,使问题简化,简化后再构建函数进行证明.常见的放缩公式如下:①e x≥1+x,当且仅当x =0时取等号.②ln x≤x-1,当且仅当x=1时取等号.跟踪训练2 (2023·苏州模拟)已知函数f(x)=eln x-ax(a∈R).(1)讨论f(x)的单调性;________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)当a=e时,证明f(x)-e xx+2e≤0.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________题型三导数与函数的零点问题例3 (12分)(2022·全国乙卷)已知函数f(x)=ln(1+x)+ax e-x.(1)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;[切入点:求f′(x),f′(0)](2)若f(x)在区间(-1,0),(0,+∞)各恰有一个零点,求a的取值范围.[关键点:根据导数f′(x)对a分类讨论,对x分(-1,0)与(0,+∞)两部分]思维升华 函数的零点问题有两种常见方法,一是分离参数法,作出函数的图象,根据图象特征求参数的范围或判断零点个数;二是利用函数性质研究函数的零点,主要是根据函数单调性、奇偶性、最值或极值的符号确定参数的范围或零点的个数.跟踪训练3 已知函数f (x )=ln x -(2k +1)x (k ∈R ).(1)当k =-14时,求证:f (x )<0; ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(2)若f (x )有两个零点,求k 的取值范围.________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
(新课标)2021版高考数学一轮总复习第三章导数及其应用第17讲导数与函数的综合问题导学案新人教A版

第17讲 导数与函数的综合问题【课程要求】掌握应用导数求解实际问题的基本题型,提升通过构造函数应用导数解决不等式、方程等问题的能力.对应学生用书p 47【基础检测】1.某品牌电动汽车的耗电量y 与速度x 之间的关系为y =13x 3-392x 2-40x(x>0),为使耗电量最小,则速度应定为____________.[解析]令y ′=x 2-39x -40=0,得x =-1或x =40, 由于当0<x<40时,y ′<0;当x>40时,y ′>0. 所以当x =40时,y 有最小值. [答案]402.从边长为10cm ×16cm 的矩形纸板的四角截去四个相同的小正方形,做成一个无盖的盒子,则盒子容积的最大值为__________cm 3.[解析]设盒子容积为y cm 3,盒子的高为x cm ,x ∈(0,5). 则y =(10-2x)(16-2x)x =4x 3-52x 2+160x , ∴y ′=12x 2-104x +160.令y ′=0,得x =2或x =203(舍去),∴y max =6×12×2=144(cm 3). [答案]1443.若函数f(x)在R 上可导,且满足f (x )-xf ′(x )>0,则( )A .3f (1)<f (3)B .3f (1)>f (3)C .3f (1)=f (3)D .f (1)=f (3) [解析]由于f (x )>xf ′(x ),则⎣⎢⎡⎦⎥⎤f (x )x ′=xf ′(x )-f (x )x 2<0在(0,+∞)上恒成立,因此f (x )x在(0,+∞)上是单调递减函数, ∴f (3)3<f (1)1,即3f (1)>f (3).[答案]B4.已知函数f ()x =ax -1+ln x ,若存在x 0>0,使得f ()x 0≤0有解,则实数a 的取值范围是( )A .a>2B .a<3C .a ≤1D .a ≥3[解析]若存在x 0>0,使得f ()x 0≤0有解,则由f ()x =a x -1+ln x ≤0,即ax ≤1-ln x ,即a ≤x -x ln x ,设h ()x =x -x ln x ,则h ′()x =-ln x ,由h ′()x >0得ln x<0,得0<x<1,此时函数递增,由h ′()x <0得-ln x <0,即x>1,此时函数递减,即当x =1时,函数h ()x 取得极大值h ()1=1-ln 1=1,即h ()x ≤1,若a ≤x -x ln x 有解,则a ≤1,故选C .[答案]C5.若函数f(x)=x 2e x-a 恰有三个零点,则实数a 的取值范围是( )A .⎝ ⎛⎭⎪⎫4e 2,+∞B .⎝ ⎛⎭⎪⎫0,4e 2C .(0,4e 2)D .(0,+∞)[解析]函数y =x 2e x-a 的导数为y ′=2x e x+x 2e x=x e x(x +2),令y ′=0,则x =0或-2,当-2<x <0上时,y ′<0,函数单调递减,当x ∈(-∞,-2)或(0,+∞)时,y ′>0,函数在两个区间上单调递增,∴函数f(x)在x =-2处取极大值,在x =0处取极小值,函数的极值为:f(0)=-a ,f(-2)=4e -2-a ,已知函数f(x)=x 2e x-a 恰有三个零点,故-a<0,且4e -2-a>0,解得实数a 的取值范围是⎝⎛⎭⎪⎫0,4e 2.[答案]B 【知识要点】 1.优化问题与实际问题相关的利润最大、用料最省、效率最高等问题通常称为优化问题. 2.导数在优化问题中的应用3.导数与不等式(1)不等式的证明可以通过构造函数等价转换为探究函数值的大小,然后应用导数讨论函数的单调性,从而实现不等式的证明.(2)含参数不等式的恒成立问题,通过分离变量,构造函数等价转换为函数最值问题,然后应用导数求函数最值.4.导数与方程方程根的存在性问题等价转换为函数极值和单调性问题研究,然后应用导数及数形结合确定方程根的存在性和个数.对应学生用书p48利用导数研究生活中的优化问题例1 某山区外围有两条相互垂直的直线型公路,为进一步改善山区的交通现状,计划修建一条连接两条公路和山区边界的直线型公路.记两条相互垂直的公路为l1,l2,山区边界曲线为C,计划修建的公路为l.如图所示,M,N为C的两个端点,测得点M到l1,l2的距离分别为5千米和40千米,点N到l1,l2的距离分别为20千米和2.5千米.以l2,l1所在的直线分别为x,y轴,建立平面直角坐标系xOy.假设曲线C符合函数y=ax2+b(a,b为常数)模型.(1)求a,b的值;(2)设公路l与曲线C相切于P点,P的横坐标为t.①请写出公路l长度的函数解析式f(t),并写出其定义域.②当t为何值时,公路l的长度最短?求出最短长度.[解析] (1)由题意知,点M,N的坐标分别为(5,40),(20,2.5).将其分别代入y=ax2+b,得⎩⎪⎨⎪⎧a 25+b =40,a 400+b =2.5,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =1000,b =0.(2)①由(1)知y =1000x2(5≤x ≤20),则点P 的坐标为⎝⎛⎭⎪⎫t ,1000t 2.设在点P 处的切线l 交x ,y 轴分别于A ,B 两点, y ′=-2000x 3,则l 的方程为y -1000t 2=-2000t3(x -t),由此得A ⎝ ⎛⎭⎪⎫3t 2,0,B ⎝⎛⎭⎪⎫0,3000t 2.故f(t)=⎝ ⎛⎭⎪⎫3t 22+⎝ ⎛⎭⎪⎫3000t 22=32t 2+4×106t4,t ∈[5,20].②设g(t)=t 2+4×106t 4,t ∈[5,20],则g ′(t)=2t -16×106t 5. 令g ′(t)=0,解得t =10 2.当t ∈(5,102)时,g ′(t)<0,g(t)是减函数; 当t ∈(102,20)时,g ′(t)>0,g(t)是增函数. 从而,当t =102时,函数g(t)有极小值,也是最小值, 所以g(t)min =300,此时f(t)min =15 3.故当t =102时,公路l 的长度最短,最短长度为153千米. [小结]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,结合实际问题作答.1.某村庄拟修建一个无盖的圆柱形蓄水池(不计厚度).设该蓄水池的底面半径为r 米,高为h 米,体积为V 立方米.假设建造成本仅与表面积有关,侧面的建造成本为100元/平方米,底面的建造成本为160元/平方米,该蓄水池的总建造成本为12000π元(π为圆周率).(1)将V 表示成r 的函数V(r),并求该函数的定义域;(2)讨论函数V(r)的单调性,并确定r 和h 为何值时该蓄水池的体积最大.[解析] (1)因为蓄水池侧面的总成本为100·2πrh =200πrh 元,底面的总成本为160πr 2元,所以蓄水池的总成本为(200πrh +160πr 2)元.又根据题意知200πrh +160πr 2=12000π,所以h =15r (300-4r 2),从而V(r)=πr 2h =π5(300r -4r 3).因为r >0,又由h >0可得r <53,故函数V(r)的定义域为(0,53). (2)因为V(r)=π5(300r -4r 3),所以V ′(r)=π5(300-12r 2).令V ′(r)=0,解得r 1=5,r 2=-5(舍去).当r ∈(0,5)时,V ′(r)>0,故V(r)在(0,5)上为增函数; 当r ∈(5,53)时,V ′(r)<0,故V(r)在(5,53)上为减函数.由此可知,V(r)在r =5处取得最大值,此时h =8.即当r =5,h =8时,该蓄水池的体积最大.利用导数证明不等式2 设函数f ()x =a ln x +1x -2x ()a ∈R .(1)当a =3时,求f ()x 的极值; (2)当a =1时,证明:f ()x >1ex -2x .[解析] (1)当a =3时,f ()x =3ln x +1x-2x ,f ′()x =3x -1x 2-2=-2x 2-3x +1x 2=-()2x -1()x -1x2(x >0), 当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12时,f ′()x <0, f ()x 在⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12上单调递减;当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫12,1时,f ′()x >0, f ()x 在⎝ ⎛⎭⎪⎫12,1上单调递增; 当x ∈()1,+∞时,f ′()x <0, f ()x 在()1,+∞上单调递减.所以当x =12时,f ()x 取得极小值f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12=1-3ln2;当x =1时,f ()x 取得极大值f ()1=-1.(2)当a =1时,f ()x =ln x +1x-2x (x >0),所以不等式f ()x >1e x -2x 可变为ln x +1x >1e x .要证明上述不等式成立,即证明x ln x +1>xe x .设g ()x =x ln x +1,h (x )=xe x ,则g ′()x =ln x +1,令g ′()x =0,得x =1e,在⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1e 上,g ′()x <0, g ()x 是减函数,在⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ,+∞上,g ′()x >0, g ()x 是增函数. 所以g ()x ≥g ⎝ ⎛⎭⎪⎫1e =1-1e .h ′()x =1-xex ,令h ′()x =0得x =1,在()0,1上,h ′()x >0, h ()x 是增函数; 在()1,+∞上,h ′()x <0, h ()x 是减函数,所以h ()x ≤h ()1=1e <1-1e,所以h ()x <g ()x ,即x e x <x ln x +1,所以ln x +1x >1ex ,由此可知f ()x >1ex -2x .[小结]证明不等式的常用方法——构造法(1)证明f (x )<g (x ),x ∈(a ,b ),可以构造函数F (x )=f (x )-g (x ),如果F ′(x )<0,则F (x )在(a ,b )上是减函数,同时若F (a )≤0,由减函数的定义可知,x ∈(a ,b )时,有F (x )<0,即证明了f (x )<g (x ).(2)证明f (x )>g (x ),x ∈(a ,b ),可以构造函数F (x )=f (x )-g (x ),如果F ′(x )>0,则F (x )在(a ,b )上是增函数,同时若F (a )≥0,由增函数的定义可知,x ∈(a ,b )时,有F (x )>0,即证明了f (x )>g (x ).2.已知函数f(x)=ln (1+x),g(x)=kx(k ∈R ). (1)证明:当x >0时,f (x )<x ;(2)证明:当k <1时,存在x 0>0,使得对任意的x ∈(0,x 0)恒有f (x )>g (x ). [解析] (1)令F (x )=f (x )-x =ln(1+x )-x ,x ∈[0,+∞), 则有F ′(x )=11+x -1=-xx +1.当x ∈(0,+∞)时,F ′(x )<0, 所以F (x )在[0,+∞)上单调递减,故当x >0时,F (x )<F (0)=0,即当x >0时,f (x )<x .(2)令G (x )=f (x )-g (x )=ln(1+x )-kx ,x ∈[0,+∞), 则有G ′(x )=1x +1-k =-kx +(1-k )x +1. 当k ≤0时,G ′(x )>0,故G (x )在[0,+∞)上单调递增,G (x )>G (0)=0,故任意正实数x 0均满足题意.当0<k <1时,令G ′(x )=0,得x =1-k k =1k-1>0,取x 0=1k-1,对任意x ∈(0,x 0),有G ′(x )>0,从而G (x )在[0,x 0)上单调递增, 所以G (x )>G (0)=0,即f (x )>g (x ).综上,当k <1时,总存在x 0>0,使得对任意x ∈(0,x 0)恒有f (x )>g (x ).利用导数解决含参不等式问题3 已知函数f ()x =ex -1+ax ,a ∈R .(1)讨论函数f ()x 的单调区间;(2)若∀x ∈[)1,+∞,f ()x +ln x ≥a +1恒成立,求a 的取值范围. [解析] (1)f ′(x )=ex -1+a .(i)当a ≥0时,f ′(x )>0,函数f (x )在R 上单调递增; (ii)当a <0时,令f ′(x )=0,则x =ln(-a )+1; 当f ′(x )>0,即x >ln(-a )+1,函数f (x )单调递增; 当f ′(x )<0,即x <ln(-a )+1,函数f (x )单调递减. 综上,当a ≥0时,函数f (x )在R 上单调递增;当a <0时,函数f (x )的单调递增区间是(ln(-a )+1,+∞),单调递减区间是(-∞,ln(-a )+1).(2)令a =-1,由(1)可知,函数f ()x =e x -1-x 的最小值为f ()1=0,所以ex -1-x ≥0,即ex -1≥x .f ()x +ln x ≥a +1恒成立与f ()x +ln x -a -1≥0恒成立等价,令g ()x =f ()x +ln x -a -1, 即g ()x =ex -1+a ()x -1+ln x -1()x ≥1, 则g ′()x =ex -1+1x+a .①当a ≥-2时,g ′()x =ex -1+1x +a ≥x +1x+a ≥2x ·1x+a =a +2≥0.(或令φ()x =ex -1+1x ,则φ′()x =e x -1-1x2在[)1,+∞上递增,∴φ′()x ≥φ′()1=0,∴φ()x 在[)1,+∞上递增,∴φ()x ≥φ()1=2.∴g ′()x ≥0.)∴g ()x 在区间[)1,+∞上单调递增,∴g ()x ≥g ()1=0, ∴f ()x +ln x ≥a +1恒成立. ②当a <-2时,令h ()x =ex -1+1x+a ,则h ′()x =e x -1-1x 2=x 2e x -1-1x 2,当x ≥1时,h ′()x ≥0,函数h ()x 单调递增. 又h ()1=2+a <0, h ()1-a =e1-a -1+11-a +a ≥1-a +11-a +a =1+11-a>0, ∴存在x 0∈()1,1-a ,使得h ()x 0=0,故当x ∈()1,x 0时,h ()x <h ()x 0=0,即g ′()x <0,故函数g ()x 在()1,x 0上单调递减;当x ∈()x 0,+∞时,h ()x >h ()x 0=0,即g ′()x >0,故函数g ()x 在()x 0,+∞上单调递增,∴g ()x min=g ()x 0<g ()1=0,即∀x ∈[)1,+∞,f ()x +ln x ≥a +1不恒成立, 综上所述,a 的取值范围是[)-2,+∞. [小结]利用导数解决不等式的恒成立问题的策略①首先要构造函数,利用导数求出最值,求出参数的取值范围. ②也可分离变量,构造函数,直接把问题转化为函数的最值问题.3.设函数f(x)=e x-ax -2,a ∈R . (1)求函数f (x )的极值;(2)若a =1,当x >0时,x +1>(k -x )f ′(x )恒成立,求整数k 的最大值. [解析] (1)函数f (x )的定义域为(-∞,+∞),且f ′(x )=e x-a . 当a ≤0时,f ′(x )>0,f (x )在(-∞,+∞)上是增函数,f (x )无极值; 当a >0时,令f ′(x )=e x-a =0,得x =ln a .x <ln a 时f ′(x )<0,此时f (x )在(-∞,ln a )上是减函数, x >ln a 时f ′(x )>0,此时f (x )在(ln a ,+∞)上是增函数,所以f (x )有极小值f (ln a )=a -a ln a -2,无极大值,综上:当a≤0时,无极值;当a>0时,有极小值f(ln a)=a-a ln a-2,无极大值.(2)法一:若a=1,则f(x)=e x-x-2,f′(x)=e x-1. 所以x+1>(k-x)f′(x)=(k-x)(e x-1)(x>0),分离参数得:k<x+1e x-1+x(x>0).①令g(x)=x+1e x-1+x(x>0),则g′(x)=-x e x-1(e x-1)2+1=e x(e x-x-2)(e x-1)2.由(1)知,函数h(x)=e x-x-2在(0,+∞)上单调递增,又h(1)=e-3<0,h(2)=e2-4>0,所以h(x)在(0,+∞)上存在唯一的零点,即g′(x)在(0,+∞)上存在唯一的零点.设此零点为α,则α∈(1,2).当x∈(0,α)时,g′(x)<0;当x∈(α,+∞)时,g′(x)>0.所以g(x)在(0,+∞)上的最小值为g(α).又由g′(α)=0,可得eα=α+2,所以g(α)=α+1eα-1+α=α+1∈(2,3),由于①式等价于k<g(α)=α+1∈(2,3),故整数k的最大值为2.法二:若a=1,则f(x)=e x-x-2,f′(x)=e x-1.所以x+1>(k-x)f′(x)=(k-x)(e x-1),即(x-k)(e x-1)+x+1>0,令g(x)=(x-k)(e x-1)+x+1(x>0),则g′(x)=(x-k+1)e x.当1-k≥0,即k≤1时,g′(x)>0,所以g(x)在(0,+∞)上单调递增,g(x)>g(0)=1;当1-k<0,即k>1时,x∈(0,k-1)时,g′(x)<0,x∈(k-1,+∞)时,g′(x)>0,此时g(x)min=g(k-1)=k+1-e k-1,设h(k)=k+1-e k-1(k>1),则h′(k)=1-e k-1<0(∵k>1),所以h (k )=k +1-e k -1在(1,+∞)上单调递减,又h (2)=3-e>0,h (3)=4-e 2<0,故整数k 的最大值为2.利用导数研究函数的零点或方程根的问题4 已知f(x)=e -x (ax 2+x +1).(1)当a ≤0时,求证:f(x)≤1;(2)当0<a ≤12时,试讨论方程f(x)=1的解的个数.[解析] (1)要证f(x)≤1⇒e -x (ax 2+x +1)≤1,只要证e x -ax 2-x -1≥0.(*)令h(x)=e x -ax 2-x -1,则h ′(x)=e x -2ax -1,而h ′′(x)=e x -2a>0,所以h ′(x)在()-∞,+∞上单调递增,又h ′(0)=0, 所以h(x)在()-∞,0上单调递减,在()0,+∞上单调递增,∴h(x)min =h(0)=0,即h(x)≥0,(*)式成立.所以原不等式成立.(2)问题转化为函数h(x)=e x -ax 2-x -1的零点个数.而h ′(x)=e x -2ax -1,h ″(x)=e x -2a.令h ″(x)=0,解得x =ln 2a.所以h ′(x)在()-∞,ln 2a 上单调递减,在()ln 2a ,+∞上单调递增.所以h ′(x)min =h ′(ln 2a)=2a -2a ln 2a -1,设m =2a ,g(m)=m -m ln m -1,而g ′(m)=1-(1+ln m)=-ln m ,则g(m)在()1,+∞上单调递减,在()0,1上单调递增,所以g(m)max =g(1)=0,即h ′(x)min ≤0 (当m =1即a =12时取等号).1°当a =12时,h ′(x)min =0, 则h ′(x)≥0恒成立.所以h(x)在R 上单调递增,又h (0)=0,则h (x )有一个零点;2°当0<a <12时,ln2a <0,h ′(x )min =h ′(ln2a )<0.有h ′(x )在()-∞,ln2a 上单调递减,在()ln2a ,+∞上单调递增,且x →-∞时,h ′(x )=e x -2ax -1>0,则存在x 2<0使得h ′(x 2)=0.又h ′(0)=0,这时h (x )在()-∞,x 2上单调递增,在()x 2,0上单调递减,在()0,+∞上单调递增. 所以h (x 2)>h (0)=0.又x →-∞时,h (x )=e x -ax 2-x -1<0,h (0)=0.所以这时h (x )有两个零点;综上:a =12时,原方程有一个解;当0<a <12时,原方程有两个解. [小结]应用导数解决方程根的探究等问题,可以通过导数研究函数的单调性、最大值、最小值、变化趋势等,根据题目要求,画出函数图象的走势规律,标明函数极(最)值的位置,通过数形结合的思想去分析问题,可以使问题的求解有一个清晰、直观的整体展现.4.已知函数f(x)=(x 2+ax -1)e x -1,g(x)=(x 2+ax)e x-ax -b. (1)若x =-2是函数f(x)的极值点,求f(x)的极小值;(2)若对任意的实数a ,函数F(x)=-e f(x)+g(x)在(0,+∞)上总有零点,求实数b 的取值范围.[解析] (1)由题可得f ′(x)=(2x +a)ex -1+(x 2+ax -1)e x -1=[x 2+(a +2)x +a -1]e x -1,因为f ′(-2)=0,所以a =-1,f(x)=(x 2-x -1)ex -1, 故f ′(x)=(x 2+x -2)e x -1,令f ′(x)>0,解得x<-2或x>1,所以f(x)在(-∞,-2),(1,+∞)上单调递增,在(-2,1)上单调递减,所以f(x)极小值为f(1)=(1-1-1)e1-1=-1. (2)函数F(x)=-e f(x)+g(x)在(0,+∞)上总有零点,即F(x)=e x -ax -b 在(0,+∞)上总有零点.若a<0,则F(x)=e x -ax -b 在(0,+∞)上单调递增,故F(x)在(0,+∞)上总有零点的必要条件是F(0)<0,即b>1.以下证明:当b>1时,F(x)=e x -ax -b 在(0,+∞)上总有零点.①若a<0,由于F(0)=1-b<0, F ⎝ ⎛⎭⎪⎫-b a =e -b a -a ⎝ ⎛⎭⎪⎫-b a -b =e -b a >0,且F(x)在(0,+∞)上连续,故F(x)在⎝⎛⎭⎪⎫0,-b a 上必有零点;②若a ≥0,F(0)=1-b<0,易知e x >x 2在x ∈(0,+∞)上恒成立,取x 0=a +b>1,则F(x 0)=F(a +b)=ea +b -a(a +b)-b>(a +b)2-a 2-ab -b =ab +b(b -1)=b(a +b -1)>0,由于F(0)=1-b<0,F(a +b)>0,故F(x)在(0,a +b)上必有零点.综上,实数b 的取值范围是(1,+∞).对应学生用书p 50(2019·全国卷Ⅰ理)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存在唯一极大值点; (2)f(x)有且仅有2个零点.[解析] (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)单调递增,在⎝ ⎛⎭⎪⎫α,π2单调递减,故g(x)在⎝⎛⎭⎪⎫-1,π2存在唯一极大值点,即f ′(x)在⎝⎛⎭⎪⎫-1,π2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)单调递增,而f ′(0)=0,所以当x ∈(-1,0)时,f ′(x)<0,故f(x)在(-1,0)单调递减,又f(0)=0,从而x =0是f(x)在(-1,0]的唯一零点.(ii )当x ∈⎝ ⎛⎦⎥⎤0,π2时,由(1)知,f ′(x)在(0,α)单调递增,在⎝⎛⎭⎪⎫α,π2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)单调递增,在⎝⎛⎭⎪⎫β,π2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没有零点. (iii )当x ∈⎝ ⎛⎦⎥⎤π2,π时,f ′(x)<0,所以f(x)在⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,π单调递减.而f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2>0,f(π)<0,所以f(x)在⎝ ⎛⎦⎥⎤π2,π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,+∞)没有零点.综上,f(x)有且仅有2个零点.。
天津市高考数学一轮复习 导数的综合应用问题导学案
导数的综合应用知识梳理教学重、难点作业完成情况典题探究例1已知函数1()f x x a=+,2()3g x bx x =+. (Ⅰ)若曲线()()()h x f x g x =-在点(1,0)处的切线斜率为0,求a,b 的值; (Ⅱ)当[3,)a ∈+∞,且ab=8时,求函数()()()g x x f x ϕ=的单调区间,并求函数在区间[-2,-1]上的最小值。
例2已知函数2()ln f x x ax bx =++(其中,a b 为常数且0a ≠)在1x =处取得极值.(I) 当1a =时,求()f x 的单调区间;(II) 若()f x 在(]0,e 上的最大值为1,求a 的值.例3已知函数ax x x a x f ++-=2221ln 2)()(R a ∈. (Ⅰ) 讨论函数)(x f 的单调性;(Ⅱ)当0<a 时,求函数)(x f 在区间],1[e 的最小值.例4已知函数()ln f x ax x =-,()e 3axg x x =+,其中a ∈R .(Ⅰ)求)(x f 的极值;(Ⅱ)若存在区间M ,使)(x f 和()g x 在区间M 上具有相同的单调性,求a 的取值范围.五、演练方阵A 档(巩固专练)1.已知函数f(x)的定义域为(-1,0),则函数f(2x +1)的定义域为( ) A .(-1,1) B.⎝⎛⎭⎪⎫-1,-12 C .(-1,0) D.⎝ ⎛⎭⎪⎫12,12.设函数f(x)=⎩⎨⎧⎝ ⎛⎭⎪⎫x -1x 6,x<0,-x ,x≥0,则当x>0时,f[f(x)]表达式的展开式中常数项为( )A .-20B .20C .-15D .153.函数y =x33x -1的图像大致是( )图1-54. 函数f(x)=2ln x 的图像与函数g(x)=x 2-4x +5的图像的交点个数为( ) A .3 B .2 C .1 D .05. 若曲线y =kx +ln x 在点(1,k)处的切线平行于x 轴,则k =________.6.设函数f(x)在(0,+∞)内可导,且f(e x )=x +e x,则f′(1)=________.7. 若函数f(x)=x 2+ax +1x 在⎝ ⎛⎭⎪⎫12,+∞是增函数,则a 的取值范围是( )A .[-1,0]B .[-1,+∞)C .[0,3]D .[3,+∞) 8. 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.9. 已知e 为自然对数的底数,设函数f(x)=(e x -1)(x -1)k(k =1,2),则( ) A .当k =1时,f(x)在x =1处取到极小值 B .当k =1时,f(x)在x =1处取到极大值 C .当k =2时,f(x)在x =1处取到极小值 D .当k =2时,f(x)在x =1处取到极大值10. 直线l 过抛物线C :x 2=4y 的焦点且与y 轴垂直,则l 与C 所围成的图形的面积等于( ) A.43 B .2C.83D.16 23B 档(提升精练)1. 函数f (x )=ax m (1-x )n在区间[0,1]上的图像如图1-2所示,则m ,n 的值可能是( )图1-2A .m =1,n =1B .m =1,n =2C .m =2,n =1D .m =3,n =1 2.已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧2x,x ≥2,x -13,x <2.若关于x 的方程f (x )=k 有两个不同的实根, 则实数k 的取值范围是________.3.曲线y =e -2x+1在点(0,2)处的切线与直线y =0和y =x 围成的三角形的面积为( )A.13B.12C.23D .1 4.函数f (x )=x 3-3x 2+1在x =________处取得极小值.5.下面四个图象中,有一个是函数f (x )=13x 3+ax 2+(a 2-1)x +1(a ∈R )的导函数y =f ′(x )的图象,则f (-1)等于( ).A.13 B .-13C.73D .-13 或536.设直线x =t 与函数f (x )=x 2,g (x )=ln x 的图象分别交于点M ,N ,则当|MN |达到最小时t 的值为( ).A .1 B.12 C.52 D.227.已知函数f (x )=12x 4-2x 3+3m ,x ∈R ,若f (x )+9≥0恒成立,则实数m 的取值范围是( ).A.⎣⎢⎡⎭⎪⎫32,+∞ B.⎝ ⎛⎭⎪⎫32,+∞C.⎝⎛⎦⎥⎤-∞,32D.⎝⎛⎭⎪⎫-∞,328.已知函数f (x )=x 2-ax +3在(0,1)上为减函数,函数g (x )=x 2-a ln x 在(1,2)上为增函数,则a 的值等于( ). A .1 B .2 C .0 D. 29.设a ∈R ,若函数y =e ax+3x ,x ∈R 有大于零的极值点,则( ). A .a >-3 B . a <-3 C .a >-13D .a <-1310.已知函数f (x )=13x 3-a +12x 2+bx +a .(a ,b ∈R )的导函数f ′(x )的图象过原点.(1)当a =1时,求函数f (x )的图象在x =3处的切线方程; (2)若存在x <0,使得f ′(x )=-9,求a 的最大值.C 档(跨越导练)1.函数xe x xf )3()(-=的单调递增区间是( )A. )2,(-∞B.(0,3)C.(1,4)D. ),2(+∞2. 已知直线y=x+1与曲线y ln()x a =+相切,则α的值为 ( ) A.1 B. 2 C.-1 D.-23.已知函数()f x 在R 上满足2()2(2)88f x f x x x =--+-,则曲线()y f x =在点(1,(1))f 处的切线方程是( )A.21y x =-B.y x =C.32y x =-D.23y x =-+ 4.若存在过点(1,0)的直线与曲线3y x =和21594y ax x =+-都相切,则a 等于( )A .1-或25-64 B .1-或214 C .74-或25-64 D .74-或7 5.设函数2()()f x g x x =+,曲线()y g x =在点(1,(1))g 处的切线方程为21y x =+,则曲线()y f x =在点(1,(1))f 处切线的斜率为( )A .4B .14-C .2D .12- 6.曲线21xy x =-在点()1,1处的切线方程为( )A. 20x y --=B. 20x y +-=C.450x y +-=D. 450x y --= 7.若函数()y f x =的导函数...在区间[,]a b 上是增函数, 则函数()y f x =在区间[,]a b 上的图象可能是( )ab ab aA .B .C .D .8.若1x 满足2x+2x=5, 2x 满足2x+22log (x -1)=5, 1x +2x = ( )A.52 B.3 C.72D.4 9.设函数1()ln (0),3f x x x x =->则()y f x =( )A 在区间1(,1),(1,)e e 内均有零点。
北师大版版高考数学一轮复习函数导数及其应用导数的应用导数与函数的综合问题最值教学案理解析版
利用导数解决不等式的有关问题►考法1证明不等式【例1】(2018·郑州二模)已知函数f(x)=ln x—2ax+1(a∈R).(1)讨论函数g(x)=x2+f(x)的单调性;(2)若a=错误!,证明:|f(x)—1|>错误!+错误!.[解] (1)由题意知函数y=g(x)的定义域为(0,+∞),g(x)=x2+ln x—2ax+1,则g′(x)=错误!+2x—2a=错误!(x>0),记h(x)=2x2—2ax+1,1当a≤0时,因为x>0,所以h(x)>0,故函数g(x)在(0,+∞)上递增;2当0<a≤错误!时,因为Δ=4(a2—2)≤0,所以h(x)≥0,故函数g(x)在(0,+∞)上递增;3当a>错误!时,由g′(x)<0,解得x∈错误!,所以函数g(x)在区间错误!上递减,同理可得函数g(x)在区间错误!,错误!上递增.(2)证明:当a=错误!时,设H(x)=f(x)—1=ln x—x,故H′(x)=错误!,故H′(x)<0,得x>1,由H′(x)>0,得0<x<1,所以H(x)m ax=f(1)—1=—1,所以|H(x)|min=1.设G(x)=错误!+错误!,则G′(x)=错误!,由G′(x)<0,得x>e,由G′(x)>0,得0<x<e,故G(x)m ax=G(e)=错误!+错误!<1,所以G(x)m ax<|H(x)|min,所以|f(x)—1|>错误!+错误!.►考法2由不等式恒(能)成立求参数的范围【例2】已知函数f(x)=错误!.(1)如果当x≥1时,不等式f(x)≥错误!恒成立,求实数k的取值范围;(2)若存在x0∈[1,e],使不等式f(x0)≥错误!成立,求实数k的取值范围.[解] (1)当x≥1时,k≤错误!恒成立,令g(x)=错误!(x≥1),则g′(x)=错误!=错误!.再令h(x)=x—ln x(x≥1),则h′(x)=1—错误!≥0,所以h(x)≥h(1)=1,所以g′(x)>0,所以g(x)为增函数,所以g(x)≥g(1)=2,故k≤2,即实数k的取值范围是(—∞,2].(2)当x∈[1,e]时,k≤错误!有解,令g(x)=错误!(x∈[1,e]),由(1)题知,g(x)为增函数,所以g(x)m ax=g(e)=2+错误!,所以k≤2+错误!,即实数k的取值范围是错误!.[规律方法] 1.利用导数证明含“x”不等式方法,即证明:f x>g x.,法一:移项,f x—g x>0,构造函数F x=f x—g x,转化证明F x min>0,利用导数研究F x 单调性,用上定义域的端点值.,法二:转化证明:f x min>g x m ax.,法三:先对所求证不等式进行变形,分组或整合,再用法一或法二.2.利用导数解决不等式的恒成立问题的策略,1首先要构造函数,利用导数研究函数的单调性,求出最值,进而得出相应的含参数不等式,从而求出参数的取值范围.,2也可分离变量,构造函数,直接把问题转化为函数的最值问题.32(1)如果存在x1,x2∈[0,2]使得g(x1)—g(x2)≥M成立,求满足上述条件的最大整数M;(2)如果对于任意的s,t∈错误!,都有f(s)≥g(t)成立,求实数a的取值范围.[解] (1)存在x1,x2∈[0,2]使得g(x1)—g(x2)≥M成立,等价于[g(x1)—g(x2)]m ax≥M.由g(x)=x3—x2—3,得g′(x)=3x2—2x=3x错误!.令g′(x)>0得x<0,或x>错误!,令g′(x)<0得0<x<错误!,又x∈[0,2],所以g(x)在区间错误!上递减,在区间错误!上递增,所以g(x)min=g错误!=—错误!,又g(0)=—3,g(2)=1,所以g(x)m ax=g(2)=1.故[g(x1)—g(x2)]m ax=g(x)m ax—g(x)min=错误!≥M,则满足条件的最大整数M=4.(2)对于任意的s,t∈错误!,都有f(s)≥g(t)成立,等价于在区间错误!上,函数f(x)min≥g (x)m ax,由(1)可知在区间错误!上,g(x)的最大值为g(2)=1.在区间错误!上,f(x)=错误!+x ln x≥1恒成立等价于a≥x—x2ln x恒成立.设h(x)=x—x2ln x,h′(x)=1—2x ln x—x,令m(x)=x ln x,由m′(x)=ln x+1>0得x>错误!.即m(x)=x ln x在错误!上是增函数,可知h′(x)在区间错误!上是减函数,又h′(1)=0,所以当1<x<2时,h′(x)<0;当错误!<x<1时,h′(x)>0.即函数h(x)=x—x2ln x在区间错误!上递增,在区间(1,2)上递减,所以h(x)m ax=h(1)=1,所以a≥1,即实数a的取值范围是[1,+∞).利用导数解决函数的零点问题►考法1判断、证明或讨论函数零点的个数【例3】设f(x)=错误!x2—m ln x,g(x)=x2—(m+1)x.当m≥0时,讨论函数f(x)与g(x)图像的交点个数.[解] 令F(x)=f(x)—g(x)=—错误!x2+(m+1)x—m ln x,x>0,问题等价于求函数F(x)的零点个数.当m=0时,F(x)=—错误!x2+x,x>0,有唯一零点;当m≠0时,F′(x)=—错误!,当m=1时,F′(x)≤0,函数F(x)为减函数,注意到F(1)=错误!>0,F(4)=—ln 4<0,所以F(x)有唯一零点.当m>1时,0<x<1或x>m时,F′(x)<0;1<x<m时,F′(x)>0,所以函数F(x)在(0,1)和(m,+∞)上递减,在(1,m)上递增,注意到F(1)=m+错误!>0,F(2m+2)=—m ln(2m+2)<0,所以F(x)有唯一零点.当0<m<1时,0<x<m或x>1时,F′(x)<0;m<x<1时,F′(x)>0,所以函数F(x)在(0,m)和(1,+∞)上递减,在(m,1)上递增,易得ln m<0,所以F(m)=错误!(m+2—2ln m)>0,而F(2m+2)=—m ln(2m+2)<0,所以F (x)有唯一零点.综上,函数F(x)有唯一零点,即两函数图像有一个交点.►考法2已知函数的零点个数求参数的范围【例4】已知函数f(x)=2ln x—x2+ax(a∈R).(1)当a=2时,求f(x)的图像在x=1处的切线方程;(2)若函数g(x)=f(x)—ax+m在错误!上有两个零点,求实数m的取值范围.[解] (1)当a=2时,f(x)=2ln x—x2+2x,则f′(x)=错误!—2x+2,切点坐标为(1,1),切线的斜率k=f′(1)=2,则函数f(x)的图像在x=1处的切线方程为y—1=2(x—1),即y=2x—1.(2)g(x)=f(x)—ax+m=2ln x—x2+m,则g′(x)=错误!—2x=错误!,∵x∈错误!,∴由g′(x)=0,得x=1.当错误!≤x<1时,g′(x)>0,函数g(x)递增,当1<x≤e时,g′(x)<0,函数g(x)递减,故当x=1时,函数g(x)取得极大值g(1)=m—1,又g错误!=m—2—错误!,g(e)=m+2—e2,∴g(x)=f(x)—ax+m在错误!上有两个零点需满足条件错误!解得1<m≤2+错误!.故实数m的取值范围是错误!.►考法3与函数零点有关的证明问题【例5】(2019·武汉模拟)已知a为实数,函数f(x)=e x—2—ax.(1)讨论函数f(x)的单调性;(2)若函数f(x)有两个不同的零点x1,x2(x1<x2),(ⅰ)求实数a的取值范围;(ⅱ)证明:x1+x2>2.[解] (1)f′(x)=e x—2—a.当a≤0时,f′(x)>0,函数f(x)在R上递增.当a>0时,由f′(x)=e x—2—a=0,得x=2+ln a.若x>2+ln a,则f′(x)>0,函数f(x)在(2+ln a,+∞)上递增;若x<2+ln a,则f′(x)<0,函数f(x)在(—∞,2+ln a)上递减.(2)(ⅰ)由(1)知,当a≤0时,f(x)在R上递增,没有两个不同的零点.当a>0时,f(x)在x=2+ln a处取得极小值,所以f(2+ln a)=e ln a—a(2+ln a)<0,得a>错误!,所以a的取值范围为错误!.(ⅱ)由e x—2—ax=0,得x—2=ln(ax)=ln a+ln x,即x—2—ln x=ln a.所以x1—2—ln x1=x2—2—ln x2=ln a.令g(x)=x—2—ln x(x>0),则g′(x)=1—错误!.当x>1时,g′(x)>0;当0<x<1时,g′(x)<0.所以g(x)在(0,1)上递减,在(1,+∞)上递增,所以0<x1<1<x2.要证x1+x2>2,只需证x2>2—x1>1.因为g(x)在(1,+∞)上递增,所以只需证g(x2)>g(2—x1).因为g(x1)=g(x2),所以只需证g(x1)>g(2—x1),即证g(x1)—g(2—x1)>0.令h(x)=g(x)—g(2—x)=x—2—ln x—[2—x—2—ln(2—x)]=2x—2—ln x+ln (2—x),则h′(x)=2—错误!.因为错误!+错误!=错误![x+(2—x)]错误!≥2,当且仅当x=1时等号成立,所以当0<x<1时,h′(x)<0,即h(x)在(0,1)上递减,所以h(x)>h(1)=0,即g(x1)—g(2—x1)>0,所以x1+x2>2得证.[规律方法] 利用导数研究方程根的方法1研究方程根的情况,可以通过导数研究函数的单调性、最大值、最小值、变化趋势等.2根据题目要求,画出函数图像的走势规律,标明函数极最值的位置.3可以通过数形结合的思想去分析问题,使问题的求解有一个清晰、直观的整体展现.(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,错误!]上仅有一个零点.[解] (1)由f(x)=错误!—k ln x(k>0),得x>0且f′(x)=x—错误!=错误!.由f′(x)=0,解得x=错误!(负值舍去).f(x)与f′(x)在区间(0,+∞)上的变化情况如下表:x(0,错误!)错误!(错误!,+∞)f′(x)—0+f(x)↘错误!↗f(x)在x=错误!处取得极小值f(错误!)=错误!.(2)证明:由(1)知,f(x)在区间(0,+∞)上的最小值为f(错误!)=错误!.因为f(x)存在零点,所以错误!≤0,从而k≥e,当k=e时,f(x)在区间(1,错误!)上递减,且f(错误!)=0,所以x=错误!是f(x)在区间(1,错误!]上的唯一零点.当k>e时,f(x)在区间(0,错误!)上递减,且f(1)=错误!>0,f(错误!)=错误!<0,所以f(x)在区间(1,错误!]上仅有一个零点.综上可知,若f(x)存在零点,则f(x)在区间(1,错误!]上仅有一个零点.1.(2018·全国卷Ⅱ)已知函数f(x)=e x—ax2.(1)若a=1,证明:当x≥0时,f(x)≥1;(2)若f(x)在(0,+∞)只有一个零点,求a.[解] (1)证明:当a=1时,f(x)≥1等价于(x2+1)e—x—1≤0.设函数g(x)=(x2+1)e—x—1,则g′(x)=—(x2—2x+1)e—x=—(x—1)2e—x.当x≠1时,g′(x)<0,所以g(x)在(0,+∞)递减.而g(0)=0,故当x≥0时,g(x)≤0,即f(x)≥1.(2)设函数h(x)=1—ax2e—x.f(x)在(0,+∞)只有一个零点当且仅当h(x)在(0,+∞)只有一个零点.(ⅰ)当a≤0时,h(x)>0,h(x)没有零点;(ⅱ)当a>0时,h′(x)=ax(x—2)e—x.当x∈(0,2)时,h′(x)<0;当x∈(2,+∞)时,h′(x)>0.所以h(x)在(0,2)递减,在(2,+∞)递增.故h(2)=1—错误!是h(x)在(0,+∞)的最小值.1若h(2)>0,即a<错误!,h(x)在(0,+∞)没有零点;2若h(2)=0,即a=错误!,h(x)在(0,+∞)只有一个零点;3若h(2)<0,即a>错误!,由于h(0)=1,所以h(x)在(0,2)有一个零点.由(1)知,当x>0时,e x>x2,所以h(4a)=1—错误!=1—错误!>1—错误!=1—错误!>0,故h(x)在(2,4a)有一个零点.因此h(x)在(0,+∞)有两个零点.综上,f(x)在(0,+∞)只有一个零点时,a=错误!.2.(2017·全国卷Ⅲ)已知函数f(x)=x—1—a ln x.(1)若f(x)≥0,求a的值;(2)设m为整数,且对于任意正整数n,错误!错误!·…·错误!<m,求m的最小值.[解] (1)f(x)的定义域为(0,+∞),1若a≤0,因为f错误!=—错误!+a ln 2<0,所以不满足题意.2若a>0,由f′(x)=1—错误!=错误!知,当x∈(0,a)时,f′(x)<0;当x∈(a,+∞)时,f′(x)>0.所以f(x)在(0,a)递减,在(a,+∞)递增.故x=a是f(x)在(0,+∞)的唯一最小值点.因为f(1)=0,所以当且仅当a=1时,f(x)≥0,故a=1.(2)由(1)知当x∈(1,+∞)时,x—1—ln x>0.令x=1+错误!,得ln错误!<错误!,从而ln错误!+ln错误!+…+ln错误!<错误!+错误!+…+错误!=1—错误!<1.故错误!错误!·…·错误!<e.而错误!错误!错误!>2,所以m的最小值为3.。
高考数学一轮复习导学案 导数与函数单调性 学案
导数与函数单调性一、回顾:将函数x x f y sin )('=的图象向左平移4π个单位,得到函数x y 2sin 21-=的图象,则)(x f 是▲(写出一个即可) 二、08~12年某某数学命题研究及13年走势分析2012年某某省高考说明中,《导数及其应用》属于必做题部分,其中导数的概念是A 级要求,导数的几何意义,导数的运算,利用导数研究函数的单调性与极值,以及导数在实际问题中的应用是B 级要求.导数与函数、数列、三角、不等式、解析几何等知识有着密切的联系,导数作为工具在研究函数的性质及在实际生活中有着广泛的应用, 导数是高中数学中与高等数学联系最密切的知识之一,所以备受高考命题老师的重视.2008年14题考查 导数在函数单调性的综合运用2009年03题考查 导数研究函数单调性2010年14题考查 导数研究函数性质2011年12题考查 指数函数、导数的几何意义 2012年考查 导数研究函数零点导数—导数作为新增内容应为考查的重点内容。
利用导数刻划函数,或已知函数性质求参数X 围等,2008年某某考了一道“导数应用题”,理科加试考了“导数与定积分混合型”题,2009年未考大题。
那么2013年仍应重视导数题的考查,以中档题为主。
小题中两年都考了三次函数,应该更加关注指、对数函数,三角函数的导数及相关的超越函数. 三、知识点梳理: 函数单调性:⑴函数单调性的判定方法:设函数)(x f y =在某个区间内可导,如果)('x f >0,则)(x f y =为增函数;如果)('x f <0,则)(x f y =为减函数. ⑵常数的判定方法;如果函数)(x f y =在区间I 内恒有)('x f =0,则)(x f y =为常数.注:①)('x f >0是f (x )递增的充分条件,但不是必要条件,如32x y =在),(+∞-∞上并不是都有)('x f >0,有一个点例外即x =0时)('x f = 0,同样)('x f <0是f (x )递减的充分非必要条件.②一般地,如果)('x f 在某区间内有限个点处为零,在其余各点均为正(或负),那么f (x )在该区间上仍旧是单调增(或单调减)的. 经典体验:1.【07某某12】函数()ln (0)f x x x x =>的单调递增区间是 .2.函数]1,0[11)(22在xx x x x f -++-=上的最小值是 . 3.函数2cos y x x =+在区间[0,21]上的最大值是 . 经典讲练:例:1.【2010·某某中学月考】函数)(x f y =在定义域(3,23-)内可导,其图象如图所示,记)(x f y =的导函数为)('x f y =,则不等式0)('≤x f 的解集为______2.【靖江六校2011一调】7.已知函数()y f x =在定义域3(,3)2-上可导,()y f x =的图像如图,记()y f x =的导函数'()y f x =,则不等式'()0xf x ≤的解集是 ___ ___.3.【聊城一中·文科】10.定义在R 上的函数)(x f 满(4)1f =.)(x f '为)(x f 的导函数,已知函数)(x f y '=b a ,满足1)2(<+b a f ,则22b a ++的取值X 围是.例:2(2001年某某卷)0>a xx e a a e x f +=)(是R 上的偶函数。
人教A版高三数学一轮复习函数与导数学案
函数与导数■重点重温·1.几种惯例函数:(1)一次函数:f(x)=ax+b(a≠0).当b=0时,f(x)为奇函数.[应用1]若一次函数y=f(x)在区间[-1,2]上的最大值为3,最小值为1,则f(x)的分析式为________.2527[答案]f(x)=3x+3,或f(x)=-3x+3.(2)二次函数:①一般式:f(x)=ax2+bx+c(a≠0);②极点式:f(x)=a(x-h)2+k(a≠0);③零点式:f(x)=a(x-x1)(x-x2)(a≠0);④区间最值:一看张口方向,二看对称轴与所给区间的相对地点关系.1-2x+4的定义域、值域都是[2,2b],则b=[应用2]若函数y=2x________.【导号:07804160】[答案]2[应用3]设函数f(x)=x2+2(a-1)x+1在区间(-∞,4)上是减函数,则a的取值范围是________.[答案]a≤-3(3)三次函数的分析式的两种形式:①一般式:f(x)=ax3+bx2+cx+d(a≠0);②零点式:f(x)=a(x-x1)(x-x2)(x-x3)(a≠0).[应用4]已知函数f(x)=ax3+bx2+cx+d的图象如图2,则b的取值范围是________.图2[答案]b <0[应用5]若函数f(x)=x3+3ax2+3(a +2)x +3既有极大值又有极小值,则a 的取值范围为 ________.[答案]a>2或 a<-1cc(4)反比率函数:y =x (x≠0)平移?y =a +x -b (x≠0)(中心为(b ,a)).(5)分段函数:分段办理,有时联合函数图象研究问题.2x +a ,x<1,[应用6]已知实数a≠0,函数f(x)=-x -2a ,x≥1. ,若f(1-a)=f(1a),则a =________.[分析]当a <0时,3-(1-a)-2a =2(1+a)+a ,a =-4; 当a >0时,3-(1+a)-2a =2(1-a)+a ,a =-2(舍);3综上可知a =-4.3[答案]-4log x -1,x≥2,2[应用7]设函数f(x)=1 x 若f(x0)>1,则x0的取值范围2 -1,x<2,是________.【导号:07804161】[答案](-∞,-1)∪(3,+∞)[应用8]3-2ax-2a+2,x<1已知f(x)=是(-∞,+∞)上的增函数,logax,x≥15那么a的取值范围是_______.3[答案]4,2(6)指数函数、对数函数①指数与对数的关系:a b=N?log a N =b(a>0,a≠1,N>0),换底公式log a b =logcb;logcaM②对数的运算法例:logaM +logaN =logaMN ;logaM -logaN =loga N ;③解对数函数问题时,注意到真数与底数的限制条件(真数大于0,底数大于0且不等于1);④字母底数范围不明确时需分类议论.32[应用9]2log32-log39+log38-5log53=________.[答案]-1[应用10]已知函数f(x)=log(x +1)的定义域和值域都是[0,1],则实数aa 的值是________.[答案]2[应用11]设a >0,a≠1,函数f(x)=ax 2+x +1有最大值,则不等式loga(x1)>0的解集为________.[分析]因为x 2+x +1有最小值,函数f(x)=ax 2+x +1有最大值,所以0<a <1,所以loga(x -1)>0=loga1?0<x -1<1,解得1<x <2.[答案](1,2)a(7)对勾函数:f(x)=x +x ①函数f(x)是奇函数;②单一性: a <0时,区间(-∞,0),(0,+∞)上为增函数;a >0时,在(0,a],[-a ,0)递减,在(-∞,-a],[a ,+∞)递加;③在[c ,d]上的最值:当等号能取到时,利用基本不等式求解;当等号不能取到时,利用单一性.[应用 12]已知a >0,求函数y =x 2+a +1的最小值.x 2+a [ 答案 <≤ 时,min =2;a >1时,ymin =a +1 ]0a1 ya2.函数图象的几种常有变换(1)平移变换:左右平移——“左加右减”(注意是针对x而言);上下平移——“上加下减”.(2)翻折变换:f(x)→|f(x)|;f(x)→f(|x|).(3)对称变换:①函数y=f(x)与y=-f(-x)的图象对于原点成中心对称;②函数y=f(x)与y=f(-x)的图象对于直线x=0(y轴)对称;函数y=f(x)与函数y=-f(x)的图象对于直线y=0(x轴)对称.[应用1 3]已知函数|lnx|f(x)=e-1x-x,则函数y=f(x+1)的大概图象为()1x,0<x<1,[分析]=1∵f(x)=e|lnx|-x-xx,x≥1,又y=f(x+1)的图象可由y=f(x)向左平移1个单位获得,所以联合选项可知A正确.[答案]A3.函数的常用性质研究函数的性质时,建立定义域优先的原则.(1)函数的单一性与最值①判断函数单一性的常用方法:定义法、图象法、导数法、复合函数法;②求函数最值(值域)的常用方法:单一性法、图象法、基本不等式法、导数法、有界函数法.[应用14]已知y =loga(2-ax)在[0,1]上是x 的减函数,则a 的范围为________.[答案](1,2)[应用15]函数f(x)=e x-x +1(e 为自然对数的底数)在区间[-1,1]上的最大值是________.[答案]e(2)函数的对称性a +b①轴对称:若函数y =f(x)知足f(a +x)=f(b -x),则图象对于x =2对称.特别地,若f(x)为偶函数,则f(-x)=f(x)=f(|x|).②中心对称:若函数y =f(x)知足f(a +x)+f(a -x)=0,则图象对于(a,0)成中心对称.特别地,若f(x)为奇函数,则f(-x)=-f(x).1-x[应用 16]f(x)=(1+x)1+x 是________函数(填“奇”“偶”或“非奇非偶”).[答案]非奇非偶1π[应用17]函数f(x)=2-x 的图象与函数g(x)=2sin 2x(0≤x≤4)的图象的所有交点为(x1,y1) , (x 2,y2,, (x n ,yn ,则 f(y 1+y2++yn + 1+x2))) g(x++xn)=________.【导号:07804162】[分析]如图,画出函数f(x)和g(x)的图象,可知有 4个交点,而且对于点 (2,0)对称,所以y +y +y +y =0,x +x +x +x =8,所以f(y +y +y12 3 4 1 2 3 4 1 2 3 11+y4)+g(x1+x2+x3+x4)=f(0)+g(8)=2+0=2.[答案]1 2(3)函数的周期性f(x)=f(x +a)(a>0),则f(x)的周期T =a ;1②f(x+a)=fx (f(x)≠0)或f(x +a)=-f(x),则f(x)的周期T =2a ;f(a +x)=f(x +b),则周期T =|a -b|.[应用18]设f(x)是定义在R 上的周期为3的函数,当x∈[-2,1)时,f(x)=4x2-2,-2≤x≤0,则f 5=________.x ,0<x<1,2[答案]-1(4)函数的零点函数y =f(x)的零点就是方程 f(x)=0的实数根,求f(x)=g(x)根的个数时,可在同一坐标系中作出函数y =f(x)和y =g(x)的图象,看它们交点的个数;求方程根(函数零点)的范围,可利用图象察看或零点存在性定理.[应用19]定义在R 上的函数f(x)知足f(x +2)=f(x)+1,且x∈[0,1]时,f(x)=4x,x∈(1,2)时,f(x)=f x1,令g(x)=2f(x)-x -4,x∈[-6,2],则函数g(x) 的零点个数为( )A .6B .7C .8D .9[分析]∵x∈[0,1]时,f(x)=4x,∴f(1)=4,f14∴x∈(1,2)时,f(x)=x =x ,∵g(x)=2f(x)-x -4,x∈[-6,2],1令g(x)=2f(x)-x-4=0,即f(x)=2x+2.∵函数f(x)知足f(x+2)=f(x)+1,即自变量x每增添2个单位,函数图象向上平移1个单位,自变量每减少2个单位,函数图象向下平移1个单位,1分别画出函数y=f(x)在x∈[-6,2],y=2x+2的图象,∴y=f(x)在x∈[-16,2],y=2x+2有8个交点,故函数g(x)的零点个数为8个.应选C.[答案]C[应用20]已知定义在R上的函数f(x)知足:(1)f(x)+f(2-x)=0,(2)f(x-1-x2x∈[-1,0]2)=f(-x),(3)在[-1,1]上表达式为f(x)=π,则函cos2x x∈0,1] 2x x≤0数f(x)与函数g(x)=的图象在区间[-3,3]上的交点个数为1-xx>0()A.5B.6C.7D.8[分析]由(1)f(x)+f(2-x)=0可得f(x)对于(1,0)对称,(2)f(x -2)=f(-x)可得f(x)对于直线x=-1对称,作出表示图,知函数f(x)与函数g(x)有6个交点.] [答案]B4.导数在研究函数性质中的应用00,f(x0))处切线的斜(1)导数几何意义:k=f′(x)表示曲线y=f(x)在点P(x率.注意过某点的切线(即便点在曲线上)不必定只有一条.[应用21]过曲线y=x3-2x上的点(1,-1)的切线方程为________.[分析]设P(x0,y0)为切点,则切线的斜率为2y′|x=x0=3x0-2.∴切线方程为y-y0=(3x 22)(x-0,即320-00x)y-(x-2x)=(3x-2)(x-x).又知切线过点(1,-1),把它代入上述方程,得-321-(x0-2x0)=(3x0-2)(1-x0),整理,得(x0-1)2(2x0+1)=0,001解得x =1,或x=-2.13故所求切线方程为y-(1-2)=(3-2)(x-1),或y-(-8+1)=(4-2)(x+12),即x-y-2=0,或5x+4y-1=0.[答案] x-y-2=0或5x+4y-1=0(2)求函数单一性的步骤:明确函数y=f(x)的定义域?求导数?解不等式f′(x)>0得增区间(解不等式f′(x)<0得减区间).1[应用22]函数f(x)=xlnx(x>0且x≠1)在________上是减函数,在________上是增函数.【导号:07804163】[答案] 1,+∞ 0,1ee121[应用23]已知函数f(x)=2x +2ax -lnx ,若f(x)在区间3,2上是增函数,则实数a 的取值范围为________.11 1[分析] 由题意知f′(x)=x +2a-x≥0在 3,2上恒建立,即2a≥-x+x11 8在3,2 上恒建立,因为-x +x max=3,8所以2a≥3,4 即a≥3.4[答案]3,+∞(3)求函数极值、最值的步骤:①求导;②变形;③求解;④列表;⑤作答.特别提示:①导数为零的点其实不必定是极值点,f′(x 0)=0是x 0为极值点的必需不充分条件;②给出函数极大(小)值的条件,既要考虑f′(x 0)=0,又要考虑查验“左正右负”(或“左负右正”).[应用24]函数f(x)=x 3+ax 2+bx +a 2在x =1处有极小值10,则a +b 的值为________.[分析] f′(x)=3x 2+2ax +b ,由x =1时,函数获得极值10,得f′1=3+2a +b =0,f1=1+a +b +a2=10,② ①a =4,a =-3联立①②得或b =-11,b =3.当a=4,b=-11时,f′(x)=3x2+8x-11=(3x+11)(x-1)在x=1双侧的符号相反,切合题意.当a=-3,b=3时,f′(x)=3(x-1)2在x=1双侧的符号同样,所以a=-3,b=3不切合题意,舍去.综上可知a=4,b=-11,∴a+b=-7.[答案]-7(4)利用导数解决不等式问题的思想①证明不等式f(x)<g(x),可结构函数h(x)=f(x)-g(x),再证明h(x)max<0.②不等式恒建立问题可利用分别参数法或直接求含参数的函数的最值.[应用25]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)>x2,则不等式(x-2017)2f(x-2017)-4f(2)>0的解集为()A.(2014,+∞)B.(0,2014)C.(0,2019)D.(2019,+∞)[分析]由2f(x)+xf′(x)>x2且x>0,得2xf(x)+x2f′(x)>x3>0.令g(x)=x2f(x)(x>0),则g′(x)=2xf(x)+x2f′(x)>0,所以g(x)在(0,+∞)上单一递加.因为g(2)=4f(2),g(x-2017)=(x-2017)2f(x-2017),所以不等式(x-2017)2f(x-2017)-4f(2)>0等价于g(x-2017)>g(2),所以x-2 017>2,解得x>2019,应选D.][答案] D■查缺补漏·1.以下函数中,既是偶函数又在区间(1,2)内单一递减的是()【导号:07804164】A.f(x)=-x1 B.f(x)=2xx -xD .f(x)=-cosx C .f(x)=2+2[对于A ,偶函数与单一递减均不知足;对于B ,切合题意;对于C ,不知足单一递减;对于D ,不知足单一递减,应选B.] .已知 f(x)=log2x ,x≥1,则f123的值是()2f2x ,0<x<1,2A .-1B .111C .2D .-231 3112-2C [∵2<1,∴f2 2=f(2 ),1又2-2<1,1 3 1∴f -22 2 =f(2)11122 2 =f(2)=log2 =2.]3.由曲线xy =1,直线y =x ,y =3所围成的平面图形的面积为 ()32A.9 B .2-ln3C .4+ln3D .4-ln3D [由曲线xy =1,直线y =x ,y =3所围成的平面图形以以下图中的暗影部分所示:13 1此中A 3,3 ,B(1,1),C(3,3),所以暗影部分的面积 S = 1 y -y dy =12 -lny 3 =-,应选yD.]21 4ln32xsin π.函数 = 2 +6x4 y x 的图象大概为() 4 -1A B C Dx π x -xx2sin 2+6xcos -6x2cos6x ,f(-x)= 2 2cos6x =-f(x) D [y =f(x)= x = x -1 x -1 = x 4-1 44-1-4 π是奇函数,清除A ,又在区间0,12上,f(x)>0,清除B ,当x→+∞时, f(x)→0,清除C ,应选D.]5.当1x 0<x≤2时,4<logax ,则a 的取值范围是( )【导号:07804165】A . , 2B .2,10 22C .(1,2)D .(2,2)B[当0<a<1 时,y =logax 是减函数,在0<x≤ 12内它的值域为1 x1 2 1loga 2,+∞,而y =4的值域为(1,2],所以此时有2<loga 2?logaa<loga 2,2 121∴a>2,解得 2 <a<1;当a>1时,y =logax 是增函数,在0<x≤ 2内它的值1 x1域为-∞,loga 2,而y =4的值域为(1,2],所以此时有loga 2<loga1=0,2明显不切合题意,综上2<a<1.]6 .已知 f(x) 是定义在 R 上的偶函数,且 f x -3 =fx +1恒建立,当x∈[2,3]时,2 2f(x)=x ,则当x∈(-2,0)时,f(x)=() A .2+|x +1|B .3-|x +1|C .|x -2|D .x +4B [∵?x∈R ,fx -3=fx +1,2 2∴f(x+1)=f(x -1),f(x +2)=f(x),即f(x)是最小正周期为 2的函数. 令0≤x≤1,则2≤x+2≤3,当x∈[2,3]时,f(x)=x , ∴f(x+2)=x +2,∴f(x)=x +2,x∈[0,1],∵f(x)是定义在R 上的偶函数,∴f(x)=-x +2,x∈[-1,0], 令-2≤x≤-1, 则0≤x+2≤1,∵f(x)=x +2,x∈[0,1], ∴f(x+2)=x +4,∴f(x)=x +4,x∈[-2,-1],当-2<x<0时,函数的分析式为: f (x)=3-|x +1|.]7.中国传统文化中好多内容表现了数的对称美,如图3所示的太极图是由黑白两个鱼形纹构成的圆形图案,充足显现了互相转变、对称一致的形式美、和睦美,给出定义:能够将圆O 的周长和面积同时均分的函数称为这个圆的“优美函数”,给出以下命题:图3①对于随意一个圆O,其“优美函数“有无数个”;22②函数f(x)=ln(x+x+1)能够是某个圆的“优美函数”;④函数y=f(x)是“优美函数”的充要条件为函数y=f(x)的图象是中心对称图形.此中正确的命题是:()A.①③B.①③④C.②③D.①④[对于①,过圆心的任向来线都能够知足要求,所以正确;对于②,能够做出其图象,故不可以是某圆的优美函数;对于③,只要将圆的圆心放在正弦函数的图象的对称中心上即可,所以正弦函数是无数个圆的优美函数;对于④,函数是中心对称图形时,函数是优美函数,可是优美函数不必定是中心对称,以下图:应选A.]fx8.已知y=f(x)是定义在R上的可导函数,当x≠0时,f′(x)+x>0,则对于x1的函数g(x)=f(x)+x 的零点个数为()A.1B.2C.0D.0或21[因为函数g(x)=f(x)+x,可得x≠0,所以g(x)的零点跟xg(x)的非零零点是完整同样的,故我们考虑xg(x)=xf(x)+1的零点,f x因为当x≠0时,f′(x)+x>0,fx①当x>0时,(xg(x))′=(xf(x))′=xf′(x)+f(x)=xf′x+x>0,∴在(0,+∞)上,函数xg(x)单一递加.又f(x)在R上可导,∴当x∈(0,+∞)时,函数xg(x)=xf(x)+1>1恒建立,所以,在(0,+∞)上,函数xg(x)=xf(x)+1没有零点.fx②当x<0时,因为(xg(x))′=(xf(x))′=xf′(x)+f(x)=xf′x+x<0,故函数xg(x)在(-∞,0)上是递减函数,函数xg(x)=xf(x)+1>1恒建立,故函数xg(x)在(-∞,0)上无零点.1综上得,函数g(x)=f(x)+x在R上的零点个数为0.]9.若函数f(x)=ln(x2+ax+1)是偶函数,则实数a的值为________.【导号:07804166】0 [由题意知,f(x)=ln(x2+ax+1)为偶函数,即ln(x2-ax+1)=ln(x2+ax+1),即x2-ax+1=x2+ax+1,明显a=0.]10.若偶函数y=f(x)的图象对于直线x=2对称,f(3)=3,则f(-1)=________.3 [因为f(x)的图象对于直线x =2对称,所以f(x)=f(4-x),f(-x)=f(4+ x),又f(-x)=f(x), 所以f(x)=f(4+x),则f(-1)=f(4-1)=f(3)=3.]11.若函数f(x)是定义在R 上的偶函数,在(-∞,0]上是减函数,且f(2)=0,则使得f(x)<0的x 的取值范围是________.(-2,2) [因为f(x)是偶函数,所以f(-x)=f(x)=f(|x|).因为f(x)<0,f(2)=0.所以f(|x|)<f(2).又因为f(x)在(-∞,0]上是减函数,所以f(x)在(0,+∞)上是增函数,所以|x|<2,所以-2<x<2.]2x+a ,x≥0, 12.已知函数f(x)=x 2-ax ,x<0.若f(x)的最小值是a ,则a =________.-4 [若a≥0,函数的值域为(0,+∞),不切合题意;若a<0,则函数的a 2a 2最小值为1+a 或-4.所以1+a =a 或-4=a ,解得a =-4.]13.已知函数f(x)=x3+x ,函数g(x)知足g(x)+g(2-x)=0,若函数h(x)=g(x)-f(x -1)有10个零点,则全部零点之和为________.[易知函数f(x)为奇函数,其对称中心为(0,0),所以函数y =f(x -1)的对称中心为(1,0).由函数g(x)知足g(x)+g(2-x)=0,知函数g(x)的对称中心为(1,0),函数h(x)=g(x)-f(x -1)有10个零点,即函数y =g(x)与y =f(x1)有10个交点,而且(1,0)对称,所以函数h(x)=g(x)-f(x -1)有10个零点,则全部零点之和为10.]ax 114.已知函数f(x)=x +a -a -a lnx(a>0).(1)求函数f(x)的单一区间和极值;1(2)证明:当a∈2,2时,函数f(x)没有零点(提示:ln2≈0.69)a x 1 1 a 22[解](1)因为f(x)=x +a -a -a lnx =a x +x -a -1lnx ,所以f′(x)= x +1x -a 22 .ax因为x>0,所以当x∈(0,a 2)时,f′(x)<0,当x∈(a 2,+∞)时,f′(x)>0.所以,函数f(x)的单一递加区间为2 (a ,+∞),单一递减区间为2(0,a).2当x =a 时,f(x)获得极小值21222f(a)=a[a +1-(a -1)lna].(2)证明:由(1)可知:当x =a 2时,f(x)获得极小值,亦即最小值.21222 f(a)=a[a +1-(a -1)lna],1又因为2≤a≤2,1 2所以4≤a≤4.1≤x≤4 ,则 ′ =1-lnx ,因为g′(x)在设g(x)=x +1-(x -1)lnx 4g(x)x 14,4上单一递减,且g′(1)>0,g′(2)<0,1所以g′(x)有独一的零点m∈(1,2),使得g(x)在4,m 上单一递加,在(m,4] 上单一递减,15-6ln2又因为g 4 = 4 >0,g(4)=5-6ln2>0,2 1 2 2 2所以g(x)>0恒建立.进而f(a)=a [a +1-(a -1)lna]>0 恒建立,则f(x)>0恒建立.1所以当a∈2,2时,函数f(x)没有零点.1215.设函数f(x)=4lnx -2ax +(4-a)x(a∈R ).(1)议论f(x)的单一性;(2)若函数f(x)存在极值,对于随意的 0<x1<x2,存在正实数 x0,使得f(x1)f(x2)=f′(x 0)·(x 1-x2),试判断x1+x2与2x0的大小关系并给出证明.【导号:07804167】4x +1ax -4[解] (1)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=x -ax +(4-a)=-x . 当a≤0时,则f′(x)>0,所以f(x)在(0,+∞)上单一递加.44当a>0时,则由f′(x)=0得,x =a ,x =-1(舍去).当x∈0,a 时,f′(x)>0,4当x∈a ,+∞时,f′(x)<0.44所以f(x)在0,a 上单一递加,在a ,+∞上单一递减.综上所述,当a≤0 时,f(x)在(0,+∞)上单一递加.当a>0时,f(x)在0,4上单一递加,在4,+∞上单一递减.aa(2)由(1)知,当a>0时,f(x)存在极值.1 2 21f(x1)-f(x2)=4(lnx1-lnx2)-2a(x1-x2)+(4-a)(x1 -x2)=4(lnx1-lnx2)-2a(x1+x2)(x1-x2)+(4-a)(x1-x2).fx1-fx2 =由题设得f′(x)=0 x -x1 24lnx1-lnx2 1 1 2x -x- 2a(x +x)+(4-a).21又f′x1+x2= 8x1+x2 +4-a ,-a·22 x1+x2所以f′(x 0)-f′x1+x224lnx1-lnx28 = -x1-x2 x1+x2=4lnx2-lnx1- 2x2-x1x2-x1x2+x1x24x22x1-1x2-x1lnx1-x2+1.x1设t =x,则t>1,2x12 x 2 -1 2t -1 1则ln x2-=lnt - (t>1). x x1 x2+1 t +1 x12t -1令g(t)=lnt - (t>1),则t +1t -12g′(t)=tt +12>0,所以g(t)在(1,+∞)上单一递加,所以g(t)>g(1)=0,2 x2-121x >0. 故ln x - x2x1 +11x又因为x2-x1>0,所以f′(x0)-f′x1+x2>0,2即f′x1+x2<f′(x 0).24x1+x2又由f′(x)=x -ax +(4-a)知f′(x)在(0,+∞)上单一2 >x0,递减,所以即x1+x2>2x0.。
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一轮复习函数与导数的综合测试卷【参考答案与解析】
1.D;2.D;3.B 4.B; 5.【答案】B
【解析】设,则的导数为,
∵当时总有成立,即当时,恒小于0,
∵当时,函数为减函数,
又∵
∵函数为定义域上的偶函数,又∵
∵函数的图象性质类似如图:数形结合可得
不等式
∵或故选B.
6.【答案】(﹣∞,﹣1)∵(1,+∞)
【解析】设,则
∵,∵
即函数在R上单调递减
而即
∵而函数在R上单调递减
∵即x∵(﹣∞,﹣1)∵(1,+∞)
7.【答案】(0,1)
8.【解析】(∵)解:a=1时,,
,,
令,解得,此时函数单调递增;令,解得,此时函数单调递减.
∵当x=ln2时,函数取得最大值,,
∵函数在R上单调递减.
(∵)证明:有两个极值点x1,x2(x1x2),∵有两个实根x1,x2(x1x2),
由,得x=ln2a.
,得ln2a1,解得2ae.
又,,∵0x11ln2a,
由,可得,
(0x11).
∵可知:x1是的极小值点,∵,.
9.【答案】
(I)a=-3,b=4;(∵) c的取值范围为(-∞,-1)∵(9,+∞)
10.【解析】设高为h,底边长为a,则所用材料为S=a2+4ah,
而a2h=256 ,a∵(0,+∞),
∵,a∵(0,+∞),
令,∵a=8.
显然当0<a<8时,;当a>8时,,
因此当a=8时,S最小,此时h=4.
11.【解析】
当a>0,x>0时,令
则
(1)当∵=4-4a<0即a>1时,在(0,+∞)上单调递增;
(2)当∵=4-4a=0即a=1时,在(0,+∞)上单调递增;
(3)当∵=4-4a>0即0<a<1时,
解得
故上单调递增,
在上单调递减.
12.【解析】设容器底面短边为x m,则另一边长为(x+0.5)m,
高为.
由且x>0,得0<x<1.6.
设容器的容积为y m3,则有,(0<x<1.6)
∵,即15x2-11x-4=0,解得(不合题意,舍去).
当x∵(0,1)时,y'>0;当x∵(1,1.6)时,y'<0.
∵函数y=-2x3+2.2x2+1.6x在(0,1)上单调递增,在[1,1.6]上单调递减.因此,当x=1时,y max=-2+2.2+1.6=1.8,这时,高为3.2-2×1=1.2.
故容器的高为1.2m时容器最大,最大容积为1.8m3.
13.【解析】(I).
令,得.
.
当时, ;当时,
所以在x=-1处取得极小值即;
(II) ,
的图像的开口向上,对称轴方程为
由知
在上的最大值为,即,
又由
当时, 取得最小值为
,
由三角形ABC有一条边平行于x轴知AC平行于x轴,所以
又由三角形ABC的面积为得
利用b=a+d,c=a+2d,得
联立(1)(2)可得.
解法二:
又c>0知在上的最大值为,即
又由
当时, 取得最小值为
,
由三角形ABC有一条边平行于x轴知AC平行于x轴,所以
又由三角形ABC的面积为得
利用b=a+d,c=a+2d,得
联立(1)(2)可得.
14.【解析】(∵)当时,,,
又,
所以曲线在点处的切线方程为,
即.
(∵).
由于,以下分两种情况讨论.
(1)当时,令,得到,.
当变化时,的变化情况如下表:
所以在区间,内为减函数,
在区间内为增函数.
函数在处取得极小值,且,
函数在处取得极大值,且.
(2)当时,令,得到,
当变化时,的变化情况如下表:
所以在区间,内为增函数,在区间内为减函数.函数在处取得极大值,且.
函数在处取得极小值,且.
15.【解析】(∵)设与在公共点处的切线相同.,,
由题意,.
即,
由得:,或(舍去).
即有.
令,则.
于是当,即时,;
当,即时,.
故在为增函数,在为减函数,
于是在的最大值为.
(∵)设,
则.
故在为减函数,在为增函数,于是函数在上的最小值是.故当时,有,
即当时,.。