2020版高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第二章 函數(shù)、導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用 第十一節(jié) 導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用學(xué)案 理(含解析)新人教A版
《2020版高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第二章 函數(shù)、導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用 第十一節(jié) 導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用學(xué)案 理(含解析)新人教A版》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2020版高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第二章 函數(shù)、導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用 第十一節(jié) 導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用學(xué)案 理(含解析)新人教A版(38頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第十一節(jié) 導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用 2019考綱考題考情 考綱要求 考題舉例 考向標簽 1.了解函數(shù)單調(diào)性和導(dǎo)數(shù)的關(guān)系;能利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性,會求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間(其中多項式函數(shù)一般不超過三次) 2.了解函數(shù)在某點取得極值的必要條件和充分條件;會用導(dǎo)數(shù)求函數(shù)的極大值、極小值(其中多項式函數(shù)一般不超過三次);會求閉區(qū)間上函數(shù)的最大值、最小值(其中多項式函數(shù)一般不超過三次) 3.會利用導(dǎo)數(shù)解決某些實際問題(生活中的優(yōu)化問題) 2018·全國卷Ⅰ·T21(討論函數(shù)的單調(diào)性、不等式證明) 2018·全國卷Ⅱ·T21(證明不等式、函數(shù)的零點) 2018·全國卷Ⅲ·T21(應(yīng)用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的最值
2、) 2017·全國卷Ⅰ·T21(函數(shù)單調(diào)性、零點) 2017·全國卷Ⅱ·T21(函數(shù)極值) 2017·全國卷Ⅲ·T21(利用導(dǎo)數(shù)證明不等式) 命題角度: 1.導(dǎo)數(shù)與函數(shù)的單調(diào)性 2.導(dǎo)數(shù)與函數(shù)的極值、最值 3.導(dǎo)數(shù)與不等式 4.導(dǎo)數(shù)與函數(shù)的零點 核心素養(yǎng):邏輯推理 1.函數(shù)的導(dǎo)數(shù)與單調(diào)性的關(guān)系 函數(shù)y=f(x)在某個區(qū)間內(nèi)可導(dǎo),則 (1)若f′(x)>0,則f(x)在這個區(qū)間內(nèi)單調(diào)遞增。 (2)若f′(x)<0,則f(x)在這個區(qū)間內(nèi)單調(diào)遞減。 (3)若f′(x)=0,則f(x)在這個區(qū)間內(nèi)是常數(shù)函數(shù)。 2.函數(shù)的極值與導(dǎo)數(shù) (1)函數(shù)的極小值 若函數(shù)
3、y=f(x)在點x=a處的函數(shù)值f(a)比它在點x=a附近其他點的函數(shù)值都小,且f′(a)=0,而且在點x=a附近的左側(cè)f′(x)<0,右側(cè)f′(x)>0,則x=a叫做函數(shù)的極小值點,f(a)叫做函數(shù)的極小值。 (2)函數(shù)的極大值 若函數(shù)y=f(x)在點x=b處的函數(shù)值f(b)比它在點x=b附近其他點的函數(shù)值都大,且f′(b)=0,而且在點x=b附近的左側(cè)f′(x)>0,右側(cè)f′(x)<0,則x=b叫做函數(shù)的極大值點,f(b)叫做函數(shù)的極大值,極大值和極小值統(tǒng)稱為極值。 3.函數(shù)的最值與導(dǎo)數(shù) (1)函數(shù)f(x)在[a,b]上有最值的條件: 一般地,如果在區(qū)間[a,b]上,函數(shù)y=f(
4、x)的圖象是一條連續(xù)不斷的曲線,那么它必有最大值和最小值。 (2)求函數(shù)y=f(x)在[a,b]上的最大值與最小值的步驟為: ①求函數(shù)y=f(x)在(a,b)內(nèi)的極值; ②將函數(shù)y=f(x)的各極值與端點處的函數(shù)值f(a),f(b)比較,其中最大的一個是最大值,最小的一個是最小值。 1.函數(shù)f(x)在區(qū)間(a,b)上遞增,則f′(x)≥0,“f′(x)>0在(a,b)上成立”是“f(x)在(a,b)上單調(diào)遞增”的充分不必要條件。 2.對于可導(dǎo)函數(shù)f(x),“f′(x0)=0”是“函數(shù)f(x)在x=x0處有極值”的必要不充分條件。如函數(shù)y=x3在x=0處導(dǎo)數(shù)為零,但x=0不是函數(shù)y
5、=x3的極值點。
一、走進教材
1.(選修2-2P26練習(xí)T1(2)改編)函數(shù)y=x-ex的單調(diào)遞減區(qū)間為( )
A.(-∞,0) B.(0,+∞)
C.[1,+∞) D.(1,+∞)
解析 y′=1-ex<0,所以x>0。故選B。
答案 B
2.(選修2-2P32A組T5(4)改編)函數(shù)f(x)=2x-xlnx的極值是( )
A. B.
C.e D.e2
解析 因為f′(x)=2-(lnx+1)=1-lnx,當f′(x)>0時,解得0
6、C 二、走近高考 3.(2018·全國卷Ⅰ)已知函數(shù)f(x)=2sinx+sin2x,則f(x)的最小值是________。 解析 因為f(x)=2sinx+sin2x,所以f′(x)=2cosx+2cos2x=4cos2x+2cosx-2=4·(cosx+1),由f′(x)≥0得≤cosx≤1,即2kπ-≤x≤2kπ+,k∈Z,由f′(x)≤0得-1≤cosx≤,即2kπ+π≥x≥2kπ+或2kπ-π≤x≤2kπ-,k∈Z,所以當x=2kπ-(k∈Z)時,f(x)取得最小值,且f(x)min=f=2sin+sin2=-。 解法一:因為f(x)=2sinx+sin2x=2sinx(
7、1+cosx),所以[f(x)]2=4sin2x(1+cosx)2=4(1-cosx)(1+cosx)3,設(shè)cosx=t,則y=4(1-t)(1+t)3(-1≤t≤1),所以y′=4[-(1+t)3+3(1-t)(1+t)2]=4(1+t)2(2-4t),所以當-1 8、x),所以[f(x)]2=4sin2x(1+cosx)2=4(1-cosx)(1+cosx)3≤·4=,當且僅當3(1-cosx)=1+cosx,即cosx=時取等號,所以0≤[f(x)]2≤,所以-≤f(x)≤,所以f(x)的最小值為-。
解法三:f(x)的最小值只能在使得解得cosx=1,cosx=-1,cosx=的這些點處取到,對應(yīng)的sinx的值依次是:sinx=0,sinx=0,sinx=±。顯然,f(x)min=2××=-。
答案?。?
4.(2018·江蘇高考)若函數(shù)f(x)=2x3-ax2+1(a∈R)在(0,+∞)內(nèi)有且只有一個零點,則f(x)在[-1,1]上的最大值與 9、最小值的和為________。
解析 f′(x)=6x2-2ax=2x(3x-a)(a∈R),當a≤0時,f′(x)>0在(0,+∞)上恒成立,則f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增,又f(0)=1,所以此時f(x)在(0,+∞)內(nèi)無零點,不滿足題意。當a>0時,由f′(x)>0得x>,由f′(x)<0得0 10、則f(x)max=f(0)=1,f(-1)=-4,f(1)=0,則f(x)min=-4,所以f(x)在[-1,1]上的最大值與最小值的和為-3。
答案?。?
三、走出誤區(qū)
微提醒:①原函數(shù)與導(dǎo)函數(shù)的關(guān)系不清致誤;②極值點存在的條件不清致誤;③連續(xù)函數(shù)在開區(qū)間內(nèi)不一定有最值。
5.如圖是函數(shù)y=f(x)的導(dǎo)函數(shù)y=f′(x)的圖象,則下面判斷正確的是( )
A.在區(qū)間(-2,1)上f(x)是增函數(shù)
B.在區(qū)間(1,3)上f(x)是減函數(shù)
C.在區(qū)間(4,5)上f(x)是增函數(shù)
D.當x=2時,f(x)取到極小值
解析 在(4,5)上f′(x)>0恒成立,所以f(x)是增函 11、數(shù)。故選C。
答案 C
6.函數(shù)g(x)=-x2的極值點是________,函數(shù)f(x)=(x-1)3的極值點________(填“存在”或“不存在”)。
解析 結(jié)合函數(shù)圖象可知g(x)=-x2的極值點是x=0。因為f′(x)=3(x-1)2≥0,所以f′(x)=0無變號零點,故函數(shù)f(x)=(x-1)3不存在極值點。
答案 0 不存在
7.函數(shù)g(x)=x2在[1,2]上的最小值和最大值分別是________,在(1,2)上的最小值和最大值均________(填“存在”或“不存在”)。
解析 根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性及最值的定義可得。
答案 1,4 不存在
第1課時 導(dǎo)數(shù)與函 12、數(shù)的單調(diào)性
考點一討論函數(shù)的單調(diào)性
【例1】 (1)已知e為自然對數(shù)的底數(shù),則函數(shù)y=xex的單調(diào)遞增區(qū)間是( )
A.[-1,+∞) B.(-∞,-1]
C.[1,+∞) D.(-∞,1]
(2)(2019·惠州調(diào)研)已知函數(shù)f(x)=x2-(a+2)x+alnx,其中a∈R。
①若曲線y=f(x)在點(2,f(2))處的切線與直線x-y+3=0平行,求a的值;
②求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間。
(1)解析 令y′=(1+x)ex≥0。因為ex>0,所以1+x≥0,所以x≥-1。故選A。
答案 A
(2)解?、儆蒮(x)=x2-(a+2)x+alnx可知,函數(shù)f(x)的 13、定義域為{x|x>0},且f′(x)=2x-(a+2)+,
依題意,f′(2)=4-(a+2)+=1,解得a=2。
②依題意,f′(x)=2x-(a+2)+=(x>0)。
令f′(x)=0,得x1=1,x2=。
(ⅰ)當a≤0時,≤0,由f′(x)>0,得x>1;
由f′(x)<0,得0 14、2時,f′(x)≥0恒成立,則函數(shù)f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為(0,+∞)。
(ⅳ)當>1,即a>2時,
由f′(x)>0,得0 15、)=--1
==-(0 16、取值范圍是( )
A.(-∞,-1] B.[-1,+∞)
C.(-∞,0) D.(0,+∞)
(2)已知a≥0,函數(shù)f(x)=(x2-2ax)ex,若f(x)在[-1,1]上是減函數(shù),則a的取值范圍是________。
解析 (1)y′=cos2x-asinx≥0在(0,π)上恒成立,即a≤=在(0,π)上恒成立。令t=sinx∈(0,1],g(t)==-2t,t∈(0,1],易知函數(shù)g(t)在(0,1]上單調(diào)遞減,所以g(t)min=g(1)=-1,所以a≤-1,即實數(shù)a的取值范圍是(-∞,-1]。
(2)f′(x)=[x2-2(a-1)x-2a]·ex,因為f(x)在[-1,1 17、]上是減函數(shù),所以f′(x)≤0對x∈[-1,1]恒成立,所以x2-2(a-1)x-2a≤0對x∈[-1,1]恒成立。設(shè)g(x)=x2-2(a-1)x-2a,所以所以解得a≥。
答案 (1)A (2)a≥
1.f(x)在D上單調(diào)遞增(減),只要f′(x)≥0(≤0)在D上恒成立即可,如果能夠分離參數(shù),則盡可能分離參數(shù)后轉(zhuǎn)化為參數(shù)值與函數(shù)最值之間的關(guān)系。
2.二次函數(shù)在區(qū)間D上大于零恒成立,討論的標準是二次函數(shù)的圖象的對稱軸與區(qū)間D的相對位置,一般分對稱軸在區(qū)間左側(cè)、內(nèi)部、右側(cè)進行討論。
【變式訓(xùn)練】 已知函數(shù)f(x)=lnx+ax2-2x存在單調(diào)遞減區(qū)間,則實數(shù)a的取值范圍為___ 18、_____。
解析 f′(x)=+ax-2=(x>0),函數(shù)f(x)存在單調(diào)遞減區(qū)間,即定義域(0,+∞)內(nèi)存在區(qū)間使ax2-2x+1≤0,等價于a小于在x∈(0,+∞)上的最大值,設(shè)g(x)=,則g′(x)=,可知,函數(shù)g(x)在區(qū)間(0,1)上為增函數(shù),在區(qū)間(1,+∞)上為減函數(shù),所以當x=1時,函數(shù)g(x)取得最大值,此時g(x)=1,所以a<1,故填(-∞,1)。
答案 (-∞,1)
考點三函數(shù)單調(diào)性的應(yīng)用微點小專題
方向1:解不等式
【例3】 (2019·安徽省示范高中聯(lián)考)設(shè)函數(shù)f(x)在R上存在導(dǎo)數(shù)f′(x),對任意的x∈R,有f(-x)-f(x)=0,且x∈[0,+ 19、∞)時,f′(x)>2x。若f(a-2)-f(a)≥4-4a,則實數(shù)a的取值范圍為( )
A.(-∞,1] B.[1,+∞)
C.(-∞,2] D.[2,+∞)
解析 令G(x)=f(x)-x2,則G′(x)=f′(x)-2x。x∈[0,+∞)時,G′(x)=f′(x)-2x>0,所以G(x)在[0,+∞)上是增函數(shù)。G(-x)=f(-x)-(-x)2=f(x)-x2=G(x),所以G(x)為偶函數(shù),G(x)在(-∞,0)上是減函數(shù)。因為f(a-2)-f(a)≥4-4a,所以f(a-2)-4+4a-a2≥f(a)-a2,所以f(a-2)-(a-2)2≥f(a)-a2,即G(a-2)≥G 20、(a),所以|a-2|≥|a|,所以a≤1。故選A。
答案 A
本小題構(gòu)造了新函數(shù)G(x)=f(x)-x2,通過討論其單調(diào)性解不等式。
方向2:比較大小
【例4】 (2019·南昌摸底調(diào)研)已知函數(shù)f(x)是定義在R上的偶函數(shù),設(shè)函數(shù)f(x)的導(dǎo)函數(shù)為f′(x),若對任意x>0都有2f(x)+xf′(x)>0成立,則( )
A.4f(-2)<9f(3) B.4f(-2)>9f(3)
C.2f(3)>3f(-2) D.3f(-3)<2f(-2)
解析 根據(jù)題意,令g(x)=x2f(x),其導(dǎo)數(shù)g′(x)=2xf(x)+x2f′(x),又對任意x>0都有2f(x)+xf′(x) 21、>0成立,則當x>0時,有g(shù)′(x)=x(2f(x)+xf′(x))>0恒成立,即函數(shù)g(x)在(0,+∞)上為增函數(shù),又由函數(shù)f(x)是定義在R上的偶函數(shù),則f(-x)=f(x),則有g(shù)(-x)=(-x)2f(-x)=x2f(x)=g(x),即函數(shù)g(x)也為偶函數(shù),則有g(shù)(-2)=g(2),且g(2) 22、需構(gòu)造函數(shù)g(x)=x2f(x),求導(dǎo)后得x>0時,g′(x)>0,即函數(shù)g(x)在(0,+∞)上為增函數(shù),從而問題得以解決。
【題點對應(yīng)練】
1.(方向1)已知函數(shù)f(x)(x∈R)滿足f(1)=1,且f(x)的導(dǎo)函數(shù)f′(x)<,則不等式f(x2)<+的解集為________。
解析 由題意構(gòu)造函數(shù)F(x)=f(x)-x,則F′(x)=f′(x)-。因為f′(x)<,所以F′(x)=f′(x)-<0,即函數(shù)F(x)在R上單調(diào)遞減。因為f(x2)<+,f(1)=1,所以f(x2)- 23、∪(1,+∞)。
答案 (-∞,-1)∪(1,+∞)
2.(方向2)定義在R上的函數(shù)f(x)滿足:f′(x)>f(x)恒成立,若x1 24、1.(配合例1使用)若函數(shù)y=在(1,+∞)上單調(diào)遞減,則稱f(x)為P函數(shù)。下列函數(shù)中為P函數(shù)的為( )
①f(x)=1;②f(x)=x;③f(x)=;④f(x)=。
A.①②④ B.①③
C.①③④ D.②③
解析 x∈(1,+∞)時,lnx>0,x增大時,,都減小,所以y=,y=在(1,+∞)上都是減函數(shù),所以f(x)=1和f(x)=都是P函數(shù);′=,所以x∈(1,e)時,′<0,x∈(e,+∞)時,′>0,即y=在(1,e)上單調(diào)遞減,在(e,+∞)上單調(diào)遞增,所以f(x)=x不是P函數(shù);′=,所以x∈(1,e2)時,′<0,x∈(e2,+∞)時,′>0,即y=在(1,e2) 25、上單調(diào)遞減,在(e2,+∞)上單調(diào)遞增,所以f(x)=不是P函數(shù)。故選B。
答案 B
2.(配合例1使用)已知函數(shù)f(x)=ln(ex+1)-ax(a>0),討論函數(shù)y=f(x)的單調(diào)區(qū)間。
解 f′(x)=-a=1--a。
①當a≥1時,f′(x)<0恒成立,
所以當a∈[1,+∞)時,
函數(shù)y=f(x)在R上單調(diào)遞減。
②當00,得(1-a)(ex+1)>1,
即ex>-1+,解得x>ln,
由f′(x)<0,得(1-a)(ex+1)<1,
即ex<-1+,解得x 26、遞減。
綜上,當a∈[1,+∞)時,f(x)在R上單調(diào)遞減;
當a∈(0,1)時,f(x)在上單調(diào)遞增,
在上單調(diào)遞減。
3.(配合例3、例4使用)設(shè)偶函數(shù)f(x)定義在∪上,其導(dǎo)函數(shù)為f′(x),當0 27、,即g(x)>g,則|x|<,又x∈∪,所以x∈∪。故選C。
答案 C
構(gòu)造函數(shù) 比較大小
此類涉及已知f(x)與f′(x)的一些關(guān)系式,比較有關(guān)函數(shù)式大小的問題,可通過構(gòu)造新的函數(shù),創(chuàng)造條件,從而利用單調(diào)性求解。
一、x與f(x)的組合函數(shù)
【典例1】 若函數(shù)f(x)的定義域為R,且滿足f(2)=2,f′(x)>1,則不等式f(x)-x>0的解集為________。
【解析】 令g(x)=f(x)-x,所以g′(x)=f′(x)-1。由題意知g′(x)>0,所以g(x)為增函數(shù)。因為g(2)=f(2)-2=0,所以g(x)>0的解集為(2,+∞)。
【答案】 (2,+∞ 28、)
【典例2】 π是圓周率,e是自然對數(shù)的底數(shù),在3e,e3,eπ,π3,3π,πe六個數(shù)中,最小的數(shù)與最大的數(shù)分別是( )
A.3e,3π B.3e,eπ
C.e3,π3 D.πe,3π
【解析】 構(gòu)造函數(shù)f(x)=,f(x)的定義域為(0,+∞),求導(dǎo)得f′(x)=,當f′(x)>0,即0 29、定義域上單調(diào)遞增,故3e<πe<π3,e3 30、,f(n)>enf(0)
D.enf(-n)>f(0),f(n) 31、數(shù)y=ex+2x(x>0),因為y′=ex+2>0,所以y=ex+2x在(0,+∞)上單調(diào)遞增,因而a>b成立。故選A。
【答案】 A
第2課時 導(dǎo)數(shù)與函數(shù)的極值、最值
考點一函數(shù)的極值問題微點小專題
方向1:由圖象判斷函數(shù)的極值
【例1】 設(shè)函數(shù)f(x)在R上可導(dǎo),其導(dǎo)函數(shù)為f′(x),且函數(shù)y=(1-x)f′(x)的圖象如圖所示,則下列結(jié)論中一定成立的是( )
A.函數(shù)f(x)有極大值f(2)和極小值f(1)
B.函數(shù)f(x)有極大值f(-2)和極小值f(1)
C.函數(shù)f(x)有極大值f(2)和極小值f(-2)
D.函數(shù)f(x)有極大值f(-2)和極小值 32、f(2)
解析 由題圖可知,當x<-2時,f′(x)>0;當-2 33、。
又曲線y=f(x)在點(1,f(1))處的切線平行于x軸,得f′(1)=0,
即1-=0,解得a=e。
(2)f′(x)=1-,
①當a≤0時,f′(x)>0,f(x)為(-∞,+∞)上的增函數(shù),所以函數(shù)f(x)無極值。
②當a>0時,令f′(x)=0,得ex=a,即x=lna,
當x∈(-∞,lna)時,f′(x)<0;
當x∈(lna,+∞)時,f′(x)>0,
所以f(x)在(-∞,lna)上單調(diào)遞減,
在(lna,+∞)上單調(diào)遞增,故f(x)在x=lna處取得極小值且極小值為f(lna)=lna,無極大值。
綜上,當a≤0時,函數(shù)f(x)無極值;
當a>0時, 34、f(x)在x=lna處取得極小值lna,無極大值。
求函數(shù)極值的一般步驟:①先求函數(shù)f(x)的定義域,再求函數(shù)f(x)的導(dǎo)函數(shù)f′(x);②求f′(x)=0的根;③判斷在f′(x)=0的根的左、右兩側(cè)f′(x)的符號,確定極值點;④求出具體極值。
方向3:已知極值求參數(shù)
【例3】 (1)(2019·江西八校聯(lián)考)若函數(shù)f(x)=x2-x+alnx在[1,+∞)上有極值點,則實數(shù)a的取值范圍為________。
(2)(2018·山東曲阜模擬)若函數(shù)f(x)的導(dǎo)數(shù)f′(x)=(x-k)k,k≥1,k∈Z,已知x=k是函數(shù)f(x)的極大值點,則k=________。
解析 (1)函數(shù) 35、f(x)的定義域為(0,+∞),f′(x)=2x-1+=,由題意知2x2-x+a=0在R上有兩個不同的實數(shù)解,且在[1,+∞)上有解,所以Δ=1-8a>0,且2×12-1+a≤0,所以a∈(-∞,-1]。
(2)因為函數(shù)的導(dǎo)數(shù)為f′(x)=(x-k)k,k≥1,k∈Z,所以若k是偶數(shù),則x=k,不是極值點,則k是奇數(shù),若k<,由f′(x)>0,解得x>或x 36、)(-∞,-1] (2)1
已知函數(shù)極值點或極值求參數(shù)的兩個要領(lǐng)
1.列式:根據(jù)極值點處導(dǎo)數(shù)為0和極值這兩個條件列方程組,利用待定系數(shù)法求解。
2.驗證:因為某點處的導(dǎo)數(shù)值等于0不是此點為極值點的充要條件,所以利用待定系數(shù)法求解后必須驗證根的合理性。
【題點對應(yīng)練】
1.(方向1)已知函數(shù)f(x)的定義域為(a,b),導(dǎo)函數(shù)f′(x)在(a,b)上的圖象如圖所示,則函數(shù)f(x)在(a,b)上的極大值點的個數(shù)為( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析 由函數(shù)極值的定義和導(dǎo)函數(shù)的圖象可知,f′(x)在(a,b)上與x軸的交點個數(shù)為4,但是在原點附近的導(dǎo)數(shù)值恒大于零, 37、故x=0不是函數(shù)f(x)的極值點,其余的3個交點都是極值點,其中有2個點滿足其附近的導(dǎo)數(shù)值左正右負,故極大值點有2個。
答案 B
2.(方向2)若x=-2是函數(shù)f(x)=(x2+ax-1)ex-1的極值點,則f(x)的極小值為( )
A.-1 B.-2e-3
C.5e-3 D.1
解析 因為f(x)=(x2+ax-1)ex-1,所以f′(x)=(2x+a)ex-1+(x2+ax-1)ex-1=[x2+(a+2)x+a-1]ex-1。因為x=-2是函數(shù)f(x)=(x2+ax-1)ex-1的極值點,所以-2是x2+(a+2)x+a-1=0的根,所以a=-1,f′(x)=(x2+x-2) 38、ex-1=(x+2)(x-1)ex-1。令f′(x)>0,解得x<-2或x>1,令f′(x)<0,解得-2 39、B。
答案 B
4.(方向3)(2019·長春市質(zhì)量監(jiān)測)若函數(shù)f(x)=(x2+ax+3)ex在(0,+∞)內(nèi)有且僅有一個極值點,則實數(shù)a的取值范圍是( )
A.(-∞,-2] B.(-∞,-2)
C.(-∞,-3] D.(-∞,-3)
解析 f′(x)=(2x+a)ex+(x2+ax+3)ex=[x2+(a+2)x+a+3]ex,令g(x)=x2+(a+2)x+a+3。由題意知,g(x)在(0,+∞)內(nèi)先減后增或先增后減,結(jié)合函數(shù)g(x)的圖象特征知,或解得a≤-3。故選C。
答案 C
考點二函數(shù)的最值問題
【例4】 (2019·貴陽檢測)已知函數(shù)f(x)=-lnx。 40、
(1)求f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)求函數(shù)f(x)在上的最大值和最小值(其中e是自然對數(shù)的底數(shù))。
解 (1)f(x)=-lnx=1--lnx,f(x)的定義域為(0,+∞)。
所以f′(x)=-=,
由f′(x)>0,得0 41、
所以f(x)在上的最大值為0,最小值為2-e。
1.求函數(shù)f(x)在[a,b]上的最大值和最小值的步驟:
第一步,求函數(shù)在(a,b)內(nèi)的極值;
第二步,求函數(shù)在區(qū)間端點處的函數(shù)值f(a),f(b);
第三步,將函數(shù)f(x)的各極值與f(a),f(b)比較,其中最大的一個為最大值,最小的一個為最小值。
2.求函數(shù)在無窮區(qū)間(或開區(qū)間)上的最值,不僅要研究其極值情況,還要研究其單調(diào)性,并通過單調(diào)性和極值情況,畫出函數(shù)的大致圖象,然后借助圖象觀察得到函數(shù)的最值。
【變式訓(xùn)練】 (2019·南昌摸底調(diào)研)設(shè)函數(shù)f(x)=lnx-2mx2-n(m,n∈R)。
(1)討論f(x)的單調(diào) 42、性;
(2)若f(x)有最大值-ln2,求m+n的最小值。
解 (1)函數(shù)f(x)的定義域為(0,+∞),f′(x)=-4mx=,
當m≤0時,f′(x)>0,所以f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增;
當m>0時,令f′(x)>0得0 43、h′(x)=1-=,
所以h(x)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
所以h(x)min=h=ln2,
所以m+n的最小值為ln2。
1.(配合例3使用)設(shè)函數(shù)f(x)=2lnx-mx2+1。
(1)討論函數(shù)f(x)的單調(diào)性;
(2)當f(x)有極值時,若存在x0,使得f(x0)>m-1成立,求實數(shù)m的取值范圍。
解 (1)函數(shù)f(x)的定義域為(0,+∞),
f′(x)=-2mx=,
當m≤0時,f′(x)>0,所以f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增;
當m>0時,令f′(x)>0,則0 44、m≤0時,f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增;
當m>0時,f(x)在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減。
(2)由(1)知,當f(x)有極值時,m>0,且f(x)在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減。
所以f(x)max=f=2ln-m·+1=-lnm,
若存在x0,使得f(x0)>m-1成立,則f(x)max>m-1。
即-lnm>m-1,lnm+m-1<0成立,
令g(x)=x+lnx-1(x>0),
因為g′(x)=1+>0,
所以g(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增,且g(1)=0,
所以m-1<0,即m<1。
綜上,0 45、)已知a為實數(shù),函數(shù)f(x)=alnx+x2-4x。
(1)若x=3是函數(shù)f(x)的一個極值點,求實數(shù)a的值;
(2)設(shè)g(x)=(a-2)x,若存在x0∈,使得f(x0)≤g(x0)成立,求實數(shù)a的取值范圍。
解 (1)函數(shù)f(x)的定義域為(0,+∞),
f′(x)=+2x-4=。
因為x=3是函數(shù)f(x)的一個極值點,
所以f′(3)=0,解得a=-6。
經(jīng)檢驗,當a=-6時,x=3是函數(shù)f(x)的一個極小值點,符合題意,故a=-6。
(2)由f(x0)≤g(x0),得(x0-lnx0)a≥x-2x0,
記F(x)=x-lnx(x>0),則F′(x)=(x>0),
所 46、以當0 47、(2019·江西贛州高三模擬)已知函數(shù)f(x)=1-,g(x)=+-bx,若曲線y=f(x)與曲線y=g(x)的一個公共點是A(1,1),且在點A處的切線互相垂直。
(1)求a,b的值;
(2)證明:當x≥1時,f(x)+g(x)≥。
解 (1)因為f(x)=1-,
所以f′(x)=,f′(1)=-1。
因為g(x)=+-bx,
所以g′(x)=---b。
因為曲線y=f(x)與曲線y=g(x)的一個公共點是A(1,1),且在點A處的切線互相垂直,所以g(1)=1,且f′(1)·g′(1)=-1,
所以g(1)=a+1-b=1,g′(1)=-a-1-b=1,解得a=-1,b=- 48、1。
(2)證明:由(1)知,g(x)=-++x,
則f(x)+g(x)≥?1---+x≥0。
令h(x)=1---+x(x≥1),
則h(1)=0,h′(x)=-+++1=++1。
因為x≥1,所以h′(x)=++1>0,
所以h(x)在[1,+∞)上單調(diào)遞增,所以h(x)≥h(1)=0,即1---+x≥0,
所以當x≥1時,f(x)+g(x)≥。
待證不等式的兩邊含有同一個變量時,一般地,可以直接構(gòu)造“左減右”的函數(shù),利用導(dǎo)數(shù)研究其單調(diào)性,借助所構(gòu)造函數(shù)的單調(diào)性即可得證。
【變式訓(xùn)練】 已知函數(shù)f(x)=xlnx-ex+1。
(1)求曲線y=f(x)在點(1,f(1 49、))處的切線方程;
(2)證明:f(x) 50、=g′(x)=ex+cosx-lnx-1,
則h′(x)=ex--sinx,
當x>1時,ex->e-1>1,所以h′(x)=ex--sinx>0,故h(x)在(1,+∞)上單調(diào)遞增。
故h(x)>h(1)=e+cos1-1>0,即g′(x)>0,
所以g(x)>g(1)=e+sin1-1>0,
即xlnx 51、-1≥0;
(3)已知k(e-x+x2)≥x-xlnx恒成立,求k的取值范圍。
解 (1)f(x)≥0等價于a≥(x>0)。
令g(x)=,則g′(x)=,
所以當x∈(0,1)時,g′(x)>0,當x∈(1,+∞)時,g′(x)<0,
則g(x)在(0,1)上單調(diào)遞增,在(1,+∞)上單調(diào)遞減,所以g(x)max=g(1)=1,則a≥1,
所以a的最小值為1。
(2)證明:由(1)知當a=1時有f(x)=x-lnx-1≥0成立,即x≥lnx+1,即t≥lnt+1。
令=t,則-x-lnx=lnt,
所以≥-x-lnx+1,
即+x+lnx-1≥0。
(3)因為k(e-x 52、+x2)≥x-xlnx,
即k≥1-lnx恒成立,
所以k≥=-+1,
由(2)知+x+lnx-1≥0恒成立,
所以-+1≤1,故k≥1。
這種方法往往要在前面問題中證明出某個不等式,在后續(xù)的問題中應(yīng)用前面的結(jié)論,呈現(xiàn)出層層遞進的特點。
【變式訓(xùn)練】 已知函數(shù)f(x)=ln(x-1)-k(x-1)+1。
(1)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)若f(x)≤0恒成立,試確定實數(shù)k的取值范圍;
(3)證明:+++…+<(n∈N*且n>1)。
解 (1)因為f(x)=ln(x-1)-k(x-1)+1,
所以f′(x)=-k,x>1。
所以當k≤0時,f′(x)=-k>0, 53、f(x)在(1,+∞)上是增函數(shù);
當k>0時,令f′(x)>0,得1 54、n2-1,
即<,n≥2,所以+++…+<(n∈N*且n>1)。
方向3:隔離分析法
【例3】 (2019·福州高三期末考試)已知函數(shù)f(x)=elnx-ax(a∈R)。
(1)討論f(x)的單調(diào)性;
(2)當a=e時,證明:xf(x)-ex+2ex≤0。
解 (1)f′(x)=-a(x>0),
①若a≤0,則f′(x)>0,f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增;
②若a>0,則當0 55、遞增,在(1,+∞)上單調(diào)遞減,
所以f(x)max=f(1)=-e。
記g(x)=-2e(x>0),
則g′(x)=,
所以當0 56、
故g(x)在(0,1)上單調(diào)遞增,在(1,+∞)上單調(diào)遞減,
從而g(x)在(0,+∞)上的最大值為g(1)=1。
設(shè)函數(shù)h(x)=,則h′(x)=。
所以當x∈(0,1)時,h′(x)<0,當x∈(1,+∞)時,h′(x)>0,
故h(x)在(0,1)上單調(diào)遞減,在(1,+∞)上單調(diào)遞增,
從而h(x)在(0,+∞)上的最小值為h(1)=1。
綜上,當x>0時,g(x)≤h(x),即xf(x)-ex+2ex≤0。
若直接求導(dǎo)比較復(fù)雜或無從下手時,可將待證式進行變形,構(gòu)造兩個函數(shù),從而找到可以傳遞的中間量,達到證明的目標。
【變式訓(xùn)練】 已知f(x)=ax-lnx,x 57、∈(0,e],g(x)=,其中e是自然對數(shù)的底數(shù),a∈R.
(1)當a=1時,求f(x)的極值,并證明f(x)>g(x)+恒成立;
(2)是否存在實數(shù)a,使f(x)的最小值為3?若存在,求出a的值;若不存在,請說明理由。
解 (1)因為f(x)=x-lnx(x>0),
f′(x)=1-=。
所以當0 58、e]上單調(diào)遞增,
所以h(x)max=h(e)=+<+=1=f(x)min。
所以f(x)>g(x)+恒成立。
(2)假設(shè)存在實數(shù)a,使f(x)=ax-lnx(x∈(0,e])有最小值3,f′(x)=a-=。
①當a≤0時,f(x)在(0,e]上單調(diào)遞減,f(x)min=f(e)=ae-1=3,a=(舍去),
所以a≤0時,不存在a使f(x)的最小值為3。
②當0< 59、3,a=(舍去),
所以00,
所以f′(x)=-+1=。
由f′(x)<0可得0 60、1),單調(diào)遞增區(qū)間為(1,+∞)。
(2)當t=時,f(x)=-lnx+-,--f(x)=--=lnx-+,
當x>1時,--f(x)<0恒成立,等價于k<-xlnx在(1,+∞)上恒成立。
令g(x)=-xlnx,
則g′(x)=x-(lnx+1)=x-1-lnx。
令h(x)=x-1-lnx,
則h′(x)=1-=。
當x>1時,h′(x)>0,函數(shù)h(x)=x-1-lnx在(1,+∞)上單調(diào)遞增,故h(x)>h(1)=0,
從而當x>1時,g′(x)>g′(1)=0,即函數(shù)g(x)在(1,+∞)上單調(diào)遞增,故g(x)>g(1)=,
因此當x>1時,若使k<-xlnx恒成 61、立,必須k≤。
所以實數(shù)k的取值范圍是。
不等式恒成立問題的求解策略
1.已知不等式f(x,λ)≥0(λ為實參數(shù))對任意的x∈D恒成立,求參數(shù)λ的取值范圍。利用導(dǎo)數(shù)解決此類問題可以運用分離參數(shù)法。
2.如果無法分離參數(shù),可以考慮對參數(shù)或自變量進行分類討論求解,如果是二次不等式恒成立的問題,可以考慮二次項系數(shù)與判別式的方法(a>0,Δ<0或a<0,Δ<0)求解。
【變式訓(xùn)練】 (2019·武漢調(diào)研)已知函數(shù)f(x)=lnx-(a∈R)。
(1)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)求證:不等式(x+1)lnx>2(x-1)對?x∈(1,2)恒成立。
解 (1)定義域為(0,+∞) 62、,f′(x)=。
①a≤0時,f′(x)>0,f(x)在(0,+∞)上為增函數(shù);
②a>0時,由x>a時,f′(x)>0,0 63、
證明:令F(x)=(x+1)lnx-2(x-1),
F′(x)=lnx+-2,
=lnx-。
令φ(x)=lnx-,由(1)知a=1時,
φ(x)在(0,1)上為減函數(shù),在(1,+∞)上為增函數(shù)。
因為x∈(1,2),則φ(x)在(1,2)為增函數(shù),φ(x)>φ(1)=0,
即x∈(1,2),F(xiàn)′(x)>0,所以F(x)在(1,2)上為增函數(shù),
所以F(x)>F(1)=0,
所以(x+1)lnx>2(x-1)對?x∈(1,2)恒成立。
第4課時 導(dǎo)數(shù)與函數(shù)的零點
考點一求函數(shù)零點的個數(shù)
【例1】 (2019·武漢調(diào)研)已知函數(shù)f(x)=ex-ax-1(a∈R)( 64、e=2.718 28…是自然對數(shù)的底數(shù))。
(1)求f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)討論g(x)=f(x)在區(qū)間[0,1]上零點的個數(shù)。
解 (1)因為f(x)=ex-ax-1,
所以f′(x)=ex-a,
當a≤0時,f′(x)>0恒成立,
所以f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為(-∞,+∞),無單調(diào)遞減區(qū)間;
當a>0時,令f′(x)<0,得x 65、,+∞)上單調(diào)遞增且f(0)=0,
所以f(x)在[0,1]上有一個零點;
當a≥e時,f(x)在(-∞,1)上單調(diào)遞減,且f(0)=0,
所以f(x)在[0,1]上有一個零點;
當1e-1或a=2(-1)時,g(x)在[0,1]上有兩個零點;
當1
66、)時,g(x)在[0,1]上有三個零點。
根據(jù)參數(shù)確定函數(shù)零點的個數(shù),解題的基本思想是“數(shù)形結(jié)合”,即通過研究函數(shù)的性質(zhì)(單調(diào)性、極值、函數(shù)值的極限位置等),作出函數(shù)的大致圖象,然后通過函數(shù)圖象得出其與x軸交點的個數(shù),或者兩個相關(guān)函數(shù)圖象交點的個數(shù),基本步驟是“先數(shù)后形”。
【變式訓(xùn)練】 設(shè)函數(shù)f(x)=x2-mlnx,g(x)=x2-(m+1)x。
(1)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間。
(2)當m≥0時,討論函數(shù)f(x)與g(x)圖象的交點個數(shù)。
解 (1)函數(shù)f(x)的定義域為(0,+∞),f′(x)=,
當m≤0時,f′(x)≥0,所以函數(shù)f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間是(0,+∞),無單調(diào)遞減區(qū)間。
當m>0時,f′(x)=,
當0
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