内容正文:
@第三章 一元函数的导数及其应用
处理与公切线有关的参数问题,通常根据曲
线、切线、切点的三个关系列出参数的方程(组)
并解出参数,建立方程(组)的依据主要是:① 切
点处 的 导 数 是 切 线 的 斜 率;② 切 点 在 切 线 上;
③ 切点在曲线上.
【对点训练3】 (1)已知函数f(x)=x2-2m,
g(x)=3ln
x-x,若y=f(x)与y=g(x)
在公共点处的切线相同,则m= .
(2)函数f(x)=ln
x 与函数g(x)=ax2-a的
图象在点(1,0)处的切线相同,则实数a 的
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)已知函数f(x)=
1
x+ln
x,
过点(0,m)有两条直线与曲线y=f(x)相
切,则实数m 的取值范围是 .
(2)已知f(x)=x3-x,如果过点(2,m)可作曲
线y=f(x)的三条切线,则m 的取值范围
是 .
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
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.
065
hhh
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)=
x-
sin
x
cos2x
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】 若函数f(x)=
ln
x+1
ex
,则函数
f(x)的单调递减区间为 .
命题角度2 含有参数的函数的单调性
【例2】 已知函数f(x)=ax3-3x2+1-
3
a
,讨
论函数f(x)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】 设函数f(x)=ax - (a +
1)ln(x+1),其中a≥-1,求f(x)的单调
区间.
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)已知函数y=f(x)的导函数f'(x)
的图象如图所示,则f(x)的图象可能是
( )
A B
C D
(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
hhh
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)(2022·全国甲卷)已知9m =10,a=
10m -11,b=8m -9,则 ( )
A.a>0>b B.a>b>0
C.b>a>0 D.b>0>a
(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)已知定义在R上的偶函数f(x)满足f(1)=
0,当x>0时有xf'(x)-f(x)>0,则不
等式xf(x)>0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)函数f(x)=2x2-aln
x+1在(a-3,a)上
不单调,则实数a的取值范围为 .
>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
映出两个变量之间的变化规律,但大多数复合
069
hhh
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
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)(ln
2,+∞)
解析:由 f(x)=
1
x +ln
x,得
f'(x) =
x-1
x2
, 设 切 点 为
x0,
1
x0
+ln
x0 ,则切线方程为y-
1
x0
+ln
x0 =x0-1x20 (x -x0).因
为过点(0,m)有两条直线与曲线y =
f(x)相切,所以m-
1
x0
+ln
x0 =
x0-1
x20
(0-x0)有两个不同实数根,即
m =
2
x0
-1+ln
x0 有两个不同实数
根.令 g(x)=
2
x -1+ln
x,则
g'(x)=
x-2
x2
,令 g'(x)> 0,即
x-2
x2
>0,解得x>2;令g'(x)<0,
即
x-2
x2
<0,解得0<x<2.g(x)在
(0,2)上递减,在(2,+∞)上递增,当
x =2时,
g(x)取得极小值也为g(x)
的最 小 值,所 以 g(x)min = g(2)=
2
2 -1+ln
2=ln
2,故实数m 的取值
范围是(ln
2,+∞).
(2)(-2,6)
解析:f'(x)=3x2-1,则过(t,f(t))
的切线方程为y-f(t)=f'(t)(x-
t),即y=(3t2-1)x-2t3,由过点(2,
m)可作曲线y=f(x)的三条切线得
m = -2t3+6t2-2有3个不等实根.
令g(t)=2t3-6t2+2+m,g'(t)=
6t2-12t,由g'(t)=0得t=0或t=
2.当t<0或t>2时,g'(t)>0,g(t)
单调递增;当0<t<2时,g'(t)<0,
g(t)单调 递 减;故 当t=0时,函 数
g(t)取得极大值2+m;当t=2时,函
数g(t)取 得 极 小 值 m -6,要 使
g(t)=0有3个不等实根,则 -2<
m < 6,即 所 求 m 的 取 值 范 围 是
(-2,6).
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
解析:因为f(x)=4x-ln
x(x>0),
所以f'(x)=4-
1
x
,由
x >0,
f'(x)=4-
1
x <0
, 解得0<x <
1
4
,所以函数f(x)=4x-ln
x 的单
调递减区间为 0,14 .
3.B 由题图知,当-2<x<0或x>
2时,f'(x)<0,因此单调递减区间是
(-2,0),(2,+∞).故选B.
4.a≥
25
8
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,
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)= x -
sin
x
cos2x
,x ∈
0,π2 ,则f'(x)=1-
cos
xcos2x-2cos
x(-sin
x)sin
x
cos4x
=1-
cos2x+2sin2x
cos3x
=
cos3x-cos2x-2(1-cos2x)
cos3x
=
cos3x+cos2x-2
cos3x
,令t=cos
x,由于
x∈ 0,
π
2 ,所以t=cos x∈(0,1),
所以cos3x+cos2x-2=t3+t2-2=
t3-t2+2t2-2=t2(t-1)+2(t+
1)(t-1)=(t2+2t+2)(t-1),因为
t2+2t+2=(t+1)2+1>0,t-1<
0,cos3x =t3 > 0,所 以 f'(x)=
cos3x+cos2x-2
cos3x
<0在 0,
π
2 上恒
成立,所 以 f(x)在 0,
π
2 上 单 调
递减.
对点训练1:(1,+∞)
解析:f(x)的 定 义 域 为 (0,+ ∞),
f'(x)=
1
x -ln
x-1
ex
,令φ(x)=
1
x -ln
x -1(x > 0),φ'(x)=
-
1
x2
-
1
x <0
,φ(x)在(0,+∞)上
单调递减,且φ(1)=0,∴ 当x ∈ (0,
1)时,φ(x)>0,当x∈(1,+∞)时,
φ(x)<0,∴f(x)在(0,1)上单调递
增,在(1,+∞)上单调递减.
例2:解:由题意得a≠0,f'(x)=3ax2-
6x =3ax x-
2
a ,
令f'(x)=0,得x =0或x =
2
a
,
① 当a>0时,当x<0或x>
2
a
时,
f'(x)> 0,当 0 < x <
2
a
时,
f'(x)<0,
所 以 f(x) 在 (- ∞,0) 和
2
a
,+∞ 上 递 增, 在 0,2a 上
递减;
② 当a<0时,当x>0或x<
2
a
时,
f'(x)<0,当
2
a <x<0
时,f'(x)>
0,
所 以 f(x) 在 (0, + ∞) 和
-∞,
2
a 上 递 减, 在 2a,0 上
递增.
综上,当a>0时,
f(x)在(-∞,0)和
2
a
,+∞ 上 递 增,在 0,2a 上 递
减;当a<0时,f(x)在(0,+∞)和
-∞,
2
a 上 递 减, 在 2a,0 上
递增.
-463-
hhh
对点训练2:解:函数f(x)=ax-(a+
1)ln(x+1)的定义域为(-1,+∞),
f'(x)=a-
a+1
x+1=
ax-1
x+1
,
① 当-1≤a≤0时,对任意的x >
-1,f'(x)<0,
此时,函数f(x)的减区间为(-1,+∞),
无增区间;
② 当a>0时,由f'(x)<0可得-1<
x<
1
a
,由f'(x)>0可得x>
1
a
,
此时,函 数 f(x)的 减 区 间 为 -1,
1
a ,增区间为 1a,+∞ ,
综上所述,当 -1≤a ≤0时,函数
f(x)的减区间为(-1,+ ∞),无增
区间;
当a>0时,函数f(x)的减区间为
-1,
1
a ,增区间为 1a,+∞ .
例3:(1)D 由 题 图 可 知,当 x <0时
f'(x)<0,即f(x)在(-∞,0)上单
调 递减;当0<x<2时f'(x)>0,即
f(x)在(0,2)上单调递增;当x>2时
f'(x)<0,即f(x)在(2,+∞)上单
调递减,结合各选项,只有D符合要求.
故选D.
(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,
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(指对数函数性质):
由9m =10可得m =log910=
lg
10
lg
9 >
1,而lg
9lg
11<
lg
9+lg
11
2
2
=
lg
99
2
2
<1=(lg
10)2,所以lg
10
lg
9>
lg
11
lg
10
,即 m >lg
11,所以a =10m -
11>10lg
11 -11=0,又lg
8lg
10<
lg
8+lg
10
2
2
=
lg
80
2
2
<
(lg
9)2,所以lg
9
lg
8>
lg
10
lg
9
,即log89>
m,所以b=8m -9<8
log89-9=0.综
上,a>0>b.
解法2(构造函数):
由9m =10,可 得 m =log910∈ (1,
1.5),根 据 a,b 的 形 式 构 造 函 数
f(x)= xm -x -1(x > 1),则
f'(x)=mxm-1-1,令f'(x)=0,解
得x = m
1
1-m ,由 m =log910∈ (1,
1.5) 知 m
1
1-m ∈ (0,1),f(x) 在
(1,+∞)上单调递增,所以f(10)>
f(8),即a>b,又因为f(9)=9
log910-
10=0,所以a>0>b.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+
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-
-464-
参
考
答
案
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)(-1,0)∪ (1,+∞)
解析:∵不等式xf(x)>0,∴当x=
0时,不合题意,令g(x)=f
(x)
x
,x≠
0,则g'(x)=
xf'(x)-f(x)
x2
,∵ 当
x > 0 时 有 xf'(x)- f(x)>
0,∴g'(x)>0,∴g(x)在(0,+ ∞)
上是 增 函 数,又 f(x)为 偶 函 数,则
f(-x)=f(x),f(-1)=f(1)=0,
∵g(-x)= f
(-x)
-x = -
f(x)
x =
-g(x),∴g(x)为 奇 函 数,g(x)在
(-∞,0)上是增函数,当x >0时,不
等式 xf(x)>0化 为f
(x)
x >0=
f(1)
1
,即g(x)>g(1),∴x >1.当
x <0时,不 等 式 xf(x)>0化 为
f(x)
x >0=
f(-1)
-1
,即g(x)>g(-1),
∴ -1 < x < 0,综 上,不 等 式
xf(x)> 0 的 解 集 为 (-1,0)∪
(1,+∞).
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)[3,4)
解析:函数f(x)=2x2-aln
x+1定义
域为(0,+∞),由 题 意,函 数f(x)=
2x2-aln
x+1在(a-3,a)上不单调,
所以f'(x)=4x-
a
x
在(a-3,a)上
有零点,即方程f'(x)=4x-
a
x =0
在(a-3,a)上有实根,即方程4x2=a
在(a-3,a)上有实根,
所 以 4
(a-3)2 <a<4a2,
a-3≥0, 即 3 ≤
a<4,所 以 实 数 a 的 取 值 范 围 为
[3,4).
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.
(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.
-465-
hhh
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
解析:由 题 意 知 只 有 在 x = -1处
f'(-1)=0,且其两侧导数符号为左
负右正.
3.4
解析:f'(x)=x2-4,x ∈ [0,3],当
x ∈ [0,2)时,f'(x)<0,当x ∈ (2,
3]时,f'(x)>0,所以f(x)在[0,2)
上单调递减,在(2,3]上单调递增.又
f(0)=m,f(3)= -3+m.所 以 在
[0,3]上,f(x)max =f(0)=4,所 以
m =4.
4.-19
解析:因为f'(x)=3x2-3=3(x-
1)(x+1),x ∈ [-3,2],f'(x)>0,
1<x≤2或-3≤x<-1,f'(x)<
0⇒-1<x <1,所以f(x)在[-3,
-1),(1,2]上单调递增,在[-1,1]上
单 调 递 减,因 为 f(-3)= -19,
f(-1)=1,f(1)= -3,f(2)=1,所
以 M =1,N = -19,故 MN = -19.
5.AD 对于A,由f(x)= -x3+3x2,
得f(2-x)= -(2-x)3 +3(2-
x)2 =x3 -3x2 +4,所 以 f(x)+
f(2-x)= -x3+3x2+x3-3x2+
4=4,故A正确;对于B,由f(x)=
-x3 +3x2,得 f'(x)= -3x2 +
6x =3x(2-x),令f'(x)<0⇒x<
0或x>2,令f'(x)>0⇒0<x<2,
所以函数f(x)在[-2,0)和(2,3]上
单调 递 减,在 (0,2)上 单 调 递 增,又
f(-2)=8+12=20,f(2)= -8+
12=4,所以f(x)max =20,故B错误;
对于 C,因 为 f(-1)= f(2)=4,
f(x)在[t,t+3]上的最大值为4,由
选项B的分析,得 t≥-1
,
t≤2, 即 -1≤
t≤2,故C错误;对于D,设g(x)=
f'(x)+a = -3x2 +6x +a,因 为
f'(x)+a= -3x2+6x+a=0在(0,
3)上有两个不相等的实数根,所以
g(0)=a<0,
g(1)= -3+6+a>0,
g(3)= -3×32+6×3+a<0,
解得 -3<a<0,故D正确.
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
的定义域为(0,1)∪ (1,+ ∞),因 为
f'(x)=
ln
x-1
(ln
x)2
,x ∈ (0,1)∪ (1,
+∞),令f'(x)>0,解得x >e;由
f'(x)<0,解得0<x<1或1<x<
e,则f(x)在(0,1)和(1,e)上单调递
减,在(e,+∞)上单调递增,当x =e
时,f(x)取得极小值,且f(e)=e.
(3)-1
解析:f(x)= -
1
x -ln
x,x >0,则
f'(x)=
1
x2
-
1
x =
1-x
x2
,当x∈(0,
1)时,f'(x)>0,f(x)单调递增;当
x∈(1,+∞)时,f'(x)<0,f(x)单
调递减;所以f(x)max =f(1)= -1.
对点训练2:(1)1
解析:函数f(x)=ex -e-x -sin
2x+
1,x ∈ [-π,0],所以f'(x)=ex +
e-x - 2cos
2x ≥ 2 ex·e-x -
2cos
2x =2-2cos
2x,当且仅当ex =
e-x,即x =0时等号成立,又因为2-
2cos
2x ≥0,所 以 f'(x)≥0,所 以
f(x)在[-π,0]上单调递增,其最大
值为f(0)=e0-e0-sin
0+1=1.
(2)x =
3π
4
解析:f'(x)= 2-2sin
x =0,解得
x =
π
4
或
3π
4
,故f(x)= 2x+2cos
x
在区 间 0,π4 上 是 增 函 数,在 区 间
π
4
,3π
4 上 是 减 函 数, 在 区 间
3π
4
,π 上是 增 函 数.∴x =3π4 是 函
数的极小值点.
(3)解:由题可得 f(x)的 定 义 域 为
(0,+∞).
f'(x)= -
1
x +2x
,
令f'(x)=0,即 -
1
x +2x =0
,得
x =
2
2
或x = -
2
2
(舍去),
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