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.
5 / 5(共78张PPT)
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
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
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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