内容正文:
第二章 导数及其应用
§6 用导数研究函数的性质
6.1 函数的单调性
第2课时 函数单调性的综合问题
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第二章 导数及其应用
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eq \a\vs4\al(探究一 讨论函数的单调性)
讨论函数f(x)=x2-a ln x(a≥0)的单调性.
解 函数f(x)的定义域是(0,+∞),f′(x)=2x- eq \f(a,x) = eq \f(2x2-a,x) .
设g(x)=2x2-a,由g(x)=0得2x2=a.
当a=0时,f′(x)=2x>0,函数f(x)在区间(0,+∞)上单调递增.
当a>0时,由g(x)=0得x= eq \f(\r(2a),2) 或x=- eq \f(\r(2a),2) (舍去).
当x∈(0, eq \f(\r(2a),2) )时,g(x)<0,即f′(x)<0;
当x∈( eq \f(\r(2a),2) ,+∞)时,g(x)>0,即f′(x)>0.
所以,当a>0时,函数f(x)在区间(0, eq \f(\r(2a),2) )上单调递减,在区间( eq \f(\r(2a),2) ,+∞)上单调递增.
综上,当a=0时,f(x)在(0,+∞)上单调递增;当a>0时,f(x)在(0, eq \f(\r(2a),2) )上单调递减,在( eq \f(\r(2a),2) ,+∞)上单调递增.
[变式] 若把本例的条件“a≥0”改为“a<0”,结果如何?
解 函数f(x)的定义域是(0,+∞),f′(x)=2x- eq \f(a,x) = eq \f(2x2-a,x) .
设g(x)=2x2-a,当a<0时,g(x)>0,f′(x)>0,
所以函数f(x)在(0,+∞)上单调递增.
[方法总结] 讨论函数f(x)单调性的步骤
(1)确定函数f(x)的定义域.
(2)求导数f′(x),并求方程f′(x)=0的根.
(3)利用f′(x)=0的根将函数的定义域分成若干个子区间,在这些子区间上讨论f′(x)的正负,由符号确定f(x)在该区间上的单调性.
[训练1] (2020·全国卷Ⅲ改编)已知函数f(x)=x3-kx+k2,讨论f(x)的单调性.
解 f′(x)=3x2-k.
当k=0时,f(x)=x3,故f(x)在(-∞,+∞)上单调递增.
当k<0时,f′(x)=3x2-k>0,故f(x)在(-∞,+∞)上单调递增.
当k>0时,令f′(x)=0,得x=± eq \f(\r(3k),3) .
当x∈(-∞,- eq \f(\r(3k),3) )时,f′(x)>0;
当x∈(- eq \f(\r(3k),3) , eq \f(\r(3k),3) )时,f′(x)<0;
当x∈( eq \f(\r(3k),3) ,+∞)时,f′(x)>0.
故f(x)在(-∞,- eq \f(\r(3k),3) ),( eq \f(\r( 3k),3) ,+∞)上单调递增,在(- eq \f(\r(3k),3) , eq \f(\r(3k),3) )上单调递减.
综上,当k≤0时,f(x)在(-∞,+∞)上单调递增;当k>0时,f(x)在(-∞,- eq \f(\r(3k),3) ),( eq \f(\r(3k),3) ,+∞)上单调递增,在(- eq \f