专题八 导数与函数的极值 学案

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名称 专题八 导数与函数的极值 学案
格式 zip
文件大小 2.3MB
资源类型 试卷
版本资源 人教A版(2019)
科目 数学
更新时间 2023-09-21 19:25:25

文档简介

中小学教育资源及组卷应用平台
高中数学重难点突破
专题八 导数与函数的极值
班级_____ 姓名_____
知识归纳
1.极值点与极值
(1)极小值点与极小值
若函数y=f(x)在点x=a的函数值f(a)比它在点x=a附近其他点的函数值都小,f′(a)=0,而且在点x=a附近的左侧f′(x)<0,右侧f′(x)>0,就把点a叫做函数y=f(x)的极小值点,f(a)叫做函数y=f(x)的极小值.
(2)极大值点与极大值
若函数y=f(x)在点x=b的函数值f(b)比它在点x=b附近其他点的函数值都大,f′(b)=0,而且在点x=b附近的左侧f′(x)>0,右侧f′(x)<0,就把点b叫做函数y=f(x)的极大值点,f(b)叫做函数y=f(x)的极大值.
(3)极大值点、极小值点统称为极值点;极大值、极小值统称为极值.
2.求可导函数y=f(x)的极值的方法
解方程f′(x)=0.当f′(x0)=0时:
(1)如果在x0附近的左侧f′(x)>0,右侧f′(x)<0,那么f(x0)是极大值;
(2)如果在x0附近的左侧f′(x)<0,右侧f′(x)>0,那么f(x0)是极小值.
典例分析
【例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,两个极小值点
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
【变式1】函数f(x)的定义域为开区间(a,b),导函数f′(x)在(a,b)内的图象如图所示,则函数f(x)在开区间(a,b)内有________个极小值点.
【例2】求下列函数的极值
(1)y=x3-3x2-9x+5; (2)y=x3(x-5)2.
【变式2】求函数f(x)=+3ln x的极值.
【例3】已知f(x)=x3+3ax2+bx+a2在x=-1时有极值0,求常数a,b的值.
【变式3】(1)若函数f(x)=x3+ax2+bx+a2在x=1处取得极值10,则a=________,b=________.
(2)(选讲)已知函数f(x)=x3-(m+3)x2+(m+6)x(x∈R,m为常数),在区间(1,+∞)内有两个极值点,求实数m的取值范围.
【例4】(选讲)已知函数f(x)=x3-3x+a(a为实数),若方程f(x)=0有三个不同实根,求实数a的取值范围.
【变式4】若函数f(x)=2x3-6x+k在R上只有一个零点,求常数k的取值范围.
同步练习
午练(基本概念与基础运算)
1.已知函数f(x)在点x0处连续,下列命题中,正确的是(  )
A.导数为零的点一定是极值点
B.如果在点x0附近的左侧f′(x)>0,右侧f′(x)<0,那么f(x0)是极小值
C.如果在点x0附近的左侧f′(x)>0,右侧f′(x)<0,那么f(x0)是极大值
D.如果在点x0附近的左侧f′(x)<0,右侧f′(x)>0,那么f(x0)是极大值
2.对于函数f(x)=x3-3x2,给出命题:
①f(x)是增函数,无极值; ②f(x)是减函数,无极值;
③f(x)的递增区间为(-∞,0),(2,+∞),递减区间为(0,2);
④f(0)=0是极大值,f(2)=-4是极小值.其中正确的命题有(  )
A.1个         B.2个
C.3个 D.4个
3.函数f(x)=x+的极值情况是(  )
A.当x=1时,极小值为2,但无极大值 B.当x=-1时,极大值为-2,但无极小值
C.当x=-1时,极小值为-2;当x=1时,极大值为2
D.当x=-1时,极大值为-2;当x=1时,极小值为2
4.函数y=的极大值为______,极小值为______.
5.已知函数y=x3+ax2+bx+27在x=-1处有极大值,在x=3处有极小值,则a=______,b=________.
课后作业(常考题型与解题技巧)
6.函数y=x3-3x2-9x(-2<x<2)的极值情况是(  )
A.极大值为5,极小值为-27 B.极大值为5,极小值为-11
C.极大值为5,无极小值 D.极小值为-27,无极大值
7.已知函数f(x)=2x3+ax2+36x-24在x=2处有极值,则该函数的一个递增区间是(  )
A.(2,3)      B.(3,+∞) C.(2,+∞) D.(-∞,3)
8.设函数f(x)=xex,则(  )
A.x=1为f(x)的极大值点 B.x=1为f(x)的极小值点
C.x=-1为f(x)的极大值点 D.x=-1为f(x)的极小值点
9.函数f(x)=-的极值点为(  )
A.0    B.-1 C.0或1 D.1
10.已知函数y=x-ln(1+x2),则函数y的极值情况是(  )
A.有极小值 B.有极大值 C.既有极大值又有极小值 D.无极值
11.已知函数f(x)=x3-px2-qx的图象与x轴切于(1,0)点,则函数f(x)的极值是(  )
A.极大值为,极小值为0 B.极大值为0,极小值为
C.极大值为0,极小值为- D.极大值为-,极小值为0
12.函数f(x)=x3+3ax2+3(a+2)x+3既有极大值又有极小值,则实数a的取值范围是________.
13.函数f(x)=aln x+bx2+3x的极值点为x1=1,x2=2,则a=________,b=________.
14.若函数f(x)=在x=1处取得极值,则a=________.
班级_____ 姓名_____
15.已知函数f(x)=x3-3x2-9x+11.
(1)写出函数f(x)的递减区间;
(2)讨论函数f(x)的极大值或极小值,如有试写出极值.
16.设函数f(x)=ax3+bx2+cx,在x=1和x=-1处有极值,且f(1)=-1,求a、b、c的值,并求出相应的极值.
17.求下列函数的极值:
(1)f(x)=; (2)f(x)=x2e-x.
提高训练题(思维与综合能力提升)
18.若函数y=x3-3ax+a在(1,2)内有极小值,则实数a的取值范围是(  )
A.1C.24或a<1
19.已知函数f(x)=x3+3ax2+3bx+c在x=2处有极值,其图象在x=1处的切线平行于直线6x+2y+5=0,则极大值与极小值之差为________.
20.已知函数f(x)=x3-3x的图象与直线y=a有相异三个公共点,则a的取值范围是________.
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高中数学重难点突破
专题八 导数与函数的极值
知识归纳
1.极值点与极值
(1)极小值点与极小值
若函数y=f(x)在点x=a的函数值f(a)比它在点x=a附近其他点的函数值都小,f′(a)=0,而且在点x=a附近的左侧f′(x)<0,右侧f′(x)>0,就把点a叫做函数y=f(x)的极小值点,f(a)叫做函数y=f(x)的极小值.
(2)极大值点与极大值
若函数y=f(x)在点x=b的函数值f(b)比它在点x=b附近其他点的函数值都大,f′(b)=0,而且在点x=b附近的左侧f′(x)>0,右侧f′(x)<0,就把点b叫做函数y=f(x)的极大值点,f(b)叫做函数y=f(x)的极大值.
(3)极大值点、极小值点统称为极值点;极大值、极小值统称为极值.
2.求可导函数y=f(x)的极值的方法
解方程f′(x)=0.当f′(x0)=0时:
(1)如果在x0附近的左侧f′(x)>0,右侧f′(x)<0,那么f(x0)是极大值;
(2)如果在x0附近的左侧f′(x)<0,右侧f′(x)>0,那么f(x0)是极小值.
典例分析
【例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,两个极小值点
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
【例1】C [设y=f′(x)的图象与x轴的交点从左到右横坐标依次为x1,x2,x3,x4,则f(x)在x=x1,x=x3处取得极大值,在x=x2,x=x4处取得极小值.]
【变式1】函数f(x)的定义域为开区间(a,b),导函数f′(x)在(a,b)内的图象如图所示,则函数f(x)在开区间(a,b)内有________个极小值点.
【变式1】答案 1
解析 由图可知,在区间(a,x1),(x2,0),(0,x3)内f′(x)>0;在区间(x1,x2),(x3,b)内f′(x)<0.即f(x)在(a,x1)内单调递增,在(x1,x2)内单调递减,在(x2,x3)内单调递增,在(x3,b)内单调递减.所以,函数f(x)在开区间(a,b)内只有一个极小值点,极小值点为x=x2.故填1.
【例2】求下列函数的极值
(1)y=x3-3x2-9x+5; (2)y=x3(x-5)2.
【例2】[解] (1)∵y′=3x2-6x-9,
令y′=0,即3x2-6x-9=0,解得x1=-1,x2=3.
当x变化时,y′,y的变化情况如下表:
x (-∞,-1) -1 (-1,3) 3 (3,+∞)
y′ + 0 - 0 +
y ↗ 极大值 ↘ 极小值 ↗
∴当x=-1时,函数y=f(x)有极大值,且f(-1)=10;
当x=3时,函数y=f(x)有极小值,且f(3)=-22.
(2)y′=3x2(x-5)2+2x3(x-5)
=5x2(x-3)(x-5),令y′=0,
即5x2(x-3)(x-5)=0,解得x1=0,x2=3,x3=5.当x变化时,y′与y的变化情况如下表:
x (-∞,0) 0 (0,3) 3 (3,5) 5 (5,+∞)
y′ + 0 + 0 - 0 +
y ↗ 无极值 ↗ 极大值108 ↘ 极小值0 ↗
∴x=0不是y的极值点;
x=3是y的极大值点,y极大值=f(3)=108;
x=5是y的极小值点,y极小值=f(5)=0.
【变式2】求函数f(x)=+3ln x的极值.
【变式2】解 函数f(x)=+3ln x的定义域为(0,+∞),f′(x)=-+=.
令f′(x)=0,得x=1.
当x变化时,f′(x)与f(x)的变化情况如下表:
x (0,1) 1 (1,+∞)
f′(x) - 0 +
f(x) 单调递减 3 单调递增
因此,当x=1时,f(x)有极小值f(1)=3.
【例3】已知f(x)=x3+3ax2+bx+a2在x=-1时有极值0,求常数a,b的值.
【例3】解 因为f(x)在x=-1时有极值0,
且f′(x)=3x2+6ax+b,
所以即
解之得或
当a=1,b=3时,f′(x)=3x2+6x+3=3(x+1)2≥0,
所以f(x)在R上为增函数,无极值,故舍去.
当a=2,b=9时,f′(x)=3x2+12x+9=3(x+1)(x+3).
当x∈(-3,-1)时,f(x)为减函数;
当x∈(-1,+∞)时,f(x)为增函数,
所以f(x)在x=-1时取得极小值,因此a=2,b=9.
【变式3】(1)若函数f(x)=x3+ax2+bx+a2在x=1处取得极值10,则a=________,b=________.
(2)(选讲)已知函数f(x)=x3-(m+3)x2+(m+6)x(x∈R,m为常数),在区间(1,+∞)内有两个极值点,求实数m的取值范围.
【变式3】(1)4,-11 [f′(x)=3x2+2ax+b,
依题意得即
解得或
但由于当a=-3,b=3时,f′(x)=3x2-6x+3=3(x-1)2≥0,故f(x)在R上单调递增,不可能在x=1处取得极值,所以,不符合题意,应舍去.
而当时,经检验知符合题意,故a,b的值分别为4,-11.]
(2)[解] f′(x)=x2-(m+3)x+m+6.
因为函数f(x)在(1,+∞)内有两个极值点,
所以f′(x)=x2-(m+3)x+m+6在(1,+∞)内与x轴有两个不同的交点,如图所示.
所以
解得m>3.故实数m的取值范围是(3,+∞).
【例4】(选讲)已知函数f(x)=x3-3x+a(a为实数),若方程f(x)=0有三个不同实根,求实数a的取值范围.
【例4】[解] 令f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1)=0,
解得x1=-1,x2=1.
当x<-1时,f′(x)>0;
当-1当x>1时,f′(x)>0.
所以当x=-1时,f(x)有极大值f(-1)=2+a;
当x=1时,f(x)有极小值f(1)=-2+a.
因为方程f(x)=0有三个不同实根,
所以y=f(x)的图象与x轴有三个交点,如图.
由已知应有
解得-2【变式4】若函数f(x)=2x3-6x+k在R上只有一个零点,求常数k的取值范围.
【变式4】解 f(x)=2x3-6x+k,则f′(x)=6x2-6,
令f′(x)=0,
得x=-1或x=1,
可知f(x)在(-1,1)上是单调减函数,
f(x)在(-∞,-1)和(1,+∞)上是单调增函数.
f(x)的极大值为f(-1)=4+k,
f(x)的极小值为f(1)=-4+k.
要使函数f(x)只有一个零点,
只需4+k<0或-4+k>0(如图所示)

即k<-4或k>4.
∴k的取值范围是(-∞,-4)∪(4,+∞).
同步练习
午练(基本概念与基础运算)
1.已知函数f(x)在点x0处连续,下列命题中,正确的是(  )
A.导数为零的点一定是极值点
B.如果在点x0附近的左侧f′(x)>0,右侧f′(x)<0,那么f(x0)是极小值
C.如果在点x0附近的左侧f′(x)>0,右侧f′(x)<0,那么f(x0)是极大值
D.如果在点x0附近的左侧f′(x)<0,右侧f′(x)>0,那么f(x0)是极大值
1、[答案] C
[解析] 导数为0的点不一定是极值点,例如f(x)=x3,f′(x)=3x2,f′(0)=0,但x=0不是f(x)的极值点,故A错;由极值的定义可知C正确,故应选C.
2.对于函数f(x)=x3-3x2,给出命题:
①f(x)是增函数,无极值;
②f(x)是减函数,无极值;
③f(x)的递增区间为(-∞,0),(2,+∞),递减区间为(0,2);
④f(0)=0是极大值,f(2)=-4是极小值.
其中正确的命题有(  )
A.1个         B.2个
C.3个 D.4个
2、[答案] B
[解析] f′(x)=3x2-6x=3x(x-2),令f′(x)>0,得x>2或x<0,令f′(x)<0,得03.函数f(x)=x+的极值情况是(  )
A.当x=1时,极小值为2,但无极大值
B.当x=-1时,极大值为-2,但无极小值
C.当x=-1时,极小值为-2;当x=1时,极大值为2
D.当x=-1时,极大值为-2;当x=1时,极小值为2
3、[答案] D
[解析] f′(x)=1-,令f′(x)=0,得x=±1,
函数f(x)在区间(-∞,-1)和(1,+∞)上单调递增,在(-1,0)和(0,1)上单调递减,
∴当x=-1时,取极大值-2,当x=1时,取极小值2.
4.函数y=的极大值为______,极小值为______.
4、[答案] 1 -1
[解析] y′=,
令y′>0得-11或x<-1,
∴当x=-1时,取极小值-1,当x=1时,取极大值1.
5.已知函数y=x3+ax2+bx+27在x=-1处有极大值,在x=3处有极小值,则a=______,b=________.
5、[答案] -3 -9
[解析] y′=3x2+2ax+b,方程y′=0有根-1及3,由韦达定理应有
课后作业(常考题型与解题技巧)
6.函数y=x3-3x2-9x(-2<x<2)的极值情况是(  )
A.极大值为5,极小值为-27
B.极大值为5,极小值为-11
C.极大值为5,无极小值
D.极小值为-27,无极大值
6、【解析】 y′=3x2-6x-9=3(x+1)(x-3),
令y′=0,得x=-1或x=3.
当-2<x<-1时,y′>0;
当-1<x<2时,y′<0.
所以当x=-1时,函数有极大值,且极大值为5;无极小值.
【答案】 C
7.已知函数f(x)=2x3+ax2+36x-24在x=2处有极值,则该函数的一个递增区间是(  )
A.(2,3)        B.(3,+∞)
C.(2,+∞) D.(-∞,3)
7、【解析】 因为函数f(x)=2x3+ax2+36x-24在x=2处有极值,所以有f′(2)=0,而f′(x)=6x2+2ax+36,代入得a=-15.现令f′(x)>0,解得x>3或x<2,所以函数的一个递增区间是(3,+∞).
【答案】 B
8.设函数f(x)=xex,则(  )
A.x=1为f(x)的极大值点
B.x=1为f(x)的极小值点
C.x=-1为f(x)的极大值点
D.x=-1为f(x)的极小值点
8、【解析】 ∵f(x)=xex,
∴f′(x)=ex+xex=ex(1+x).
∴当f′(x)≥0时,
即ex(1+x)≥0,即x≥-1,
∴x≥-1时,函数f(x)为增函数.
同理可求,x<-1时,函数f(x)为减函数.
∴x=-1时,函数f(x)取得极小值.
【答案】 D
9.函数f(x)=-的极值点为(  )
A.0     B.-1
C.0或1 D.1
9、D [∵f′(x)=x3-x2=x2(x-1),
由f′(x)=0得x=0或x=1.
又当x>1时f′(x)>0,0<x<1时f′(x)<0,
∴1是f(x)的极小值点.
又x<0时f′(x)<0,故x=0不是函数的极值点.]
10.已知函数y=x-ln(1+x2),则函数y的极值情况是(  )
A.有极小值
B.有极大值
C.既有极大值又有极小值
D.无极值
10、[答案] D
[解析] ∵y′=1-(x2+1)′=1-=
令y′=0得x=1,当x>1时,y′>0,
当x<1时,y′>0,
∴函数无极值,故应选D.
11.已知函数f(x)=x3-px2-qx的图象与x轴切于(1,0)点,则函数f(x)的极值是(  )
A.极大值为,极小值为0
B.极大值为0,极小值为
C.极大值为0,极小值为-
D.极大值为-,极小值为0
11、[答案] A
[解析] 由题意得,f(1)=0,∴p+q=1①
f′(1)=0,∴2p+q=3②
由①②得p=2,q=-1.
∴f(x)=x3-2x2+x,f′(x)=3x2-4x+1
=(3x-1)(x-1),
令f′(x)=0,得x=或x=1,极大值f=,极小值f(1)=0.
12.函数f(x)=x3+3ax2+3(a+2)x+3既有极大值又有极小值,则实数a的取值范围是________.
12、答案 (-∞,-1)∪(2,+∞)
解析 ∵f′(x)=3x2+6ax+3(a+2),令3x2+6ax+3(a+2)=0,即x2+2ax+a+2=0,∵函数f(x)有极大值和极小值,∴方程x2+2ax+a+2=0有两个不相等的实数根,即Δ=4a2-4a-8>0,解得a>2或a<-1.
13.函数f(x)=aln x+bx2+3x的极值点为x1=1,x2=2,则a=________,b=________.
13、【解析】 f′(x)=+2bx+3=,
∵函数的极值点为x1=1,x2=2,
∴x1=1,x2=2是方程f′(x)==0的两根,也即2bx2+3x+a=0的两根.
∴由根与系数的关系知
解得
【答案】 -2 -
14.若函数f(x)=在x=1处取得极值,则a=________.
14、答案 3
解析 ∵f′(x)=′

=,
又∵函数f(x)在x=1处取极值,
∴f′(1)=0.
∴1+2×1-a=0,
∴a=3.
验证知a=3符合题意.
15.已知函数f(x)=x3-3x2-9x+11.
(1)写出函数f(x)的递减区间;
(2)讨论函数f(x)的极大值或极小值,如有试写出极值.
15、[解析] f′(x)=3x2-6x-9=3(x+1)(x-3),
令f′(x)=0,得x1=-1,x2=3.
x变化时,f′(x)的符号变化情况及f(x)的增减性如下表所示:
x (-∞,-1) -1 (-1,3) 3 (3,+∞)
f′(x) + 0 - 0 +
f(x) 增 极大值f(-1) 减 极小值f(3) 增
(1)由表可得函数的递减区间为(-1,3);
(2)由表可得,当x=-1时,函数有极大值为f(-1)=16;当x=3时,函数有极小值为f(3)=-16.
16.设函数f(x)=ax3+bx2+cx,在x=1和x=-1处有极值,且f(1)=-1,求a、b、c的值,并求出相应的极值.
[解析] f′(x)=3ax2+2bx+c.
∵x=±1是函数的极值点,∴-1、1是方程f′(x)=0的根,即有
又f(1)=-1,则有a+b+c=-1,
此时函数的表达式为f(x)=x3-x.
∴f′(x)=x2-.
令f′(x)=0,得x=±1.
当x变化时,f′(x),f(x)变化情况如下表:
x (-∞,-1) -1 (-1,1) 1 (1,+∞)
f′(x) + 0 - 0 +
f(x) ? 极大值1 ? 极小值-1 ?
由上表可以看出,当x=-1时,函数有极大值1;当x=1时,函数有极小值-1.
17.求下列函数的极值:
(1)f(x)=;
(2)f(x)=x2e-x.
17、解 (1)函数的定义域为(-∞,1)∪(1,+∞).
∵f′(x)=,
令f′(x)=0,得x1=-1,x2=2.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x (-∞,-1) -1 (-1,1) 1 (1,2) 2 (2,+∞)
f′(x) + 0 - + 0 +
f(x) 单调递增 - 单调递减 单调递增 3 单调递增
故当x=-1时,函数有极大值,
并且极大值为f(-1)=-,无极小值.
(2)函数的定义域为R,
f′(x)=2xe-x+x2·′
=2xe-x-x2e-x
=x(2-x)e-x,
令f′(x)=0,得x=0或x=2.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x (-∞,0) 0 (0,2) 2 (2,+∞)
f′(x) - 0 + 0 -
f(x) 单调递减 0 单调递增 4e-2 单调递减
由上表可以看出,当x=0时,函数有极小值,且为f(0)=0;
当x=2时,函数有极大值,且为f(2)=4e-2.
提高训练题(思维与综合能力提升)
18.若函数y=x3-3ax+a在(1,2)内有极小值,则实数a的取值范围是(  )
A.1C.24或a<1
18、答案 B
解析 y′=3x2-3a,当a≤0时,y′≥0,
函数y=x3-3ax+a为单调函数,不合题意,舍去;当a>0时,y′=3x2-3a=0 x=±,不难分析,当1<<2,即119.已知函数f(x)=x3+3ax2+3bx+c在x=2处有极值,其图象在x=1处的切线平行于直线6x+2y+5=0,则极大值与极小值之差为________.
19、【解析】 ∵f′(x)=3x2+6ax+3b,

∴f′(x)=3x2-6x,
令3x2-6x=0,得x=0或x=2,
∴f(x)极大值-f(x)极小值=f(0)-f(2)=4.
【答案】 4
20.已知函数f(x)=x3-3x的图象与直线y=a有相异三个公共点,则a的取值范围是________.
20、[答案] (-2,2)
[解析] 令f′(x)=3x2-3=0得x=±1,
可得极大值为f(-1)=2,极小值为f(1)=-2,
y=f(x)的大致图象如图
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