高二数学文科选修2-2 1.3.2函数的极值与导数(学生版+解析版)

文档属性

名称 高二数学文科选修2-2 1.3.2函数的极值与导数(学生版+解析版)
格式 rar
文件大小 2.6MB
资源类型 试卷
版本资源 人教新课标A版
科目 数学
更新时间 2019-03-07 11:19:02

文档简介








中小学教育资源及组卷应用平台


1.3.2 函数的极值与导数
考纲解读
考 点 考纲要求 要求 题型
求函数的极值 了解函数极值的概念,会从几何直观理解函数的极值与导数的关系,并会灵活应用. II 选择,填空,解答题
已知函数的极值求参数的值或范围 .掌握函数极值的判定及求法.掌握函数在某一点取得极值的条件. II 选择,填空,解答题
知识梳理
一、极小值
如果函数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,则把点a叫作函数y=f(x)的极小值点,f(a)叫作函数y=f(x)的极小值.
二、极大值
如果函数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,则把点b叫作函数y=f(x)的极大值点,f(b)叫作函数y=f(x)的极大值.极大值和极小值统称为极值.
三、求函数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.
考向一 求函数的极值
[典例1] 求下列函数的极值:
(1)f(x)=x3-12x;
(2)f(x)=sin x(1+cos x)(0[解析] (1)函数f(x)的定义域为R;
f′(x)=3x2-12=3(x+2)(x-2).
令f′(x)=0,得x=-2或x=2.
当x变化时,f′(x),f′(x)的变化情况如下表:
x (-∞,-2) -2 (-2,2) 2 (2,+∞)
f′(x) + 0 - 0 +
f(x) ? 16 ? -16 ?
从表中可以看出,当x=-2时,函数有极大值,且
f(-2)=(-2)3-12×(-2)=16.
当x=2时,函数有极小值,且f(2)=23-12×2=-16.
(2)f′(x)=cos x(1+cos x)+sin x(-sin x)
=cos x+cos2x-sin2x
=cos x+cos2x-(1-cos2x)
=2cos2x+cos x-1=(2cos x-1)(cos x+1).
令f′(x)=0,得cos x=或cos x=-1.
当0当x在区间(0,2π)内变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x π
f′(x) + 0 - 0 - 0 +
f(x) ? 极大值 ? 0 ? 极小值- ?

故当x=时,f(x)有极大值为;
当x=时,f(x)有极小值为-.

用导数研究函数的极值的步骤及应对策略:
(1)求定义域,并求导数f′(x);
(2)解方程f′(x)=0;
(3)列出表格.
在判断f′(x)的符号时,可借助决定导函数符号的图象直观解决;也可判断导函数中各因式的符号;还可用特值法判断,要灵活、快速、准确;
(4)由表格获得结论.
实质上表格反映的就是函数的草图,下结论时应注意“极值”和“极值点”的区别.
    

1.求下列函数的极值.
(1)f(x)=x3-3x2-9x+5;
(2)f(x)=.
解析:(1)f′(x)=3x2-6x-9.
解方程3x2-6x-9=0,得x=-1或x=3.
当x变化时,f′(x)与f(x)的变化情况如下表:
x (-∞,-1) -1 (-1,3) 3 (3,+∞)
f′(x) + 0 - 0 +
f(x) ? 10 ? -22 ?
因此,当x=-1时函数取得极大值,且极大值为f(-1)=10;当x=3时函数取得极小值,且极小值为f(3)=-22.
(2)函数f(x)=的定义域为(0,+∞),
且f′(x)=,
令f′(x)=0,得x=e.
当x变化时,f′(x)与f(x)的变化情况如下表:
x (0,e) e (e,+∞)
f′(x) + 0 -
f(x) ? ?
故当x=e时函数取得极大值,且极大值为f(e)=.
考向二 已知函数的极值求参数的值或范围
[典例2] 已知f(x)=x3+ax2+bx+c,f(x)在点x=0处取得极值,并且在单调区间[0,2]和[4,5]上具有相反的单调性.
(1)求实数b的值;
(2)求实数a的取值范围.
[解析] (1)∵f′(x)=3x2+2ax+b,f(x)在点x=0处取得极值,
∴f′(0)=0,∴b=0.
(2)令f′(0)=0,即3x2+2ax=0,
解得x=0或x=-a.
依题意有-a>0.
又函数在单调区间[0,2]和[4,5]上具有相反的单调性,
∴2≤-a≤4.
解得-6≤a≤-3.即实数a的取值范围为[-6,-3].

已知函数极值点或极值求参数的两个注意点:
(1)常根据极值点处导数为0和极值的两个条件列方程组,利用待定系数法求解.
(2)因为导数值等于零不是此点为极值点的充要条件,所以利用待定系数法求解后必须验证根的合理性.


2.设函数f(x)=2x3-3(a+1)x2+6ax+8,其中a∈R,
(1)若f(x)在x=3处取得极值,求常数a的值.
(2)若f(x)在(-∞,0)上为增函数,求a的取值范围.
解析:(1)由题意f′(x)=6x2-6(a+1)x+6a.因为函数f(x)在x=3处取得极值,
所以f′(3)=0,解得a=3.经检验知a=3时,x=3为f(x)的极值点.
(2)f′(x)=6x2-6(a+1)x+6a
=6(x-a)(x-1).
当a>1时,f(x)在(-∞,1),(a,+∞)上递增,符合条件.
当a=1时,f(x)=6(x-1)2≥0恒成立,f(x)在
(-∞,+∞)上递增.
当a<1时,f(x)在(-∞,a),(1,+∞)上递增,要保证f(x)在(-∞,0)上递增,则0≤a<1.
综上所述,a≥0时,f(x)在(-∞,0)上递增.
考向三 函数极值的综合应用
[典例3] 若函数f(x)=ax3-bx+4,当x=2时函数
f(x)有极值-.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若关于x的方程f(x)=k有三个不等实根,求实数k的取值范围.
[解析] (1)由题意可知f′(x)=3ax2-b,
∴∴
经检验a=,b=4符合题意.
故所求函数f(x)的解析式为f(x)=x3-4x+4.
(2)由(1)知f′(x)=x2-4=(x-2)(x+2).
令f′(x)=0,得x=2或x=-2,当x变化时,f′(x),
f(x)的变化情况如下表:
x (-∞,-2) -2 (-2,2) 2 (2,+∞)
f′(x) + 0 - 0 +
f(x) ? ? - ?
∴当x=-2时,f(x)有极大值;当x=2时,f(x)有极小值-.
要使关于f(x)=k的方程有三个不等实根,则使k应满足-1.三次函数有极值的充要条件三次函数y=ax3+bx2+cx+d(a≠0)有极值?导函数f′(x)=3ax2+2bx+c=0的判别式Δ=4b2-12ac>0. 2.三次函数单调性与极值(设x10时,则f(x)在R上是增函数;②若a<0时,则f(x)在R上是减函数. (2)当Δ>0时,①若a>0时,则f(x)的增区间为(-∞,x1)和(x2,+∞),减区间为(x1,x2),f(x1)为极大值,f(x2)为极小值;②若a<0时,则f(x)的减区间为(-∞,x1)和(x2, +∞),增区间为(x1,x2),f(x1)为极小值,f(x2)为极大值.(如图所示) Δ>0 Δ≤0 a>0 a<0


3.已知f(x)=x3+bx2+cx+2.
(1)若f(x)在x=1时有极值-1,求b,c的值.
(2)在(1)的条件下,若函数y=f(x)的图象与函数y=k的图象恰有三个不同的交点,求实数k的取值范围.
解析:(1)因为f(x)=x3+bx2+cx+2,
所以f′(x)=3x2+2bx+c.
由已知得f′(1)=0,f(1)=-1,
所以
解得b=1,c=-5.
经验证,b=1,c=-5符合题意.
(2)由(1)知f(x)=x3+x2-5x+2,
f′(x)=3x2+2x-5.
由f′(x)=0得x1=-,x2=1.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x (-∞,-) - (-,1) 1 (1,+∞)
f′(x) + 0 - 0 +
f(x) 增函数 极大值 减函数 极小值 增函数
根据上表,当x=-时函数取得极大值且极大值为
f=,当x=1时函数取得极小值且极小值为f(1)=-1.

根据题意结合上图可知k的取值范围为(-1,).


过关检测
1.下列函数存在极值的是(  )
A.f(x)= B.f(x)=x-ex
C.f(x)=x3+x2+2x-3 D.f(x)=x3
解析:A中f′(x)=-,令f′(x)=0无解,且f(x)的图象为双曲线.∴A中函数无极值.B中f′(x)=1-ex,令f′(x)=0可得x=0.当x<0时,f′(x)>0,当x>0时,f′(x)<0.∴y=f(x)在x=0处取极大值,f(0)=-1.C中f′(x)=3x2+2x+2,Δ=4-24=-20<0.∴y=f(x)无极值.D也无极值.故选B.
答案:B
2.如图是函数y=f(x)的导函数y=f′(x)的图象,下列说法错误的是(  )
A.-2是函数y=f(x)的极小值点
B.1是函数y=f(x)的极值点
C.y=f(x)在x=0处切线的斜率大于零
D.y=f(x)在区间(-2,2)上单调递增
解析:f′(1)=0,但在1的相邻的左右两侧的导函数值同号,故1不是f(x)的极值点,故选B.
答案:B
3.函数f(x)=-x3+x2+2x取极小值时,x的值是(  )
A.2          B.2,-1
C.-1 D.-3
解析:f′(x)=-x2+x+2=-(x+1)(x-2),则知在区间(-∞,-1)和(2,+∞)上,f′(x)<0,在区间
(-1,2)上f′(x)>0,故当x=-1时,f(x)取极小值.
答案:C
4.函数y=2-x2-x3的极值情况是(  )
A.有极大值,没有极小值
B.有极小值,没有极大值
C.既无极大值也无极小值
D.既有极大值又有极小值
解析:y′=-2x-3x2,令y′=0,
得x1=-,x2=0.
当x<-时,y′<0;
当-0;
当x>0时,y′<0.
故当x=-时,函数y有极小值;
当x=0时,函数y有极大值.故选D.
答案:D
5.若x=-2与x=4是函数f(x)=x3+ax2+bx的两个极值点,则有(  )
A.a=-2,b=4 B.a=-3,b=-24
C.a=1,b=3 D.a=2,b=-4
解析:f′(x)=3x2+2ax+b,依题意有x=-2和x=4是方程3x2+2ax+b=0的两个根,所以有-=-2+4,=-2×4,解得a=-3,b=-24.
答案:B
6.已知函数f(x)=ax3+bx2+c,其导函数图象如图所示,则函数f(x)的极小值是(  )

A.a+b+c B.8a+4b+c
C.3a+2b D.c
解析:由函数导函数的图象可知,函数f(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,2)上单调递增,∴函数f(x)在x=0时取得极小值c.
答案:D
7.已知e为自然对数的底数,设函数f(x)=(ex-1)(x-1)k(k=1,2),则(  )
A.当k=1时,f(x)在x=1处取到极小值
B.当k=1时,f(x)在x=1处取到极大值
C.当k=2时,f(x)在x=1处取到极小值
D.当k=2时,f(x)在x=1处取到极大值
解析:①当k=1时,f(x)=(ex-1)(x-1),此时f′(x)=ex(x-1)+(ex-1)=ex·x-1,且f′(1)=e-1≠0,∴A,B项均错;②当k=2时,f(x)=(ex-1)·(x-1)2,此时f′(x)=ex(x-1)2+(2x-2)(ex-1)=ex·x2-2x-ex+2=ex(x+1)(x-1)-2(x-1)=(x-1)[ex(x+1)-2],易知g(x)=ex(x+1)-2的零点介于0,1之间,不妨设为x0,则有
x (-∞,x0) x0 (x0,1) 1 (1,+∞)
f′(x) + 0 - 0 +
f(x) ? 极大值 ? 极小值 ?
故f(x)在x=1处取得极小值.
答案:C
8.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=________.
解析:y′=3x2+2ax+b,方程y′=0有根-1及3,
由根与系数的关系应有
,∴.
答案:-3 -9
9.已知函数f(x)=x3+ax在R上有两个极值点,则实数a的取值范围是________.
解析:f′(x)=3x2+a,
令f′(x)=0,∴a=-3x2,
∴a<0时,存在两个极值点.
答案:a<0
10.设a∈R,若函数y=ex+ax,x∈R有大于零的极值点,则a的取值范围为________.
解析:∵y=ex+ax,
∴y′=ex+a,
由于y=ex+ax有大于零的极值点,即方程ex+a=0有大于零的解.
即a=-ex(x>0),∵当x>0时,-ex<-1,
∴a<-1.
答案:(-∞,-1)
11.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________.
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,
观察图象得-2答案:(-2,2)
12.求函数f(x)=+3ln x的极值.
解析:函数f(x)=+3ln x的定义域是(0,+∞),
f′(x)=-+=,令f′(x)=0得x=1.当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x (0,1) 1 (1,+∞)
f′(x) - 0 +
f(x) ? 极小值3 ?
因此当x=1时,f(x)有极小值,并且f(1)=3,无极大值
13.求下列函数的极值.
(1)f(x)=x4-2x2;
(2)f(x)=x2e-x.
解析:(1)函数f(x)的定义域为R.
f′(x)=4x3-4x=4x(x+1)(x-1).
令f′(x)=0,得x=0或x=-1或x=1.
当x变化时,f′(x)与f(x)的变化情况如下表:
x (-∞,-1) -1 (-1,0) 0 (0,1) 1 (1,+∞)
f′(x) - 0 + 0 - 0 +
f(x) ? 极小值 ? 极大值 ? 极小值 ?
从表中可以看出:
当x=0时,函数有极大值,且f(0)=0;
当x=-1或x=1时,函数有极小值,
且f(-1)=f(1)=-1.
(2)函数的定义域为R.
f′(x)=()′=
=2xe-x-x2e-x=x(2-x)e-x=-e-x·x(x-2).
令f′(x)=0,得x=0或x=2.
当x变化时,f′(x)与f(x)的变化情况如下表:
x (-∞,0) 0 (0,2) 2 (2,+∞)
f′(x) - 0 + 0 -
f(x) ? 极小值 ? 极大值 ?
由上表可以看出:
当x=0时,函数有极小值,且f(0)=0;
当x=2时,函数有极大值,且f(2)=.
14.已知函数f(x)=x3-3ax2+2bx在点x=1处的极小值为-1,试确定a,b的值,并求f(x)的单调区间.
解析:由已知f′(x)=3x2-6ax+2b,
∴f′(1)=3-6a+2b=0,①
又∵f(1)=1-3a+2b=-1,②
由①②解得a=,b=-,
∴f(x)=x3-x2-x,
由此得f′(x)=3x2-2x-1=(3x+1)(x-1),
令f′(x)>0,得x<-或x>1,
令f′(x)<0,得-∴f(x)在x=1的左侧f′(x)<0,右侧f′(x)>0,
即f(x)在x=1处取得极小值,
故a=,b=-,且f(x)=x3-x2-x,
它的单调增区间是(-∞,-)和(1,+∞),
它的单调减区间是(-,1).

15.设f(x)=2x3+ax2+bx+1的导数为f′(x),若函数y=f′(x)的图象关于直线x=-对称,且f′(1)=0.
(1)求实数a,b的值;
(2)求函数f(x)的极值.
解析:(1)因为f(x)=2x3+ax2+bx+1,
故f′(x)=6x2+2ax+b.
从而f′(x)=62+b-,即y=f′(x)关于直线x=-对称,从而由题设条件知-=-,解得a=3.
又由于f′(1)=0,即6+2a+b=0,解得b=-12.
(2)由(1)知f(x)=2x3+3x2-12x+1,
f′(x)=6x2+6x-12=6(x-1)(x+2).
令f′(x)=0,即6(x-1)(x+2)=0,
解得x1=-2,x2=1.
当x∈(-∞,-2)时,f′(x)>0,故f(x)在(-∞,-2)上为增函数;
当x∈(-2,1)时,f′(x)<0,故f(x)在(-2,1)上为减函数;
当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,故f(x)在(1,+∞)上为增函数.
从而函数f(x)在x1=-2处取得极大值f(-2)=21,在x2=1处取得极小值f(1)=-6.
16.已知函数f(x)=ln x,g(x)=x2+a(a为常数),直线l与函数f(x),g(x)的图象都相切,且l与函数f(x)图象的切点的横坐标为1.
(1)求直线l的方程及a的值;
(2)当k>0时,试讨论方程f(1+x2)-g(x)=k的解的个数.
解析:(1)由直线l与函数f(x)图象的切点的横坐标为1,得f′(1)=1,即直线l的斜率为1,则切点为(1,f(1)),即(1,0),
∴直线l的方程为y=x-1.①
∵g′(x)=x,且切线l的斜率为1,
∴切点为,
则直线l:y-=x-1,即y=x-+a.②
由①②可得-+a=-1,∴a=-.
(2)∵f(1+x2)-g(x)=k,
即ln(1+x2)-x2+=k.
设y1=ln(1+x2)-x2+,y2=k,
则y1′=-x=.
令y1′=0,得x1=0,x2=1,x3=-1,当x变化时,y1′,y1的变化情况,列表如下:
x (-∞,-1) -1 (-1,0) 0 (0,1) 1 (1,+∞)
y1′ + 0 - 0 + 0 -
y1 ? 极大值ln 2 ? 极小值 ? 极大值ln 2 ?

函数y1的大致图象如图:

方程y1=y2,
①当0②当k=时,有3个解;
③当④当k=ln 2时,有2个解;
⑤当k>ln 2时,没有解.

































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1.3.2 函数的极值与导数
考纲解读
考 点 考纲要求 要求 题型
求函数的极值 了解函数极值的概念,会从几何直观理解函数的极值与导数的关系,并会灵活应用. II 选择,填空,解答题
已知函数的极值求参数的值或范围 .掌握函数极值的判定及求法.掌握函数在某一点取得极值的条件. II 选择,填空,解答题
知识梳理
一、极小值
如果函数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,则把点a叫作函数y=f(x)的极小值点,f(a)叫作函数y=f(x)的极小值.
二、极大值
如果函数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,则把点b叫作函数y=f(x)的极大值点,f(b)叫作函数y=f(x)的极大值.极大值和极小值统称为极值.
三、求函数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.
考向一 求函数的极值
[典例1] 求下列函数的极值:
(1)f(x)=x3-12x;
(2)f(x)=sin x(1+cos x)(0
1.求下列函数的极值.
(1)f(x)=x3-3x2-9x+5;
(2)f(x)=.
考向二 已知函数的极值求参数的值或范围
[典例2] 已知f(x)=x3+ax2+bx+c,f(x)在点x=0处取得极值,并且在单调区间[0,2]和[4,5]上具有相反的单调性.
(1)求实数b的值;
(2)求实数a的取值范围.


2.设函数f(x)=2x3-3(a+1)x2+6ax+8,其中a∈R,
(1)若f(x)在x=3处取得极值,求常数a的值.
(2)若f(x)在(-∞,0)上为增函数,求a的取值范围.
考向三 函数极值的综合应用
[典例3] 若函数f(x)=ax3-bx+4,当x=2时函数
f(x)有极值-.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若关于x的方程f(x)=k有三个不等实根,求实数k的取值范围.
a<0



3.已知f(x)=x3+bx2+cx+2.
(1)若f(x)在x=1时有极值-1,求b,c的值.
(2)在(1)的条件下,若函数y=f(x)的图象与函数y=k的图象恰有三个不同的交点,求实数k的取值范围.
过关检测
1.下列函数存在极值的是(  )
A.f(x)= B.f(x)=x-ex
C.f(x)=x3+x2+2x-3 D.f(x)=x3
2.如图是函数y=f(x)的导函数y=f′(x)的图象,下列说法错误的是(  )
A.-2是函数y=f(x)的极小值点
B.1是函数y=f(x)的极值点
C.y=f(x)在x=0处切线的斜率大于零
D.y=f(x)在区间(-2,2)上单调递增
3.函数f(x)=-x3+x2+2x取极小值时,x的值是(  )
A.2          B.2,-1
C.-1 D.-3
4.函数y=2-x2-x3的极值情况是(  )
A.有极大值,没有极小值
B.有极小值,没有极大值
C.既无极大值也无极小值
D.既有极大值又有极小值
5.若x=-2与x=4是函数f(x)=x3+ax2+bx的两个极值点,则有(  )
A.a=-2,b=4 B.a=-3,b=-24
C.a=1,b=3 D.a=2,b=-4
6.已知函数f(x)=ax3+bx2+c,其导函数图象如图所示,则函数f(x)的极小值是(  )

A.a+b+c B.8a+4b+c
C.3a+2b D.c
7.已知e为自然对数的底数,设函数f(x)=(ex-1)(x-1)k(k=1,2),则(  )
A.当k=1时,f(x)在x=1处取到极小值
B.当k=1时,f(x)在x=1处取到极大值
C.当k=2时,f(x)在x=1处取到极小值
D.当k=2时,f(x)在x=1处取到极大值
8.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=________.
9.已知函数f(x)=x3+ax在R上有两个极值点,则实数a的取值范围是________.
10.设a∈R,若函数y=ex+ax,x∈R有大于零的极值点,则a的取值范围为________.
11.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________.
12.求函数f(x)=+3ln x的极值.
13.求下列函数的极值.
(1)f(x)=x4-2x2;
(2)f(x)=x2e-x.
14.已知函数f(x)=x3-3ax2+2bx在点x=1处的极小值为-1,试确定a,b的值,并求f(x)的单调区间.

15.设f(x)=2x3+ax2+bx+1的导数为f′(x),若函数y=f′(x)的图象关于直线x=-对称,且f′(1)=0.
(1)求实数a,b的值;
(2)求函数f(x)的极值.
16.已知函数f(x)=ln x,g(x)=x2+a(a为常数),直线l与函数f(x),g(x)的图象都相切,且l与函数f(x)图象的切点的横坐标为1.
(1)求直线l的方程及a的值;
(2)当k>0时,试讨论方程f(1+x2)-g(x)=k的解的个数.

























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