人教版导与练总复习数学一轮教师用书:第三章第2节第二课时 利用导数研究函数的极值、最值.pdf
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1、第二课时利用导数研究函数的极值、最值关键能力课堂突破美 小 考 点气窠四鬟展 考点一利用导数研究函数的极值问题口 角度一根据图象判断函数的极值所)设函数f(x)在R上可导,其 导 函 数 为 伊(x),且函数f(x)在x=-2处取得极小值,则函数y=xf (x)的图象可能是()解析:因为函数f (x)在R上可导,其导函数为f (x),且函数f(x)在x=-2处取得极小值,所以当x-2时,f (x)0;当x=-2时,f (x)=0;当 x-2 时,伊(x)0.所以当-2 x 0 时,xf 6)0;当乂=-2时,*广(x)=0;当 x 0.故选 C.-懈题策略I1.涉及与极值有关的函数图象问题,首
2、先要分清给的是f(x)的图象还是f (x)的图象,若给的是f(x)的图象,应先找出f(x)的单调区间及极(最)值点,如果给的是f (x)的图象应先找出f (x)的正负区间及由正变负还是由负变正,然后结合题目特点分析求解.2.f(x)在 x=x。处有极值时.,一定有f (x0)=O,f(x。)可能为极大值,也可能为极小值,应检验f (x)在 x=x。两侧的符号后才可下结论;若f (X o)=0,则 f(X)不一定在X=X o 处取得极值,只有确认X i X o 0.求 f(x)的单调区间和极值.解:由 f (x)=-k l n x(k 0,x 0),得 f (x)=x 二 .由 f (x)=0,
3、2x x解 得 X=V (负值舍去).当 X变化时,f(x)与 f (x)在区间(0,+8)上的变化情况如表,X(o,Vfc)(Vfc,+)f (X)0+f(X)单调递减/c(Hnk)2单调递增所 以 f(x)的单调递减区间是(0,迎),单调递增区间是(倔,+8),所 以 f (x)在*=逐处取得极小值为f (%)=也 普,f(x)没有极大值.解 题 策 略 I利用导数研究函数的极值,首先是利用导数研究函数的单调区间,根据函数的单调性确定函数的极值,也就是f (x)的值的符号,如果左正右负,那 么 y=f(x)在这个点处取极大值,如果左负右正,那 么 y=f(x)在这个点处取极小值.如果左右不
4、改变符号,那么f (x)在这个点处无极值.口角度三已知极值点求参数(范围)Cf f i EX,已知函数(*)=2乂2-(32+1)*+32+2/在*=1处取得极小值,求实数a的取值范围.解:函数 f (x)的导数为 f (x)=a x2-(a+1)x+1 ex=(x-1)(a x-1)ex.法一 若 a l,则当 x(工,1)时,f (x)0.所 以f(x)在x=l处取得极小值.若 a W l,则当 x(0,1)时,a xTW xT 0.所 以1不 是f(x)的极小值点.综上可知,a的取值范围是(1,+8).法二 若a=0,当x 0,f (x)单调递增,当x l时,f(x)l,则乂 1,f (
5、x)在(-.1)上单调递减,在(1,+8)上单调递增,a a可得函数f(X)在x=l处取得极小值,符合题意;若0 a 1,f (x)在(-8,1)上单调递增,在(1,3上单调递减,a a可得函数f (x)在x=l处取得极大值,不符合题意;若a 0,则乂 1,f (x)在&1)上单调递增,在(1,+8)上单调递减,a a可得函数f(X)在X=1处取得极大值,不符合题意.综上所述,实数a的取值范围是(1,+8).,解题策略I已知函数的极值点X=x。求参数的值时,首先明确f (x0)=0,然后判断函数在x=x。左右的函数值的符号是否满足函数极值点的性质,若是涉及参数的讨论,则还要根据函数的导数的零点
6、分类讨论,一般是将导函数的零点用参数表示出来,根据导函数的零点与极值点的关系分类讨论后求解.。角度四已知极值点的个数,求参数的取值范围(例1 4 已知函数 f (x)=J-a(l n x+2)(a R).若 f (x)在(0,2)上有两X个极值点,求实数a的取值范围.解:尹&)=之 竽 二 占 与=9 2)亭】3),Xs X X2 Xs要使得f(X)在(0,2)上有两个极值点,则g (x)=ex-,-a x在(0,2)上有两个变号零点.当 a W l 时,g(x)=ex-1-a x ex-1-x,令 S(x)=ex*-x,S (x)=es-1,所以当x(0,l)时,S (x)0,S(x)为增函
7、数,所以 S(x)/S(l)=0,故 g(x)20,所 以g(x)在(0,2)上没有两个零点,不符合题意.当 a 2e 时,因为 x(0,2),ex G(-,e),eg(x)=exl-a 0,则g(x)在(0,2)上单调递减,所 以g(x)最多只有一个零点,不符合题意.当 l a e 时,g (x)=e*T-a,当 x(0,I n a+1)时,g (x)0,g(x)单调递增,所以 g(x)M i n=g(l n a+l)=-a l n a,要使 g(x)=e -a x 在(0,2)上有两个(g(0)=|0,不同的零点,只要J gQna+1)=-ana 0,解得综上所述,a的取值范围为(15).
8、解 题 策 略 I已知函数极值点的个数求参数的取值范围.解决此类问题可转化为函数 y=f (x)在区间(a,b)内变号零点的个数问题求解.口角度五讨论函数极值点的个数已知函数f (x)=(x-l)ex-a x2(e 是自然对数的底数,a GR).讨论函数f (x)极值点的个数,并说明理由.解:f(x)的定义域为R,f (x)=xex-2a x=x(ex-2a),(1)当 a 0,令 f (x)=0,得 x=0,若 x 0,则 f(x)0,则 f(x)0,f(x)在(0,+8)上单调递增,所以f(x)有 1个极值点.(2)当 a 0 时,令 f (x)=0,得 x=0 或 x=l n (2a),
9、当 时,l n(2a)=0,f (x)N O,f (x)在 R 上单调递增,所以f(x)没有极值点.当 0 a 时,l n(2a)0,得 x 0,由 f (x)0,得 l n(2a)x 时,f (x)在(-8,0)上单调递增,在(0,I n(2a)上单调递减,在(I n(2a),+8)上单调递增,所以f (x)有2个极值点.综上所述,当a力时,f(x)没有极值点,当a W O时,f(x)有1个极值点,当a 0,且a毛 时,f (x)有2个极值点.,解题策略I讨论函数极值点的个数,就是转化为讨论函数的导数的变号零点的个数,而讨论变号零点的个数,常常利用数形结合法,将其转化为两个函数的图象的交点问
10、题,需准确画出两个函数的图象,利用图象讨论满足条件的参数范围.针对训练1.已知函数f(x)的导函数(x)的图象如图所示,那么()A.-1是函数f(x)的极小值点B.1是函数f(x)的极大值点C.2是函数f(x)的极大值点D.函数f(x)有两个极值点解析:根据函数f(x)的导函数f (x)的图象可知伊(-1)=0,fz(2)=0,当 x -1 时,f (x)0,当-k x 0,当 x 2 时,伊(x X O,所以T 不是极值点,2 是函数f (x)的极大值点.故选C.2.(2021 河北邯郸月考)若函数f (x)=a e*-si n x 在 x=0处有极值,则a的值为()A._1 B.0 C.1
11、 D.e解析:f (x)=a ex-c o s x,若函数f (x)=a e*-si n x 在 x=0处有极值,则f (0)=a-l=0,解得a=l,经检验a=l 符合题意.故选C.3.(2021贵州遵义高三期中)若函数f (x)=%3 _ a x 2+x-5 无极值点,则实数a的取值范围是()A.(-1,1)B.-1,1C.(-,-1)U (1,+8)D.(-0,-1 U 1,+8)解析:因为 f (x)-a x,+x-5,所以 f(x)=x2-2a x+l.由函数f (x)x 匚 a x?+x-5 无极值点知f (x)=0至多有1个实数根.所以 =(-2a)2-4 W 0,解得T W a
12、 W l,实数a的取值范围是 T,1.故选 B.4.函数f (x)=(x+1)e -的极大值为.解析:因为 f (x)=(x+2)(e -3),令 f (x)=0,解得 x=-2 或 x=l n 3.故当 x (-8,一 2)时,*(x)0,当 x(-2,I n 3)时,f (x)0,故当x=-2时,函数f (x)有极大值,极大值是6.答案:65.已知函数f (x)=x l n(2x)-a x 2-x(a R),讨论函数f (x)极值点的个数.解:f(x)的定义域为(0,+8),(x)=l n(2x)+2x ,-2a x-l=l n(2x)-2a x,下面讨论f (x)=l n(2x)-2a
13、x 的变号零点:由 f (x)=l n(2x)-2a x=0 W a=l n(2x),i B t=2x 0,g(t)=,2x t因为g (t)普,令 g (t)=0,可得t=e,所以当(0,e)时,g所 0,当 t e(e,+8)时,g,0,所以f (x)在(0,+8)上为增函数.所以在 x 1,e 上,f (x)m a x=f (e)=l-m e.若即lW%e,当x (0,与时,f (x)0,f (x)为增函数,emm当 x(+8)时,f (x)l,即0-l,f(x)在(工,+8)上为减函数,mm所以在 x G 1,e 上,f(X)m a x=f (l)=-m.若0 m 1 时,f(X)m
14、a x=f =-m.典例迁移(变结论)已知函数f (x)=l n x-m x(m W R).若 m 0,且 f (x)在仲,2 上的最大值为-1,求 m的值.解:因为 f(x)=l n x-m x(m G R),则 f,(x)士 竺,其中x e R,2.当0/吾时,对任意的x e|,2,(x)20,此时,函数f (x)在2 上单调递增,所以 f (x)ma x=f (2)=l n 2-2m=T,解得m3詈 斗 舍 去;若9 m2,则当 x ;,与时,f (x)0,当 x(Z,2时,伊(x)0,g(x)单调递增,当 x (e;e时,g (x)0,g(x)单调递减,所以 g(x)g=g(e 2)=
15、t|=e;e z综上,存在a=e2,使 f (x)在区间(0,e上的最小值为3.I 考点三导数在实际问题中的应用CB南半球某地区冰川的体积每年随时间而变化,现用t 表示时间,以月为单位,年初为起点,根据历年的数据,冰川的体积(单位:亿立方米)关于t 的近似函数的关系为v(x C-t3+llt2-24t+100,0 t 10,;(4(t-10)(3t-41)+100,10 t 0,解得 0 t 3 或 8 t W 1 0.当 1 0 t W 1 2 时,由 V(t)=4(t-1 0)(3 t-41)+1 0 0 1 0 0,可得 1 0。羡,则 1 0 t l 2.综上所述,衰退期为1月,2月,
16、3月,9月,1 0月,1 1月,1 2月.当(K t W I O 时,V(t)=-t 3+l l t 2-2 4t+1 0 0,V(t)=-3 t2+2 2 t-2 4=-(3 t-4)(t-6).当t变化时,V(t)与W(t)在区间(0,1 0 上的变化情况如表.t(o,943(p 6)6(6,1 0 r(t)一0+0V(t)单调递减极小值单调递增极大值单调递减所以函数在(0,$,(6,1 0 上单调递减,在(1,6)上单调递增,所以 V (t)极 大 值=V (6)=1 3 6,因为 V(0)=1 0 0,此时 V (t)皿=V(6)=1 3 6.当 1 0 0),记 L(x),P(x)分
17、别为每天生产x 件服装的利润和平均利润(平均利润=答粤).总产量(1)当m=6 0 0 时,每天生产量x 为多少时,利润L(x)有最大值,并求出L(x)的最大值;每天生产量x 为多少时,平均利润P(x)有最大值,并求P(x)的最大值.解:根据题意,可得利润L(x)=R(x)-1 0 0 x-3 00 0 0=-|X2+4 0 0X-1 0 0X-3 0 0 0 0=-|X2+3 0 0X-3 0 0 0 0,xe (0,6 0 0 ,整理得 L(x)=-(x-4 5 0)2+3 7 5 0 0,x (0,6 0 0 ,因为 x (0,6 0 0 ,所以当x=4 5 0 时,L(x)有最大值3
18、7 5 0 0 元.1 O/人 口工打 _X2+300X_30 000 1/on OOO/r 依题息、得 P(x)-二 一 一(x+-)+3 0 0,x (0,m ,x3 x则 P (x)=-2;o,x(O,m .3x2令 P(x)=0,即久2 解得 X=3 O O 或 x=-3 0 0 (舍去),当 x (0,3 0 0)时,P(x)0,P(x)在(0,3 0 0)上单调递增,当 x(3 0 0,+8)时,p (x)0,P(x)在(3 0 0,+8)上单调递减,所以若0 m 0 得 x l,或 x-,令 f (x)0 得-*x l,所以函数f (x)在(-8,/)上单调递增,在(号,1)上单
19、调递减,在(1,+8)上单调递增.显然满足函数f(X)在 x=l 处有极小值1 0.当C:33,时,f(X)=3X2-6X+3=3(X-1)2 0,所以函数 f (x)在 R 上单调递增,不满足函数f (x)在 x=l 处有极小值1 0.所以a+b=4-l l=-7.故选 A.C M)(2 0 2 1 新高考I 卷)函数f(x)=|2 x-l|-2 1 n x 的最小值为.解析:由题设知f(x)=|2 x-l|-2 1 n x 的定义域为(0,+8),所以当0 l 时,f(x)=2 x-l-2 1 n x,有 f (x)=2=0,此时 f(x)单调递增,X又 f(x)在各分段的界点处连续,所以
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