内容正文:
@第三章 一元函数的导数及其应用
【对点训练3】 (1)已知定义在区间(0,+∞)上
的函数f(x)=-2x2+m,g(x)=-3ln
x-
x,若以上两函数的图象有公共点,且在公共
点处切线相同,则m 的值为 .
(2)若存在实数a>0,使得函数f(x)=aln
x+
x与g(x)=2x2-2x-b的图象有相同的切
线,且相同切线的斜率为2,则实数b的最大
值为 .
命题角度3 已知曲线的切线条数求参数范围
【例4】 (1)(2021·新高考 Ⅰ 卷)若过点(a,b)
可以作曲线y=ex 的两条切线,则 ( )
A.eb <a B.ea <b
C.0<a<eb D.0<b<ea
(2)(2022·新高考Ⅰ卷)若曲线y=(x+a)ex
有两条过坐标原点的切线,则a 的取值范围
是 .
已知曲线的切线条数求参数范围问题时,需要
明确的是,曲线存在几条切线,就会相应的有几个切
点,因此就可以将切线条数问题转化为切点个数问
题;也就是说抓住“切点”这个“牛鼻子”,将问题进一
步转化为关于相应函数零点个数的问题.
【对点训练4】 (1)(2023·安徽安庆模拟)若过
点(a,b)(a>0)可以作曲线y=xex 的三条
切线,则 ( )
A.0<a<beb
B.-aea <b<0
C.0<ae2<b+4
D.-(a+4)<be2<0
(2)(多选题)(2023·江苏南京金陵中学摸底)
已知函数f(x)=
x
ex
,过点(a,b)作曲线
f(x)的切线,下列说法正确的是 ( )
A.当a=0,b=0时,有且仅有一条切线
B.当a=0时,可作三条切线,则0<b<
4
e2
C.当a=2,b>0时,可作两条切线
D.当0<a<2时,可作两条切线,则b的取
值为4-a
e2
或a
ea
学习至此,请完成课时作业16
3.2 导数与函数的单调性
5A>!
结合实例,借助几何直观了解函数的单调性与导数的关系;能利用导数研究函数的单调性;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.
AMc
-
-@)
1.函数的单调性与导数的关系
一般地,函数f(x)的单调性与导函数f'(x)
的正负之间具有如下的关系:在某个区间(a,
b)内,如果 ,那么函数y=
f(x)在
区间(a,b)内单调递增;如果 ,那么
函数y=
f(x)在区间(a,b)内单调递减.
2.利用导数判断函数f(x)单调性的步骤
第1步,确定函数的定义域;
第2步,求出导数f'(x)的零点;
第3步,用f'(x)的零点将f(x)的定义域划
065
hh
分为若干个区间,列表给出f'(x)在各个区
间上的正负,由此得出函数y=f(x)在定义
域内的单调性.
常用结论与知识拓展
1.在某区间内,f'(x)>0(f'(x)<0)是函数
f(x)在此区间上单调递增(减)的充分不必要条件.可
导函数f(x)在(a,b)上单调递增(减)的充要条件是
对 ∀x ∈ (a,b),都有 f'(x)≥0(f'(x)≤0)且
f'(x)在(a,b)上的任何子区间内都不恒为零.
2.构造函数解抽象不等式
(1)对于不等式f'(x)>k(k ≠0),构造函数
g(x)=f(x)-kx+b.
(2)对于不等式xf'(x)+f(x)>0,构造函数
g(x)=xf(x);对于不等式xf'(x)-f(x)>0,构造
函数g(x)=f
(x)
x
(x ≠0).
(3)对于不等式xf'(x)+nf(x)>0,构造函数
g(x)=xnf(x);对于不等式xf'(x)-nf(x)>0,构
造函数g(x)=f
(x)
xn
(x ≠0).
(4)对于不等式f'(x)+f(x)>0,构造函数
g(x)=exf(x);对于不等式f'(x)-f(x)>0,构造
函数g(x)=f
(x)
ex
.
(5)对于不等式f'(x)sin
x+f(x)cos
x>0(或
f(x)+f'(x)tan
x>0),构造函数g(x)=f(x)sin
x;
对于不等式f'(x)cos
x-f(x)sin
x>0(或f'(x)-
f(x)tan
x >0),构造函数g(x)=f(x)cos
x.
-"
1.判断下列命题是否正确,正确的在括号内画
“√”,错误的画“×”.
(1)若函数f(x)在(a,b)内单调递减,则一
定有f'(x)<0. ( )
(2)若函数f(x)在某一范围内导数的绝对值
越大,那么函数在这个范围内变化得就越快,
此时函数的图象就会更“陡峭”(向上或向下).
( )
(3)在(a,b)内,f'(x)≥0且f'(x)在(a,b)
的任何子区间内都不恒为零,则f(x)在(a,
b)上为增函数. ( )
(4)若函数f(x)在(a,b)上存在单调递减区间,
则当x∈(a,b)时,f'(x)<0有解. ( )
(5)若 函 数 f(x)=x3 -ax +2在 区 间
(1,+∞)内是增函数,则实数a 的取值范围
是(-∞,3). ( )
2.(教材改编题)函数f(x)=4x-ln
x 的单调
递减区间为 .
3.如图是y=f'(x)的图象,则
函数y=f(x)的单调递减区
间是 ( )
A.(-2,1)
B.(-2,0),(2,+∞)
C.(-∞,-1)
D.(-∞,-1),(1,+∞)
4.(教材改编题)若函数f(x)=ln
x+ax2-5x
在区间 1
3
,1
2
内单调递增,则实数a 的取值
范围为 .
5.(多选题)(教材改编题)设函数f(x)=
ex
ln
x
,
则下列说法正确的是 ( )
A.f(x)的定义域是(0,+∞)
B.当x∈(0,1)时,f(x)的图象位于x 轴下方
C.f(x)存在单调递增区间
D.f(x)有两个单调区间
A
/c5%1@
考点1 利用导数研究函数的单调性
命题角度1 具体函数的单调区间
【例1】 (1)函数f(x)=x2ln
x 的单调递增区
间为 .
(2)(2023·全国甲卷改编)讨论函数f(x)=
8x-
sin
x
cos3x
在0,π2 上的单调性.
066
@第三章 一元函数的导数及其应用
确定函数单调区间的步骤:第一步,确定函数
f(x)的定义域.第二步,求f'(x).第三步,解不等
式f'(x)>0,解集在定义域内的部分为单调递增
区间;解不等式f'(x)<0,解集在定义域内的部分
为单调递减区间.注意函数间断点.
【对点训练1】 已知定义在区间(-π,π)上的
函数f(x)=xsin
x+cos
x,则f(x)的单
调递增区间是 .
命题角度2 含有参数的函数的单调性
【例2】 (2023· 四 川 遂 宁 摸 底)讨 论 函 数
f(x)=ln
x+
1
2x
2-2mx(m ∈R)的单
调性.
1.研究含参数的函数的单调性,要依据参数对不
等式解集的影响进行分类讨论,应做到“不重不漏”.
2.确定函数的单调区间时,一要在函数定义域
内讨论,二还要确定导数为零的点和函数的间断点.
3.要对分类讨论后的结论进行整合,体现“分类
与整合”的数学思想.
【对点训练2】 若函数f(x)=
kx2+x-1
ex
,
k>-
1
2
,讨论f(x)的单调性.
考点2 函数单调性的应用
命题角度1 函数图象的识辨
【例3】 (1)(多选题)(2023·广东潮州摸底)已
知函数f(x)与f'(x)的图象如图所示,则
下列结论正确的为 ( )
A.曲线m 是f(x)的图象,曲线n是f'(x)
的图象
B.曲线m 是f'(x)的图象,曲线n 是f(x)
的图象
C.不等式组
f(x)>f'(x),
0<x<2 的解集为(0,1)
D.不等式组
f(x)>f'(x),
0<x<2 的解集为1,43
(2)已知函数f(x)的导函数f'(x)的图象如
图,则下列结论正确的是 ( )
A.函数f(x)在区间(-2,1)上单调递增
B.函数f(x)在区间(1,3)上单调递减
C.函数f(x)在区间(4,5)上单调递增
D.函数f(x)在区间(-3,-2)上单调递增
067
hh
利用导数进行图象识别有以下三个结论:① 在
导函数图象中,在x 轴上方区域对应原函数单调递
增区间,在x 轴下方区域对应原函数单调递减区间;
②在导函数图象中,
图象由x 轴上方到x 轴下方与
x 轴的交点为极大值点;由x 轴下方到x 轴上方与
x 轴的交点为极小值点;③ 导函数与x 轴的交点不
一定是极值点,交点两侧导函数值可能恒正或者恒
负,若交点是极值点,交点两侧导函数值必须异号.
【对点训练3】 (1)函 数 y =
f(x)的导函数y=f'(x)的
图象如图所示,则函数y=
f(x)的图象可能是 ( )
A
B
C
D
(2)已知f(x)=
1
4x
2+sin
π
2+x ,f'(x)为
f(x)的导函数,则f'(x)的大致图象是
( )
A
B
C
D
命题角度2 比较大小
【例4】 (1)已知a=
31
32
,b=cos
1
4
,c=4sin
1
4
,则
( )
A.c>b>a B.b>a>c
C.a>b>c D.a>c>b
(2)(2022·新高考Ⅰ卷)设a=0.1e0.1,b=
1
9
,
c=-ln
0.9,则 ( )
A.a<b<c B.c<b<a
C.c<a<b D.a<c<b
1.利用导数比较大小,有时需要利用题目条件
构造辅助函数,把比较大小的问题转化为先利用导
数研究函数的单调性,进而根据单调性比较大小的
问题.
2.比较大小时,需关注函数的性质,如奇偶性、
对称性,进而把自变量转移到同一区间,再利用单调
性比较即可.
【对点训练4】 (1)(2023·辽宁锦州摸底)已知
定义在R上的函数f(x)的导函数f'(x),
且f(x)<f'(x)<0,则 ( )
A.ef(2)>f(1),f(2)>ef(1)
B.ef(2)>f(1),f(2)<ef(1)
C.ef(2)<f(1),f(2)<ef(1)
D.ef(2)<f(1),f(2)>ef(1)
(2)(2023·宁夏银川一中高三阶段测试)实数
πe,3π,π3,eπ 中值最大的是 .
命题角度3 解不等式
【例5】 (1)已知函数f(x)是定义域为R的奇
函数,当x >0时,f'(-x)>2f(x),且
f(3)=0,则 不 等 式 f(x)> 0 的 解 集
为 .
(2)(2024·江苏扬州高三开学考试)已知定义
在R上的偶函数y=f(x)的导函数为y'=
f'(x),当x>0时,f'(x)+f
(x)
x <0
,且
f(2)=-3,则不等式f(2x-1)< -
6
2x-1
的解集为 .
068
@第三章 一元函数的导数及其应用
1.解函数不等式的关键是研究函数单调性,通
过单调性将原问题转化为关于自变量的不等关系,
要注意将常数y0 写成f(x0)的形式.
2.常见的函数构造形式:
(1)g(x)=eaxf(x),g'(x)=eax[af(x)+
f'(x)];
(2)g(x)=f
(x)
eax
,g'(x)=f
'(x)-af(x)
eax
.
【对点训练5】 (1)已知函数f(x)的定义域为
R,且对任意x∈R,f(x)-f'(x)<0恒成
立,则exf(x +1)>f
(2x+3)
e2
的 解 集
为 .
(2)设f(x)是定义在R上的函数,其导函数为
f'(x),若f(x)+f'(x)>1,f(0)=2
024,
则不等式exf(x)>ex +2
023(其中e为自
然对数的底数)的解集为 .
命题角度4 已知函数单调性求参数的范围
【例6】 (1)已知函数f(x)=aex-ln
x 在区间
(1,2)上单调递增,则a的最小值为 .
(2)(2023·全国乙卷)设a ∈ (0,1),若函数
f(x)=ax+(1+a)x 在(0,+∞)上单调递
增,则a的取值范围是 .
(3)(2023·北京十四中高三开学考试)若函数
f(x)=x3-12x在区间(k-1,k+1)上不是单
调函数,则实数k的取值范围是 .
根据函数单调性求参数的一般思路:① 利用集
合间的包含关系处理:y=f(x)在(a,b)上单调,则
区间(a,b)是相应单调区间的子集;②f(x)为增函
数的充要条件是对任意的x∈(a,b)都有f'(x)≥
0且在(a,b)内的任一非空子集上f'(x)不恒为零,应
注意此时式子中的等号不能省略,否则漏解;③ 函数在
某个区间存在单调区间可转化为不等式有解问题.
【对点训练6】 (1)(多选题)(2023·江苏镇江实验
中学 开 学 考 试)已知函数f(x)=
1
3x
3 -
3
2x
2-aln
x在区间(0,+∞)上单调递增,则
符合条件的实数a的取值可以是 ( )
A.1 B.-2
C.-4 D.-5
(2)设函数f(x)=
1
3x
3-
a
2x
2+2x +1,若
f(x)在区间(-2,-1)内存在单调递减区
间,则实数a的取值范围是 .
>Fe2
理性思维下的“二次求导”的作用和
意义以及函数的“凹凸性”
【题目呈现】 (1)若函数f(x)=
sin
x
x
,
0<x1<x2<π.设a=f(x1),b=f(x2),试
比较a,b的大小.
(2)判断函数f(x)=
(x+1)ln
x
x-1
(x>1)
的单调性.
(3)丹麦数学家琴生是19世纪对数学分析
做出卓越贡献的巨人,特别是在函数的凹凸性
与不等式方面留下了很多宝贵的成果.设函数
f(x)在(a,b)上的导函数为f'(x),f'(x)在
(a,b)上 的 导 函 数 为 f″(x),若 在(a,b)上
f″(x)<0恒成立,则称函数f(x)在(a,b)上
为“严格凸函数”.已知f(x)=ex-xln
x-px2
在(1,4)上为“严格凸函数”,则实数p 的取值范
围是 .
【思路分析】 函数图象虽然可以直观地反
069
hh
映出两个变量之间的变化规律,但大多数复合
的函数作图困难较大.导数的建立拓展了应用
图象解题的空间.导数这个强有力的工具对函
数单调性的研究提供了简单、程序化的方法,具
有很强的可操作性.当f'(x)>0时,函数f(x)
单调递增;当f'(x)<0时,函数f(x)单调
递减.
【素养解读】 (1)为了得到f(x)的单调
性,需判断f'(x)的符号,若f'(x)的符号很难
直接判断,则可通过二次求导,判断出一次导函
数的符号,并最终解决问题.
(2)求导后思路受阻时,常考虑二次(多次)
求导(需利用函数思想先构造函数),尤其是解
析式含ex,ln
x,xn,sin
x,cos
x 等混合结构时.
注意:结合端点或特殊点函数值符号;一般令
g(x)=f'(x),而不直接写成f″(x).
2"
1.定义:函数f(x)在(a,b)上的导函数为
f'(x),f'(x)在 (a,b)上 的 导 函 数 为
f″(x),若在(a,b)上f″(x)<0恒成立,则
称函数f(x)在(a,b)上为“严格凸函数”,称
区间(a,b)为函数f(x)的“严格凸区间”.则
下列正确命题的序号为 .
①函数f(x)=-x3+3x2+2在(1,+∞)上
为“严格凸函数”;② 函数f(x)=
ln
x
x
的“严
格凸区间”为 0,e
3
2 ;③ 函数f(x)=ex -
m
2x
2 在(1,4)上为“严格凸函数”,则m 的取
值范围为[e,+∞).
2.判断函数f(x)=
(1-x2)ex -1
x
(x >0)的
单调性.
3.当x >0时,比较sin
x 与x-
x3
6
的大小.
学习至此,请完成课时作业17
070
参
考
答
案
ex,所以,曲线y=ex 在点P 处的切线
方程为y-et =et(x -t),即y =
etx+(1-t)et,由题意可知,点(a,b)
在直线y =etx + (1-t)et 上,可得
b=aet+(1-t)et = (a+1-t)et,令
f(t)= (a+1-t)et,则f'(t)= (a-
t)et.当t<a时,f'(t)>0,此时函数
f(t)单调递增,当t>a时,f'(t)<0,
此 时 函 数 f(t)单 调 递 减, 所 以,
f(t)max =f(a)=ea,由题意可知,直
线y=b与曲线y=f(t)的图象有两
个交 点,则b <
f(t)max =ea,当
t < a +1 时,
f(t)>0,当t>
a+1时,f(t)<
0, 作 出 函 数
f(t)的 图 象 如
图所 示,由 图 可
知,当0<b<ea
时,直线y=b与
曲 线 y = f(t)
的图象有两个交
点.故选D.
(2)(-∞,-4)∪ (0,+∞)
解析:∵y = (x+a)ex,∴y'= (x+
1+a)ex,设切点为(x0,y0),则y0 =
(x0+a)e
x0,切线斜率k= (x0+1+
a)e
x0,切线方程为y-(x0+a)e
x0 =
(x0+1+a)e
x0(x-x0),∵切线过原
点,∴ - (x0 +a)e
x0 = (x0 +1+
a)e
x0(-x0),整理得x20+ax0-a=
0,∵ 切线有两条,∴Δ=a2+4a>0,
解得a<-4或a>0,∴a的取值范围
是(-∞,-4)∪ (0,+∞).
对点训练4:(1)D 由题可得y'= (x+
1)ex,设切点为(x0,x0e
x0),则(x0 +
1)e
x0 =
x0e
x0 -b
x0-a
,整 理 得 (x20 -
ax0-a)e
x0 = -b,由题意知关于x0
的方程(x20-ax0-a)e
x0 = -b有三
个不同的解,设f(x)= (x2-ax -
a)ex,f'(x)= (x+2)(x-a)ex,由
f'(x)=0,得x = -2或x =a,又
a>0,所以当x<-2时,f'(x)>0,
f(x)单调递增,当 -2<x <a 时,
f'(x)<0,f(x)单调递减,当x >a
时,f'(x)> 0,
f(x)单调递增,当
x→-∞时f(x)
→0,当x →+∞
时,f(x)→+ ∞,
且f(-2)=
4+a
e2
,
f(a)= -aea <0,函数f(x)的大致
图象如图所示,因为f(x)的图象与直
线y= -b有三个交点,所以0<-b<
4+a
e2
,即-(a+4)<be2<0.
(2)ABD 设切点坐标为(x0,y0),所
以y0=
x0
e
x0
,f'(x)=
1-x
ex
,则切线的
斜率为k =
1-x0
e
x0
,切线方程为y-
x0
e
x0
=
1-x0
e
x0
(x-x0).对于A,当a=
0,b=0时,-
x0
e
x0
=
1-x0
e
x0
(-x0),解
得x0 =0,故切点为(0,0),所以切线
方程为y =x,所以有且仅有一条切
线,故A正确;对于B,当a=0时,b-
x0
e
x0
=
1-x0
e
x0
(-x0),则b =
x20
e
x0
,设
g(x)=
x2
ex
,则g'(x)=
2x-x2
ex
=
x(2-x)
ex
,当 x ∈ (- ∞,0) 时,
g'(x)<0,g(x)单 调 递 减,当x ∈
(2,+∞)时,g'(x)<0,g(x)单调递
减,当x∈(0,2)时,g'(x)>0,g(x)
单调递增,所以x=0时,g(x)有极小
值,为g(0)=0,x =2时,g(x)有极
大值,为g(2)=
4
e2
,x>0时,f(x)=
x
ex
>0,画 出 g(x)=
x2
ex
的 图 象,
如图,
当a=0时,若可作三条切线,则y=b
与g(x)=
x2
ex
的图象有3个交点,由图
可得0<b<
4
e2
,故B正确;对于C,
当
a =2时,由 切 线 方 程 得b-
x0
e
x0
=
1-x0
e
x0
(2-x0),则b=
x20-2x0+2
e
x0
,
设h(x)=
x2-2x+2
ex
,则h'(x)=
-x2+4x-4
ex
= -
(x-2)2
ex
≤0,
所以 h(x)单 调 递 减,且 h(x)=
(x-1)2+1
ex
>0,如图,
所以 当 a = 2,b > 0 时,y =b 与
h(x)=
x2-2x+2
ex
的图象有且只有
一个交点,所以只能作一条切线,故C
错误;对于D,当0<a<2时,由切线
方程为y-
x0
e
x0
=
1-x0
e
x0
(x-x0)得
b-
x0
e
x0
=
1-x0
e
x0
(a-x0),则b =
x20+(1-x0)a
e
x0
,设t(x)=
x2+(1-x)a
ex
,则t'(x)=
(2+a)x-x2-2a
ex
=
(x-a)(2-x)
ex
,因为0<a<2,所以
当x∈(a,2)时,t'(x)>0,t(x)单调
递增,当x∈(-∞,a)时,t'(x)<0,
t(x)单调递减,当x ∈ (2,+∞)时,
t'(x)<0,t(x)单调递减,所以当x=
a 时,t(x) 的 极 小 值 为 t(a) =
a2+(1-a)a
ea
=
a
ea
>0,x =2时,
t(x)的极大值为t(2)=
4+(1-2)a
e2
=
4-a
e2
>0,t(x)的图象为
若可作两条切线,则b 的取值为4-a
e2
或
a
ea
,故D正确.故选ABD.
3.2 导数与函数的单调性
必备知识回顾
知识梳理
1.f'(x)>0 f'(x)<0
基础检测
1.(1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)×
2.0,14 3.B
4.258
,+∞
解析:函数f(x)在
1
3
,1
2 内单调递
增,则f'(x)=
1
x +2ax-5≥0
在
x ∈
1
3
,1
2 上 恒 成 立,即 2a ≥
-
1
x2
+
5
x
在x∈
1
3
,1
2 上恒成立,
又-
1
x2
+
5
x = -
1
x -
5
2
2
+
25
4 ∈
6,254 ,所以2a≥254,即a≥258.
5.BC 由 x >0
,
ln
x ≠0, 得x>0且x≠1,
所以函数f(x)=
ex
ln
x
的定义域为(0,
1)∪ (1,+∞),故 A不正确.当x ∈
(0,1)时,ln
x < 0,ex > 0,所 以
f(x)<0,所以当x∈(0,1)时,f(x)
的图 象 位 于 x 轴 下 方,故 B 正 确.
f'(x)=
ex ln
x-
1
x
(ln
x)2
,令g(x)=
ln
x-
1
x
,则g'(x)=
1
x +
1
x2
>0,所
以函数g(x)单调递增,g(1)= -1<
0,g(e)=1-
1
e >0
,故存在x0>1,
使得g(x0)=0,则函数f'(x)=0只
有一个根x0,当x∈(0,1)和x∈(1,
x0)时,f'(x)<0,函数f(x)单调递
减,当x∈(x0,+∞)时,f'(x)>0,
-461-
hh
函数f(x)单调递增,所以函数有三个单
调区间,故C正确,D不正确.故选BC.
关键能力提升
例1:(1) e
e
,+∞
解析:函数f(x)的定义域为(0,+∞),
f'(x)=2xln
x+x2·
1
x =2xln
x+
x =x(2ln
x+1),令f'(x)>0,得
2ln
x+1>0,解得x >
e
e
,故函数
f(x)=x2ln
x 的 单 调 递 增 区 间 为
e
e
,+∞ .
(2)解:f'(x)=
8-
cos
xcos3x+3sin
xcos2xsin
x
cos6x
=
8-
cos2x+3sin2x
cos4x
=8-
3-2cos2x
cos4x
,
令cos2x =t,则t∈ (0,1),
则f'(x)= g(t)=
8t2+2t-3
t2
=
(2t-1)(4t+3)
t2
,
当t∈ 0,
1
2 ,即x ∈ π4,π2 时,
f'(x)<0,f(x)单调递减.
当t∈
1
2
,1 ,即x ∈ 0,π4 时,
f'(x)>0,f(x)单调递增.
对点训练1:-π,-
π
2 和 0,π2
解析:f'(x)= sin
x +xcos
x -
sin
x=xcos
x.令f'(x)=xcos
x>
0,则 其 在 区 间 (-π,π)上 的 解 集 为
-π,-
π
2 和 0,π2 ,即f(x)的单
调递增区间为 -π,-
π
2 和 0,π2 .
例2:解:f(x)的定义域为(0,+∞),求导得
f'(x)=
1
x +x-2m=
x2-2mx+1
x
,
令f'(x)=0,得x2-2mx+1=0,其
Δ =4m2-4.
当m ≤0时,又x ∈ (0,+∞),所以
f'(x)>0,故f(x)在(0,+∞)上单
调递增.
当0<m ≤1时,Δ=4m2-4≤0,所
以f'(x)≥0,故f(x)在(0,+∞)上
单调递增,
当m>1时,Δ=4m2-4>0
,由x2-
2mx+1=0得x1=m- m2-1>
0,x2 =m+ m2-1,
所以x ∈ (0,x1)或x ∈ (x2,+∞)
时,f'(x)>0,当x ∈ (x1,x2)时,
f'(x)<0,
故f(x)在(0,x1),(x2,+∞)上单调
递增,在(x1,x2)上单调递减.
综上,当m ≤1时,f(x)在(0,+∞)
上单调递增.当m >1时,f(x)在(0,
m- m2-1),(m+ m2-1,+∞)
上单调递增,在(m - m2-1,m +
m2-1)上单调递减.
对点训练2:解:因为f(x)=
kx2+x-1
ex
,
所以f'(x)= -
(kx+1)(x-2)
ex
,
当k =0时,f'(x)= -
(x-2)
ex
,令
f'(x)= -
(x-2)
ex
=0,解得x =2,
且x <2时,f'(x)>0,x >2时,
f'(x)<0,
所以当k=0时,f(x)在(-∞,2)上
单调递增,在(2,+ ∞)上单调递减;
当 -
1
2 <k < 0
时,令 f'(x)=
-(kx+1)(x-2)
ex
=0,解 得 x =
-
1
k
或x =2,又 -
1
k >2
,所以当
x <2或x >-
1
k
时,f'(x)>0,当
2<x <-
1
k
时,f'(x)<0,所以当
-
1
2 <k<0
时,f(x)在(-∞,2),
-
1
k
,+∞ 上 单 调 递 增,在 2,
-
1
k 上单调递减;当k>0时,
令f'(x)= -
(kx+1)(x-2)
ex
=0,
解得x = -
1
k
或x =2,
又 -
1
k <0
,所以当x <-
1
k
或x >
2时,f'(x)<0,当-
1
k <x<2
时,
f'(x)>0,所以当k>0时,f(x)在
-∞,-
1
k ,(2,+∞)上单调递减,
在 -
1
k
,2 上单调递增.
综上得,当k=0时,f(x)在(-∞,2)
上单调递增,在(2,+∞)上单调递减;
当-
1
2 <k<0
时,f(x)在(-∞,2),
-
1
k
,+∞ 上 单 调 递 增,在 2,
-
1
k 上单调递减;当k>0时,f(x)
在 -∞,- 1k ,(2,+∞)上单调递减,
在 -
1
k
,2 上单调递增.
例3:(1)BC 对 于 A,B,若 曲 线 n 是
f'(x)的 图 象,则 当0<x <2时,
f'(x)<0,则f(x)在(0,2)上递减,
与曲线m 在(0,2)上不单调相矛盾,所
以曲 线n 是f(x)的 图 象,曲 线 m 是
f'(x)的图象,故A错误,B正确;对于C,
D,由 f
(x)>f'(x),
0<x<2, 得 0<x<1,0<x<2,
解得0<x <1,所以不等式组的解集
为(0,1),故C正确,D错误.故选BC.
(2)C 由导数的图象可知,当x∈(-1,
2)∪ (4,5)时,f'(x)>0,所以f(x)
在区间(-1,2),(4,5)上单调递增,故
C正确;当2<x<4时,f'(x)<0,所
以f(x)在 区 间 (2,4)上 单 调 递 减,
当 -3<x <-1时,f'(x)<0,则
f(x)在区间(-3,-1)上单调递减,
故A,B,D错误.故选C.
对点训练3:(1)D 由导函数y=f'(x)
的图象可知,该图象在x 轴的负半轴
上有一个零点(不妨设为x1),并且当
x <x1 时,f'(x)<0,该图象在x 轴
的正半轴 上 有 两 个 零 点(从 左 到 右 依
次设为x2,x3),且当x∈(x1,x2)时,
f'(x)> 0;当 x ∈ (x2,x3)时,
f'(x)<0;当x>x3 时,f'(x)>0.
因此函数f(x)在x =x1 处取得极小
值,在x =x2 处取得极大值,在x =
x3 处取得极小值.对照四个选项,对于
A,在x =x1 处取得极大值,不合题
意;对于B,极大值点应大于0,不合题
意;对于C,在x =x1 处取得极大值,
也不 合 题 意;对 于 D,符 合 题 意.故
选D.
(2)A ∵f(x)=
1
4x
2 +sin π2 +
x = 14x2 + cos x,∴f'(x) =
1
2x-sin
x,∴f'(-x)=
1
2
(-x)-
sin(-x)=-
1
2x+sin
x,∴f'(-x)=
-f'(x),∴f'(x)=
1
2x-sin
x 是奇
函数,其图象关于原点对称,故排除B,
D;将x=
π
6
代入f'(x)得f'
π
6 =
π
12-
1
2 <0
,排除C.故选A.
例4:(1)A 解法1:构造函数
因为当x ∈ 0,
π
2 时,x <tan x,故
c
b =4tan
1
4 >1
,故c
b >1
,所以c>
b.设f(x)=cos
x+
1
2x
2-1,x ∈
(0,+∞),f'(x)= -sin
x+x >0,
所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,故
f
1
4 >f(0)=0,所 以cos14 -
31
32>0
,所以b>a,所以c>b>a,故
选A.
解法2:不等式放缩
因为当x ∈ 0,
π
2 时,sin x <x,取
x =
1
8
得,cos14 =1-2sin
2 1
8 >1-
2×
1
8
2
=
31
32
,故b>a,又当x ∈
0,π2 时,x<tan x,故14 <tan14,
cos14 <4sin
1
4
,故b<c.因为b>a,
所以c>b>a,故选A.
(2)C 设 f(x) = ln(1 + x)-
x(x >-1),因 为f'(x)=
1
1+x -
1= -
x
1+x
,当 x ∈ (-1,0)时,
f'(x)> 0,当 x ∈ (0,+ ∞)时,
f'(x)<0,所以函数f(x)=ln(1+
x)-x 在(0,+ ∞)上 单 调 递 减,在
(-1,0)上 单 调 递 增,所 以f
1
9 <
f(0)=0,所以ln
10
9-
1
9 <0
,故1
9 >
ln109 = -ln
0.9,即 b >c,所 以
f -
1
10 <f(0)=0,所 以ln910+
-462-
参
考
答
案
1
10<0
,故9
10<e
-110,所以1
10e
1
10<
1
9.
故a <b.设 g(x)=xex +ln(1-
x)(0<x <1),则 g'(x)= (x +
1)ex +
1
x-1 =
(x2-1)ex +1
x-1
,令
h(x)= ex(x2 -1)+1,h'(x)=
ex(x2+2x-1),当0<x< 2-1时,
h'(x)<0,函数h(x)=ex(x2-1)+
1单调 递 减,当 2-1<x <1时,
h'(x)>0,函数h(x)=ex(x2-1)+
1单调递增,又h(0)=0,所以当0<
x < 2-1时,h(x)<0,所以当0<
x < 2 -1 时,g'(x)> 0,函 数
g(x)=xex +ln(1-x)单调递增,所
以g(0.1)>g(0)=0,即0.1e0.1 >
-ln
0.9,所以a>c,故选C.
对点训练4:(1)D 构 造 函 数g(x)=
f(x)
ex
⇒g'(x)=f
'(x)-f(x)
ex
,因为
f(x)<f'(x),所以g'(x)>0,因此
函数g(x)是增函数,于是有g(2)>
g(1)⇒ f
(2)
e2
> f
(1)
e ⇒f
(2) >
ef(1),构 造 函 数 h(x)= f(x)·
ex⇒h'(x)=ex[f(x)+f'(x)],因为
f(x)<f'(x)<0,所以h'(x)<0,
因此h(x)是减函数,于是有h(2)<
h(1)⇒e2f(2)<ef(1)⇒ef(2)<f(1),
故选D.
(2)3π
解析:由y=πx 在(0,+∞)上单调递
增,则πe<π3,由y=xπ 在(0,+∞)
上单调递增,则eπ <3π,令f(x)=
ln
x
x
(x >e),则f'(x)=
1-ln
x
x2
<
0,所 以 f(x)在(e,+ ∞)上 单 调 递
减,∵3<π,∴
ln
3
3 >
ln
π
π
,即πln
3>
3ln
π,所以ln
3π >ln
π3,即3π >π3,
所 以 实 数 πe,3π,π3,eπ 中 值 最 大 的
是3π.
例5:(1)(-3,0)∪ (3,+∞)
解析:因为f(x)为奇函数,定义域为
R, 所 以 f(- x) = - f(x)⇒
-f'(-x)= -f'(x)⇒f'(-x)=
f'(x),f(0)=0,又 因 为x >0时,
f'(-x)> 2f(x),所 以 f'(x)>
2f(x),构造函数h(x)=f
(x)
e2x
,所以
h'(x)=f
'(x)-2f(x)
e2x
,所以当x>
0时,h'(x)>0,h(x)在(0,+∞)上
单调 递 增,又 因 为 f(3)=0,所 以
h(3)=0,h(x)在(3,+∞)上大于零,
在(0,3)上小于零,又因为e2x >0,所
以当x>0时,f(x)在(3,+∞)上大
于零,在(0,3)上小于零,因为f(x)为
奇 函 数,所 以 当 x <0时,f(x)在
(-∞,-3)上小于零,在(-3,0)上大
于零,综上所述,f(x)>0的解集为
(-3,0)∪ (3,+∞).
(2)-∞,
1
2 ∪ 32,+∞
解析:当x >0时,f'(x)+f
(x)
x =
xf'(x)+f(x)
x <0
,所 以 当 x >0
时,xf'(x)+f(x)<0,令 F(x)=
xf(x),则 当 x > 0 时,F'(x)=
xf'(x)+f(x)< 0,故 F(x)=
xf(x)在x >0时,单调递减,又因为
y = f(x)在 R 上 为 偶 函 数,所 以
F(x)=xf(x)在 R上为奇函数,故
F(x)=xf(x)在R上单调递减,因为
f(2)= -3,所 以 F(2)=2f(2)=
-6,当 x >
1
2
时,f(2x -1)<
-6
2x-1
可 变 形 为 (2x -1)f(2x -
1)<-6,即F(2x-1)<F(2),因为
F(x)=xf(x)在R上单调递减,所以
2x-1>2,解得x>
3
2
,与x>
1
2
取
交集,结果为x >
3
2
;当x <
1
2
时,
f(2x-1)< -
6
2x-1
可变形为(2x-
1)f(2x-1)>-6,即F(2x-1)>
F(2),因为F(x)=xf(x)在 R上单
调递减,所以2x-1<2,解得x<
3
2
,
与x <
1
2
取交集,结果为x <
1
2.
综
上,不等式f(2x-1)< -
6
2x-1
的解集
为 -∞,
1
2 ∪ 32,+∞ .
对点训练5:(1)(-∞,-2)
解析:由f(x)-f'(x)<0得
f(x)
ex '= f'(x)-f(x)ex >0,记
g(x)=f
(x)
ex
,则g(x)在R上单调递
增.由exf(x +1)> f
(2x+3)
e2
得
f(x+1)
ex+1
> f
(2x+3)
e2x+3
,即 g(x +
1)> g(2x +3),∴x +1 > 2x +
3,∴x <-2.所以解集为(-∞,-2).
(2)(0,+∞)
解析:令g(x)=exf(x)-ex,所 以
g'(x)=exf(x)+exf'(x)-ex =
ex[f(x)+f'(x)-1],又因为f(x)+
f'(x)>1,所以g'(x)>0,g(x)在R
上单调递增,因为f(0)=2
024,所以
g(0)=2
023,不等式exf(x)>ex +
2
023,可整理为exf(x)-ex >2
023,
即g(x)>g(0),因为函数g(x)在R
上单调递增,所以x >0.即不等式的
解集为(0,+∞).
例6:(1)e-1
解析:依题可知,f'(x)=aex-
1
x ≥0
在(1,2)上恒成立,显然a >0,所以
xex ≥
1
a
,令g(x)=xex,x ∈ (1,
2),所以g'(x)= (x+1)ex >0,所以
g(x)在 (1,2)上 单 调 递 增,g(x)>
g(1)=e,故e≥
1
a
,即a≥
1
e =e
-1,
即a 的最小值为e-1.
(2) 5-1
2
,1
解析:由函数的解析式可得f'(x)=
axln
a+(1+a)xln(1+a)≥0在区间
(0,+∞)上恒成立,则(1+a)xln(1+
a)≥- axln
a, 即 1+aa
x
≥
-
ln
a
ln(1+a)
在区 间(0,+ ∞)上 恒 成
立,故 1+a
a
0
=1≥-
ln
a
ln(1+a)
,而
a+1∈ (1,2),故ln(1+a)>0,故
ln(a+1)≥-ln
a,
0<a<1, 即
a(a+1)≥1,
0<a<1, 故 5-12 ≤a<1,结
合题 意 可 得 实 数 a 的 取 值 范 围 是
5-1
2
,1
.
(3)(-3,-1)∪ (1,3)
解析:∵f(x)=x3-12x,∴f'(x)=
3x2 -12 = 3(x +2)(x -2),令
f'(x)=0,解得x = -2或x =2,所
以当x >2或x <-2时f'(x)>0,
当 -2<x <2时f'(x)<0,所以
f(x)在(-∞,-2)和(2,+∞)上单
调递增,在(-2,2)上单调递减,即函
数f(x)=x3-12x 的极值点为±2,
若函数f(x)=x3-12x 在区间(k-
1,k+1)上不是单调函数,则-2∈(k-
1,k+1)或2∈ (k-1,k+1),所 以
k-1<-2,
-2<k+1 或 k-1<2,2<k+1, 解得-3<
k<-1或1<k<3.
对点训练6:(1)CD 因为函数f(x)=
1
3x
3-
3
2x
2-aln
x在区间(0,+∞)上
单调递增,所以f'(x)=x2-3x-
a
x ≥
0在区间(0,+∞)上恒成立,由x2 -
3x -
a
x ≥0
可得a ≤x3 -3x2,令
g(x)=x3-3x2,则g'(x)=3x2-6x,
由g'(x)>0可得x>2,由g'(x)<0可
得0<x<2,所以g(x)在(0,2)上单调
递减,在(2,+ ∞)上 单 调 递 增,所 以
g(x)min =g(2)= -4,所以a≤-4.故
选CD.
(2)(-∞,-22)
解析:由题可知,f'(x)<0在(-2,-1)
内存在解,因为f'(x)=x2-ax+2,所
以f'(x)<0在(-2,-1)内存在解,等
价于x+
2
x >a
在(-2,-1)内存在解,
易知函数y=x+
2
x
在(-2,-2)上递
增,在(- 2,-1)上递减,所以 x +
2
x max =-22,当且仅当x= -2时
取等号,所以a<-22.
题目呈现:(1)解:由f(x)=
sin
x
x
,
得f'(x)=
xcos
x-sin
x
x2
,
设g(x)=xcos
x-sin
x,
则g'(x)= -xsin
x+cos
x-cos
x=
-xsin
x.
∵0<x<π,∴g'(x)<0,即函数g(x)
在(0,π)上是减函数.
∴g(x)<g(0)=0,即f'(x)<0,
故函数f(x)在(0,π)上是减函数,
∴ 当0<x1<x2<π时,有f(x1)>
f(x2),即a>b.
-463-
hh
(2)解:f'(x)=
ln
x+
x+1
x (x-1)-(x+1)ln x
(x-1)2
=
x2-2xln
x-1
x(x-1)2
,
令g(x)=x2-2xln
x-1,则
g'(x)=2x-2ln
x-2,令h(x)=
g'(x),则h'(x)=
2(x-1)
x .
当x >1时,h'(x)>0,故h(x)单调
递增,故h(x)>h(1)=0,则g(x)单
调递 增,故 g(x)>g(1)=0,从 而
f'(x)>0,f(x)单调递增.
(3)e
4
2 -
1
8
,+∞
解 析:∵f(x)=ex -xln
x -px2,
∴f'(x)= ex -ln
x -1-2px,
∴f″(x)=ex -
1
x -2p
,∵f(x)=
ex -xln
x-px2在(1,4)上为“严格凸
函数”,∴f″(x)=ex -
1
x -2p<0
在
(1,4)上恒成立,即2p>ex-
1
x
在(1,
4)上恒成立,令g(x)=ex -
1
x
,x∈
(1,4),∴g'(x)= ex +
1
x2
> 0,
∴g(x)=ex -
1
x
在(1,4)上单调递
增,∴g(x)<g(4)=e4-
1
4
,∴2p≥
e4-
1
4
,即p∈ e
4
2 -
1
8
,+∞ .
素养检测:1.①②
解析:f(x)= -x3+3x2+2的导函
数 f'(x)= -3x2 +6x,f″(x)=
-6x+6,故f″(x)<0在(1,+∞)上
恒成立,
所以函数f(x)= -x3+3x2+2在
(1,+∞)上为“严格凸函数”,所以 ①
正确;
f(x)=
ln
x
x
的 导 函 数 f'(x)=
1-ln
x
x2
,f″(x)=
2ln
x-3
x3
,
由f″(x)<0可得2ln
x-3<0,解得
x ∈ 0,e
3
2 ,
所以函数f(x)=
ln
x
x
的“严格凸区
间”为 0,e
3
2 ,所以 ② 正确;
f(x)=ex -
m
2x
2 的导函数f'(x)=
ex -mx,f″(x)=ex -m,
因为 f(x)为 (1,4)上 的 “严 格 凸 函
数”,故f″(x)<0在(1,4)上恒成立,
所以ex -m <0在(1,4)上恒成立,即
m >ex 在(1,4)上恒成立,故m ≥e4,
所以 ③ 不正确.所以正确命题的序号
为 ①②.
2.解:f'(x)=
[-2xex +(1-x2)ex]x-[(1-x2)ex -1]
x2
=
(-x3-x2+x-1)ex +1
x2
.
令g(x)=(-x3-x2+x-1)ex +1,
则g'(x)= -(x3+4x2+x)ex,
当x>0时,g'(x)<0,则g(x)单调
递减,又g(0)=0,
故当x>0时,g(x)<0,则f'(x)<
0,f(x)在(0,+∞)上单调递减.
3.解:令f(x)=sin
x-x+
x3
6
,
则f'(x)=cos
x-1+
x2
2
,
令g(x)=f'(x),
则g'(x)= -sin
x+x,
令h(x)=g'(x),
则h'(x)=1-cos
x≥0,则h(x)单
调递增,又h(0)=0,
则h(x)≥0,所以g(x)单调递增,
又g(0)=0,则g(x)>0(x>0时),
故f(x)单调递增,又f(0)=0,
故f(x)>0.从而当x>0时,sin
x>
x-
x3
6.
3.3 导数与函数的极值、最值
必备知识回顾
知识梳理
1.(1)极小值点 极小值 极大值点
极大值 极值点 极值
(2)必要条件 ①f'(x0)=0
(3)极大值 极小值
2.(1)② 最小值 最大值 单调递减
3.(1)2 0 (2)2 0
基础检测
1.(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)√
2.1 3.4 4.(-∞,- 6)∪(6,+∞)
5.AC 由题f'(x)=3x2-1,令f'(x)>
0得x>
3
3
或x<-
3
3
,令f'(x)<
0得 -
3
3 <x <
3
3
,所 以 f(x)在
-∞,-
3
3 , 33,+∞ 上 单 调 递
增,在 -
3
3
,3
3 上 单 调 递 减,所 以
x = ±
3
3
是 极 值 点,故 A 正 确;因
f -
3
3 =1+239 >0,f 33 =
1-
23
9 >0
,f(-2)=-5<0,所以,
函数f(x)在 -∞,-
3
3 上有一个
零点,当x≥
3
3
时,f(x)≥f 3
3 >
0,即函数f(x)在 3
3
,+∞ 上无零
点,综上所述,函数f(x)有一个零点,
故B错误;令h(x)=x3-x,该函数的
定义 域 为 R,h(-x)= (-x)3 -
(-x)= -x3+x= -h(x),则h(x)
是奇函数,(0,0)是h(x)的对称中心,
将h(x)的图象向上移动一个单位得
到f(x)的图象,所以点(0,1)是曲线
y =f(x)的对称中心,故C正确;令
f'(x)=3x2-1=2,可得x = ±1,
又f(1)=f(-1)=1,当切点为(1,1)
时,切线方程为y =2x-1,当切点为
(-1,1)时,切线方程为y=2x+3,故
D错误.故选AC.
关键能力提升
例1:(1)ABD 由导函数的图象可知,当
x <-1或1<x <3时,f'(x)<0,
当-1<x<1或x>3时,f'(x)>
0,所以f(x)在(-1,1),(3,+∞)上
单调递增,在(-∞,-1),(1,3)上单调
递减,所以x = -1和x =3为极小值
点,x=1为极大值点,所以函数有3个
极值点,所以f(-1)和f(3)中的最小
值为函数的最小值,无最大值,故A,B,
D正确.
(2)AD 由y=f'(x)的图象可知:当
x∈(-∞,-3)时,f'(x)>0,所以函
数f(x)单调递增;当x ∈ (-3,-1)
时,f'(x)<0,所以函数f(x)单调递
减,因此有f(-2)>f(-1),x = -3
是f(x)的极大值点,故 A,D正确;当
x ∈ (-1,1),或x ∈ (1,+ ∞)时,
f'(x)>0,所以函数f(x)单调递增,
因此函数f(x)在(-1,1)上没有极大
值,且x=1不是f(x)的极小值点,故
B,C不正确.故选AD.
对点训练1:BD 由题图可知,当x<-2
时,y>0,1-x >0⇒f'(x)>0,故
f(x)在(- ∞,-2)上单 调 递 增;当
-2<x <1时,y <0,1-x >0⇒
f'(x)<0,故f(x)在(-2,1)上单调
递减;当1<x<2时,y>0,1-x<
0⇒f'(x)<0,故f(x)在(1,2)上单
调递减;当x >2时,y<0,1-x <
0⇒f'(x)>0,故f(x)在(2,+∞)上
单调递增.故函数f(x)在x = -2时
取得极大值,在x =2时取得极小值,
即函数y=f(x)有极大值f(-2)和
极小值f(2).故选BD.
例2:(1)-1 -3
解析:因为f'(x)=
2(x2+1)-4x2
(x2+1)2
=
2(1+x)(1-x)
(x2+1)2
.令f'(x)=0,解得
x1 = -1,x2 = 1.当 x 变 化 时,
f'(x),f(x)的变化情况如下表:
x (-∞,-1)-1 (-1,1) 1 (1,+∞)
f'(x) - 0 + 0 -
f(x) 单调递减 -3 单调递增 -1 单调递减
由上表看出,当x= -1时,f(x)取得
极 小值,为f(-1)= -3;当x=1时,
f(x)取得极大值,为f(1)= -1.
(2)x =e,
1
e x =e
,e
解析:函数f(x)=
ln
x
x
的定义域为
(0,+ ∞),且 f'(x)=
1-ln
x
x2
.令
f'(x)=0,解得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) 单调递增
1
e
单调递减
因此,x =e是函数的极大值点,极大
值 为 f(e)=
1
e
;令 x >0,
ln
x ≠0, 解 得
x>0且x≠1,所以函数f(x)=
x
ln
x
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