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2020版高考數學一輪復習 第二章 函數、導數及其應用 第十一節(jié) 導數的應用學案 文(含解析)新人教A版

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1、第十一節(jié) 導數的應用 2019考綱考題考情 1.函數的導數與單調性的關系 函數y=f (x)在某個區(qū)間內可導,則 (1)若f ′(x)>0,則f (x)在這個區(qū)間內單調遞增。 (2)若f ′(x)<0,則f (x)在這個區(qū)間內單調遞減。 (3)若f ′(x)=0,則f (x)在這個區(qū)間內是常數函數。 2.函數的極值與導數 (1)函數的極小值 若函數y=f (x)在點x=a處的函數值f (a)比它在點x=a附近其他點的函數值都小,且f ′(a)=0,而且在點x=a附近的左側f ′(x)<0,右側f ′(x)>0,則x=a叫做函數的極小值點,f (a)叫做函數的極小值

2、。 (2)函數的極大值 若函數y=f (x)在點x=b處的函數值f (b)比它在點x=b附近其他點的函數值都大,且f ′(b)=0,而且在點x=b附近的左側f ′(x)>0,右側f ′(x)<0,則x=b叫做函數的極大值點,f (b)叫做函數的極大值,極大值和極小值統(tǒng)稱為極值。 3.函數的最值與導數 (1)函數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y=f (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y=f (x)在[a,b]上的最大值與最小值的步驟為: ①求函數y=f (x)在(a,b)內的極值; ②將函數y=

3、f (x)的各極值與端點處的函數值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)上單調遞增”的充分不必要條件。 2.對于可導函數f (x),“f ′(x0)=0”是“函數f (x)在x=x0處有極值”的必要不充分條件。如函數y=x3在x=0處導數為零,但x=0不是函數y=x3的極值點。 一、走進教材 1.(選修1-1P93練習T1(2)改編)函數y=x-ex的單調遞減區(qū)間為(  ) A.(-∞,0) B.(0,+∞) C.

4、[1,+∞) D.(1,+∞) 解析 y′=1-ex<0,所以x>0。故選B。 答案 B 2.(選修1-1P99A組T5(4)改編)函數f (x)=2x-xlnx的極值是(  ) A.    B. C.e     D.e2 解析 f (x)定義域為(0,+∞),因為f ′(x)=2-(lnx+1)=1-lnx,當f ′(x)>0時,解得0e,所以x=e時,f (x)取到極大值,f (x)極大值=f (e)=e。故選C。 答案 C 二、走近高考 3.(2016·四川高考)已知a為函數f (x)=x3-12x的極小值點,則a=(  ) A

5、.-4    B.-2 C.4     D.2 解析 由已知得,f ′(x)=3x2-12=3(x2-4)=3(x+2)(x-2)。于是當x<-2或x>2時,f ′(x)>0;當-2

6、x(3x-a)(a∈R),當a≤0時,f ′(x)>0在(0,+∞)上恒成立,則f (x)在(0,+∞)上單調遞增,又f (0)=1,所以此時f (x)在(0,+∞)內無零點,不滿足題意。當a>0時,由f ′(x)>0得x>,由f ′(x)<0得00,f (x)單調遞增,當x∈(0,1)時,f ′(x)<0,f (x)單調遞減,則f (x)max=f (0)=1,f

7、(-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原函數與導函數的關系不清致誤;②極值點存在的條件不清致誤;③連續(xù)函數在開區(qū)間內不一定有最值。 5.如圖是函數y=f (x)的導函數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 B.在區(qū)間(1,3)上f (x)是減函數 C.在區(qū)間(4,5)上f (x)是增函數 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)是增函數。故選C。

8、 答案 C 6.函數g(x)=-x2的極值點是________,函數f (x)=(x-1)3的極值點________(填“存在”或“不存在”)。 解析 結合函數圖象可知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f (x)=(x-1)3不存在極值點。 答案 0 不存在 7.函數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 根據函數的單調性及最值的定義可得。 答案 1,4 不存在 第1課時 導數與函數的單調

9、性 考點一討論函數的單調性 【例1】 (1)已知e為自然對數的底數,則函數y=xex的單調遞增區(qū)間是(  ) A.[-1,+∞) B.(-∞,-1] C.[1,+∞) D.(-∞,1] (2)(2019·惠州調研)已知函數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f (x)的單調區(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f (x

10、)的定義域為{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00,得01; 由f ′(x)<0,得

11、。 (ⅲ)當=1,即a=2時,f ′(x)≥0恒成立,則函數f (x)的單調遞增區(qū)間為(0,+∞)。 (ⅳ)當>1,即a>2時,由f ′(x)>0,得0; 由f ′(x)<0,得10,解集在定義域內的部分為單調遞增區(qū)間。 4.解不等式f ′(x)<0,解集在定義域內的部分為單調遞減區(qū)間。 【變式訓練】 設f (x)=xlnx-ax2+(2a-1)x,a∈R

12、,令g(x)=f ′(x),求g(x)的單調區(qū)間。 解 由f ′(x)=lnx-2ax+2a,得g(x)=lnx-2ax+2a,x∈(0,+∞)。 則g′(x)=-2a=。 若a≤0,當x∈(0,+∞)時,g′(x)>0,函數g(x)單調遞增; 若a>0,當x∈時,g′(x)>0,函數g(x)單調遞增, 當x∈時,g′(x)<0,函數g(x)單調遞減。 所以當a≤0時,g(x)的單調遞增區(qū)間為(0,+∞); 當a>0時,g(x)的單調遞增區(qū)間為,單調遞減區(qū)間為。 考點二已知函數的單調性求參數取值范圍 【例2】 設函數f (x)=x3-x2+bx+c,曲線y=f (x)在點(0

13、,f (0))處的切線方程為y=1。 (1)求b,c的值; (2)若a>0,求函數f (x)的單調區(qū)間; (3)設函數g(x)=f (x)+2x,且g(x)在區(qū)間(-2,-1)內存在單調遞減區(qū)間,求實數a的取值范圍。 解 (1)f ′(x)=x2-ax+b。 由題意得即 故b=0,c=1。 (2)由(1)得f ′(x)=x2-ax=x(x-a),a>0。 當x∈(-∞,0)時,f ′(x)>0; 當x∈(0,a)時,f ′(x)<0; 當x∈(a,+∞)時,f ′(x)>0。 所以函數f (x)的單調遞增區(qū)間為(-∞,0),(a,+∞),單調遞減區(qū)間為(0,a)。 (3

14、)g′(x)=x2-ax+2,依題意,存在x∈(-2,-1),使不等式g′(x)=x2-ax+2<0成立。 則存在x∈(-2,-1)使-a>-x-成立,即-a>min。 因為x∈(-2,-1),所以-x∈(1,2), 則-x-≥2=2, 當且僅當-x=-,即x=-時等號成立, 所以-a>2,則a<-2。 所以實數a的取值范圍為(-∞,-2)。 1.f (x)在D上單調遞增(減),只要f ′(x)≥0(≤0)在D上恒成立即可,如果能夠分離參數,則盡可能分離參數后轉化為參數值與函數最值之間的關系。 2.二次函數在區(qū)間D上大于零恒成立,討論的標準是二次函數的圖象的對稱軸與區(qū)間

15、D的相對位置,一般分對稱軸在區(qū)間左側、內部、右側進行討論。 【變式訓練】 若函數f (x)=ex(sinx+a)在區(qū)間(0,π)內單調遞減,則實數a的取值范圍是(  ) A.[-,+∞) B.[1,+∞) C.(-∞,-] D.(-∞,1] 解析 由題意,知f ′(x)=ex(sinx+cosx+a)≤0在區(qū)間(0,π)內恒成立,即a≤-sin在區(qū)間(0,π)內恒成立。因為x+∈,所以sin∈,所以-sin∈[-,1),所以a≤-。故選C。 答案 C 考點三函數單調性的應用微點小專題 方向1:解不等式 【例3】 (2019·安徽省示范高中聯(lián)考)設函數f (x)在R上存在導數f

16、′(x),對任意的x∈R,有f (-x)-f (x)=0,且x∈[0,+∞)時,f ′(x)>2x。若f (a-2)-f (a)≥4-4a,則實數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。G(-x)=f (-x)-(-x)2=f (x)-x2=G(x),所以G(x)為偶函數,G(x)在(-∞,0)上是減函數。因為f (a-2)-f (a)≥4-4a,所以f (a-2)-4+

17、4a-a2≥f (a)-a2,所以f (a-2)-(a-2)2≥f (a)-a2,即G(a-2)≥G(a),所以|a-2|≥|a|,所以a≤1。故選A。 答案 A 本小題構造了新函數G(x)=f (x)-x2,通過討論其單調性解不等式。 方向2:比較大小 【例4】 (2019·南昌摸底調研)已知函數f (x)是定義在R上的偶函數,設函數f (x)的導函數為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)

18、解析 根據題意,令g(x)=x2f (x),其導數g′(x)=2xf (x)+x2f ′(x),又對任意x>0都有2f (x)+xf ′(x)>0成立,則當x>0時,有g′(x)=x(2f (x)+xf ′(x))>0恒成立,即函數g(x)在(0,+∞)上為增函數,又由函數f (x)是定義在R上的偶函數,則f (-x)=f (x),則有g(-x)=(-x)2f (-x)=x2f (x)=g(x),即函數g(x)也為偶函數,則有g(-2)=g(2),且g(2)

19、x)與f ′(x),常需要通過構造含f (x)與另一函數的積或商的新函數來求解,再借助導數考查新函數的性質,繼而獲得解答。如本題已知條件“2f (x)+xf ′(x)>0”,需構造函數g(x)=x2f (x),求導后得x>0時,g′(x)>0,即函數g(x)在(0,+∞)上為增函數,從而問題得以解決。 【題點對應練】  1.(方向1)已知函數f (x)(x∈R)滿足f (1)=1,且f (x)的導函數f ′(x)<,則不等式f (x2)<+的解集為________。 解析 由題意構造函數f (x)=f (x)-x,則F ′(x)=f ′(x)-。因為f ′(x)<,所以F ′(x)=f

20、′(x)-<0,即函數F (x)在R上單調遞減。因為f (x2)<+,f (1)=1,所以f (x2)-1,即x∈(-∞,-1)∪(1,+∞)。 答案 (-∞,-1)∪(1,+∞) 2.(方向2)定義在R上的函數f (x)滿足:f ′(x)>f (x)恒成立,若x1ex2f (x1) B.ex1f (x2)

21、 (x1)的大小關系不確定 解析 設g(x)=,則g′(x)==,由題意得g′(x)>0,所以g(x)在R上單調遞增,當x1ex2f (x1)。 答案 A 1.(配合例1使用)若函數y=在(1,+∞)上單調遞減,則稱f (x)為P函數。下列函數中為P函數的為(  ) 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,所以f (x)=1和f (x)=都是

22、P函數;′=,所以x∈(1,e)時,′<0,x∈(e,+∞)時,′>0,即y=在(1,e)上單調遞減,在(e,+∞)上單調遞增,所以f (x)=x不是P函數;′=,所以x∈(1,e2)時,′<0,x∈(e2,+∞)時,′>0,即y=在(1,e2)上單調遞減,在(e2,+∞)上單調遞增,所以f (x)=不是P函數。故選B。 答案 B 2.(配合例1使用)已知函數f (x)=ln(ex+1)-ax(a>0),討論函數y=f (x)的單調區(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y=f (x)在R上單調遞減。 ②

23、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x2f cosx的解集為(  ) A.∪

24、 B.∪ C.∪ D.∪ 解析 令g(x)=,因為f (x)是定義在∪上的偶函數,所以g(x)是定義在∪上的偶函數,又當02f cosx化為>,即g(x)>g,則|x|<,又x∈∪,所以x∈∪。故選C。 答案 C 構造函數 比較大小 此類涉及已知f (x)與f ′(x)的一些關系式,比較有關函數式大小的問題,可通過構造新的函數,創(chuàng)造條件,從而利用單調性求解。 一、x與f (x)的組合函數 【典例1】 若函數f (x)的定義域為R,且滿

25、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。因為g(2)=f (2)-2=0,所以g(x)>0的解集為(2,+∞)。 【答案】 (2,+∞) 【典例2】 π是圓周率,e是自然對數的底數,在3e,e3,eπ,π3,3π,πe六個數中,最小的數與最大的數分別是(  ) A.3e,3π  B.3e,eπ C.e3,π3  D.πe,3π 【解析】 構造函數f (x)=,f (x)的定義域為(0,+∞),求導得f ′(x)=,當

26、f ′(x)>0,即0e時,函數f (x)單調遞減。故函數f (x)的單調遞增區(qū)間為(0,e),單調遞減區(qū)間為(e,+∞)。因為e<3<π,所以eln3π3,在3e,e3,eπ,π3,3π,πe六個數中的最大的數

27、是3π,同理得最小的數為3e。故選A。 【答案】 A 二、ex與f (x)的組合函數 【典例3】 已知f (x)(x∈R)有導函數,且?x∈R,f ′(x)>f (x),n∈N*,則有(  ) A.enf (-n)enf (0) B.enf (-n)f (0),f (n)>enf (0) D.enf (-n)>f (0),f (n)0,g(x)為R上的增函數,故g(-n)

28、,f (n)>enf (0)。故選A。 【答案】 A 【典例4】 設a>0,b>0,e是自然對數的底數,則(  ) A.若ea+2a=eb+3b,則a>b B.若ea+2a=eb+3b,則ab D.若ea-2a=eb-3b,則a0,b>0,所以ea+2a=eb+3b=eb+2b+b>eb+2b。對于函數y=ex+2x(x>0),因為y′=ex+2>0,所以y=ex+2x在(0,+∞)上單調遞增,因而a>b成立。故選A。 【答案】 A 第2課時 導數與函數的極值、最值 考點一函數的極值問題微點小專題 方向

29、1:由圖象判斷函數的極值 【例1】設函數f (x)在R上可導,其導函數為f ′(x),且函數y=(1-x)f ′(x)的圖象如圖所示,則下列結論中一定成立的是(  ) A.函數f (x)有極大值f (2)和極小值f (1) B.函數f (x)有極大值f (-2)和極小值f (1) C.函數f (x)有極大值f (2)和極小值f (-2) D.函數f (x)有極大值f (-2)和極小值f (2) 解析 由題圖可知,當x<-2時,f ′(x)>0;當-22時,f ′(x)>0。由此可以得到函數f (x)在x=-2

30、處取得極大值,在x=2處取得極小值。故選D。 答案 D 知圖判斷函數極值的情況。先找導數為0的點,再判斷導數為0的點的左、右兩側的導數符號。 方向2:求函數的極值 【例2】 已知函數f (x)=2f ′(1)lnx-x,則f (x)的極大值為(  ) A.2 B.2ln2-2 C.e D.2-e 解析 函數f (x)定義域(0,+∞),f ′(x)=-1,所以f ′(1)=1,f (x)=2lnx-x,令f ′(x)=-1=0,解得x=2。當00,當x>2時,f ′(x)<0,所以當x=2時函數取得極大值,極大值為2ln2-2。 答案 B

31、 求函數極值的一般步驟:①先求函數f (x)的定義域,再求函數f (x)的導函數f ′(x);②求f ′(x)=0的根;③判斷在f ′(x)=0的根的左、右兩側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 【例3】 (2019·江西八校聯(lián)考)若函數f (x)=x2-x+alnx在[1,+∞)上有極值點,則實數a的取值范圍為________。 解析 函數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解,且在[1,+∞)上有解,所以Δ=1-8a>0,且2×12-1+a≤0,所以a∈(-∞,-1]。

32、 答案 (-∞,-1] 已知函數極值點或極值求參數的兩個要領 1.列式:根據極值點處導數為0和極值這兩個條件列方程組,利用待定系數法求解。 2.驗證:因為某點處的導數值等于0不是此點為極值點的充要條件,所以利用待定系數法求解后必須驗證根的合理性。 【題點對應練】  1.(方向1)已知函數f (x)的定義域為(a,b),導函數f ′(x)在(a,b)上的圖象如圖所示,則函數f (x)在(a,b)上的極大值點的個數為(  ) A.1 B.2 C.3 D.4 解析 由函數極值的定義和導函數的圖象可知,f ′(x)在(a,b)上與x軸的交點個數為4,但是在原點附近的導數值

33、恒大于零,故x=0不是函數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數值左正右負,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 ′

34、(x)=(x2+x-2)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

35、略)可知,函數在x=2處取得極大值。故選B。 答案 B 4.(方向3)(2019·長春市質量監(jiān)測)若函數f (x)=(x2+ax+3)ex在(0,+∞)內有且僅有一個極值點,則實數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,+∞)內先減后增或先增后減,結合函數g(x)的圖象特征知,或解得a≤-3。故選C。 答案 C 考點二函數的最值問題 【例4】 (2019

36、·貴陽檢測)已知函數f (x)=-lnx。 (1)求f (x)的單調區(qū)間; (2)求函數f (x)在上的最大值和最小值(其中e是自然對數的底數)。 解 (1)f (x)=-lnx=1--lnx,f (x)的定義域為(0,+∞)。 所以f ′(x)=-=, 由f ′(x)>0,得01, 所以f (x)=1--lnx的單調遞增區(qū)間為(0,1),單調遞減區(qū)間為(1,+∞)。 (2)由(1)得f (x)在上單調遞增,在[1,e]上單調遞減, 所以f (x)在上的最大值為f (1)=1-1-ln1=0。 又f =1-e-ln=2-e,f (e)=1-

37、-lne=-,且f

38、設函數f (x)=lnx-2mx2-n(m,n∈R)。 (1)討論f (x)的單調性; (2)若f (x)有最大值-ln2,求m+n的最小值。 解 (1)函數f (x)的定義域為(0,+∞),f ′(x)=-4mx=, 當m≤0時,f ′(x)>0,所以f (x)在(0,+∞)上單調遞增; 當m>0時,令f ′(x)>0得0, 所以f (x)在上單調遞增,在上單調遞減。 (2)由(1)知,當m≤0時,f (x)無最大值;當m>0時,f (x)在上單調遞增,在上單調遞減。 所以f (x)max=f =ln-2m·-n=-ln2-lnm--n=-ln

39、2, 所以n=-lnm-, 所以m+n=m-lnm-, 令h(x)=x-lnx-(x>0), 則h′(x)=1-=, 所以h(x)在上單調遞減,在上單調遞增, 所以h(x)min=h=ln2,所以m+n的最小值為ln2。 1.(配合例3使用)設函數f (x)=2lnx-mx2+1。 (1)討論函數f (x)的單調性; (2)當f (x)有極值時,若存在x0,使得f (x0)>m-1成立,求實數m的取值范圍。 解 (1)函數f (x)的定義域為(0,+∞), f ′(x)=-2mx=, 當m≤0時,f ′(x)>0,所以f (x)在(0,+∞)上單調遞增; 當m>0

40、時,令f ′(x)>0,則0,所以f (x)在上單調遞增,在上單調遞減。 綜上,當m≤0時,f (x)在(0,+∞)上單調遞增; 當m>0時,f (x)在上單調遞增,在上單調遞減。 (2)由(1)知,當f (x)有極值時,m>0,且f (x)在上單調遞增,在上單調遞減。 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

41、遞增,且g(1)=0, 所以m-1<0,即m<1。 綜上,0

42、=-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), 所以當01時,F ′(x)>0,F (x)單調遞增。 所以F (x)≥F (1)=1>0,所以a≥。 記G(x)=,x∈, 則G′(x)==。 因為x∈,所以2-2lnx=2(1-lnx)≥0, 所以x-2lnx+2>0, 所以當x∈時,G′(x)<0,G(x)單調遞減; 當x∈(1,e)時,G′(x)>0,G(x)單調遞增。 所以G(x)min=G(1)=-1,所以a≥

43、G(x)min=-1, 故實數a的取值范圍為[-1,+∞)。 第3課時 導數與不等式 考點一不等式的證明微點小專題 方向1:移項作差構造法 【例1】 (2019·江西贛州高三模擬)已知函數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

44、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=-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

45、時,一般地,可以直接構造“左減右”的函數,利用導數研究其單調性,借助所構造函數的單調性即可得證。 【變式訓練】 (2018·全國卷Ⅰ)已知函數f (x)=aex-lnx-1。(e=2.718 28…是自然對數的底數) (1)設x=2是f (x)的極值點,求a,并求f (x)的單調區(qū)間; (2)證明:當a≥時,f (x)≥0。 解 (1)f (x)的定義域為(0,+∞), f ′(x)=aex-。 由題設知,f ′(2)=0,所以a=。 從而f (x)=ex-lnx-1,f ′(x)=ex-。 當02時,f ′(x)>0。 所以f (x)在(

46、0,2)單調遞減,在(2,+∞)單調遞增。 (2)證明:當a≥時,f (x)≥-lnx-1。 設g(x)=-lnx-1,則g′(x)=-。 當01時,g′(x)>0。 所以x=1是g(x)的極小值點也是最小值點。 故當x>0時,g(x)≥g(1)=0。 因此,當a≥時,f (x)≥0。 方向2:特征分析法 【例2】 已知函數f (x)=ax-lnx-1。 (1)若f (x)≥0恒成立,求a的最小值; (2)證明:+x+lnx-1≥0; (3)已知k(e-x+x2)≥x-xlnx恒成立,求k的取值范圍。 解 (1)由題意知x>0, 所以

47、f (x)≥0等價于a≥。 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)上單調遞增,在(1,+∞)上單調遞減,所以g(x)max=g(1)=1,則a≥1, 所以a的最小值為1。 (2)證明:當a=1時,由(1)得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+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

48、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)的問題中應用前面的結論,呈現出層層遞進的特點。 【變式訓練】 已知函數f (x)=。 (1)求函數f (x)的單調區(qū)間和極值; (2)若對任意的x>1,恒有l(wèi)n(x-1)+k+1≤kx成立,求k的取值范圍; (3)證明:++…+<(n∈N*,n≥2)。 解 (1)f (x)的定義域是(0,+∞), f ′(x)=-,由f ′(x)=0?x=1,列表如下: x (0,1) 1 (1,+∞) f ′(x) + 0 - f (x) 單調遞增 極大值 單調遞減 因此函數f (x)的單調遞增區(qū)間為

49、(0,1),單調遞減區(qū)間為(1,+∞),極大值為f (1)=1,無極小值。 (2)因為x>1, ln(x-1)+k+1≤kx?≤k?f (x-1)≤k, 所以f (x-1)max≤k,所以k≥1。 (3)證明:由(1)可得f (x)=≤f (x)max=f (1)=1?≤1-,當且僅當x=1時取等號。 令x=n2(n∈N*,n≥2)。 則<1-?< < =(n≥2), 所以++…+ <++…+ ==。 方向3:隔離分析法 【例3】 (2019·福州高三期末考試)已知函數f (x)=elnx-ax(a∈R)。 (1)討論f (x)的單調性; (2)當a=e時,證明:

50、xf (x)-ex+2ex≤0。 解 (1)f ′(x)=-a(x>0), ①若a≤0,則f ′(x)>0,f (x)在(0,+∞)上單調遞增; ②若a>0,則當00,當x>時,f ′(x)<0, 故f (x)在上單調遞增,在上單調遞減。 (2)因為x>0,所以只需證f (x)≤-2e, 當a=e時,由(1)知,f (x)在(0,1)上單調遞增,在(1,+∞)上單調遞減, 所以f (x)max=f (1)=-e。 記g(x)=-2e(x>0), 則g′(x)=, 所以當01時,g′(x)>0,g

51、(x)單調遞增, 所以g(x)min=g(1)=-e。 綜上,當x>0時,f (x)≤g(x), 即f (x)≤-2e,即xf (x)-ex+2ex≤0。 解:由題意知,即證exlnx-ex2-ex+2ex≤0, 從而等價于lnx-x+2≤。 設函數g(x)=lnx-x+2,則g′(x)=-1。 所以當x∈(0,1)時,g′(x)>0,當x∈(1,+∞)時,g′(x)<0, 故g(x)在(0,1)上單調遞增,在(1,+∞)上單調遞減, 從而g(x)在(0,+∞)上的最大值為g(1)=1。 設函數h(x)=,則h′(x)=。 所以當x∈(0,1)時,h′(x)<0,當x

52、∈(1,+∞)時,h′(x)>0, 故h(x)在(0,1)上單調遞減,在(1,+∞)上單調遞增, 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。 若直接求導比較復雜或無從下手時,可將待證式進行變形,構造兩個函數,從而找到可以傳遞的中間量,達到證明的目標。 【變式訓練】 (2019·廣西三市聯(lián)考)已知f (x)=ax-lnx,x∈(0,e],g(x)=,其中e是自然對數的底數,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a,使f (x)

53、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-=(00,此時f (x)單調遞增。 所以f (x)的極小值為f (1)=1, 即f (x)在(0,e]上的最小值為1, 令h(x)=g(x)+=+, 則h′(x)=, 當00,h(x)在(0,e]上單調遞增, 所以h(x)max=h(e)=+<+=1=f (x)min。 所以f (x)>g(x)+恒成立。 (2)假設

54、存在實數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<時,f (x)在上單調遞減,在上單調遞增, 所以f (x)min=f =1+lna=3,a=e2,滿足條件。 ③當≥e,即0

55、使得當x∈(0,e]時,f (x)有最小值3。 考點二不等式恒成立問題 【例4】 (2019·石家莊質量監(jiān)測)已知函數f (x)=axex-(a+1)(2x-1)。 (1)若a=1,求函數f (x)的圖象在點(0,f (0))處的切線方程; (2)當x>0時,函數f (x)≥0恒成立,求實數a的取值范圍。 解 (1)若a=1,則f (x)=xex-2(2x-1),f ′(x)=xex+ex-4, 則f ′(0)=-3,f (0)=2, 所以所求切線方程為y=-3x+2。 (2)若a≤-1,則f (x)≥0對x>0不恒成立,若a>-1,f (x)≥0對任意的x>0恒成立可轉化為≥

56、對任意的x>0恒成立。 設函數f (x)=(x>0), 則F ′(x)=-。 當00,當x>1時,F ′(x)<0, 所以函數f (x)在(0,1)上單調遞增,在(1,+∞)上單調遞減, 所以f (x)max=F (1)=, 于是≥,解得a≥。 故實數a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)對任意的x∈D恒成立,求參數λ的取值范圍。利用導數解決此類問題可以運用分離參數法。 2.如果無法分離參數,可以考慮對參數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與判別式

57、的方法(a>0,Δ<0或a<0,Δ<0)求解。 【變式訓練】 已知函數f (x)=lnx-(a∈R)。 (1)求函數f (x)的單調區(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,+∞),f ′(x)=。 ①a≤0時,f ′(x)>0,f (x)在(0,+∞)上為增函數,故f (x)的單調遞增區(qū)間為(0,+∞)。 ②a>0時,由x>a時,f ′(x)>0,00, 所以要證原

58、不等式成立,即證lnx>對?x∈(1,2)恒成立,令g(x)=lnx-, g′(x)=≥0,所以g(x)在(0,+∞)上為增函數, 所以當x∈(1,2)時,g(x)>g(1)=ln1-=0, 所以lnx>對?x∈(1,2)恒成立, 所以(x+1)lnx>2(x-1)對?x∈(1,2)恒成立。 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,在(1,+∞)上為增函數。 因為x∈(1,2),則φ(x)在(1,2)為增函數,φ(x)>φ(1)=0, 即x∈

59、(1,2),F ′(x)>0,所以f (x)在(1,2)上為增函數, 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 導數與函數的零點 考點一求函數零點的個數 【例1】 設函數f (x)=ex-ax,a是常數,討論f (x)的零點的個數。 解 當a>0時,f ′(x)=ex-a,由f ′(x)=0得x=lna。 若xlna,則f ′(x)>0。 函數f (x)在區(qū)間(-∞,lna)上單調遞減,在區(qū)間(lna,+∞)上單調遞增, f (x)的最小值為f (lna)=a(1-

60、lna)。 ①當00,f (x)無零點; ②當a=e時,f (lna)=a(1-lna)=0,f (x)只有一個零點; ③當a>e時,f (lna)=a(1-lna)<0,根據f (0)=1>0與函數的單調性, 可知f (x)在區(qū)間(-∞,lna)和(lna,+∞)上各有一個零點,f (x)共有兩個零點。 當a=0時,f (x)=ex,f (x)無零點。 當a<0時,由f (x)=0,得ex=ax,易知曲線y=ex與直線y=ax只有一個交點,所以f (x)只有一個零點。 綜上所述,當0≤a

61、時,f (x)有一個零點; 當a>e時,f (x)有兩個零點。 根據參數確定函數零點的個數,解題的基本思想是“數形結合”,即通過研究函數的性質(單調性、極值、函數值的極限位置等),作出函數的大致圖象,然后通過函數圖象得出其與x軸交點的個數,或者兩個相關函數圖象交點的個數,基本步驟是“先數后形”。 【變式訓練】 (2018·全國卷Ⅱ)已知函數f (x)=x3-a(x2+x+1)。 (1)若a=3,求f (x)的單調區(qū)間; (2)證明:f (x)只有一個零點。 解 (1)當a=3時,f (x)=x3-3x2-3x-3,f ′(x)=x2-6x-3。 令f ′(x)=0解得x=

62、3-2或x=3+2。 當x∈(-∞,3-2)∪(3+2,+∞)時,f ′(x)>0; 當x∈(3-2,3+2)時,f ′(x)<0。 故f (x)的單調遞增區(qū)間為(-∞,3-2),(3+2,+∞),單調遞減區(qū)間為(3-2,3+2)。 (2)證明:由于x2+x+1>0, 所以f (x)=0等價于-3a=0。 設g(x)=-3a, 則g′(x)=≥0, 當且僅當x=0時g′(x)=0, 所以g(x)在(-∞,+∞)上單調遞增。 故g(x)至多有一個零點,從而f (x)至多有一個零點。 又f (3a-1)=-6a2+2a-=-62-<0,f (3a+1)=>0,故f (x)有一

63、個零點。 綜上,f (x)只有一個零點。 考點二已知函數零點個數求參數值或范圍 【例2】 (2019·重慶市質量調研)設函數f (x)=-x2+ax+lnx(a∈R)。 (1)當a=-1時,求函數f (x)的單調區(qū)間; (2)設函數f (x)在上有兩個零點,求實數a的取值范圍。 解 (1)函數f (x)的定義域為(0,+∞), 當a=-1時,f ′(x)=-2x-1+==, 令f ′(x)=0,得x=(負值舍去), 當00,當x>時,f ′(x)<0, 所以f (x)的單調遞增區(qū)間為,單調遞減區(qū)間為。 (2)令f (x)=-x2+ax+lnx=0,

64、得a=x-, 令g(x)=x-,其中x∈, 則g′(x)=1-=, 令g′(x)=0,得x=1, 當≤x<1時,g′(x)<0,當10, 所以g(x)的單調遞減區(qū)間為,單調遞增區(qū)間為(1,3], 所以g(x)min=g(1)=1, 由于函數f (x)在上有兩個零點,g=3ln3+,g(3)=3-,3ln3+>3-, 所以實數a的取值范圍是。 與函數零點有關的參數范圍問題,往往利用導數研究函數的單調區(qū)間和極值點,并結合特殊點,從而判斷函數的大致圖象,討論其圖象與x軸的位置關系,進而確定參數的取值范圍;或通過對方程等價變形轉化為兩個函數圖象的交點問

65、題。 【變式訓練】 已知函數f (x)=kx-lnx(k>0)。 (1)若k=1,求f (x)的單調區(qū)間; (2)若函數f (x)有且只有一個零點,求實數k的值; (3)比較e3與3e的大小。 解 (1)k=1,f (x)=x-lnx,定義域為(0,+∞),則f ′(x)=1-=, 由f ′(x)>0得x>1,由f ′(x)<0得00), 令g(x)=(x>0),則g′(x)=, 當x=e時,g′(x)=0;

66、 當00; 當x>e時,g′(x)<0。 所以g(x)在(0,e)上單調遞增,在(e,+∞)上單調遞減, 所以g(x)max=g(e)=。 當x→+∞時,g(x)→0。 又k>0,所以要使f (x)僅有一個零點,則k=。 解法一:f (x)=kx-lnx,f ′(x)=k-=(x>0,k>0)。 當x=時,f ′(x)=0; 當0時,f ′(x)>0。 所以f (x)在上單調遞減,在上單調遞增, 所以f (x)min=f =1-ln, 因為f (x)有且只有一個零點, 所以1-ln=0,即k=。 解法二:因為k>0,所以函數f (x)有且只有一個零點即為直線y=kx與曲線y=lnx相切,設切點為(x0,y0),由y=lnx得y′=, 所以所以k=,x0=e,y0=1, 所以實數k的值為。 (3)由(1)(2)知≤,即≥lnx,當且僅當x=e時,取“=”,令x=3,得>ln3,即lne3>eln3=ln3e,所以e3>3e。 考點三函數零點性質研究 【例3】 (2019·四川內江模擬

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