§3.3 导数与函数的极值、最值 课件-2025高考数学一轮复习
展开1.借助函数图象,了解函数在某点取得极值的必要和充分条件.2.会用导数求函数的极大值、极小值.3.掌握利用导数研究函数最值的方法.4.会用导数研究生活中的最优化问题.
第一部分 落实主干知识
第二部分 探究核心题型
1.函数的极值一般地,若存在δ>0,当x∈(x1-δ,x1+δ)时,都有f(x)≤f(x1),则称f(x1)为函数f(x)的一个 ;当x∈(x2-δ,x2+δ)时,都有f(x)≥f(x2),则称f(x2)为函数f(x)的一个 .函数的极大值、极小值统称为函数的 .
2.函数的最大(小)值(1)函数f(x)在区间[a,b]上有最值的条件:如果在区间[a,b]上函数y=f(x)的图象是一条 的曲线,那么它必有最大值和最小值.(2)求y=f(x)在区间[a,b]上的最大(小)值的步骤:①求函数y=f(x)在区间(a,b)上的 ;②将函数y=f(x)的各极值与 比较,得到f(x)在区间[a,b]上的最大值与最小值.
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.
1.判断下列结论是否正确.(请在括号中打“√”或“×”)(1)函数的极值可能不止一个,也可能没有.( )(2)函数的极小值一定小于函数的极大值.( )(3)函数的极小值一定是函数的最小值.( )(4)函数的极大值一定不是函数的最小值.( )
2.如图是f(x)的导函数f′(x)的图象,则f(x)的极小值点的个数为A.1 B.2 C.3 D.4
由导函数f′(x)的图象知,在x=-2处,f′(-2)=0,且其两侧导数符号为左正右负,所以x=-2是f(x)的极大值点;在x=-1处,f′(-1)=0,且其两侧导数符号为左负右正,所以x=-1是f(x)的极小值点;在x=2处,f′(2)=0,且其两侧导数符号为左正右负,所以x=2是f(x)的极大值点.综上,f(x)的极小值点的个数为1.
3.若函数f(x)=x3-ax2+2x-1有两个极值点,则实数a的取值范围是_________________________.
f′(x)=3x2-2ax+2,由题意知f′(x)有两个变号零点,∴Δ=(-2a)2-4×3×2>0,
f′(x)=x2-4,令f′(x)=0,解得x=2或x=-2(舍去).当x∈[0,2)时,f′(x)<0,f(x)单调递减;当x∈(2,3]时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
又由于f(0)=4,f(3)=1,
题型一 利用导数求解函数的极值问题
命题点1 根据函数图象判断极值例1 (多选)(2023·连云港模拟)如图是函数y=f(x)的导函数f′(x)的图象,下列说法正确的是A.f(1)为函数f(x)的极大值B.当x=-1时,f(x)取得极小值C.f(x)在(-1,2)上单调递增,在(2,4)上单调递减D.当x=3时,f(x)取得极小值
由图象知,当x∈(-2,-1)时,f′(x)<0,即f(x)在(-2,-1)上单调递减,当x∈(-1,2)时,f′(x)>0,即f(x)在(-1,2)上单调递增,所以当x=-1时,f(x)取得极小值,故A错误,B正确;当x∈(2,4)时,f′(x)<0,即f(x)在(2,4)上单调递减,故C正确,D错误.
命题点2 求已知函数的极值例2 设函数f(x)=(x2+ax+a)ex,讨论f(x)的单调性并判断f(x)有无极值,若有极值,求出f(x)的极值.
f′(x)=(2x+a)ex+(x2+ax+a)ex=(x+2)(x+a)ex当a=2时,f′(x)≥0,所以函数f(x)在R上是增函数,无极值;当a≠2时,令f′(x)=0,解得x=-2或x=-a,不妨令x1
命题点3 已知极值(点)求参数例3 (1)(2024·成都模拟)若函数f(x)=x(x+a)2在x=1处有极大值,则实数a的值为A.1 B.-1或-3C.-1 D.-3
函数f(x)=x(x+a)2,f′(x)=(x+a)2+2x(x+a)=(x+a)(3x+a),由函数f(x)=x(x+a)2在x=1处有极大值,可得f′(1)=(1+a)(3+a)=0,解得a=-1或a=-3,
当a=-3时,f′(x)=(x-3)(3x-3),当x∈(-∞,1)时,f′(x)>0,当x∈(1,3)时,f′(x)<0,所以f(x)在(-∞,1)上单调递增,在(1,3)上单调递减,f(x)在x=1处有极大值,符合题意.综上可得,a=-3.
(2)(2023·威海模拟)若函数f(x)=ex-ax2-2ax有两个极值点,则实数a的取值范围为
由f(x)=ex-ax2-2ax,得f′(x)=ex-2ax-2a.因为函数f(x)=ex-ax2-2ax有两个极值点,所以f′(x)=ex-2ax-2a有两个变号零点,
当x>0时,g′(x)<0;当x<0时,g′(x)>0,所以g(x)在(-∞,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减.当x→-∞时,g(x)→-∞;
当x→+∞时,g(x)→0.
根据函数的极值(点)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 (1)已知函数f(x)=x3+ax2+bx-a2-7a在x=1处取得极大值10,则a+b的值为A.-1或3 B.1或-3C.3 D.-1
因为f(x)=x3+ax2+bx-a2-7a,所以f′(x)=3x2+2ax+b,因为函数f(x)在x=1处取得极大值10,所以f′(1)=3+2a+b=0,①f(1)=1+a+b-a2-7a=10,②联立①②,解得a=-2,b=1或a=-6,b=9.当a=-2,b=1时,f′(x)=3x2-4x+1=(x-1)·(3x-1),
故f(x)在x=1处取得极小值10,不符合题意;当a=-6,b=9时,f′(x)=3x2-12x+9=(x-1)·(3x-9),f(x)在(-∞,1)和(3,+∞)上单调递增,在(1,3)上单调递减,故f(x)在x=1处取得极大值10,符合题意.综上可得,a=-6,b=9.则a+b=3.
(2)(2023·商丘模拟)已知函数f(x)=x2-aln(2x+1)在定义域内不存在极值点,则实数a的取值范围是_____________.
因为f(x)在定义域内不存在极值点,
题型二 利用导数求函数的最值问题
命题点1 不含参函数的最值例4 (2022·全国乙卷)函数f(x)=cs x+(x+1)sin x+1在区间[0,2π]的最小值、最大值分别为
f(x)=cs x+(x+1)sin x+1,x∈[0,2π],则f′(x)=-sin x+sin x+(x+1)·cs x=(x+1)cs x,x∈[0,2π].
又f(0)=cs 0+(0+1)sin 0+1=2,f(2π)=cs 2π+(2π+1)sin 2π+1=2,
命题点2 含参函数的最值例5 已知函数f(x)=ax2-(a+2)x+ln x.当a>0时,f(x)在区间[1,e]上的最小值为-2,求实数a的取值范围.
所以f(x)min=f(1)=-2,符合题意.
所以f(x)min=f(e)
跟踪训练2 (1)(2021·新高考全国Ⅰ)函数f(x)=|2x-1|-2ln x的最小值为________.
函数f(x)=|2x-1|-2ln x的定义域为(0,+∞).
所以f(x)min=f(1)=2-1-2ln 1=1;
=ln 4>ln e=1.综上,f(x)min=1.
(2)(2024·上饶模拟)已知函数f(x)=ln x+ax2+1.当0
f′(x)=x2+2x-3,由x2+2x-3=0,得x=-3或x=1,
故f(x)在x=1处有极小值,极小值点为1.
2.(2023·淮阳模拟)函数f(x)=xcs x-sin x在区间[-π,0]上的最大值为
由题意得f′(x)=cs x-xsin x-cs x=-xsin x,当x∈[-π,0]时,sin x≤0,f′(x)≤0,所以f(x)在[-π,0]上单调递减,故函数f(x)在区间[-π,0]上的最大值为f(-π)=π.
3.(2023·郑州模拟)若当x=1时,函数f(x)=aln x+取得极小值4,则a+b等于A.7 B.8 C.9 D.10
根据题意有f′(1)=a-(b+1)=0,且f(1)=b+1=4,解得a=4,b=3,a+b=7.
当x∈(0,1)时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减;当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增.所以函数f(x)在x=1处取得极小值,满足题意,故a+b=7.
4.已知函数f(x)=-x2+ax+1在[1,2]上的最大值也是其在[1,2]上的极大值,则a的取值范围是A.[2,+∞) B.[4,+∞)C.[2,4] D.(2,4)
函数f(x)的定义域为(0,+∞),
因此函数f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,当x=1时,函数f(x)取得最大值,满足题意.
6.(2023·开封模拟)已知函数f(x)=ex+x,g(x)=3x,且f(m)=g(n),则n-m的最小值为
由f(m)=g(n),得em+m=3n,所以3n-3m=em-2m;令h(m)=em-2m(m∈R),则h′(m)=em-2,令em-2=0,解得m=ln 2.当m∈(-∞,ln 2)时,h′(m)<0,即h(m)在(-∞,ln 2)上单调递减;
当m∈(ln 2,+∞)时,h′(m)>0,即h(m)在(ln 2,+∞)上单调递增;即h(m)min=h(ln 2)=2-2ln 2,
二、多项选择题7.对于函数f(x)=x3-3x,下列结论中正确的是A.f(x)是奇函数B.f(x)在区间(-∞,-1)和(1,+∞)上单调递增C.f(x)在x=-1处取得极大值2D.f(x)的值域是[-2,2]
对于A,因为对∀x∈R,f(-x)=-x3+3x=-f(x),故A正确;对于B,f′(x)=3x2-3=3(x-1)(x+1),令f′(x)>0可得x<-1或x>1,令f′(x)<0可得-1
A.bc>0 B.ab>0C.b2+8ac>0 D.ac<0
因为函数f(x)既有极大值也有极小值,则函数f′(x)在(0,+∞)上有两个变号零点,而a≠0,因此方程ax2-bx-2c=0有两个不相等的正实数根x1,x2,
即有b2+8ac>0,ab>0,ac<0,显然a2bc<0,即bc<0,故A错误,B,C,D正确.
三、填空题9.(2023·潍坊模拟)写出一个存在极值的奇函数f(x)=_________________.
正弦函数f(x)=sin x为奇函数,且存在极值.
sin x(答案不唯一)
11.某商场销售某种商品,经验表明,该商品每日的销售量y(千克)与销售价格x(元/千克)满足关系式y= +10(x-6)2,x∈(3,6).若该商品的成本为3元/千克,则当销售价格为________元/千克时,该商场每日销售该商品所获得的利润最大.
商场每日销售该商品所获得的利润为
=2+10(x-3)(x-6)2,3<x<6,f′(x)=10[(x-6)2+2(x-3)(x-6)]=30(x-4)(x-6).令f′(x)=0,得x=4或x=6(舍去).故当x∈(3,4)时,f′(x)>0,当x∈(4,6)时,f′(x)<0.则函数f(x)在(3,4)上单调递增,在(4,6)上单调递减,
∴当x=4时,函数f(x)取得最大值f(4)=42.故当销售价格为4元/千克时,商场每日销售该商品所获得的利润最大.
12.(2024·湛江模拟)若函数f(x)=ex-ax2-a存在两个极值点x1,x2,且x2=2x1,则a=_____.
f(x)=ex-ax2-a,定义域为R,所以f′(x)=ex-2ax,故 -2ax1=0, -2ax2=0;又x2=2x1,所以 -4ax1=0.又 >0,故=2,所以x1=ln 2,
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若y=f(x)的图象与x轴没有公共点,求a的取值范围.
∵y=f(x)的图象与x轴没有公共点,∴1-ln a>0,∴014.已知函数f(x)=ln x-ax,x∈(0,e],其中e为自然对数的底数.(1)若x=1为f(x)的极值点,求f(x)的单调区间和最大值;
∵f(x)=ln x-ax,x∈(0,e],
由f′(1)=0,得a=1.
∴当x∈(0,1)时,f′(x)>0,当x∈(1,e]时,f′(x)<0,∴f(x)的单调递增区间是(0,1),单调递减区间是(1,e];f(x)的极大值为f(1)=-1,也即f(x)的最大值为f(1)=-1.
(2)是否存在实数a,使得f(x)的最大值是-3?若存在,求出a的值;若不存在,说明理由.
∵f(x)=ln x-ax,
①当a≤0时,f(x)在(0,e]上单调递增,∴f(x)的最大值是f(e)=1-ae=-3,
又f(x)在(0,e]上的最大值为-3,
∴a=e2,符合题意;
∴f(x)max=f(e)=1-ae=-3,
综上,存在a符合题意,此时a=e2.
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