1、专题六 函数与导数 第 3 讲 导数与函数的单调性、极值、最值问题1(2019全国卷)曲线 y2sin xcos x 在点(,1)处的切线方程为()Axy10 B2xy210C2xy210 Dxy10解析:设 yf(x)2sin xcos x,则 f(x)2cos xsin x,所以 f()2.所以曲线在点(,1)处的切线方程为 y(1)2(x),即 2xy210.答案:C2(2017全国卷)若 x2 是函数 f(x)(x2ax1)ex1 的极值点,则 f(x)的极小值为()A1 B2e3C5e3D1解析:f(x)x2(a2)xa1ex1,则 f(2)42(a2)a1e30a1,则 f(x)(
2、x2x1)ex1,f(x)(x2x2)ex1,又 ex10 恒成立,令 f(x)0,得 x2 或 x1,当 x2 或 x1 时,f(x)0;当2x1 时,f(x)0.所以 x1 是函数 f(x)的极小值点则 f(x)的极小值为 f(1)1.答案:A3(2018全国卷)已知函数 f(x)aexln x1.(1)设 x2 是 f(x)的极值点,求 a,并求 f(x)的单调区间;(2)证明:当 a1e时,f(x)0.(1)解:f(x)的定义域为(0,),f(x)aex1x.由题设知,f(2)0,所以 a 12e2.从而 f(x)12e2exln x1,f(x)12e2ex1x.当 0 x2 时,f(
3、x)0;当 x2 时,f(x)0.所以 f(x)在(0,2)上单调递减,在(2,)上单调递增(2)证明:当 a1e时,f(x)exe ln x1(x0)设 g(x)exe ln x1(x0),则 g(x)exe 1x(x0)当 0 x1 时,g(x)0;当 x1 时,g(x)0.所以 x1 是 g(x)的最小值点故当 x0 时,g(x)g(1)0.因此,当 a1e时,f(x)0.4(2019全国卷)已知函数 f(x)2x3ax22.(1)讨论 f(x)的单调性;(2)当 0a0,则当 x(,0)a3,时,f(x)0,当 x0,a3 时,f(x)0,故 f(x)在(,0),a3,上单调递增,在0
4、,a3上单调递减;当 a0,则 f(x)在(,)上单调递增;若 a0,当 xa3,0 时,f(x)0.故 f(x)在,a3,(0,)上单调递增,在a3,0上单调递减(2)当 0a3 时,由(1)知,f(x)在0,a3 上单调递减,在a3,1 单调递增,所以 f(x)在0,1上的最小值为 fa3 a3272,最大值为 f(0)2 或 f(1)4a.于是 ma3272,M4a,0a2,2,2a3.所以 Mm2aa327,0a2,a327,2a3.当 0a2 时,可知 y2aa327单调递减,所以 Mm 的取值范围是827,2.当 2a0 是 f(x)为增函数的充分不必要条件,如函数f(x)x3 在
5、(,)上单调递增,但 f(x)0.f(x)0 是 f(x)为增函数的必要不充分条件,如果函数在某个区间内恒有 f(x)0 时,则 f(x)为常数函数2利用导数研究函数单调性的方法若求单调区间(或证明单调性),只要在函数定义域内解(或证明)不等式 f(x)0 或 f(x)0,则由 f(x)0,x0 得 xa.当 x(0,a)时,f(x)0.所以 f(x)在(0,a)单调递减,在(a,)上单调递增若 a0),得 xa2.当 x0,a2 时,f(x)0.所以 f(x)在0,a2 上单调递减,在a2,上单调递增(2)当 a0 时,由(1)知,当 xa 时,f(x)取得最小值所以 f(x)minf(a)
6、a2ln a.当 a0 或 f(x)0,2x0,ln 20.所以当 f(x)2x 时,exf(x)在 f(x)的定义域上单调递增,故具有 M 性质,易知 B、C、D 不具有 M 性质答案:A角度 根据函数的单调性求参数的取值范围【例 2】已知 x1 是 f(x)2xbxln x 的一个极值点(1)求函数 f(x)的单调递减区间(2)设函数 g(x)f(x)3ax,若函数 g(x)在区间1,2内单调递增,求 a 的取值范围解:(1)因为 f(x)2xbxln x,定义域为(0,)所以 f(x)2 bx21x2x2xbx2.因为 x1 是 f(x)2xbxln x 的一个极值点,所以 f(1)0,
7、即 2b10.解得 b3,经检验,适合题意,所以 b3.所以 f(x)2 3x21x2x2x3x2,令 f(x)0,得 0 x0),g(x)21x ax2(x0)因为函数 g(x)在1,2上单调递增,所以 g(x)0 在1,2上恒成立,即 21x ax20 在1,2上恒成立,所以 a2x2x 在1,2上恒成立,所以 a(2x2x)max,x1,2因为在1,2上,(2x2x)max3,所以 a3.所以 a 的取值范围是3,)思维升华1已知函数的单调性,求参数的取值范围,应用条件 f(x)0(或 f(x)0),x(a,b)恒成立,解出参数的取值范围(一般可用不等式恒成立的理论求解),应注意参数的取
8、值是 f(x)不恒等于 0 的参数的范围2若函数 yf(x)在区间(a,b)上不单调,则转化为f(x)0 在(a,b)上有解变式训练(2017全国卷改编)已知函数 f(x)ex(exa)a2x,其中参数 a0.(1)讨论 f(x)的单调性;(2)当 a0 时,求函数 f(x)的最小值;(3)若 f(x)0,求 a 的取值范围解:(1)函数 f(x)的定义域为(,),且 a0.f(x)2e2xaexa2(2exa)(exa)若 a0,则 f(x)e2x 在(,)上单调递增若 a0,则由 f(x)0 得 xlna2.当 x,lna2 时,f(x)0;当 xlna2,时,f(x)0.故 f(x)在,
9、lna2 上单调递减,在lna2,上单调递增(2)若 a0,则由(1)得,当 xlna2 时,f(x)取得最小值,最小值为 f(lna2)a234lna2.(3)当 a0 时,f(x)e2x0 恒成立当 a0 时,f(x)mina234lna2,若对 xR,f(x)0,只需 f(x)min0.由 a234lna2 0,得 a2e34.综上,a 的取值范围是2e34,0.热点 3 利用导数研究函数的极值和最值1若在 x0 附近左侧 f(x)0,右侧 f(x)0,则 f(x0)为函数 f(x)的极大值;若在 x0 附近左侧 f(x)0,则 f(x0)为函数 f(x)的极小值2设函数 yf(x)在a
10、,b上连续,在(a,b)内可导,则 f(x)在a,b上必有最大值和最小值且在极值点或端点处取得温馨提醒:若函数的导数存在,某点的导数等于零是函数在该点取得极值的必要而不充分条件【例 3】(2019北京卷)已知函数 f(x)14x3x2x.(1)求曲线 yf(x)的斜率为 1 的切线方程;(2)当 x2,4时,求证:x6f(x)x;(3)设 F(x)|f(x)(xa)|(aR),记 F(x)在区间2,4上的最大值为 M(a)当 M(a)最小时,求 a 的值(1)解:由 f(x)14x3x2x 得 f(x)34x22x1.令 f(x)1,即34x22x11,得 x0 或 x83.又 f(0)0,f
11、 83 827,所以曲线 yf(x)的斜率为 1 的切线方程是 yx 与 y 827x83,即 yx 与 yx6427.(2)证明:令 g(x)f(x)x,x2,4由 g(x)14x3x2 得 g(x)34x22x.令 g(x)0 得 x0 或 x83.当 x 变化时,g(x),g(x)的变化情况如下:x2(2,0)00,838383,44g(x)00g(x)6064270所以 g(x)的最小值为6,最大值为 0.故6g(x)0,即 x6f(x)x.(3)解:由(2)知,当 a3;当 a3 时,M(a)F(2)|g(2)a|6a3;当 a3 时,M(a)3.综上,当 M(a)最小时,a3.思维
12、升华1可导函数在极值点处的导数一定为零,但导数为零的点不一定是极值点,是极值点时也要注意是极大值点还是极小值点2求函数 f(x)在闭区间a,b的最值时,在得到极值的基础上,结合区间端点的函数值 f(a),f(b)与 f(x)的各极值进行比较得到函数的最值变式训练 已知函数 f(x)ax1ln x(aR)(1)讨论函数 f(x)在定义域内的极值点的个数;(2)若函数 f(x)在 x1 处取得极值,x(0,),f(x)bx2 恒成立,求实数 b 的最大值解:(1)f(x)的定义域为(0,),f(x)a1xax1x.当 a0 时,f(x)0 在(0,)上恒成立,函数 f(x)在(0,)上单调递减所以
13、 f(x)在(0,)上没有极值点当 a0 时,由 f(x)0,得 0 x1a;由 f(x)0,得 x1a,所以 f(x)在0,1a 上单调递减,在1a,上单调递增,所以 f(x)在 x1a处有极小值综上,当 a0 时,f(x)在(0,)上没有极值点;当 a0 时,f(x)在(0,)上有一个极值点(2)因为函数 f(x)在 x1 处取得极值,所以 f(1)a10,则 a1,从而 f(x)x1ln x.因此 f(x)bx211xln xx b,令 g(x)11xln xx,则 g(x)ln x2x2,令 g(x)0,得 xe2,当 0 xe2 时,f(x)0;当 xe2 时,f(x)0.则 g(x)在(0,e2)上单调递减,在(e2,)上单调递增,所以 g(x)ming(e2)11e2,即 b11e2.故实数 b 的最大值是 11e2.