高中数学高考15第三章 导数及其应用 3 2 导数的应用 第2课时 导数与函数的极值、最值课件PPT
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题型分类 深度剖析
题型一 用导数求解函数极值问题
命题点1 根据函数图象判断极值例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)
解析 由题图可知,当x<-2时,f′(x)>0;当-2
命题点2 求已知函数的极值例2 (2018·泉州质检)已知函数f(x)=x-1+ (a∈R,e为自然对数的底数),求函数f(x)的极值.
①当a≤0时,f′(x)>0,f(x)为(-∞,+∞)上的增函数,所以函数f(x)无极值.②当a>0时,令f′(x)=0,得ex=a,即x=ln a,当x∈(-∞,ln a)时,f′(x)<0;当x∈(ln a,+∞)时,f′(x)>0,所以f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,
在(ln a,+∞)上单调递增,故f(x)在x=ln a处取得极小值且极小值为f(ln a)=ln a,无极大值.综上,当a≤0时,函数f(x)无极值;当a>0时,f(x)在x=ln a处取得极小值ln a,无极大值.
命题点3 根据极值(点)求参数
所以f′(x)=x2-ax+1.
函数极值的两类热点问题(1)求函数f(x)极值的一般解题步骤①确定函数的定义域;②求导数f′(x);③解方程f′(x)=0,求出函数定义域内的所有根;④列表检验f′(x)在f′(x)=0的根x0左右两侧值的符号.(2)根据函数极值情况求参数的两个要领①列式:根据极值点处导数为0和极值这两个条件列方程组,利用待定系数法求解.②验证:求解后验证根的合理性.
跟踪训练1 设函数f(x)=ax3-2x2+x+c.(1)当a=1,且函数f(x)的图象过点(0,1)时,求函数f(x)的极小值;
解 f′(x)=3ax2-4x+1.函数f(x)的图象过点(0,1)时,有f(0)=c=1.当a=1时,f(x)=x3-2x2+x+1,f′(x)=3x2-4x+1,
所以函数f(x)的极小值是f(1)=13-2×12+1+1=1.
(2)若f(x)在(-∞,+∞)上无极值点,求a的取值范围.
解 若f(x)在(-∞,+∞)上无极值点,则f(x)在(-∞,+∞)上是单调函数,即f′(x)=3ax2-4x+1≥0或f′(x)=3ax2-4x+1≤0恒成立.①当a=0时,f′(x)=-4x+1,显然不满足条件;
题型二 用导数求函数的最值
f(x)的定义域为(0,+∞).由f′(x)>0,得0
(1)若函数在区间[a,b]上单调递增或递减,f(a)与f(b)一个为最大值,一个为最小值;(2)若函数在闭区间[a,b]内有极值,要先求出[a,b]上的极值,与f(a),f(b)比较,最大的是最大值,最小的是最小值,可列表完成;(3)函数f(x)在区间(a,b)上有唯一一个极值点,这个极值点就是最大(或最小)值点,此结论在导数的实际应用中经常用到.
跟踪训练2 (2017·北京)已知函数f(x)=excs x-x.(1)求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
解 因为f(x)=excs x-x,所以f′(x)=ex(cs x-sin x)-1,f′(0)=0.又因为f(0)=1,所以曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=1.
(2)求函数f(x)在区间 上的最大值和最小值.
解 设h(x)=ex(cs x-sin x)-1,则h′(x)=ex(cs x-sin x-sin x-cs x)=-2exsin x.
题型三 函数极值、最值的综合问题
例5 (2018·珠海调研)已知函数f(x)= (a>0)的导函数y=f′(x)的两个零点为-3和0.(1)求f(x)的单调区间;
令g(x)=-ax2+(2a-b)x+b-c,因为ex>0,所以y=f′(x)的零点就是g(x)=-ax2+(2a-b)x+b-c的零点且f′(x)与g(x)符号相同.又因为a>0,所以当-3
(2)若f(x)的极小值为-e3,求f(x)在区间[-5,+∞)上的最大值.
解 由(1)知,x=-3是f(x)的极小值点,
解得a=1,b=5,c=5,
因为f(x)的单调递增区间是(-3,0),单调递减区间是(-∞,-3),(0,+∞),所以f(0)=5为函数f(x)的极大值,故f(x)在区间[-5,+∞)上的最大值取f(-5)和f(0)中的最大者,
所以函数f(x)在区间[-5,+∞)上的最大值是5e5.
(1)求极值、最值时,要求步骤规范,含参数时,要讨论参数的大小.(2)求函数在无穷区间(或开区间)上的最值,不仅要研究其极值情况,还要研究其单调性,并通过单调性和极值情况,画出函数的大致图象,然后借助图象观察得到函数的最值.
跟踪训练3 已知函数f(x)=ax3+2x2-4x+5,当x= 时,函数f(x)有极值,则函数f(x)在[-3,1]上的最大值为_____.
解析 f′(x)=3ax2+4x-4,
∴f(x)=x3+2x2-4x+5,f′(x)=3x2+4x-4.
当x变化时,f′(x),f(x)的取值及变化情况如表所示:∴函数f(x)在[-3,1]上的最大值为13.
例 (12分)已知函数f(x)=ln x-ax(a∈R).(1)求函数f(x)的单调区间;(2)当a>0时,求函数f(x)在[1,2]上的最小值.
综上可知,当a≤0时,函数f(x)的单调递增区间为(0,+∞);
所以f(x)的最小值是f(1)=-a. [7分]
又f(2)-f(1)=ln 2-a,
当ln 2≤a<1时,最小值为f(2)=ln 2-2a. [11分]综上可知,当0答题模板用导数法求给定区间上的函数的最值问题的一般步骤第一步:(求导数)求函数f(x)的导数f′(x);第二步:(求极值)求f(x)在给定区间上的单调性和极值;第三步:(求端点值)求f(x)在给定区间上的端点值;第四步:(求最值)将f(x)的各极值与f(x)的端点值进比较,确定f(x)的最大值与最小值;第五步:(反思)反思回顾,查看关键点,易错点和解题规范.
1.函数f(x)的定义域为R,导函数f′(x)的图象如图所示,则函数f(x)A.无极大值点、有四个极小值点B.有三个极大值点、一个极小值点C.有两个极大值点、两个极小值点D.有四个极大值点、无极小值点
解析 设f′(x)的图象与x轴的4个交点的横坐标从左至右依次为x1,x2,x3,x4.当x
3.函数y=xex的最小值是A.-1 B.-eC.- D.不存在
解析 因为y=xex,所以y′=ex+xex=(1+x)ex.当x>-1时,y′>0;当x<-1时,y′<0,所以当x=-1时,函数取得最小值,且ymin=-故选C.
4.(2018·南昌调研)已知e为自然对数的底数,设函数f(x)=(ex-1)(x-1)k(k=1,2),则A.当k=1时,f(x)在x=1处取得极小值B.当k=1时,f(x)在x=1处取得极大值C.当k=2时,f(x)在x=1处取得极小值D.当k=2时,f(x)在x=1处取得极大值
解析 当k=1时,f′(x)=ex·x-1,f′(1)≠0,∴x=1不是f(x)的极值点.当k=2时,f′(x)=(x-1)(xex+ex-2),显然f′(1)=0,且在x=1附近的左侧f′(x)<0,当x>1时,f′(x)>0,∴f(x)在x=1处取得极小值.故选C.
5.已知函数f(x)=x3+ax2+bx+a2在x=1处有极值10,则f(2)等于A.11或18 D.17或18
解析 ∵函数f(x)=x3+ax2+bx+a2在x=1处有极值10,∴f(1)=10,且f′(1)=0,又f′(x)=3x2+2ax+b,
∴f(x)=x3+4x2-11x+16,∴f(2)=18.
6.若商品的年利润y(万元)与年产量x(百万件)的函数关系式为y=-x3+27x+123(x>0),则获得最大利润时的年产量为A.1百万件 B.2百万件C.3百万件 D.4百万件
解析 y′=-3x2+27=-3(x+3)(x-3),当0
7.设a∈R,若函数y=ex+ax有大于零的极值点,则实数a的取值范围是____________.
解析 ∵y=ex+ax,∴y′=ex+a.∵函数y=ex+ax有大于零的极值点,∴方程ex+a=0有大于零的解,∵当x>0时,-ex<-1,∴a=-ex<-1.
8.函数f(x)=x3-3a2x+a(a>0)的极大值是正数,极小值是负数,则a的取值范围是___________.
解析 f′(x)=3x2-3a2=3(x+a)(x-a),由f′(x)=0得x=±a,当-a
9.已知函数f(x)=-x3+ax2-4在x=2处取得极值,若m∈[-1,1],则f(m)的最小值为____.
解析 f′(x)=-3x2+2ax,由f(x)在x=2处取得极值知f′(2)=0,即-3×4+2a×2=0,故a=3.由此可得f(x)=-x3+3x2-4.f′(x)=-3x2+6x,由此可得f(x)在(-1,0)上单调递减,在(0,1)上单调递增,∴当m∈[-1,1]时,f(m)min=f(0)=-4.
10.(2018·长沙调研)已知y=f(x)是奇函数,当x∈(0,2)时,f(x)=ln x-ax 当x∈(-2,0)时,f(x)的最小值为1,则a=___.
解析 由题意知,当x∈(0,2)时,f(x)的最大值为-1.
11.已知函数f(x)=ax2-bln x在点A(1,f(1))处的切线方程为y=1.(1)求实数a,b的值;
f(1)=a=1,f′(1)=2a-b=0,将a=1代入2a-b=0,解得b=2.
(2)求函数f(x)的极值.
解 由(1)得f(x)=x2-2ln x(x>0),
令f′(x)>0,解得x>1,令f′(x)<0,解得0
解 当x<1时,f′(x)=-3x2+2x=-x(3x-2),
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
故当x=0时,函数f(x)取得极小值f(0)=0,
(2)求f(x)在[-1,e](e为自然对数的底数)上的最大值.
所以f(x)在[-1,1)上的最大值为2.②当1≤x≤e时,f(x)=aln x,当a≤0时,f(x)≤0;当a>0时,f(x)在[1,e]上单调递增,则f(x)在[1,e]上的最大值为f(e)=a.故当a≥2时,f(x)在[-1,e]上的最大值为a;当a<2时,f(x)在[-1,e]上的最大值为2.
13.函数f(x)=x3-3x-1,若对于区间[-3,2]上的任意x1,x2,都有|f(x1)-f(x2)|≤t,则实数t的最小值是A.20 B.18C.3 D.0
解析 因为f′(x)=3x2-3=3(x-1)(x+1),令f′(x)=0,得x=±1,可知-1,1为函数的极值点.又f(-3)=-19,f(-1)=1,f(1)=-3,f(2)=1,所以在区间[-3,2]上,f(x)max=1,f(x)min=-19.由题设知在区间[-3,2]上,f(x)max-f(x)min≤t,从而t≥20,所以t的最小值是20.
14.(2018·贵州质检)设直线x=t与函数h(x)=x2,g(x)=ln x的图象分别交于点M,N,则当|MN|最小时,t的值为______.
解析 由已知条件可得|MN|=t2-ln t,
15.已知函数f(x)=xln x+mex(e为自然对数的底数)有两个极值点,则实数m的取值范围是_________.
解析 f(x)=xln x+mex(x>0),∴f′(x)=ln x+1+mex(x>0),
∴h(x)在(0,+∞)上单调递减且h(1)=0,∴当x∈(0,1]时,h(x)≥0,即g′(x)≥0,g(x)在(0,1]上单调递增,
即g′(x)<0,g(x)在(1,+∞)上单调递减,
而当x→0时,g(x)→-∞,当x→+∞时,g(x)→0;若y=-m和g(x)的图象在(0,+∞)上有两个交点,
16.已知函数f(x)=ax-ln x,x∈(0,e]的最小值是2,求正实数a的值.
综上,正实数a的值为e.
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