(完整版)导数在研究函数中的应用(含标准答案)
导数在研究函数中的应用
【自主归纳,自我查验】
一、自主归纳
1.利用导函数判断函数单调性问题
函数f (x )在某个区间(a ,b )内的单调性与其导数的正负有如下关系 (1)若____ ___,则f (x )在这个区间上是增加的. (2)若____ ___,则f (x )在这个区间上是减少的. (3)若_____ __,则f (x )在这个区间内是常数. 2.利用导数判断函数单调性的一般步骤 (1)求f ′(x ).
(2)在定义域内解不等式f ′(x )>0或f ′(x )<0. (3)根据结果确定f (x )的单调区间. 3.函数的极大值
在包含0x 的一个区间(a ,b )内,函数y =f (x )在任何一点的函数值都_____0x 点的函数值,称点0x 为函数y =f (x )的极大值点,其函数值f (0x )为函数的极大值. 4.函数的极小值
在包含x 0的一个区间(a ,b )内,函数y =f (x )在任何一点的函数值都_____0x 点的函数值,称点0x x 0为函数y =f (x )的极小值点,其函数值f (0x )为函数的极小值.极大值与极小值统称为_______,极大值点与极小值点统称为极值点. 5.函数的最值与导数
1.函数y =f (x )在[a ,b ]上的最大值点0x 指的是:函数在这个区间上所有点的函数值都_________f (0x ).
2.函数y =f (x )在[a ,b ]上的最小值点0x 指的是:函数在这个区间上所有点的函数值都_________f (0x ).
二、自我查验
1.函数f (x )=x +eln x 的单调递增区间为( ) A .(0,+∞)
B .(-∞,0)
C .(-∞,0)和(0,+∞)
D .R
2.若函数f (x )=x 3+x 2+mx +1是R 上的单调增函数,则m 的取值范围是________.
3.函数f (x )的定义域为开区间(a ,b ),导函数f ′(x )在(a ,b )内的图象如图所示,则函数f (x )在开区间(a ,b )内有极小值点( ) A .1个 B .2个 C .3个
D .4个
4.若函数f (x )=x 3+ax 2+3x -9在x =-3时取得极值,则a 等于( ) A .2 B .3 C .4 D .5
5.函数ln x
y x
=
的最大值为( ) A .1
e - B .e C .2
e D .
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【典型例题】
考点一 利用导数研究函数的单调性
【例1】(2015·高考全国卷Ⅱ)已知函数f (x )=ln x +a (1-x ).
(1)讨论f (x )的单调性;
(2)当f (x )有最大值,且最大值大于2a -2时,求a 的取值范围.
【变式训练1】已知()3222f x x ax a x =+-+.
(1)若1a =时,求曲线()y f x =在点()()
1,1f 处的切线方程; (2)若0a >,求函数()f x 的单调区间.
考点二 利用导函数研究函数极值问题
【例2】已知函数()ln 3,f x x ax a =-+∈R . (1)当1a =时,求函数的极值; (2)求函数的单调区间.
【变式训练2】(2011·安徽)设f (x )=e x 1+ax 2,其中a 为正实数.当a =4
3时,求f (x )的极值点;
考点三 利用导函数求函数最值问题
【例3】已知a 为实数,.
(1)求导数; (2)若,求在[]2,2-上的最大值和最小值.
【应用体验】
1.函数ln y x x =-的单调递减区间为( ) A .](
1,1- B .)(
0,+∞ C .[)1,+∞ D .](
0,1
()))(4(2
a x x x f --=()x
f '()01=-'f ()x f
2.函数()e x f x x -=的单调递减区间是( )
A .(1,)+∞
B .(,1)-∞-
C .(,1)-∞
D .(1,)-+∞ 3.函数()()3e x f x x =-的单调递增区间是( ) A .()
0,3 B .()1,4
C .()
2,+∞
D .()
,2-∞
4.设函数()2
ln f x x x
=+,则( ) A .1
2x =
为()f x 的极大值点 B .1
2
x =为()f x 的极小值点
C .2x =为()f x 的极大值点
D .2x =为()f x 的极小值点
5.函数3
2
()23f x x x a =-+的极大值为6,那么a 的值是( ) A .0 B .1 C .5 D .6
【复习与巩固】
A 组 夯实基础
一、选择题
1.已知定义在R 上的函数()f x ,其导函数()f x '的大致图象如图所示,则下列叙述正确的是( )
A .()()()f b f c f d >>
B .()()()f b f a f e >>
C .()()()
f c f b f a >>
D .()()()f c f e f d >>
2.函数()2ln f x x a x =+在1x =处取得极值,则a 等于( )
A .2
B .2-
C .4
D .4-
3.函数()e x
f x x =-(e 为自然对数的底数)在区间[]
1,1-上的最大值是( )
A.1
B.1
C.e +1
D.e -1
二、填空题
4.若函数()321f x x x mx =+++是R 上的单调增函数,则实数m 的取值范围是________________.
5.若函数()23e
x
x ax
f x +=在0x =处取得极值,则a 的值为_________. 6.函数()e x f x x =-在]1,1[-上的最小值是_____________. 三、解答题 7.已知函数()2
1ln ,2
f x x x =-求函数()f x 的单调区间
8.已知函数(),1ln x
f x ax x x
=
+>. (1)若()f x 在()1,+∞上单调递减,求实数a 的取值范围; (2)若2a =,求函数()f x 的极小值.
B 组 能力提升
一、选择题
1.已知函数()2
13
ln 22
f x x x =-
+在其定义域内的一个子区间()1,1a a -+内不是单调函数,则实数a 的取值范围是( ) A .13,22??-
??? B .51,4??
???? C .31,
2?? ??? D .31,2??
????
2.若函数3
2y x ax a =-+在()0,1内无极值,则实数a 的取值范围是( ) A .30,2
??
??
??
B .(),0-∞
C .(]3
,0,2
??-∞+∞?
???U D .3,2??
+∞????
3.若函数()3
2
32
f x x x a =-
+在[]1,1-上有最大值3,则该函数在[]1,1-上的最小值是( ) A . B .0 C .
D .1
二、填空题
4.已知函数f (x )=1
2x 2+2ax -ln x ,若f (x )在区间????13,2上是增函数,则实数a 的取值范围为________.
5.设x 1,x 2是函数f (x )=x 3-2ax 2+a 2x 的两个极值点,若x 1<2 6.若函数f (x )=x 2-e x -ax 在R 上存在单调递增区间,则实数a 的取值范围是________. 三、解答题 7.已知函数f (x )=x -2ln x -a x +1,g (x )=e x (2ln x -x ). (1)若函数f (x )在定义域上是增函数,求a 的取值范围;(2)求g (x )的最大值. 1 2 -1 2 8.设函数f(x)=(x-1)e x-kx2(其中k∈R). (1)当k=1时,求函数f(x)的单调区间和极值; (2)当k∈[0,+∞)时,证明函数f(x)在R上有且只有一个零点. 《导数在研究函数中的应用》标准答案 一.自主归纳 1.(1)f ′(x )>0 (2)f ′(x )<0 (3)f ′(x )=0 3. 小于 4. 大于 极值 5.不超过 不小于 二.自我查验 1.解析:函数定义域为(0,+∞),f ′(x )=1+e x >0,故单调增区间是(0,+∞). 答案:A 2.解析:∵f (x )=x 3+x 2+mx +1, ∴f ′(x )=3x 2+2x +m . 又∵f (x )在R 上是单调增函数,∴f ′(x )≥0恒成立,∴Δ=4-12m ≤0,即m ≥13. 答案:???? ??13,+∞ 3.解析:导函数f ′(x )的图象与x 轴的交点中,左侧图象在x 轴下方,右侧图象在x 轴上方的只有一个,故选A. 答案:A 4.解析:f ′(x )=3x 2+2ax +3,由题意知f ′(-3)=0,即3×(-3)2+2×(-3)a +3=0,解得a = 5. 答案:D 5..A 当(0,e)x ∈时函数单调递增,当(e,)x ∈+∞时函数单调递减, A. 三.典型例题 【例题1】(1)f (x )的定义域为(0,+∞),f ′(x )=1 x -a .若a ≤0,则f ′(x )>0, 所以f (x )在(0,+∞)单调递增.若a >0,则当x ∈? ? ???0,1a 时,f ′(x )>0; 当x ∈? ????1a ,+∞时,f ′(x )<0.所以f (x )在? ? ???0,1a 单调递增, 在? ?? ?? 1a ,+∞单调递减. (2)由(1)知,当a ≤0时,f (x )在(0,+∞)无最大值;当a >0时,f (x )在x =1a 处 取得最大值,最大值为f ? ????1a =ln 1a +a ? ? ???1-1a =-ln a +a -1. 因此f ? ?? ?? 1a >2a -2等价于ln a +a -1<0. 令g (a )=ln a +a -1,则g (a )在(0,+∞)单调递增,g (1)=0. 于是,当01时,g (a )>0. 因此,a 的取值范围是(0,1). 【变式训练1】(1)当1a =时,()322f x x x x =+-+,∴()2321f x x x '=+-, ∴切线斜率为()14k f '==,又()13f =,∴切点坐标为()1,3,∴所求切线方程为 ()341y x -=-,即410x y --=. (2)()()()22323f x x ax a x a x a '=+-=+-,由()0f x '=,得x a =-或3 a x = .0,.3a a a >∴>-Q 由()0f x '>,得x a <-或3a x >,由()0f x '<,得.3a a x -<< ∴函数()f x 的单调递减区间为,3a a ??- ???,单调递增区间为(),a -∞-和,3a ?? +∞ ??? . 【例题2】(1)当1a =时,()ln 3f x x x =-+,()()1110x f x x x x -'= -=>, 令()0f x '>,解得01x <<,所以函数()f x 在(0,1)上单调递增; 令()0f x '<,解得1x >,所以函数()f x 在()1,+∞上单调递减; 所以当1x =时取极大值,极大值为()12f =,无极小值. (2)函数()f x 的定义域为()0,+∞,()1 f x a x '=-. 当0a ≤时,1 ()0f x a x '=->在()0,+∞上恒成立, 所以函数()f x 在()0,+∞上单调递增; 当0a >时,令()0f x '>,解得10x a << ,所以函数()f x 在10,a ?? ??? 上单调递增; 令()0f x '<,解得1x a > ,所以函数()f x 在1,a ?? +∞ ??? 上单调递减. 综上所述,当0a ≤时,函数()f x 的单调增区间为()0,+∞;当0a >时,函数() f x 的单调增区间为10,a ?? ???,单调减区间为1,a ?? +∞ ??? . 【变式训练2】解 对f (x )求导得 f ′(x )=e x ·1+ax 2-2ax 1+ax 22. 当a =43 时,若f ′(x )=0, 则4x 2 -8x +3=0, 解得x 1=32,x 2=1 2 .结合①,可知 x (-∞, 12) 1 2 (12,32) 32 (32,+∞) f ′(x ) + 0 - 0 + f (x ) 极大值 极小值 所以x 1=2是极小值点,x 2=2 是极大值点. 【例题3】1). (2)由得, 故, 则43x =或, 由,,41641205504.39329627f ?????? =-?-=-?=- ? ? ??????? 故,. 【变式训练3】1)当0a ≥时,函数()e 20x f x a '=+>,()f x 在R 上单调递增,当0a <时,()e 2x f x a '=+,令e 20x a +=,得ln(2)x a =-,所以当(,ln(2)) x a ∈-∞-()423)4()(2'2 2 --=-+-=ax x x a x x x f ()01=-'f 2 1=a 2 42 1)21)(4()(2 32+--=--=x x x x x x f ()3 4,143'2 =-=?--=x x x x x f 或0)2()2(==-f f 29)1(=-f 29)(max =x f 27 50 )(min -=x f 时,()0f x '<,函数()f x 单调递减;当(ln(2),)x a ∈-+∞时,()0f x '>,函数()f x 单调递增. (2)由(1)可知,当0a ≥时,函数()e 20x f x ax =+>,不符合题意. 当0a <时,()f x 在(,ln(2))a -∞-上单调递减,在(ln(2),)a -+∞上单调递增. ①当ln(2)1a -≤()f x 最小值为(1)2e f a =+. 解2e 0a +=,得. ②当ln(2)1a ->()f x 最小值为(ln(2))22ln(2)f a a a a -=-+-, 解22ln(2)0a a a -+-=,得2 e a =-,不符合题意. 应用体验: 1.D 【解析】函数的定义域为)(0,+∞,令11 10x y x x -'=-=≤,解得](0,1x ∈,又0x >,所以](0,1x ∈,故选D. 考点:求函数的单调区间. 2.A 【解析】导数为()() ()e e 1e x x x f x x x ---'=+?-=-,令()0f x '<,得1x >,所以减区间为()1,+∞. 考点:利用导数求函数的单调区间. 3.C 【解析】()()()e 3e e 2x x x f x x x '=+-=-,令()()e 20x f x x '=->,解得2x >,所以函数()f x 的单调增区间为()2,+∞.故选C . 4.【解析】()22212 x f x x x x -'=- +=, 由()0f x '=得2x =,又函数定义域为()0,+∞,当02x <<时,()0f x '<,()f x 递减,当2x >时,()0f x '>,()f x 递增,因此 2x =是函数()f x 的极小值点.故选D . 考点:函数的极值点. 5.D 【解析】()()322()23,6661f x x x a f x x x x x '=-+∴=-=-Q ,令()0,f x '= 可得0,1x =,容易判断极大值为()06f a ==. 考点:函数的导数与极值. 复习与巩固 A 组 1.C 【解析】由()f x '图象可知函数()f x 在(),c -∞上单调递增,在(),c e 上单调递减,在(),e +∞上单调递增,又(),,,a b c c ∈-∞,且a b c <<,故()()()f c f b f a >>. 考点:利用导数求函数单调性并比较大小. 2.B 【解析】()2a f x x x '=+,由题意可得()121201 a f a '=?+=+=,2a ∴=-.故选B. 考点:极值点问题. 3.D 【解析】()e 1x f x '=-,令()0,f x '=得0x =. 又()()()010e 01,1e 11,111,e f f f =-==->-=+>且11e 11e 2e e ?? --+=-- ???= 2e 2e 1 0e --=>,所以()()max 1e 1,f x f ==-故选D. 考点:利用导数求函数在闭区间上的最值. 4.1,3??+∞???? 【解析】由题意得()0f x '≥在R 上恒成立,则()2320f x x x m '=++≥,即 232m x x ≥--恒成立.令()232g x x x =--,则()max m g x ≥????,因为() g x 232x x =--为R 上的二次函数,所以()2 max 11333g x g ???? =-=-?-?? ? ??????? 11233??-?-= ???,则m 的取值范围是1,3??+∞???? . 5.0 【解析】()()()() ()222 6e 3e 36e e x x x x x a x ax x a x a f x +-+-+-+'= = , 由题意得()00f a '==. 考点:导数与极值. 6.1 【解析】因为()e 1x f x '=-,()00,()00f x x f x x ''>?><,所以()f x 在 [1,0]-单调递减,在[0,1]单调递增,从而函数()e x f x x =-在]1,1[-上的最小值是 0(0)e 01f =-=. 考点:函数的最值与导数. 7.【解析】()21 ln 2 f x x x =-的定义域为()0,+∞, ()211 x f x x x x -'=-=,令()0f x '=,则1x =或1-(舍去). ∴当01x <<时,()0f x '<,()f x 递减,当1x >时,()0f x '>,()f x 递增, ∴()f x 的递减区间是()0,1,递增区间是()1,+∞. 考点:利用导数求函数的单调区间. 8.(1)1 4 a ≤-(2 )【解析】(1)函数(),1ln x f x ax x x =+>,则()2ln 1 ln x f x a x -'=+,由题意可得()0f x '≤在()1,x ∈+∞上恒成立,∴2 211111 ln ln ln 24 a x x x ??≤- =-- ???, ∵()1,x ∈+∞,()ln 0,,x ∴∈+∞021ln 1=-∴x 时,函数2 111 ln 24t x ??=-- ???取最小值4 1 - ,41-≤∴a , (2)当2a =时,()2ln x f x x x =+,()22 ln 12ln ln x x f x x -+'=, 令()0f x '=,得22ln ln 10x x +-=,解得2 1 ln = x 或ln 1x =-(舍去), 即x = 当1x <<()0f x '< ,当x >()0f x '>, ∴()f x 的极小值为 f =. B 组 1.D 【解析】因为函数()213 ln 22 f x x x =-+在区间()1,1a a -+上不单调,所以 ()2141 222x f x x x x -'=-=在区间()1,1a a -+上有零点, 由()0f x '=,得12x =,则10, 1 11,2 a a a -≥?? ?-<<+??得312a ≤<,故选D . 考点:函数的单调性与导数的关系. 2.C 【解析】232y x a '=-,①当0a ≤时,0y '≥,所以32y x ax a =-+在()0,1上单调递增,在()0,1内无极值,所以0a ≤符合题意;②当0a >时,令0y '=,即 2320x a -= ,解得12,33x x =- = ,当,x ??∈-∞+∞ ? ????? U 时,0y '> ,当x ?∈ ??时,0y '<,所以32y x ax a =-+ 的单调递增区间为,,??-∞+∞ ? ????? ,单调递减区间为? ?? ,当x =数取得极大值, 当x = 原函数取得极小值,要满足原函数在()0,1内无极值, 1≥,解得32a ≥.综合①②得, a 的取值范围为(]3,0,2?? -∞+∞???? U ,故选C. 考点:导函数,分类讨论思想. 3.C 【解析】()()23331f x x x x x '=-=-,当()0f x '>时,1>x 或0 以当0=x 时,函数取得最大值()30==a f ,则()323 32 f x x x =-+,所以 ()211= -f ,()251=f ,所以最小值是()2 11=-f . 考点:利用导数求函数在闭区间上的最值. 4.解析:由题意知f ′(x )=x +2a -1x ≥0在?????? 13,2上恒成立,即2a ≥-x +1x 在 ??????13,2上恒成立,∵? ? ???-x +1x max =83,∴2a ≥83,即a ≥43. 答案:???? ?? 43,+∞ 5.解析:本题考查利用导数研究函数的极值及不等式的解法.由f ′(x )=3x 2- 4ax +a 2 =0得x 1 =a 3 ,x 2 =a .又∵x 1 <2 ,∴??? a >2, a 3<2, ∴2 答案:(2,6) 6.解析:∵f (x )=x 2-e x -ax ,∴f ′(x )=2x -e x -a , ∵函数f (x )=x 2-e x -ax 在R 上存在单调递增区间, ∴f ′(x )=2x -e x -a ≥0,即a ≤2x -e x 有解,设g (x )=2x -e x ,则g ′(x )=2-e x ,令g ′(x )=0,解得x =ln 2,则当x 7.解:(1)由题意得x >0,f ′(x )=1-2x +a x 2. 由函数f (x )在定义域上是增函数,得f ′(x )≥0,即a ≥2x -x 2=-(x -1)2+1(x >0). 因为-(x -1)2+1≤1(当x =1时,取等号),所以a 的取值范围是[1,+∞). (2)g ′(x )=e x ? ????2 x -1+2ln x -x ,由(1)得a =2时,f (x )=x -2ln x -2x +1, 且f (x )在定义域上是增函数,又f (1)=0, 所以,当x ∈(0,1)时,f (x )<0,当x ∈(1,+∞)时,f (x )>0. 所以,当x ∈(0,1)时,g ′(x )>0,当x ∈(1,+∞)时,g ′(x )<0. 故当x =1时,g (x )取得最大值-e. 8.解:(1)当k =1时,f (x )=(x -1)e x -x 2,f ′(x )=e x +(x -1)e x -2x =x e x -2x =x (e x -2), 令f ′(x )=0,得x 1=0,x 2=ln 2. 当x 变化时,f ′(x ),f (x )的变化如下表: 0],[ln 2,+∞). f (x )的极大值为f (0)=-1,极小值为f (ln 2)= -(ln 2)2+2ln 2-2. (2)f ′(x )=e x +(x -1)e x -2kx =x e x -2kx =x (e x -2k ), 当x <1时,f (x )<0,所以f (x )在(-∞,1)上无零点. 故只需证明函数f (x )在[1,+∞)上有且只有一个零点. ①若k ∈??? ???0,e 2,则当x ≥1时,f ′(x )≥0,f (x )在[1,+∞)上单调递增. ∵f (1)=-k ≤0,f (2)=e 2-4k ≥e 2-2e>0, ∴f (x )在[1,+∞)上有且只有一个零点. ②若k ∈? ???? e 2,+∞,则 f (x )在[1,ln 2k ]上单调递减,在[ln 2k ,+∞)上 单调递增. f (1)=-k <0,f (k +1)=k e k +1-k (k +1)2=k [e k +1-(k +1)2], 令 g (t )=e t -t 2,t =k +1>2,则g ′(t )=e t -2t , g ″(t )=e t -2, ∵t>2,∴g″(t)>0,g′(t)在(2,+∞)上单调递增. ∴g′(t)>g′(2)=e2-4>0,∴g(t)在(2,+∞)上单调递增.∴g(t)>g(2)=e2-4>0. ∴f(k+1)>0. ∴f(x)在[1,+∞)上有且只有一个零点. 综上,当k∈[0,+∞)时,f(x)在R上有且只有一个零点. 第13讲 函数与导数之导数及其应用 一. 基础知识回顾 1.函数的平均变化率:一般地,已知函数y =f (x ),x 0,x 1是其定义域内不同的两点,记Δx =x 1-x 0,Δy =y 1-y 0=f (x 1)-f (x 0)=f (x 0+Δx )-f (x 0),则当Δx ≠0时,商 =Δy Δx 称作函数y =f (x )在区间[x 0,x 0+Δx ](或[x 0+Δx ,x 0])的平均变化率. 2.函数y =f (x )在x =x 0处的导数:(1)定义:函数y =f (x)在点x 0处的瞬时变化率 通 常称为f (x )在x =x 0处的导数,并记作f ′(x 0),即 . (2)几何意义:函数f (x )在点x 0处的导数f ′(x 0)的几何意义是过曲线y =f (x )上点(x 0,f (x 0)) 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(右表) 5.导数运算法则 (1)[f (x )±g (x )]′= ; (2)[f (x )g (x )]′= ; (3)????f (x )g (x )′= [g (x )≠0]. 5.导数和函数单调性的关系:(1)若f ′(x )>0在(a ,b )上恒成立,则f (x )在(a ,b )上是 函数,f ′(x )>0的解集与定义域的交集的对应区间为 区间;(2)若f ′(x )<0在(a ,b )上恒成立,则f (x )在(a , b )上是 函数,f ′(x )<0的解集与定义域的交集的对应区间为 区间(3)若在(a ,b )上, f ′(x )≥0,且f ′(x )在(a ,b )的任何子区间内都不恒等于零?f (x )在(a ,b )上为 函数,若在 (a ,b )上,f ′(x )≤0,且f ′(x )在(a ,b )的任何子区间内都不恒等于零?f (x )在(a ,b )上为 函 数. 6.函数的极值:(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求f ′(x );②求方程 的根;③检查f ′(x )在方程 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 ;如果左负右正,那么f (x )在这个根处取得 . 7.函数的最值:(1)函数f (x )在[a ,b ]上必有最值的条件如果函数y =f (x )的图象在区间[a ,b ] 上 ,那么它必有最大值和最小值.(2)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 )内的 ;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.典例精析 探究点一:导数的运算 例1:求下列函数的导数: (1)y =(1-x )? ???1+1x ; (2)y =ln x x ;(3)y =x e x ; (4)y =tan x . 利用导数研究函数的单调性、极值、最值 1.函数f(x)=(x-3)e x的单调递增区间是() A.(-∞,2) B.(0,3) C.(1,4) D.(2,+∞) 答案D 解析函数f(x)=(x-3)e x的导数为f'(x)=[(x-3)e x]'=e x+(x-3)e x=(x-2)e x. 由函数导数与函数单调性的关系,得当f'(x)>0时,函数f(x)单调递增,此时由不等式f'(x)=(x-2)e x>0,解得x>2. 2.(2018广东东莞考前冲刺)若x=1是函数f(x)=ax+ln x的极值点,则() A.f(x)有极大值-1 B.f(x)有极小值-1 C.f(x)有极大值0 D.f(x)有极小值0 答案A 解析∵x=1是函数f(x)=ax+ln x的极值点,∴f'(1)=0, ∴a+=0,∴a=-1. ∴f'(x)=-1+=0?x=1. 当x>1时,f'(x)<0,当0 ∵f(0)=2,∴g(0)=f(0)=2, ∴不等式f(x)>2e x等价于g(x)>g(0). ∵函数g(x)在定义域内单调递增. ∴x>0,∴不等式的解集为(0,+∞),故选C. 4.函数y=f(x)的导函数y=f'(x)的图象如图所示,则函数y=f(x)的图象可能是() 答案D 解析设导函数y=f'(x)的三个零点分别为x1,x2,x3, 且x1<0 导数在研究函数中的应用 【自主归纳,自我查验】 一、自主归纳 1.利用导函数判断函数单调性问题 函数f(x)在某个区间(a,b)内的单调性与其导数的正负有如下关系 (1)若____ ___,则f(x)在这个区间上是增加的. (2)若____ ___,则f(x)在这个区间上是减少的. (3)若_____ __,则f(x)在这个区间内是常数.2.利用导数判断函数单调性的一般步骤 (1)求f′(x). (2)在定义域内解不等式f′(x)>0或f′(x)<0. (3)根据结果确定f(x)的单调区间. 3.函数的极大值 在包含 x的一个区间(a,b)内,函数y=f(x)在任何一点的函数值 都_____ x点的函数值,称点0x为函数y=f(x)的极大值点,其函数 值f( x)为函数的极大值. 4.函数的极小值 在包含x0的一个区间(a,b)内,函数y=f(x)在任何一点的函数值都_____ x点的函数值,称点0x x0为函数y=f(x)的极小值点,其函数 值f( x)为函数的极小值.极大值与极小值统称为_______,极大值 点与极小值点统称为极值点. 5.函数的最值与导数 1.函数y=f(x)在[a,b]上的最大值点 x指的是:函数在这个区间上 所有点的函数值都_________f( x). 2.函数y=f(x)在[a,b]上的最小值点 x指的是:函数在这个区间上 所有点的函数值都_________f( x). 二、自我查验 1.函数f(x)=x+eln x的单调递增区间为() A.(0,+∞) B.(-∞,0) C.(-∞,0)和(0,+∞) D.R 2.若函数f(x)=x3+x2+mx+1是R上的单调增函数,则m的取值范围是________. 3.函数f(x)的定义域为开区间(a,b),导函数f′(x) 在(a,b)内的图象如图所示,则函数f(x)在开区间(a, b)内有极小值点() A.1个B.2个 C.3个D.4个 4.若函数f(x)=x3+ax2+3x-9在x=-3时取得极值,则a等于() A.2 B.3 C.4 D.5 5.函数ln x =的最大值为() y x A.1e-B.e C.2e D.10 3 【典型例题】 考点一利用导数研究函数的单调性 【例1】(2015·高考全国卷Ⅱ)已知函数f(x)=ln x+a(1-x). (1)讨论f(x)的单调性; (2)当f(x)有最大值,且最大值大于2a-2时,求a的取值范围. 3.2利用导数研究函数的性质 第2课时导数与函数的极值、最值 一、基础知识 1.函数的单调性(复习) 在某个区间(a,b)内,如果f′(x)>0,那么函数y=f(x)在这个区间内单调递增;如果f′(x)<0,那么函数y=f(x)在这个区间内单调递减. 2.函数的极值 (1)一般地,求函数y=f(x)的极值的方法 解方程f′(x)=0,当f′(x0)=0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考查f′(x)在方程f′(x)=0的根附近的左右两侧导数值的符号.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. 3.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. 知识拓展 (1)对于可导函数f(x),f′(x0)=0是函数f(x)在x=x0处有极值的必要不充分条件. (2)函数的极大值不一定比极小值大. (3)对可导函数f (x ),f ′(x 0)=0是x 0点为极值点的必要不充分要条件. 二、基本题型 1.根据函数图象判断极值 【例1-1】 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 D 解析 由题图可知,当x <-2时,f ′(x )>0;当-2 导数在研究函数中的应用 1.函数的单调性 在某个区间(a,b)内,如果f′(x)______0,那么函数y=f(x)在这个区间内单调递增;如果f′(x)______0,那么函数y=f(x)在这个区间内单调递减. 2.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________,右侧________,那么f(x0)是极大值; ②如果在x0附近的左侧________,右侧________,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________的根; ③检查f′(x)在方程________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__________;如果左负右正,那么f(x)在这个根处取得__________. 3.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________为函数的最小值,________为函数的最大值;若函 数f(x)在[a,b]上单调递减,则________为函数的最大值,________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________; ②将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. 要点梳理 1.>< 2.(1)①f′(x)>0f′(x)<0②f′(x)<0f′(x)>0(2)②f′(x)=0③f′(x)=0极大值极小值 3.(2)f(a)f(b)f(a)f(b) (3)①极值②f(a),f(b) 1. f(x)=3x-x3的单调减区间为_____________________________________________. 2.函数f(x)=e x-x在区间(-∞,0)内是单调__________(填“增函数”或“减函数”). 3.函数f(x)=x3+ax-2在(1,+∞)上是增函数,则实数a的取值范围是________. 4.如图是y=f(x)导数的图象,对于下列四个判断: ①f(x)在[-2,-1]上是增函数; ②x=-1是f(x)的极小值点; ③f(x)在[-1,2]上是增函数,在[2,4]上是减函数; ④x=3是f(x)的极小值点. 其中正确的判断是________.(填序号) 利用导数研究函数的单调性 一、选择题 1.函数f (x )=x ln x ,则( ) A.在(0,+∞)上递增 B.在(0,+∞)上递减 C.在? ? ???0,1e 上递增 D.在? ? ???0,1e 上递减 解析 f (x )的定义域为(0,+∞),f ′(x )=ln x +1,令f ′(x )>0得x >1 e , 令f ′(x )<0得0 解析由y=f′(x)的图象知,y=f(x)在[-1,1]上为增函数,且在区间(-1,0)上增长速度越来越快,而在区间(0,1)上增长速度越来越慢. 答案 B 5.设函数f(x)=1 2 x2-9ln x在区间[a-1,a+1]上单调递减,则实数a的取值 范围是( ) A.(1,2] B.(4,+∞] C.[-∞,2) D.(0,3] 解析∵f(x)=1 2 x2-9ln x,∴f′(x)=x- 9 x (x>0), 当x-9 x ≤0时,有0 利用导数求函数最值 高二苏庭 导数是对函数的图像与性质的总结与拓展,导数是研究函数单调性极佳、最佳的重要工具,在掌握求函数的极值和最值的基础上学习用导数解决生产生活中的有关最大最小最有效等类似的应用问题广泛运用在讨论函数图像的变化趋势及证明不等式等方面。 导数是初等数学与高等数学的重要衔接点,是高考的热点,高考对导数的考查定位于作为解决初等数学问题的工具出现,高考对这部分内容的考查将仍会以导数的应用题为主,如利用导数处理函数的极值、最值和单调性问题和曲线的问题等,考题不难,侧重知识之意。 导数应用主要有以下三个方面: ①运用导数的有关知识研究函数的单调性和最值问题, ②利用导数的几何意义,研究曲线的切线斜率。函数y=f(x)在x=x0处的导数,表示曲线在点P(x0 , y0)处的切线斜率。 由导数来求最值问题的方法可知,解这类实际问题需先建立函数关系,再求极值点,确定最值点及最值.在设变量时可采用直接法也可采用间接法. 求函数极值时,导数值为0的点是该点为极值点的必要条件,但不是充分条件。 运用导数确定函数单调区间的一般步骤为: (1)求出函数y=f(x)的导函数; (2)在函数定义域内解不等式得函数y=f(x)的单调增区间;解不等式得函数y=f(x)的单调减区间。 例题剖析 例1、求函数的值域. 分析: 求函数的值域以前学过一些方法,也可利用求导的方法,根据函数的单调性求解. 解答: 函数的定义域由求得,即x≥-2. 当x>-2时,y′>0,即函数,在(-2,+∞)上是增函数,又f(-2)=-1,∴所求函数的值域为[-1,+∞). 点评: (1)从本题的解答过程可以看到,当单调区间与函数的值域相同时,才可使用此法,否则会产生错误. (2)求值域时,当x=-2,函数不可导,但函数 在[-2,+∞)上是连续的,函数图象是连续变化的,因此在x=-2时,取得最小值. 例2、把长度为16cm的线段分成两段,各围成一个正方形,它们的面积之和的最小值为多少? 分析:建立面积和与一正方形的周长的函数关系,再求最小值. 解答:设一段长为xcm,则另一段长(16-x)cm. ∴面积和 ∴S′=-2,令S′=0有x=8. 列表: 高三数学专题复习 函数的零点与导数的应用关系 21、(本题满分14分) 已知函数1()ln ,()f x a x a R x =-∈其中 (1)设()(),h x f x x =+讨论()h x 的单调性。 (2)若函数()f x 有唯一的零点,求a 取值范围。 21.解:(1)1()ln h x a x x x =-+,定义域为(0,)+∞………………1分 22211()1a ax x h x x x x ++'=++=………………2分 令22()1,4g x x ax a =++?=- 当0?≤,即22a -≤≤时()0g x ≥,()0h x '≥此时()h x 在(0,)+∞上单调递增。………………4分 当0?>即2a <-或2a >时,由()0g x =得1x =,2x = ………………5分 若2a >则10x <又1210x x =>所以20x < 故()0h x '>在(0,)+∞上恒成立 所以()h x 在(0,)+∞单调递增……………………6分 若2a <-则20x >又1210x x =>所以20x > 此时当1(0,)x x ∈时()0h x '>;当12(,)x x x ∈时()0h x '<当2(,)x x ∈+∞时()0h x '> 故()h x 在1(0,)x ,2(,)x +∞上单调递增,在12(,)x x 单调递减……………………7分 综上,当2a ≥-时()h x 在(0,)+∞上单调递增 当2a <-时()h x 在1(0,)x ,2(,)x +∞单调递增,在12(,)x x 单调递减……………8分 (2)方法1:问题等价于1ln a x x = 有唯一实根 显然0a ≠则关于x 的方程1ln x x a =有唯一实根……………10分 构造函数()ln x x x ?=,则()1ln x x ?'=+ 由0ln 1'=+=x ?,得e x 1= 利用导数研究函数的极值、最值 【例1-1】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) 角度2已知函数求极值 【例1-2】已知函数f(x)=ln x-ax(a∈R). (1)当a=1 2 时,求f(x)的极值; (2)讨论函数f(x)在定义域内极值点的个数. 【训练1】 (1)(角度1)已知函数f(x)的定义域为(a,b),导函数f′(x)在(a,b)上的图象如图所示,则函数f(x)在(a,b)上的极大值点的个数为( ) A.1 B.2 C.3 D.4 (2)(角度2) 设函数f(x)=(x-a)(x-b)(x-c),a,b,c∈R,f′(x)为f(x)的导函数. ①若a=b=c,f(4)=8,求a的值; ②若a≠b,b=c,且f(x)和f′(x)的零点均在集合{-3,1,3}中,求f(x)的极小值. 考点二已知函数的极值求参数第13讲 函数与导数之导数及其应用(学生版)
利用导数研究函数的单调性、极值、最值
导数在研究函数中的应用(含标准答案)
高中数学利用导数研究函数的性质( 极值与最值)
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高三数学专题复习 函数的零点与导数的应用关系
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