3.2.1.2函数的最大(小)值(知识梳理+例题+变式+练习)(解析版)

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名称 3.2.1.2函数的最大(小)值(知识梳理+例题+变式+练习)(解析版)
格式 docx
文件大小 1.4MB
资源类型 试卷
版本资源 人教A版(2019)
科目 数学
更新时间 2021-10-27 07:33:31

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3.2.1.2函数的最大(小)值
知识点一 函数的最大(小)值
1. 函数的最大(小)值
最大值 最小值
一般地,设函数y=f(x)的定义域为I,如果存在实数M满足
(1) x∈I,都有; (2) x0∈I,使得 (1) x∈I,都有; (2) x0∈I,使得
那么,我们称M是函数y=f(x)的最大值 那么,我们称M是函数y=f(x)的最小值
【思考】
若函数y=f(x)在区间[a,b]上为增函数,则f(x)的最大值与最小值分别是多少?
【提示】
最大值为f(b),最小值为f(a).
2.有关函数最大(小)值问题的关注点
(1)定义中M首先是一个函数值,它是值域的一个元素,如函数f(x)=-x2(x∈R)的最大值为0,有f(0)=0.
(2)最大(小)值定义中的“任意”是说对每一个值都必须满足不等式,即对于定义域内全部元素,都有f(x)≤M(或f(x)≥M)成立,也就是说,y=f(x)的图象不能位于直线y=M的上(下)方.
(3)最大(小)值定义中的“存在”是说定义域中至少有一个实数满足等式,也就是说y=f(x)的图象与直线y=M至少有一个交点.
(4)求函数在某个闭区间上的最值问题,可以先作出函数的图象,判断其在该区间上的单调性,并加以证明,利用函数的单调性求函数的最大值和最小值.另外利用函数的单调性可以比较函数值或自变量的大小;求某些函数的值域,也常用于解(证)不等式;还可以绘制某些函数的草图等等.
【基础自测】
1.判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)若对任意x∈I,都有f(x)≤M,则M是函数f(x)的最大值. (  )
(2)如果函数有最值,则最值一定是其值域中的一个元素. (  )
(3)如果函数的值域是确定的,则它一定有最值. (  )
(4)函数的最大值一定比最小值大. (  )
(5)若函数f(x)在区间[-1,2]上是减函数,则函数f(x)在区间[-1,2]上的最大值为f(-1). (  )
【答案】(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×
2.函数y=f(x)在[-2,2]上的图象如图所示,则此函数的最小值、最大值分别是 (  )
A.-1,0   B.0,2 C.-1,2 D.,2
【答案】C
【解析】由图可知,f(x)的最大值为f(1)=2,f(x)的最小值为f(-2)=-1.
3.设函数f(x)=3x-1(x<0),则f(x) (  )
A.有最大值 B.有最小值 C.既有最大值又有最小值   D.既无最大值又无最小值
【答案】D
【解析】∵f(x)在(-∞,0)上单调递增,∴f(x)<f(0)=-1,故选D.
4.函数f(x)=,x∈[1,2],则f(x)的最大值为________,最小值为________.
【解析】1
【解析】∵f(x)=在区间[1,2]上为减函数,∴f(2)≤f(x)≤f(1),即≤f(x)≤1.
题型一 图像法求函数的最值问题
【探究发现】
函数最大值或最小值与函数图象有什么关系?
【提示】函数的最大值是f(x)图象上最高点的纵坐标.函数的最小值是f(x)图象上最低点的纵坐标.
【例1】 (1)若x∈R,f(x)是y=2-x2,y=x这两个函数中的较小者,则f(x)的最大值为 (  )
A.2         B.1 C.-1 D.无最大值
(2)求函数y=|x+1|-|x-2|的最大值和最小值.
【解析】(1)选B 在同一坐标系中画出函数y=2-x2,y=x的图象,如图:根据题意,图中实线部分即为函数f(x)的图象.所以当x=1时,f(x)max=1.
(2)y=|x+1|-|x-2|=
作出函数的图象如图所示,由图可知,y∈[-3,3].所以函数的最大值为3,最小值为-3.
【方法技巧】
(1)任取一条垂直于x轴的直线l.
【变式训练】
1.[已知图象求最值]函数f(x)在区间[-2,5]上的图象如图所示,则此函数的最小值、最大值分别是 (  )
A.-2,f(2)   B.2,f(2) C.-2,f(5) D.2,f(5)
【答案】C
【解析】由函数的图象知,当x=-2时,有最小值-2;当x=5时,有最大值f(5).
2.[作函数图象求最值]对于每个实数x,设f(x)是y=4x+1,y=x+2和y=-2x+4这三个函数值中的最小
值,则函数f(x)的最大值为(   )
A. B.3 C. D.
【答案】A
【解析】由题意,可得函数f(x)的图象如图所示.由得A,∴f(x)的最大值为.
题型二 利用单调性求函数最值
利用单调性求最值的常用结论
(1)如果函数f(x)在区间[a,b]上是增(减)函数,则f(x)在区间[a,b]的左、右端点处分别取得最小(大)值和最大(小)值.
(2)如果函数f(x)在区间(a,b]上是增函数,在区间[b,c)上是减函数,则函数f(x)在区间(a,c)上有最大值f(b). 
(3)如果函数f(x)在区间(a,b]上是减函数,在区间[b,c)上是增函数,则函数f(x)在区间(a,c)上有最小值f(b). 
【例2】已知函数f(x)=x+.
(1)证明:f(x)在(1,+∞)内是增函数;
(2)求f(x)在[2,4]上的最值.
【解析】(1)证明:设对于任意x1,x2∈(1,+∞),且x1x1>1,∴x1-x2<0,又∵x1x2>1,∴x1x2-1>0,
故(x1-x2)·<0,即f(x1)(2)由(1)可知f(x)在[2,4]上是增函数,∴当x∈[2,4]时,f(2)≤f(x)≤f(4).又f(2)=2+=,f(4)=4+=,
∴f(x)在[2,4]上的最大值为,最小值为.
【方法技巧】
1.利用单调性求函数的最大(小)值的一般步骤
(1)判断函数的单调性.
(2)利用单调性求出最大(小)值.
【提醒】(1)求最值勿忘求定义域.
(2)闭区间上的最值,不判断单调性而直接将两端点值代入是最容易出现的错误,求解时一定注意.
2.分离参数法解决恒成立问题
在求参数a的取值范围时,可将参数a单独分离出来求解:若对区间D上的任意x,a>f(x)恒成立,则a>f(x)max;若对于区间D上的任意x,af(x)成立,则a>f(x)min;若在区间D上存在x使a【变式训练】
1.[实数集上的恒成立问题]已知关于x的不等式x2-x+a-1≥0在R
上恒成立,则实数a的取值范围是 (  )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】记f(x)=x2-x+a-1,则原问题等价于二次函数f(x)=x2-x+a-1的最小值大于或等于0.而f(x)
=2+a-,当x=时,f(x)min=a-,所以a-≥0,解得a≥.故选D.
2.[闭区间上的恒成立问题]当0≤x≤2时,a<-x2+2x恒成立,则实数a的取值范围是 (   ) A.(-∞,1] D.(-∞,0]
C.(-∞,0) D.(0,+∞)
【答案】C
【解析】记f(x)=-x2+2x,0≤x≤2,因为a<-x2+2x恒成立,所以a而f(x)=-x2+2x=-(x-1)2+1,当x∈[0,2]时,f(x)min=f(0)=f(2)=0.故选C.
3.[闭区间上的最值问题]已知函数f(x)=.
(1)判断函数在区间(-1,+∞)上的单调性,并用定义证明你的结论;
(2)求该函数在区间[2,4]上的最大值和最小值.
【解析】(1)f(x)在(-1,+∞)上为增函数,证明如下:
设 x1,x2∈(-1,+∞),且x1<x2,
则f(x1)-f(x2)=-=.
因为-1<x1<x2 x1+1>0,x2+1>0,x1-x2<0,
所以f(x1)-f(x2)<0 f(x1)<f(x2),
所以f(x)在(-1,+∞)上为增函数.
(2)由(1)知f(x)在[2,4]上单调递增,
所以f(x)的最小值为f(2)==,
最大值为f(4)==.
题型三 二次函数在区间上的最值
【探究发现】
(1)二次函数y=ax2+bx+c的图象和解析式之间的关系,由哪些关键因素决定?
【提示】二次函数的图象的开口方向由a决定,对称轴由a,b共同决定,c决定了函数与y轴的交点位置.
(2)求二次函数y=ax2+bx+c在区间[m,n]上的最值,关键因素有哪些?
【提示】求二次函数y=ax2+bx+c在区间[m,n]上的最值,关键因素是开口方向、对称轴与区间的位置关系.
【例3】已知函数f(x)=x2-ax+1,
(1)求f(x)在[0,1]上的最大值;
(2)当a=1时,求f(x)在闭区间[t,t+1](t∈R)上的最小值.
【解析】(1)因为函数f(x)=x2-ax+1的图象开口向上,其对称轴为x=,
所以区间[0,1]的哪一个端点离对称轴远,则在哪个端点取到最大值,
当≤,即a≤1时,f(x)的最大值为f(1)=2-a;
当>,即a>1时,f(x)的最大值为f(0)=1.
(2)当a=1时,f(x)=x2-x+1,其图象的对称轴为x=.
①当t≥时,f(x)在[t,t+1]上是增函数,∴f(x)min=f(t)=t2-t+1;
②当t+1≤,即t≤-时,f(x)在[t,t+1]上是减函数,
∴f(x)min=f(t+1)=t2+t+1;
③当t<【方法技巧】
1.含参数的二次函数最值问题的解法
解决含参数的二次函数的最值问题,首先将二次函数化为y=a(x+h)2+k的形式,再依a的符号确定抛物线的开口方向,依对称轴x=-h得出顶点的位置,再根据x的定义区间结合大致图象确定最大或最小值.
2.含参数的二次函数最值问题的三种类型
(1)区间固定,对称轴变动(含参数),求最值;
(2)对称轴固定,区间变动(含参数),求最值;
(3)区间固定,最值也固定,对称轴变动,求参数.
通常都是根据区间端点和对称轴的相对位置进行分类讨论.  
【变式训练】
1.[求给定区间的最值]已知二次函数f(x)=x2-2x+3.
(1)当x∈[-2,0]时,求f(x)的最值;
(2)当x∈[-2,3]时,求f(x)的最值;
(3)(定轴动区间)当x∈[t,t+1]时,求f(x)的最小值g(t).
【解析】f(x)=x2-2x+3=(x-1)2+2,其对称轴为x=1,开口向上.
(1)当x∈[-2,0]时,f(x)在[-2,0]上是减函数,
故当x=-2时,f(x)有最大值f(-2)=11;
当x=0时,f(x)有最小值f(0)=3.
(2)当x∈[-2,3]时,f(x)在[-2,3]上先递减后递增,
故当x=1时,f(x)有最小值f(1)=2.
又|-2-1|>|3-1|,所以f(x)的最大值为f(-2)=11.
(3)①当t>1时,f(x)在[t,t+1]上是增函数,
所以当x=t时,f(x)取得最小值,此时g(t)=f(t)=t2-2t+3.
②当t≤1≤t+1,即0≤t≤1时,f(x)在[t,t+1]上先递减后递增,
故当x=1时,f(x)取得最小值,此时g(t)=f(1)=2.
③当t+1<1,即t<0时,f(x)在[t,t+1]上是减函数,
所以当x=t+1时,f(x)取得最小值,
此时g(t)=f(t+1)=t2+2,
综上得g(t)=
2.[已知最值求参数]二次函数f(x)=x2-2x+3在[0,m]上有最大值3,最小值1,则实数m的取值范围
是________.
【答案】[2,4]
【解析】因为f(x)=x2-2x+3在[0,2]上单调递减,在[2,+∞)上单调递
增.则当0有最小值1,在x=0或x=4处有最大值3,此时条件成立;当m>4时,
最大值必大于f(4)=3,此时条件不成立.综上可知,实数m的取值范围
是[2,4].
题型四 函数最值的实际应用
[探究发现]
在函数的三个要素中,起决定作用的是哪两个要素?两个函数相等必须具备什么条件?
【提示】起决定作用的是函数的对应关系和定义域,因为函数的值域由函数的定义域和对应关系确定;当两个函数的定义域和对应关系相同时,这两个函数就相等.
【例4】一个工厂生产某种产品每年需要固定投资100万元,此外每生产1件该产品还需要增加投资1万元,年产量为x(x∈N*)件.当x≤20时,年销售总收入为(33x-x2)万元;当x>20时,年销售总收入为260万元.记该工厂生产并销售这种产品所得的年利润为y万元.(年利润=年销售总收入-年总投资)
(1)求y(万元)与x(件)的函数关系式;
(2)当该工厂的年产量为多少件时,所得年利润最大?最大年利润是多少?
【解析】(1)当0<x≤20时,y=(33x-x2)-x-100=-x2+32x-100;
当x>20时,y=260-100-x=160-x.故y=(x∈N*).
(2)当0<x≤20时,y=-x2+32x-100=-(x-16)2+156,当x=16时,ymax=156.
而当x>20时,160-x<140,
故x=16时取得最大年利润,最大年利润为156万元.
即当该工厂年产量为16件时,取得最大年利润为156万元.
【方法技巧】
求解实际问题的4步骤
【变式训练】
1.用长度为24 m的材料围一矩形场地,中间加两道隔墙,要使矩形的面积最大,则隔墙的长度为______ m.
【答案】3
【解析】设隔墙长度为x m,场地面积为S m2,则
S=x·=12x-2x2=-2(x-3)2+18.所以当x=3时,S有最大值.
2.将进货单价为40元的商品按50元一个出售时,能卖出500个,已知这种商品每涨价1元,其销售量就
减少10个,为得到最大利润,售价应为多少元?最大利润为多少?
【解析】设售价为x元,利润为y元,单个涨价(x-50)元,销量减少10(x-50)个,销量为500-10(x-50)=(1 000-10x)个,则y=(x-40)(1 000-10x)=-10(x-70)2+9 000.故当x=70时,ymax=9 000.即售价为70元时,利润最大值为9 000元.
[课堂思维激活]
一、综合性——强调融会贯通
1.请先阅读下列材料,然后回答问题.
对于问题“已知函数f(x)=,问函数f(x)是否存在最大值或最小值?若存在,求出最大值或最小值;若不存在,说明理由.”
一个同学给出了如下解答:令u=3+2x-x2,则u=-(x-1)2+4,当x=1时,u有最大值,umax=4,显然u没有最小值.故当x=1时,f(x)有最小值,没有最大值.
(1)你认为上述解答是否正确?若不正确,说明理由,并给出正确的解答;
(2)试研究函数y=的最值情况.
【提示】不正确,没有考虑到u可以小于零.
【正解如下】
令u=3+2x-x2,
则u=-(x-1)2+4≤4,
当0<u≤4时,≥,即f(x)≥;
当u<0时,<0,即f(x)<0.
∴f(x)<0或f(x)≥,
即f(x)既无最大值,也无最小值.
(2)∵x2+x+2=2+≥,∴0<y≤,∴函数y=的最大值为,无最小值.
二、创新性——强调创新意识和创新思维
2.对于函数f(x),在使f(x)≥M成立的所有实数M中,我们把M的最大值Mmax叫做函数f(x)的下确界,则
对于a∈R,a2-4a+6的下确界为________.
【答案】2
【解析】设f(a)=a2-4a+6,f(a)≥M,即f(a)min≥M.
而f(a)=(a-2)2+2,∴f(a)min=f(2)=2.∴M≤2.∴Mmax=2.
1.函数f(x)=的最大值为(  )
A.1          B.2
C. D.
【答案】B
【解析】当x≥1时,函数f(x)=为减函数,此时f(x)在x=1处取得最大值,最大值为f(1)=1;当x<1时,函数f(x)=-x2+2在x=0处取得最大值,最大值为f(0)=2.综上可得,f(x)的最大值为2,故选B.
2.已知函数f(x)=,其定义域是[-8,-4),则下列说法正确的是(  )
A.f(x)有最大值,无最小值
B.f(x)有最大值,最小值
C.f(x)有最大值,无最小值
D.f(x)有最大值2,最小值
【答案】A
【解析】因为函数f(x)===2+,由函数的图象可知f(x)在[-8,-4)上单调递减,则f(x)在x=-8处取得最大值,最大值为,x=-4取不到函数值,即最小值取不到.故选A.
3.已知函数y=(k≠0)在[3,8]上的最大值为1,则k的值为(  )
A.1 B.-6
C.1或-6 D.6
【答案】A
【解析】当k>0时,函数y=在[3,8]上单调递减,∵函数在[3,8]上的最大值为1,∴=1,∴k=1;
当k<0时,函数y=在[3,8]上单调递增,∵函数在[3,8]上的最大值为1,∴=1,∴k=6(舍去).故选A.
4.已知函数f(x)=-x2+4x+a,x∈[0,1],若f(x)有最小值-2,则f(x)的最大值为(  )
A.-1 B.0
C.1 D.2
【答案】C
【解析】因为f(x)=-(x2-4x+4)+a+4=-(x-2)2+4+a,
所以函数f(x)图象的对称轴为直线x=2.
所以f(x)在[0,1]上单调递增.
又因为f(x)min=-2,
所以f(0)=-2,即a=-2.
所以f(x)max=f(1)=-1+4-2=1.
5.某公司在甲、乙两地同时销售一种品牌车,销售x辆该品牌车的利润(单位:万元)分别为L1=-x2+21x和L2=2x.若该公司在两地共销售15辆,则能获得的最大利润为(  )
A.90万元 B.60万元
C.120万元 D.120.25万元
【答案】C
【解析】设公司在甲地销售x辆,则在乙地销售(15-x)辆,公司获利为L=-x2+21x+2(15-x)=-x2+19x+30=-2+30+,
∴当x=9或10时,L最大为120万元.
6.函数y=-,x∈[-3,-1]的最大值与最小值的差是________.
【答案】
【解析】易证函数y=-在[-3,-1]上为增函数,所以ymin=,ymax=1,所以ymax-ymin=1-=.
7.已知函数f(x)=x2-6x+8,x∈[1,a],并且f(x)的最小值为f(a),则实数a的取值范围是________.
【答案】 (1,3]
【解析】如图可知f(x)在[1,a]内是单调递减的,
又∵f(x)的单调递减区间为(-∞,3],∴18.用长度为24 m的材料围成一个中间加两道隔墙的矩形场地,要使矩形的面积最大,则隔墙的长度为________m.
【答案】3
【解析】设隔墙的长度为x m,场地面积为S m2,则S=x·=12x-2x2=-2(x-3)2+18,所以当x=3时,S有最大值18.
9.求函数f(x)=在区间[2,5]上的最大值与最小值.
【解析】任取2≤x1则f(x2)-f(x1)=-=.
因为2≤x1所以x1-x2<0,x2-1>0,x1-1>0.
所以f(x2)-f(x1)<0.
即f(x2)所以f(x)=在区间[2,5]上是单调减函数.
所以f(x)max=f(2)==2,f(x)min=f(5)==.
10.若二次函数f(x)满足f(x+1)-f(x)=2x,且f(0)=2.
(1)求f(x)的解析式;
(2)若在区间[-1,1]上,不等式f(x)>2x+m恒成立,求实数m的取值范围.
【解析】(1)设f(x)=ax2+bx+c(a≠0),
∵f(0)=2,∴c=2,∴f(x)=ax2+bx+2.
∵f(x+1)-f(x)=2x,
∴2ax+a+b=2x,
∴解得
∴f(x)=x2-x+2.
(2)由题意知x2-x+2>2x+m在[-1,1]上恒成立,
即x2-3x+2-m>0在[-1,1]上恒成立.
令g(x)=x2-3x+2-m=2--m(x∈[-1,1]),
则g(x)在区间[-1,1]上是减函数,
∴g(x)min=g(1)=1-3+2-m>0,∴m<0,
即实数m的取值范围为(-∞,0).
11.设f(x)=若f(0)是f(x)的最小值,则实数a的取值范围是(  )
A.(-∞,2] B.(-∞,2)
C.(2,+∞) D.[2,+∞)
【答案】A
【解析】由题意,当x>0时,f(x)的最小值为f(1)=2;当x≤0时,f(x)的最小值为f(0)=a.若f(0)是f(x)的最小值,则a≤2.
12.(多选)已知函数f(x)=-2x+1(x∈[-2,2]),g(x)=x2-2x(x∈[0,3]),下列结论正确的是(  )
A. x∈[-2,2],f(x)>a恒成立,则实数a的取值范围是a<-3
B. x∈[-2,2],f(x)>a,则实数a的取值范围是a<-3
C. x∈[0,3],g(x)=a,则实数a的取值范围是-1≤a≤3
D. x∈[-2,2], t∈[0,3],f(x)=g(t)
【答案】AC
【解析】在A中,因为f(x)=-2x+1(x∈[-2,2])是单调递减函数,所以当x=2时,函数的最小值为-3,因此a<-3,A正确;在B中,因为f(x)=-2x+1(x∈[-2,2])是单调递减函数,所以当x=-2时,函数的最大值为5,因此a<5,B错误;在C中,函数g(x)=x2-2x=(x-1)2-1,x∈[0,3],所以当x=1时,函数g(x)取得最小值-1,当x=3时,函数g(x)取得最大值3,故函数的值域为[-1,3],由g(x)=a有解,知a∈g(x)的值域,即-1≤a≤3,C正确;在D中, x∈[-2,2], t∈[0,3],f(x)=g(t)等价于f(x)的值域是g(t)的值域的子集,而f(x)的值域是[-3,5],g(t)的值域是[-1,3],D错误.
13.(一题两空)已知函数f(x)=x2+ax+2(a>0)在区间[0,2]上的最大值等于8,则a=________;函数y=f(x)在区间[-2,1]上的值域为________.
【答案】1 
【解析】由题知函数f(x)图象的对称轴为直线x=-<0,故f(x)max=f(2)=6+2a=8,所以a=1,则f(x)=x2+x+2=2+.因为f(x)的对称轴为直线x=-∈[-2,1]且f=,f(-2)=4,f(1)=4,所以所求值域为.
14.某商场经营一批进价是每件30元的商品,在市场试销中发现,该商品销售单价x(不低于进价,单位:元)与日销售量y(单位:件)之间有如下关系:
x 45 50
y 27 12
(1)确定x与y的一个一次函数关系式y=f(x)(注明函数定义域);
(2)若日销售利润为P元,根据(1)中的关系式写出P关于x的函数关系式,并指出当销售单价为多少元时,才能获得最大的日销售利润?
【解析】(1)因为f(x)是一次函数,设f(x)=ax+b(a≠0),由表格得方程组解得所以y=f(x)=-3x+162.
又y≥0,所以30≤x≤54,
故所求函数关系式为y=-3x+162,x∈[30,54].
(2)由题意得,
P=(x-30)y=(x-30)(162-3x)
=-3x2+252x-4 860
=-3(x-42)2+432,x∈[30,54].
当x=42时,最大的日销售利润P=432,即当销售单价为42元时,获得最大的日销售利润.
15.已知函数y=x+有如下性质:如果常数t>0,那么该函数在(0, ]上是减函数,在[,+∞)上是增函数.
(1)已知f(x)=,x∈[0,1],利用上述性质,求函数f(x)的单调区间和值域;
(2)对于(1)中的函数f(x)和函数g(x)=-x-2a,若对于任意的x1∈[0,1],总存在x2∈[0,1],使得g(x2)=f(x1)成立,求实数a的值.
【解析】(1)f(x)==2x+1+-8,设u=2x+1,x∈[0,1],则1≤u≤3,故y=u+-8,u∈[1,3].由已知性质得,当1≤u≤2,即0≤x≤时,f(x)单调递减,所以递减区间为;当2≤u≤3,即≤x≤1时,f(x)单调递增,所以递增区间为.
由f(0)=-3,f=-4,f(1)=-,得f(x)的值域为[-4,-3].
(2)由于g(x)=-x-2a,x∈[0,1]为减函数,故g(x)∈[-1-2a,-2a].
由题意,知f(x)的值域为g(x)的值域的子集,从而解得a=.
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