6.2.1 导数与函数的单调性(课件 学案 练习)高中数学人教B版(2019)选择性必修 第三册

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名称 6.2.1 导数与函数的单调性(课件 学案 练习)高中数学人教B版(2019)选择性必修 第三册
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资源类型 教案
版本资源 人教B版(2019)
科目 数学
更新时间 2025-08-06 18:57:07

文档简介

6.2.1 导数与函数的单调性
1.函数f(x)=x2ln x的单调递减区间为(  )
A.(0,)       B.
C.(,+∞) D.
2.函数y=f(x)的图象如图所示,则导函数y=f'(x)的图象可能是(  )
3.函数y=x2-ln x的单调递减区间为(  )
A.(0,1) B.(-∞,-1)∪(0,1)
C.(-∞,1) D.(-∞,+∞)
4.若f(x)=,e<a<b,则(  )
A.f(a)>f(b) B.f(a)=f(b)
C.f(a)<f(b) D.f(a)f(b)>1
5.已知f(x)=2aln x+x2,若 x1,x2∈(0,+∞)且x1≠x2都有>4,则a的取值范围是(  )
A.(1,+∞) B.[1,+∞)
C.(0,1) D.(0,1]
6.(多选)下列函数中,在(0,+∞)内为增函数的是(  )
A.y=sin x B.y=xex
C.y=x3+x D.y=ln x-x
7.函数y=的单调递减区间是    .
8.已知函数f(x)=x3-ax-1,若f(x)在(-1,1)上单调递减,则a的取值范围为    .
9.如图为函数f(x)的图象,f'(x)为函数f(x)的导函数,则不等式<0的解集为    .
10.已知二次函数h(x)=ax2+bx+2,其导函数y=h'(x)的图象如图,f(x)=6ln x+h(x).
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)求f(x)的单调区间.
11.(多选)若函数exf(x)在f(x)的定义域上单调递增,则称函数f(x)具有M性质.下列函数中具有M性质的增函数是(  )
A.f(x)=2-x B.f(x)=3-x
C.f(x)=x3 D.f(x)=x2+2
12.已知函数f(x)=ax3+bx2的图象经过点M(1,4),曲线在点M处的切线恰好与直线x+9y=0垂直.则实数a=    ;若函数f(x)在区间[m,m+1]上单调递增,则m的取值范围为    .
13.已知函数f(x)=aln x-ax-3(a∈R).
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)当a=-1时,证明:当x∈(1,+∞)时,f(x)+2>0.
14.(多选)函数f(x)在定义域R内可导,若f(x)=f(2-x),且(x-1)f'(x)<0,若a=f(0),b=f,c=f(3),则a,b,c的大小关系正确的有(  )
A.b>a B.c>b
C.b>c D.c>a
15.已知函数f(x)=a(x-1)-ln x,g(x)=ex.
(1)讨论y=f(x)的单调性;
(2)若函数F(x)=f(x)·g(x)在[1,+∞)上单调递增,求实数a的取值范围.
6.2.1 导数与函数的单调性
1.D 由题意得,函数f(x)的定义域为(0,+∞),f'(x)=2x·ln x+x2·=2xln x+x=x(2ln x+1).
令f'(x)<0,得2ln x+1<0,解得0<x<,
故函数f(x)=x2ln x的单调递减区间为.
2.D ∵函数f(x)在(0,+∞),(-∞,0)上都是减函数,∴当x>0时,f'(x)<0;当x<0时,f'(x)<0.故选D.
3.A ∵y=x2-ln x的定义域为(0,+∞),∴y'=x-,令y'<0,即x-<0,解得0<x<1.故选A.
4.A 由f'(x)=<0,解得x>e,∴f(x)在(e,+∞)上为减函数,∵e<a<b,∴f(a)>f(b).
5.B 任取x1,x2∈(0,+∞),假设x1<x2,因为>4,所以f(x1)-f(x2)<4(x1-x2),即f(x1)-4x1<f(x2)-4x2.构造函数g(x)=f(x)-4x,由题意知,g(x)在(0,+∞)上单调递增,所以g'(x)=f'(x)-4≥0,即+2x-4≥0,所以a≥2x-x2,又2x-x2=-(x-1)2+1≤1,所以a≥1,所以a的取值范围是[1,+∞).
6.BC B项中,y=xex,y'=ex+xex=ex(1+x),当x∈(0,+∞)时,y'>0,∴y=xex在(0,+∞)内为增函数;对于选项C,y'=3x2+1>0,∴y=x3+x在(0,+∞)内为增函数.
7.(-∞,0)和(0,1) 解析:函数的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),y'==,令y'<0,得x<1,且x≠0.故函数的单调递减区间是(-∞,0)和(0,1).
8.[3,+∞) 解析:∵f(x)=x3-ax-1,∴f'(x)=3x2-a.要使f(x)在(-1,1)上单调递减,则f'(x)≤0在x∈(-1,1)上恒成立,故a≥3x2在x∈(-1,1)上恒成立,在x∈(-1,1)上,3x2<3,即a≥3,∴a的取值范围为[3,+∞).
9.(-3,-1)∪(0,1) 解析:由题图知,当x∈(-∞,-3)∪(-1,1)时,f'(x)<0,当x∈(-3,-1)∪(1,+∞)时,f'(x)>0,故不等式<0的解集为(-3,-1)∪(0,1).
10.解:(1)由已知,h'(x)=2ax+b,
其图象为直线,且过(0,-8),(4,0)两点,
把两点坐标代入h'(x)=2ax+b,解得
∴h(x)=x2-8x+2,h'(x)=2x-8,
∴f(x)=6ln x+x2-8x+2.
(2)∵f'(x)=+2x-8=(x>0).
∴当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:
x (0,1] (1,3] (3,+∞)
f'(x) + - +
f(x) 单调递增 单调递减 单调递增
∴f(x)的单调递增区间为(0,1]和(3,+∞),
f(x)的单调递减区间为(1,3].
11.AD 对于A,exf(x)=ex·2-x=,在R上为增函数,故A符合要求;对于B,exf(x)=ex·3-x=,在R上为减函数,故B不符合要求;对于C,exf(x)=ex·x3,故[exf(x)]'=(ex·x3)'=ex·(x3+3x2),显然函数exf(x)=ex·x3在R上不单调,故C不符合要求;对于D,exf(x)=ex·(x2+2),故[exf(x)]'=[ex·(x2+2)]'=ex·(x2+2x+2)=ex·[(x+1)2+1]>0,故函数exf(x)=ex·(x2+2)在R上为增函数,故D符合要求,故选A、D.
12.1 m≥0或m≤-3 解析:因为函数f(x)=ax3+bx2的图象经过点M(1,4),所以a+b=4. ①
f'(x)=3ax2+2bx,则f'(1)=3a+2b.
由条件f'(1)·=-1,即3a+2b=9. ②
由①②解得a=1,b=3.
f(x)=x3+3x2,则f'(x)=3x2+6x.令f'(x)=3x2+6x≥0,得x≥0或x≤-2.因为函数f(x)在区间[m,m+1]上单调递增,所以[m,m+1] (-∞,-2]∪[0,+∞),所以m≥0或m+1≤-2,所以m≥0或m≤-3.
13.解:(1)根据题意知,f'(x)=(x>0),
当a>0时,则当x∈(0,1)时,f'(x)>0,当x∈(1,+∞)时,f'(x)<0,所以f(x)的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞);
同理,当a<0时,f(x)的单调递增区间为(1,+∞),单调递减区间为(0,1);
当a=0时,f(x)=-3,不是单调函数,无单调区间.
(2)证明:当a=-1时,f(x)=-ln x+x-3,
所以f(1)=-2,
由(1)知f(x)=-ln x+x-3在(1,+∞)上单调递增,
所以当x∈(1,+∞)时,f(x)>f(1),
即f(x)>-2,所以f(x)+2>0.
14.AC 由f(x)=f(2-x)得f(x+1)=f(1-x),则函数关于x=1对称,当x>1时,由(x-1)f'(x)<0得f'(x)<0,函数单调递减;当x<1时,由(x-1)f'(x)<0得f'(x)>0,函数单调递增.又a=f(0)=f(2),b=f=f,c=f(3),故b>a>c.故选A、C.
15.解:(1)y=f(x)的定义域为(0,+∞),f'(x)=,
当a≤0时,f'(x)<0在(0,+∞)上恒成立,
所以y=f(x)在(0,+∞)上单调递减.
当a>0时,令f'(x)=0,得x=,
当f'(x)<0时,0<x<,当f'(x)>0时,x>,
则y=f(x)在上单调递减,在上单调递增.
(2)F(x)=[a(x-1)-ln x]·ex,
由题意知F'(x)=·ex≥0在[1,+∞)上恒成立,
所以ax-ln x-≥0在[1,+∞)上恒成立.
令h(x)=ax-ln x-,则至少有h(1)≥0 a-1≥0 a≥1(经检验a=1符合题意).
当a≥1时,有h'(x)=a-+=.
令φ(x)=ax2-x+1,其图象开口向上,对称轴方程为x=∈,
故φ(x)在[1,+∞)上单调递增,所以φ(x)≥φ(1)=a>0,
所以h'(x)>0,所以h(x)在[1,+∞)上单调递增.
综上,实数a的取值范围为[1,+∞).
2 / 26.2.1 导数与函数的单调性
新课程标准解读 核心素养
1.结合实例,借助几何直观了解函数的单调性与导数的关系 数学抽象、直观想象
2.能利用导数研究函数的单调性 逻辑推理、数学运算
3.对于多项式函数,能求不超过三次的多项式函数的单调区间 数学运算
  研究股票时,我们最关心的是股票的发展趋势(走高或走低)以及股票价格的变化范围(封顶或保底).从股票走势曲线图来看,股票有升有降.在数学上,函数曲线也有升有降,就是我们常说的单调性.
【问题】 函数的单调性与导数有什么关系?
                                            
                                            
知识点 函数的单调性与其导数正负的关系
一般地,函数f(x)的单调性与其导函数f'(x)的正负之间具有如下的关系:
(1)在某个区间(a,b)上,如果    ,那么函数y=f(x)在区间(a,b)上单调递增;
(2)在某个区间(a,b)上,如果    ,那么函数y=f(x)在区间(a,b)上单调递减.
【想一想】
1.如果在某个区间上恒有f'(x)=0,那么函数y=f(x)在这个区间上单调性如何?
2.在区间(a,b)内,若f'(x)>0,则f(x)在此区间上单调递增,反之也成立吗?
3.函数图象的变化趋势与导数值大小有何关系?
1.函数f(x)=2x-sin x在(-∞,+∞)上(  )
A.是增函数
B.是减函数
C.在(0,+∞)上单调递增,在(-∞,0)上单调递减
D.在(0,+∞)上单调递减,在(-∞,0)上单调递增
2.已知二次函数y=f(x)的图象如图所示,则其导函数y=f'(x)的图象大致形状是(  )
3.如图为导函数y=f'(x)的图象,则函数y=f(x)的单调递增区间是    ,单调递减区间是    .
题型一 导数与函数单调性的关系
角度1 根据原函数图象确定导函数图象
【例1】 已知函数y=f(x)的图象如图所示,则函数y=f'(x)的图象可能是图中的(  )
尝试解答
通性通法
  对于原函数图象,要看其在哪个区间内单调递增,则在该区间内导数值大于零.在哪个区间内单调递减,则在此区间内导数值小于零.根据导数值的正负可判定导函数图象.
角度2 由导函数图象确定原函数图象
【例2】 (1)已知y=f'(x)的图象如图所示,则y=f(x)的图象最有可能是图中的(  )
(2)已知f'(x)是f(x)的导函数,f'(x)的图象如图所示,则f(x)的图象只可能是(  )
尝试解答
通性通法
  通过观察导函数图象,确定导数值正负所在区间,也就确定了增减区间;根据导函数图象的变化,可确定原函数增减快慢.
【跟踪训练】
1.设函数f(x)在定义域内可导,y=f(x)的图象如图所示,则导函数f'(x)的图象可能是(  )
2.已知函数y=f(x),y=g(x)的导函数图象如图所示,则y=f(x),y=g(x)的图象可能是(  )
题型二 利用导数求函数的单调区间
角度1 不含参数的函数求单调区间
【例3】 已知函数f(x)=,判断函数f(x)的单调性.
尝试解答
通性通法
求函数y=f(x)的单调区间的步骤
(1)确定函数f(x)的定义域;
(2)求导函数f'(x);
(3)解不等式f'(x)>0(或f'(x)<0),并写出解集;
(4)结合函数f(x)的定义域,根据(3)的结果确定函数f(x)的单调区间.
角度2 含参数的函数求单调区间
【例4】 已知函数f(x)=(x-1)ex-ax2+b.讨论f(x)的单调性.
尝试解答
通性通法
含参数的单调性问题解题步骤
【跟踪训练】
 设函数f(x)=ex-ax-2,求f(x)的单调区间.
题型三 已知函数的单调性求参数的范围
【例5】 若函数f(x)=kx-ln x在区间(1,+∞)上单调递增,则k的取值范围是    .
尝试解答
【母题探究】
1.(变设问)本例条件不变,若函数f(x)在区间(1,+∞)上单调递减,求k的取值范围.
2.(变条件,变设问)若本例中的函数“f(x)=kx-ln x”换为“f(x)=x2+aln(x+1)(a为常数)”.若函数y=f(x)在区间[1,+∞)上单调递增,求实数a的取值范围.
3.(变条件)若将本例中条件“单调递增”改为“不单调”,求k的取值范围.
通性通法
1.利用导数求参数范围的基本思路
(1)将问题转化为不等式在某区间上的恒成立问题,即f'(x)≥0(或f'(x)≤0)恒成立,利用分离参数或函数性质求解参数范围,然后检验参数取“=”时是否满足题意;
(2)先令f'(x)>0(或f'(x)<0),求出参数的取值范围后,再验证参数取“=”时f(x)是否满足题意.
2.恒成立问题的重要思路
(1)m≥f(x)恒成立 m≥f(x)max;
(2)m≤f(x)恒成立 m≤f(x)min.
【跟踪训练】
 已知函数y=x3-ax+b.
(1)若函数y在(1,+∞)上是增函数,求a的取值范围;
(2)若函数y的一个单调递增区间为(1,+∞),求a的值.
1.设函数f(x)的图象如图所示,则导函数f'(x)的图象可能为(  )
2.若函数f(x)=-cos x+ax为增函数,则实数a的取值范围为(  )
A.[-1,+∞)     B.[1,+∞)
C.(-1,+∞) D.(1,+∞)
3.函数f(x)=3+xln x的单调递增区间是    ,单调递减区间是    .
4.已知函数f(x)=x+bln x在区间(0,2)上不是单调函数,则b的取值范围是    .
5.已知函数f(x)=x3+mx2+nx+1的单调递减区间是(-3,1),则m+n=    .
6.2.1 导数与函数的单调性
【基础知识·重落实】
知识点
(1)f'(x)>0 (2)f'(x)<0
想一想
1.提示:函数y=f(x)在这个区间上是常数函数,不具有单调性.
2.提示:不一定成立.比如y=x3在R上为增函数,但其在x=0处的导数等于零.也就是说f'(x)>0是y=f(x)在某个区间上单调递增的充分不必要条件.
3.提示:如果一个函数在某一范围内导数的绝对值较大,那么这个函数在这个范围内变化的较快,其图象比较陡峭.即|f'(x)|越大,则函数f(x)的切线斜率的绝对值越大,函数f(x)的变化率就越大.
自我诊断
1.A 因为f'(x)=2-cos x>0,所以f(x)在(-∞,+∞)上是单调递增函数.
2.C 观察y=f(x)的图象可知,函数在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,所以导函数y=f'(x)在(-∞,0)上小于0,在(0,+∞)上大于0.结合各选项可知,只有选项C符合题意.
3.(-∞,-3],(-2,1],(3,+∞) (-3,-2],(1,3]
解析:由f'(x)的图象可知,当x在区间(-3,-2]和(1,3]时,f'(x)<0,此时f(x)单调递减;当x在区间(-∞,-3],(-2,1],(3,+∞)时,f'(x)>0,此时f(x)单调递增.所以f(x)的单调递增区间是(-∞,-3],(-2,1],(3,+∞);f(x)的单调递减区间是(-3,-2],(1,3].
【典型例题·精研析】
【例1】 C 由函数y=f(x)的图象的增减变化趋势判断函数y=f'(x)的正、负情况如下表:
x [-1,b) [b,a) [a,1]
f'(x) - + -
f(x) 单调递减 单调递增 单调递减
由表可知函数y=f'(x)的图象,当x∈[-1,b)时,在x轴下方;当x∈[b,a)时,在x轴上方;当x∈[a,1]时,在x轴下方.故选C.
【例2】 (1)C (2)D 解析:(1)由f'(x)>0(f'(x)<0)的分界点判断原函数在此分界点两侧的图象的上升和下降趋势.由已知可得x的取值范围和f'(x)的正、负,f(x)的增减变化情况如下表所示:
x (-∞,0] (0,2] (2,+∞)
f'(x) + - +
f(x) 单调递增 单调递减 单调递增
由表可知f(x)在(-∞,0]内单调递增,在(0,2]内单调递减,在(2,+∞)内单调递增,故满足条件的只有C,故选C.
(2)从f'(x)的图象可以看出,在区间内,导数递增;在区间内,导数递减.即函数f(x)的图象在内越来越陡峭,在内越来越平缓.
跟踪训练
1.C 原函数的单调性是当x<0时,函数为增函数;当x>0时,函数的单调性变化依次为增、减、增.故当 x<0时,f'(x)>0;当x>0时,f'(x)的符号变化依次为“+”“-”“+”.故选C.
2.B 两个导函数的图象在x轴上方说明两个函数都是增函数,y=f'(x)的函数值由小到大,说明y=f(x)的图象越来越“陡峭”,y=g'(x)的函数值由大到小,说明y=g(x)的图象越来越“平缓”.故选B.
【例3】 解:函数f(x)的定义域为(0,1)∪(1,+∞),
f'(x)=.
由f'(x)=0,可得x=e.
则当0<x<1和1<x<e时,
f'(x)<0,f(x)单调递减;
当x>e时,f'(x)>0,f(x)单调递增.
故f(x)在(0,1)和(1,e)上单调递减,在(e,+∞)上单调递增.
【例4】 解:f'(x)=xe x-2ax=x(ex-2a),
①当a≤0时,令f'(x)=0 x=0,
且当x<0时,f'(x)<0,f(x)单调递减;当x>0时,f'(x)>0,f(x)单调递增.
②当0<a<时,令f'(x)=0 x1=0,x2=ln 2a<0,
且当x<ln 2a时,f'(x)>0,f(x)单调递增,当ln 2a<x<0时,f'(x)<0,f(x)单调递减;当x>0时,f'(x)>0,f(x)单调递增.
③当a=时,f'(x)=x(ex-1)≥0,f(x)在[WT][WTHZ]R[WT][WTBX]上单调递增.
④当a>时,令f'(x)=0 x1=0,x2=ln 2a>0,
且当x<0时,f'(x)>0,f(x)单调递增;当0<x<ln 2a时,f'(x)<0,f(x)单调递减;当x>ln 2a时,f'(x)>0,f(x)单调递增.
跟踪训练
解:函数f(x)的定义域为(-∞,+∞),f'(x)=ex-a.
若a≤0,则f'(x)>0.
所以f(x)在(-∞,+∞)上单调递增.
若a>0,则当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.
综上所述,当a≤0时,函数f(x)在(-∞,+∞)上单调递增;
当a>0时,f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,在(ln a,+∞)上单调递增.
【例5】 [1,+∞) 解析:由于f'(x)=k-,f(x)=kx-ln x在区间(1,+∞)上单调递增可得f'(x)=k-≥0在(1,+∞)上恒成立,即k≥在(1,+∞)上恒成立,又0<<1,所以k≥1.即k的取值范围为[1,+∞).
母题探究
1.解:∵f'(x)=k-,且f(x)在(1,+∞)上单调递减,
∴f'(x)=k-≤0在(1,+∞)上恒成立,
即k≤,∵0<<1,∴k≤0.
即k的取值范围为(-∞,0].
2.解:由题意知,f'(x)=≥0在[1,+∞)上恒成立,即a≥-2x2-2x在区间[1,+∞)上恒成立.
∵y=-2x2-2x在区间[1,+∞)上的最大值为-4,∴a≥-4.
经检验,当a=-4时,f'(x)==≥0,x∈[1,+∞).
故实数a的取值范围是[-4,+∞).
3.解:f(x)=kx-ln x,f'(x)=k-.
当k≤0时,f'(x)<0.
∴f(x)在(1,+∞)上单调递减,不合题意.
当k>0时,令f'(x)=0,得x=,
只需∈(1,+∞),即>1,则0<k<1.
∴k的取值范围是(0,1).
跟踪训练
解:y'=3x2-a.
(1)若函数y=x3-ax+b在(1,+∞)上是增函数,
则y'=3x2-a≥0在(1,+∞)上恒成立,
即a≤3x2在(1,+∞)上恒成立,则a≤(3x2)min.
因为x>1,所以3x2>3,
所以a≤3,即a的取值范围是(-∞,3].
(2)令y'>0,得x2>.
若a≤0,则x2>恒成立,即y'>0恒成立,
此时,函数y=x3-ax+b在R上是增函数,与题意不符.
若a>0,令y'>0,得x>或x<-.
因为(1,+∞)是函数的一个单调递增区间,
所以=1,即a=3.
所以当a=3时,函数y=x3-ax+b的一个单调递增区间是(1,+∞).
随堂检测
1.C 由f(x)的图象可知,函数f(x)的单调递增区间为(1,4),单调递减区间为(-∞,1)和(4,+∞),因此,当x∈(1,4)时,f'(x)>0,当x∈(-∞,1)或x∈(4,+∞)时,f'(x)<0,结合选项知选C.
2.B 由题意可得,f'(x)=sin x+a≥0恒成立,故a≥-sin x恒成立,因为-1≤-sin x≤1,所以a≥1.故选B.
3.  解析:f(x)的定义域为(0,+∞),f'(x)=ln x+1,令f'(x)>0,即ln x+1>0,得x>.令f'(x)<0得0<x<,故函数f(x)的单调递增区间是,单调递减区间是.
4.(-2,0) 解析:f'(x)=1+=,令g(x)=x+b(x>0),则g(x)是增函数,故需g(0)=b<0,g(2)=b+2>0,b>-2,所以b∈(-2,0).
5.-2 解析:由题知f'(x)=x2+2mx+n,由于函数f(x)=x3+mx2+nx+1的单调递减区间是(-3,1),所以x=-3,x=1是f'(x)=x2+2mx+n的两个零点,根据一元二次方程根与系数的关系得解得所以m+n=-2.
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6.2.1 导数与函数的单调性
新课程标准解读 核心素养
1.结合实例,借助几何直观了解函数的单调性
与导数的关系 数学抽象、直观想

2.能利用导数研究函数的单调性 逻辑推理、数学运

3.对于多项式函数,能求不超过三次的多项式
函数的单调区间 数学运算
目录
基础知识·重落实
01
典型例题·精研析
02
知能演练·扣课标
03
基础知识·重落实
01
课前预习 必备知识梳理
  研究股票时,我们最关心的是股票的发展趋势(走高或走
低)以及股票价格的变化范围(封顶或保底).从股票走势曲线图
来看,股票有升有降.在数学上,函数曲线也有升有降,就是我们
常说的单调性.
【问题】 函数的单调性与导数有什么关系?
知识点 函数的单调性与其导数正负的关系
 一般地,函数f(x)的单调性与其导函数f'(x)的正负之间具有
如下的关系:
(1)在某个区间(a,b)上,如果 ,那么函数y=f
(x)在区间(a,b)上单调递增;
(2)在某个区间(a,b)上,如果 ,那么函数y=f
(x)在区间(a,b)上单调递减.
f'(x)>0 
f'(x)<0 
【想一想】
1. 如果在某个区间上恒有f'(x)=0,那么函数y=f(x)在这个区
间上单调性如何?
提示:函数y=f(x)在这个区间上是常数函数,不具有单调性.
2. 在区间(a,b)内,若f'(x)>0,则f(x)在此区间上单调递
增,反之也成立吗?
提示:不一定成立.比如y=x3在R上为增函数,但其在x=0处的导
数等于零.也就是说f'(x)>0是y=f(x)在某个区间上单调递增
的充分不必要条件.
3. 函数图象的变化趋势与导数值大小有何关系?
提示:如果一个函数在某一范围内导数的绝对值较大,那么这个函
数在这个范围内变化的较快,其图象比较陡峭.即|f'(x)|越
大,则函数f(x)的切线斜率的绝对值越大,函数f(x)的变化
率就越大.
1. 函数f(x)=2x- sin x在(-∞,+∞)上(  )
A. 是增函数
B. 是减函数
C. 在(0,+∞)上单调递增,在(-∞,0)上单调递减
D. 在(0,+∞)上单调递减,在(-∞,0)上单调递增
解析:  因为f'(x)=2- cos x>0,所以f(x)在(-∞,+
∞)上是单调递增函数.
2. 已知二次函数y=f(x)的图象如图所示,则其导函数y=f'(x)
的图象大致形状是(  )
解析: 观察y=f(x)的图象可知,函数在(-∞,0)上单调
递减,在(0,+∞)上单调递增,所以导函数y=f'(x)在(-
∞,0)上小于0,在(0,+∞)上大于0.结合各选项可知,只有
选项C符合题意.
3. 如图为导函数y=f'(x)的图象,则函数y=f(x)的单调递增区
间是 ,单调递减区间
是 .
(-∞,-3],(-2,1],(3,+∞) 
(-3,-2],(1,3] 
解析:由f'(x)的图象可知,当x在区间(-3,-2]和(1,3]
时,f'(x)<0,此时f(x)单调递减;当x在区间(-∞,-
3],(-2,1],(3,+∞)时,f'(x)>0,此时f(x)单调递
增.所以f(x)的单调递增区间是(-∞,-3],(-2,1],
(3,+∞);f(x)的单调递减区间是(-3,-2],(1,3].
典型例题·精研析
02
课堂互动 关键能力提升
 题型一 导数与函数单调性的关系
角度1 根据原函数图象确定导函数图象
【例1】 已知函数y=f(x)的图象如图所示,则函数y=f'(x)的
图象可能是图中的(  )
解析:  由函数y=f(x)的图象的增减变化趋势判断函数y=f'
(x)的正、负情况如下表:
x [-1,b) [b,a) [a,1]
f'(x) - + -
f(x) 单调递减 单调递增 单调递减
由表可知函数y=f'(x)的图象,当x∈[-1,b)时,在x轴下方;
当x∈[b,a)时,在x轴上方;当x∈[a,1]时,在x轴下方.故选C.
通性通法
  对于原函数图象,要看其在哪个区间内单调递增,则在该区间内
导数值大于零.在哪个区间内单调递减,则在此区间内导数值小于零.
根据导数值的正负可判定导函数图象.
角度2 由导函数图象确定原函数图象
【例2】 (1)已知y=f'(x)的图象如图所示,则y=f(x)的图
象最有可能是图中的(  )
解析: 由f'(x)>0(f'(x)<0)的分界点判断原函数在
此分界点两侧的图象的上升和下降趋势.由已知可得x的取值范
围和f'(x)的正、负,f(x)的增减变化情况如下表所示:
x (-∞,0] (0,2] (2,+∞)
f'(x) + - +
f(x) 单调递增 单调递减 单调递增
由表可知f(x)在(-∞,0]内单调递增,在(0,2]内单调递
减,在(2,+∞)内单调递增,故满足条件的只有C,故选C.
(2)已知f'(x)是f(x)的导函数,f'(x)的图象如图所示,则f
(x)的图象只可能是(  )
解析:从f'(x)的图象可以看出,在区间 内,导数递
增;在区间 内,导数递减.即函数f(x)的图象在
内越来越陡峭,在 内越来越平缓.
通性通法
  通过观察导函数图象,确定导数值正负所在区间,也就确定了增
减区间;根据导函数图象的变化,可确定原函数增减快慢.
【跟踪训练】
1. 设函数f(x)在定义域内可导,y=f(x)的图象如图所示,则导
函数f'(x)的图象可能是(  )
解析:  原函数的单调性是当x<0时,函数为增函数;当x>0
时,函数的单调性变化依次为增、减、增.故当 x<0时,f'(x)>
0;当x>0时,f'(x)的符号变化依次为“+”“-”“+”.故
选C.
2. 已知函数y=f(x),y=g(x)的导函数图象如图所示,则y=
f(x),y=g(x)的图象可能是(  )
解析:  两个导函数的图象在x轴上方说明两个函数都是增函
数,y=f'(x)的函数值由小到大,说明y=f(x)的图象越来越
“陡峭”,y=g'(x)的函数值由大到小,说明y=g(x)的图
象越来越“平缓”.故选B.
题型二 利用导数求函数的单调区间
角度1 不含参数的函数求单调区间
【例3】 已知函数f(x)= ,判断函数f(x)的单调性.
解:函数f(x)的定义域为(0,1)∪(1,+∞),
f'(x)= .
由f'(x)=0,可得x=e.
则当0<x<1和1<x<e时,
f'(x)<0,f(x)单调递减;
当x>e时,f'(x)>0,f(x)单调递增.
故f(x)在(0,1)和(1,e)上单调递减,在(e,+∞)上单调
递增.
通性通法
求函数y=f(x)的单调区间的步骤
(1)确定函数f(x)的定义域;
(2)求导函数f'(x);
(3)解不等式f'(x)>0(或f'(x)<0),并写出解集;
(4)结合函数f(x)的定义域,根据(3)的结果确定函数f(x)
的单调区间.
角度2 含参数的函数求单调区间
【例4】 已知函数f(x)=(x-1)ex-ax2+b.讨论f(x)的单
调性.
解:f'(x)=xe x-2ax=x(ex-2a),
①当a≤0时,令f'(x)=0 x=0,
且当x<0时,f'(x)<0,f(x)单调递减;当x>0时,f'(x)>
0,f(x)单调递增.
②当0<a< 时,令f'(x)=0 x1=0,x2=ln 2a<0,
且当x<ln 2a时,f'(x)>0,f(x)单调递增,当ln 2a<x<0时,
f'(x)<0,f(x)单调递减;当x>0时,f'(x)>0,f(x)单调
递增.
④当a> 时,令f'(x)=0 x1=0,x2=ln 2a>0,
且当x<0时,f'(x)>0,f(x)单调递增;当0<x<ln 2a时,f'
(x)<0,f(x)单调递减;当x>ln 2a时,f'(x)>0,f(x)单
调递增.
③当a= 时,f'(x)=x(ex-1)≥0,f(x)在R上单调递增.
通性通法
含参数的单调性问题解题步骤
【跟踪训练】
 设函数f(x)=ex-ax-2,求f(x)的单调区间.
解:函数f(x)的定义域为(-∞,+∞),f'(x)=ex-a.
若a≤0,则f'(x)>0.
所以f(x)在(-∞,+∞)上单调递增.
若a>0,则当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.
综上所述,当a≤0时,函数f(x)在(-∞,+∞)上单调递增;
当a>0时,f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,在(ln a,+∞)
上单调递增.
题型三 已知函数的单调性求参数的范围
【例5】 若函数f(x)=kx-ln x在区间(1,+∞)上单调递增,
则k的取值范围是 .
解析:由于f'(x)=k- ,f(x)=kx-ln x在区间(1,+∞)上
单调递增可得f'(x)=k- ≥0在(1,+∞)上恒成立,即k≥ 在
(1,+∞)上恒成立,又0< <1,所以k≥1.即k的取值范围为
[1,+∞).
[1,+∞) 
【母题探究】
1. (变设问)本例条件不变,若函数f(x)在区间(1,+∞)上单
调递减,求k的取值范围.
解:∵f'(x)=k- ,且f(x)在(1,+∞)上单调递减,
∴f'(x)=k- ≤0在(1,+∞)上恒成立,
即k≤ ,∵0< <1,∴k≤0.
即k的取值范围为(-∞,0].
2. (变条件,变设问)若本例中的函数“f(x)=kx-ln x”换为
“f(x)=x2+aln(x+1)(a为常数)”.若函数y=f(x)在
区间[1,+∞)上单调递增,求实数a的取值范围.
解:由题意知,f'(x)= ≥0在[1,+∞)上恒成立,
即a≥-2x2-2x在区间[1,+∞)上恒成立.
∵y=-2x2-2x在区间[1,+∞)上的最大值为-4,
∴a≥-4.
经检验,当a=-4时,f'(x)= = ≥0,
x∈[1,+∞).
故实数a的取值范围是[-4,+∞).
3. (变条件)若将本例中条件“单调递增”改为“不单调”,求k的
取值范围.
解:f(x)=kx-ln x,f'(x)=k- .
当k≤0时,f'(x)<0.
∴f(x)在(1,+∞)上单调递减,不合题意.
当k>0时,令f'(x)=0,得x= ,
只需 ∈(1,+∞),即 >1,则0<k<1.
∴k的取值范围是(0,1).
通性通法
1. 利用导数求参数范围的基本思路
(1)将问题转化为不等式在某区间上的恒成立问题,即f'(x)
≥0(或f'(x)≤0)恒成立,利用分离参数或函数性质求解
参数范围,然后检验参数取“=”时是否满足题意;
(2)先令f'(x)>0(或f'(x)<0),求出参数的取值范围后,
再验证参数取“=”时f(x)是否满足题意.
2. 恒成立问题的重要思路
(1)m≥f(x)恒成立 m≥f(x)max;
(2)m≤f(x)恒成立 m≤f(x)min.
【跟踪训练】
 已知函数y=x3-ax+b.
(1)若函数y在(1,+∞)上是增函数,求a的取值范围;
若函数y=x3-ax+b在(1,+∞)上是增函数,
则y'=3x2-a≥0在(1,+∞)上恒成立,
即a≤3x2在(1,+∞)上恒成立,则a≤(3x2)min.
因为x>1,所以3x2>3,
所以a≤3,即a的取值范围是(-∞,3].
解:y'=3x2-a.
(2)若函数y的一个单调递增区间为(1,+∞),求a的值.
解:令y'>0,得x2> .
若a≤0,则x2> 恒成立,即y'>0恒成立,
此时,函数y=x3-ax+b在R上是增函数,与题意不符.
若a>0,令y'>0,得x> 或x<- .
因为(1,+∞)是函数的一个单调递增区间,
所以 =1,即a=3.
所以当a=3时,函数y=x3-ax+b的一个单调递增区间是
(1,+∞).
1. 设函数f(x)的图象如图所示,则导函数f'(x)的图象可能为
(  )
解析:  由f(x)的图象可知,函数f(x)的单调递增区间为
(1,4),单调递减区间为(-∞,1)和(4,+∞),因此,当
x∈(1,4)时,f'(x)>0,当x∈(-∞,1)或x∈(4,+
∞)时,f'(x)<0,结合选项知选C.
2. 若函数f(x)=- cos x+ax为增函数,则实数a的取值范围为
(  )
A. [-1,+∞) B. [1,+∞)
C. (-1,+∞) D. (1,+∞)
解析:  由题意可得,f'(x)= sin x+a≥0恒成立,故a≥-
sin x恒成立,因为-1≤- sin x≤1,所以a≥1.故选B.
3. 函数f(x)=3+xln x的单调递增区间是 ,单调递
减区间是 .
解析:f(x)的定义域为(0,+∞),f'(x)=ln x+1,令f'
(x)>0,即ln x+1>0,得x> .令f'(x)<0得0<x< ,故函
数f(x)的单调递增区间是 ,单调递减区间是 .
 
 
4. 已知函数f(x)=x+bln x在区间(0,2)上不是单调函数,则b
的取值范围是 .
解析:f'(x)=1+ = ,令g(x)=x+b(x>0),则g
(x)是增函数,故需g(0)=b<0,g(2)=b+2>0,b>-
2,所以b∈(-2,0).
(-2,0) 
5. 已知函数f(x)= x3+mx2+nx+1的单调递减区间是(-3,
1),则m+n= .
解析:由题知f'(x)=x2+2mx+n,由于函数f(x)= x3+mx2
+nx+1的单调递减区间是(-3,1),所以x=-3,x=1是f'
(x)=x2+2mx+n的两个零点,根据一元二次方程根与系数的
关系得解得所以m+n=-2.
-2 
知能演练·扣课标
03
课后巩固 核心素养落地
1. 函数f(x)=x2ln x的单调递减区间为(  )
A. (0, ) B.
C. ( ,+∞) D.
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解析: 由题意得,函数f(x)的定义域为(0,+∞),f'
(x)=2x·ln x+x2· =2xln x+x=x(2ln x+1).令f'(x)<
0,得2ln x+1<0,解得0<x< ,故函数f(x)=x2ln x的单调
递减区间为 .
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2. 函数y=f(x)的图象如图所示,则导函数y=f'(x)的图象可能
是(  )
解析:  ∵函数f(x)在(0,+∞),(-∞,0)上都是减函
数,∴当x>0时,f'(x)<0;当x<0时,f'(x)<0.故选D.
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3. 函数y= x2-ln x的单调递减区间为(  )
A. (0,1) B. (-∞,-1)∪(0,1)
C. (-∞,1) D. (-∞,+∞)
解析:  ∵y= x2-ln x的定义域为(0,+∞),∴y'=x- ,
令y'<0,即x- <0,解得0<x<1.故选A.
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4. 若f(x)= ,e<a<b,则(  )
A. f(a)>f(b) B. f(a)=f(b)
C. f(a)<f(b) D. f(a)f(b)>1
解析:  由f'(x)= <0,解得x>e,∴f(x)在(e,+
∞)上为减函数,∵e<a<b,∴f(a)>f(b).
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5. 已知f(x)=2aln x+x2,若 x1,x2∈(0,+∞)且x1≠x2都有
>4,则a的取值范围是(  )
A. (1,+∞) B. [1,+∞)
C. (0,1) D. (0,1]
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解析:  任取x1,x2∈(0,+∞),假设x1<x2,因为
>4,所以f(x1)-f(x2)<4(x1-x2),即f
(x1)-4x1<f(x2)-4x2.构造函数g(x)=f(x)-4x,由
题意知,g(x)在(0,+∞)上单调递增,所以g'(x)=f'
(x)-4≥0,即 +2x-4≥0,所以a≥2x-x2,又2x-x2=-
(x-1)2+1≤1,所以a≥1,所以a的取值范围是[1,+∞).
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6. (多选)下列函数中,在(0,+∞)内为增函数的是(  )
A. y= sin x B. y=xex
C. y=x3+x D. y=ln x-x
解析:  B项中,y=xex,y'=ex+xex=ex(1+x),当x∈
(0,+∞)时,y'>0,∴y=xex在(0,+∞)内为增函数;对
于选项C,y'=3x2+1>0,∴y=x3+x在(0,+∞)内为增函数.
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7. 函数y= 的单调递减区间是 .
解析:函数的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),y'= =
,令y'<0,得x<1,且x≠0.故函数的单调递减区间是
(-∞,0)和(0,1).
(-∞,0)和(0,1) 
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8. 已知函数f(x)=x3-ax-1,若f(x)在(-1,1)上单调递
减,则a的取值范围为 .
解析:∵f(x)=x3-ax-1,∴f'(x)=3x2-a.要使f(x)在
(-1,1)上单调递减,则f'(x)≤0在x∈(-1,1)上恒成
立,故a≥3x2在x∈(-1,1)上恒成立,在x∈(-1,1)上,
3x2<3,即a≥3,∴a的取值范围为[3,+∞).
[3,+∞) 
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9. 如图为函数f(x)的图象,f'(x)为函数f(x)的导函数,则不
等式 <0的解集为 .
解析:由题图知,当x∈(-∞,-3)∪(-1,1)时,f'(x)
<0,当x∈(-3,-1)∪(1,+∞)时,f'(x)>0,故不等
式 <0的解集为(-3,-1)∪(0,1).
(-3,-1)∪(0,1) 
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10. 已知二次函数h(x)=ax2+bx+2,其导函数y=h'(x)的图象
如图,f(x)=6ln x+h(x).
(1)求函数f(x)的解析式;
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解: 由已知,h'(x)=2ax+b,
其图象为直线,且过(0,-8),(4,0)两点,
把两点坐标代入h'(x)=2ax+b,解得
∴h(x)=x2-8x+2,h'(x)=2x-8,
∴f(x)=6ln x+x2-8x+2.
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(2)求f(x)的单调区间.
解:∵f'(x)= +2x-8=
(x>0).
∴当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:
x (0,1] (1,3] (3,+∞)
f'(x) + - +
f(x) 单调递增 单调递减 单调递增
∴f(x)的单调递增区间为(0,1]和(3,+∞),
f(x)的单调递减区间为(1,3].
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11. (多选)若函数exf(x)在f(x)的定义域上单调递增,则称函
数f(x)具有M性质.下列函数中具有M性质的增函数是(  )
A. f(x)=2-x B. f(x)=3-x
C. f(x)=x3 D. f(x)=x2+2
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解析:  对于A,exf(x)=ex·2-x= ,在R上为增函
数,故A符合要求;
对于B,exf(x)=ex·3-x= ,在R上为减函数,故B不符
合要求;
对于C,exf(x)=ex·x3,故[exf(x)]'=(ex·x3)'=ex·(x3
+3x2),显然函数exf(x)=ex·x3在R上不单调,故C不符合
要求;
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对于D,exf(x)=ex·(x2+2),故[exf(x)]'=[ex·(x2+2)]'
=ex·(x2+2x+2)=ex·[(x+1)2+1]>0,故函数exf(x)=
ex·(x2+2)在R上为增函数,故D符合要求,故选A、D.
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12. 已知函数f(x)=ax3+bx2的图象经过点M(1,4),曲线在点
M处的切线恰好与直线x+9y=0垂直.则实数a= ;若函数f
(x)在区间[m,m+1]上单调递增,则m的取值范围为
.
解析:因为函数f(x)=ax3+bx2的图象经过点M(1,4),所
以a+b=4. ①
f'(x)=3ax2+2bx,则f'(1)=3a+2b.
由条件f'(1)· =-1,即3a+2b=9. ②
1 
m≥0
或m≤-3 
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由①②解得a=1,b=3.
f(x)=x3+3x2,则f'(x)=3x2+6x.令f'(x)=3x2+
6x≥0,得x≥0或x≤-2.因为函数f(x)在区间[m,m+1]上
单调递增,所以[m,m+1] (-∞,-2]∪[0,+∞),所以
m≥0或m+1≤-2,所以m≥0或m≤-3.
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13. 已知函数f(x)=aln x-ax-3(a∈R).
(1)求函数f(x)的单调区间;
解:根据题意知,f'(x)= (x>0),
当a>0时,则当x∈(0,1)时,f'(x)>0,当x∈(1,
+∞)时,f'(x)<0,所以f(x)的单调递增区间为
(0,1),单调递减区间为(1,+∞);
同理,当a<0时,f(x)的单调递增区间为(1,+∞),
单调递减区间为(0,1);
当a=0时,f(x)=-3,不是单调函数,无单调区间.
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(2)当a=-1时,证明:当x∈(1,+∞)时,f(x)+2>
0.
解:证明:当a=-1时,f(x)=-ln x+x-3,
所以f(1)=-2,
由(1)知f(x)=-ln x+x-3在(1,+∞)上单调递
增,
所以当x∈(1,+∞)时,f(x)>f(1),
即f(x)>-2,所以f(x)+2>0.
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14. (多选)函数f(x)在定义域R内可导,若f(x)=f(2-
x),且(x-1)f'(x)<0,若a=f(0),b=f ,c=f
(3),则a,b,c的大小关系正确的有(  )
A. b>a B. c>b
C. b>c D. c>a
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解析:  由f(x)=f(2-x)得f(x+1)=f(1-x),
则函数关于x=1对称,当x>1时,由(x-1)f'(x)<0得f'
(x)<0,函数单调递减;当x<1时,由(x-1)f'(x)<0得
f'(x)>0,函数单调递增.又a=f(0)=f(2),b=f =
f ,c=f(3),故b>a>c.故选A、C.
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15. 已知函数f(x)=a(x-1)-ln x,g(x)=ex.
(1)讨论y=f(x)的单调性;
解:y=f(x)的定义域为(0,+∞),f'(x)= ,
当a≤0时,f'(x)<0在(0,+∞)上恒成立,
所以y=f(x)在(0,+∞)上单调递减.
当a>0时,令f'(x)=0,得x= ,
当f'(x)<0时,0<x< ,当f'(x)>0时,x> ,
则y=f(x)在 上单调递减,在 上单调递增.
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(2)若函数F(x)=f(x)·g(x)在[1,+∞)上单调递
增,求实数a的取值范围.
解:F(x)=[a(x-1)-ln x]·ex,
由题意知F'(x)= ·ex≥0在[1,+∞)上恒
成立,
所以ax-ln x- ≥0在[1,+∞)上恒成立.
令h(x)=ax-ln x- ,则至少有h(1)≥0 a-
1≥0 a≥1(经检验a=1符合题意).
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当a≥1时,有h'(x)=a- + = .
令φ(x)=ax2-x+1,其图象开口向上,对称轴方程为x
= ∈ ,
故φ(x)在[1,+∞)上单调递增,所以φ(x)≥φ(1)
=a>0,
所以h'(x)>0,所以h(x)在[1,+∞)上单调递增.
综上,实数a的取值范围为[1,+∞).
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