内容正文:
第2课时
含参函数的最值
第二章 6.3 函数的最值
1.能利用导数求简单的含参函数的最值问题.
2.能根据最值求参数的值或取值范围.
3.初步探究有关探索性的问题.
学习目标
一、求含参数的函数的最值
二、由最值求参数的值或范围
课时对点练
三、与最值有关的探究性问题
随堂演练
内容索引
求含参数的函数的最值
一
例1 已知函数f(x)=x3-ax2-a2x.求函数f(x)在[0,+∞)上的最小值.
5
f′(x)=3x2-2ax-a2=(3x+a)(x-a),
①当a>0时,f(x)在[0,a)上单调递减,在[a,+∞)上单调递增.所以f(x)min=f(a)=-a3.
②当a=0时,f′(x)=3x2≥0,f(x)在[0,+∞)上单调递增,所以f(x)min=f(0)=0.
6
综上所述,当a>0时,f(x)的最小值为-a3;
当a=0时,f(x)的最小值为0;
7
延伸探究 当a>0时,求函数f(x)=x3-ax2-a2x在[-a,2a]上的最值.
8
f′(x)=(3x+a)(x-a)(a>0),
f(a)=-a3,f(2a)=2a3.
所以f(x)max=f(2a)=2a3.
f(x)min=f(-a)=f(a)=-a3.
9
含参数的函数最值问题的两类情况
(1)能根据条件求出参数,从而化为不含参数的函数的最值问题.
(2)对于不能求出参数值的问题,则要对参数进行讨论,其实质是讨论导函数大于0、等于0、小于0三种情况.若导函数恒不等于0,则函数在已知区间上是单调函数,最值在端点处取得;若导函数可能等于0,则求出极值点后求极值,再与端点值比较后确定最值.
反思感悟
10
跟踪训练1 已知函数f(x)=(x-k)ex.
(1)求f(x)的极值;
由f(x)=(x-k)ex,可得f′(x)=(x-k+1)ex,令f′(x)=0,解得x=k-1,
当x变化时,f(x)与f′(x)的变化情况如下表:
x (-∞,k-1) k-1 (k-1,+∞)
f′(x) - 0 +
f(x) ↘ -ek-1 ↗
所以f(x)有极小值f(k-1)=-ek-1,无极大值.
11
(2)求f(x)在区间[0,1]上的最小值.
12
当k-1≤0,即k≤1时,
f′(x)=(x-k+1)ex≥0在x∈[0,1]上恒成立,
则函数f(x)在[0,1]上单调递增,
所以f(x)在区间[0,1]上的最小值为f(0)=-k;
当0<k-1<1,即1<k<2时,
由(1)知f(x)在[0,k-1]上单调递减,在(k-1,1]上单调递增,
所以f(x)在区间[0,1]上的最小值为f(k-1)=-ek-1;
13
当k-1≥1,即k≥2时,f′(x)=(x-k+1)ex≤0在x∈[0,1]上恒成立,
则函数f(x)在[0,1]上单调递减,
所以f(x)在区间[0,1]上的最小值为f(1)=(1-k)e.
综上,当k≤1时,
f(x)在区间[0,1]上的最小值为-k;
当1<k<2时,
f(x)在区间[0,1]上的最小值为-ek-1;
当k≥2时,
f(x)在区间[0,1]上的最小值为(1-k)e.
14
由最值求参数的值或范围
二
例2 已知函数f(x)=ax3-6ax2+b,x∈[-1,2]的最大值为3,最小值为-29,求a,b的值.
16
由题设知a≠0,否则f(x)=b为常数函数,与题设矛盾.
求导得f′(x)=3ax2-12ax=3ax(x-4),
令f′(x)=0,解得x1=0,x2=4(舍去).
①当a>0,且当x变化时,
f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x -1 (-1,0) 0 (0,2) 2
f′(x) + 0 -
f(x) -7a+b ↗ b ↘ -16a+b
17
由表可知,当x=0时,f(x)取得极大值b,也就是函数在[-1,2]上的最大值,
∴f(0)=b=3.
又f(-1)=-7a+3,
f(2)=-16a+3<f(-1),
∴f(2)=-16a+3=-29,
解得a=2,符合题意.
18
②当a<0时,同理可得,当x=0时,f(x)取得极小值b,也就是函数在[-1,2]上的最小值,
∴f(0)=b=-29.
又f(-1)=-7a-29,
f(2)=-16a-29>f(-1),
∴f(2)=-16a-29=3,
解得a=-2,符合题意.
综上可得,a=2,b=3或a=-2,b=-29.
19
已知函数在某区间上的最值求参数的值(或范围)是求函数最值的逆向思维,一般先求导数,利用导数研究函数的单调性及极值点,探索最值点,根据已知最值列方程(不等式)解决问题.
反思感悟
20
跟踪训练2 已知函数h(x)=x3+3x2-9x+1在区间[k,2]上的最大值是28,求k的取值范围.
21
∵h(x)=x3+3x2-9x+1,
∴h′(x)=3x2+6x-9.
令h′(x)=0,解得x1=-3,x2=1,
当x变化时,h′(x),h(x)的变化情况如下表:
x (-∞,-3) -3 (-3,1) 1 (1,+∞)
h′(x) + 0 - 0 +
h(x) ↗ 28 ↘ -4 ↗
22
∴当x=-3时,h(x)取极大值28;
当x=1时,h(x)取极小值-4.
而h(2)=3<h(-3)=28,
∴如果h(x)在区间[k,2]上的最大值为28,
则k≤-3.
∴k的取值范围为(-∞,-3].
23
与最值有关的探究性问题
三
例3 已知f(x)=ax-ln x,a∈R.
(1)当a=1时,求曲线f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
当a=1时,f(x)=x-ln x,
即x-2y+2-2ln 2=0.
25
(2)是否存在实数a,使f(x)在区间(0,e]上的最小值是3,若存在,求出a的值;若不存在,说明理由.
26
27
综上,存在实数a=e2,使f(x)在区间(0,e]上的最小值是3.
28
对参数进行讨论,其实质是讨论导函数大于0,等于0,小于0三种情况.若导函数恒大于0或小于0,则函数在已知区间上是单调函数,最值在端点处取得;若导函数可能等于0,则求出极值点后求极值,再与端点值比较后确定最值.
反思感悟
29
跟踪训练3 已知函数f(x)=2x3-ax2+1.
(1)讨论f(x)的单调性;
30
当a=0时,f′(x)=6x2≥0恒成立,函数f(x)在R上单调递增;
31
综上所述,当a=0时,函数f(x)在R上单调递增;
32
(2)是否存在a,使得f(x)在区间[0,1]上的最小值为-1且最大值为1?若存在,求出a的所有值;若不存在,说明理由.
33
存在,理由如下:
由(1)可得,当a≤0时,函数f(x)在[0,1]上单调递增.
则最小值为f(0)=1,不符合题意;
f(x)的最大值为f(0)=1,最小值为f(1)=2-a+1=-1,
解得a=4,满足题意;
34
综上可得,a的值为4.
35
1.知识清单:
(1)求含参数的函数的最值.
(2)由最值求参数的值或取值范围.
(3)与最值有关的探究性问题.
2.方法归纳:转化法、分类讨论.
3.常见误区:分类讨论解决含参的问题时是否做到了不重不漏.
课堂小结
随堂演练
四
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1.已知函数f(x)=ax3+c,且f′(1)=6,函数在[1,2]上的最大值为20,则c的值为
A.1 B.4 C.-1 D.0
√
由题意得,f′(x)=3ax2,
则f′(1)=3a=6,解得a=2,所以f′(x)=6x2≥0,
故f(x)在[1,2]上单调递增,
则f(2)=2×23+c=20,解得c=4.
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A.a B.(a-1)e C.e1-a D.ea-1
所以当x<1-a时,
f′(x)>0,当x>1-a时,f′(x)<0,
所以f(x)在(-∞,1-a)上单调递增,
在(1-a,+∞)上单调递减,
所以f(x)max=f(1-a)=ea-1.
√
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√
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则f′(x)<0,f(x)单调递减,
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4.已知函数f(x)=2x3-6x2+a在[-2,2]上有最小值-37,则a的值为___,f(x)在[-2,2]上的最大值为___.
3
3
f′(x)=6x2-12x=6x(x-2).
由f′(x)=0,解得x=0或x=2.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x -2 (-2,0) 0 (0,2) 2
f′(x) + 0 - 0
f(x) -40+a ↗ 极大值a ↘ -8+a
所以当x=-2时,f(x)min=-40+a=-37,
所以a=3.
所以当x=0时,f(x)取得最大值3.
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课时对点练
五
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基础巩固
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又f′(x)=acos x+cos 3x,
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2.(多选)函数f(x)=x3-3ax-a在(0,1)内有最小值,则a的值可以为
∵f′(x)=3x2-3a,且f′(x)=0有解,
∴a=x2.又∵x∈(0,1),∴0<a<1.
√
√
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y′=3x2+3x=3x(x+1),易知当-1<x<0时,y′<0,当-2<x<-1或0<x<1时,y′>0,
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4.函数f(x)=3x-x3在[0,m]上的最大值为2,最小值为0,则实数m的取值范围为
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∵f(x)=3x-x3,
∴f′(x)=3-3x2
=3(1+x)(1-x),
令f′(x)=0,解得x=1或x=-1(舍去),
当0≤x<1时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x>1时,f′(x)<0,f(x)单调递减.
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5.已知函数f(x)=ex-x+a,若f(x)>0恒成立,则实数a的取值范围是
A.(-1,+∞) B.(-∞,-1)
C.[-1,+∞) D.(-∞,-1]
√
f′(x)=ex-1,令f′(x)>0,解得x>0,令f′(x)<0,解得x<0,
故f(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,故f(x)min=f(0)=1+a.
若f(x)>0恒成立,则1+a>0,解得a>-1.
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6.已知函数f(x)=ln x-ax存在最大值0,则a的值为
√
∴当a≤0时,f′(x)>0恒成立,故函数f(x)单调递增,不存在最大值;
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7.函数f(x)=x3-3x2-9x+k在区间[-4,4]上的最大值为10,则其最小值为______.
f′(x)=3x2-6x-9=3(x-3)(x+1).
由f′(x)=0,解得x=3或x=-1.
又f(-4)=k-76,f(3)=k-27,
f(-1)=k+5,f(4)=k-20.
由f(x)max=k+5=10,解得k=5,
∴f(x)min=k-76=-71.
-71
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8.已知y=f(x)是奇函数,当x∈(0,2)时,f(x)=ln x-ax ,当x∈(-2,0)时,f(x)的最小值为1,则a的值为____.
1
由题意知,当x∈(0,2)时,
f(x)的最大值为-1.
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9.已知a为常数,求函数f(x)=-x3+3ax(0≤x≤1)的最大值.
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f′(x)=-3x2+3a=-3(x2-a).
①若a≤0,则f′(x)≤0,函数f(x)单调递减,
所以当x=0时,f(x)有最大值f(0)=0.
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综上可知,当a≤0,x=0时,f(x)有最大值0,
当a≥1,x=1时,f(x)有最大值3a-1.
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10.已知函数f(x)=2ex(x+1).
(1)求函数f(x)的极值;
f′(x)=2ex(x+2),
由f′(x)>0,得x>-2;
由f′(x)<0,得x<-2.
∴f(x)在(-2,+∞)上单调递增,在(-∞,-2)上单调递减.
∴f(x)的极小值为f(-2)=-2e-2,无极大值.
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(2)求函数f(x)在区间[t,t+1](t>-3)上的最小值g(t).
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由(1),知f(x)在(-2,+∞)上单调递增,
在(-∞,-2)上单调递减.
∵t>-3,∴t+1>-2.
①当-3<t<-2时,f(x)在[t,-2)上单调递减,在(-2,t+1]上单调递增,
∴g(t)=f(-2)=-2e-2.
②当t≥-2时,f(x)在[t,t+1]上单调递增,
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∴g(t)=f(t)=2et(t+1).
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综合运用
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∵2xln x+x2-mx+3≥0,
当1<x≤e时,h′(x)>0,h(x)单调递增.
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∴m≤h(x)max,
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即g′(x)<0,
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由题意可得,存在实数x0≠0,使得f(-x0)=f(x0)成立,
假设x0>0,则-x0<0,
令h′(x)>0,即ln x>1,解得x>e,
令h′(x)<0,即ln x<1,解得0<x<e,
则h(x)在(0,e)上单调递减,在(e,+∞)上单调递增,
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14.已知函数f(x)= 要使函数f(x)=k有三个零点,则k的取值范
围是________.
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要使函数f(x)=k有三个零点,即y=f(x)与y=k的图象有3个交点,
因为当x≤0时,f(x)=xex,
所以f′(x)=(x+1)ex,
且当x<0时,f(x)<0,
当x趋向于负无穷时,f(x)趋向于0,但始终小于0,当x>0时,f(x)=-x2+1单调递减,所以要使函数f(x)=k有三个零点,
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拓广探究
15.设函数f(x)=ax3-3x+1(a>1),若对于任意的x∈[-1,1],都有f(x)≥0成立,则实数a的值为___.
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由题意得,f′(x)=3ax2-3,当a>1时,
令f′(x)=3ax2-3=0,
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解得a≥4,
由f(-1)≥0,可得a≤4,综上可得a=4.
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∵a<0,∴f′(x)>0,
故函数f(x)在(0,+∞)上单调递增.
∴f(x)的单调递增区间为(0,+∞),无单调递减区间.
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当x∈[1,e]时,分如下情况讨论:
①当a≤1时,f′(x)≥0,函数f(x)单调递增,其最小值为f(1)=a≤1,这与函数f(x)在[1,e]上的最小值是 相矛盾;
②当1<a<e时,函数f(x)在[1,a)上有f′(x)<0,f(x)单调递减,在(a,e]上有f′(x)>0,f(x)单调递增,
∴函数f(x)的最小值为f(a)=ln a+1,
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令f′(x)=0,解得x1=-,x2=a.
③当a<0时,f(x)在上单调递减,
在上单调递增.
所以f(x)min=f =a3.
当a<0时,f(x)的最小值为a3.
令f′(x)=0,解得x1=-,x2=a.
所以f(x)在上单调递增,
在上单调递减,在[a,2a]上单调递增.
因为f(-a)=-a3,f =a3,
所以f(x)的单调递减区间是;单调递增区间是.
f′(x)=1-=,
∴所求切线的斜率为f′(2)=,切点为(2,2-ln 2),
∴所求切线的方程为y-(2-ln 2)=(x-2),
假设存在实数a,使f(x)=ax-ln x在区间(0,e]上的最小值是3,f′(x)=a-=.
令f′(x)=0,解得x=.
①当a≤0时,f(x)在(0,e]上单调递减,故f(x)min=f(e)=ae-1=3,解得a=>0,所以此时不存在符合题意的实数a;
②当0<<e,即a>时,f(x)在上单调递减,在上单调递增,故f(x)min=f =1+ln a=3,解得a=e2,满足条件;
③当≥e,即0<a≤时,f(x)在(0,e]上单调递减,故f(x)min=f(e)=ae-1=3,解得a=>,所以此时不存在符合题意的实数a.
当a<0时,令f′(x)>0,得x>0或x<,
令f′(x)<0,得<x<0,
f′(x)=6x2-2ax=6x.
令f′(x)=6x=0,解得x=0或x=.
当a>0时,令f′(x)>0,得x>或x<0,令f′(x)<0,得0<x<,
即函数f(x)在和上单调递增,在上单调递减;
即函数f(x)在和(0,+∞)上单调递增,在上单调递减.
当a>0时,函数f(x)在和上单调递增,在上单调递减;
当a<0时,函数f(x)在和(0,+∞)上单调递增,在上单调递减.
当a>0时,函数f(x)在上单调递减,在上单调递增;
当≥1,即a≥3时,函数f(x)在[0,1]上单调递减,
当0<<1,即0<a<3时,函数f(x)在上单调递减,在上单调递增,
f(x)的最小值为f =2×3-a×2+1=-1,
化为-=-2,解得a=3>3,不符合题意.
f(x)=,则f′(x)=,
2.函数f(x)=的最大值为
3.已知函数f(x)=(a>0)在[1,+∞)上的最大值为,则a的值为
A.-1 B.
C. D.+1
当a>1时,若x>,
故当x=时,函数f(x)有最大值=,
解得a=<1,不符合题意.
由f(x)=,得f′(x)=,
若1<x<,则f′(x)>0,f(x)单调递增,
解得a=-1,符合题意.故a的值为-1.
当a=1时,f′(x)≤0,函数f(x)在[1,+∞)上单调递减,最大值为f(1)=,不符合题意.
当0<a<1时,f′(x)<0,函数f(x)在[1,+∞)上单调递减.此时最大值为f(1)==,
∵f(x)在x=处有最值,
1.若函数f(x)=asin x+sin 3x在x=处有最值,则a等于
A.2 B.1 C. D.0
∴x=是函数f(x)的极值点.
∴f′=acos +cos π=0,解得a=2.
A.0 B. C. D.1
所以函数y=x3+x2+m在(-2,-1),(0,1)上单调递增,在(-1,0)上单调递减,又当x=-1时,y=m+,当x=1时,y=m+,所以最大值为m+=,解得m=2.
3.若函数y=x3+x2+m在[-2,1]上的最大值为,则m等于
A.0 B.1 C.2 D.
A.[1,] B.[1,+∞)
C.(1,] D.(1,+∞)
∵函数f(x)在[0,m]上的最大值为2,最小值为0,且f(0)=f()=0,f(1)=2,
∴1≤m≤.
A.1 B.2 C.e D.
∴f(x)max=f =ln -1=0,
解得a=.
∵f′(x)=-a,x>0,
当a>0时,令f′(x)=0,得x=,
∴当x∈时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增,
当x∈时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
令f′(x)=-a=0,解得x=,
当0<x<时,f′(x)>0;
∴f(x)max=f =-ln a-1=-1.解得a=1.
当<x<2时,f′(x)<0.
②若a>0,则令f′(x)=0,解得x=±.
因为x∈[0,1],所以只考虑x=的情况.
x
0
(0,)
(,1)
1
f′(x)
+
0
-
f(x)
0
↗
2a
↘
3a-1
(ⅱ)若≥1,即a≥1,则当0≤x≤1时,f′(x)≥0,函数f(x)在[0,1]上单调递增,当x=1时,f(x)有最大值f(1)=3a-1.
(ⅰ)若0<<1,即0<a<1,则当x=时,f(x)有最大值f()=2a.(如下表所示)
当0<a<1,x=时,f(x)有最大值2a,
综上,g(t)=
11.若存在x∈,使得不等式2xln x+x2-mx+3≥0成立,则实数m的最大值为
A.+3e-2 B.+e+2
C.4 D.e2-1
∴m≤2ln x+x+,
设h(x)=2ln x+x+,
则h′(x)=+1-=,
当≤x<1时,h′(x)<0,h(x)单调递减,
∵存在x∈,m≤2ln x+x+成立,
∵h=-2++3e,h=2+e+,
∴h>h.∴m≤+3e-2.
12.已知函数f(x)=sin--mx在上单调递减,则实数m的最小值是
A.- B.- C. D.
由f(x)=sin--mx在上单调递减,
得f′(x)=2cos-x-m≤0,
则g′(x)=-4sin-1,
即2cos-x≤m,
令g(x)=2cos-x,
当x∈时,≤2x+≤,
则2≤4sin≤4,
所以-5≤-4sin-1≤-3,
所以g(x)在上单调递减,
g(x)max=g(0)=,
所以m≥,m的最小值为.
13.已知函数f(x)=若∃x0∈R使得f =f 成立,则实
数k的取值范围是
A. B.
C. D.
所以有-kx0=ln x0,则k=-,
令h(x)=-,
则h′(x)=,
所以h(x)≥h(x)min=h=-=-,
所以k≥-.
-<k<0
所以f(x)=xex有最小值f(-1)=-,
则-<k<0.
解得x=±,±∈[-1,1].
①当-1≤x<-时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
②当-<x<时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
③当<x≤1时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
所以只需f ≥0,且f(-1)≥0即可,
由f ≥0,得a·3-3·+1≥0,
函数f(x)=ln x+的定义域为(0,+∞),
16.已知函数f(x)=ln x+.
(1)当a<0时,求函数f(x)的单调区间;
f′(x)=-=,
(2)若函数f(x)在[1,e]上的最小值是,求a的值.
由ln a+1=,解得a=;
③当a≥e时,显然函数f(x)在[1,e]上单调递减,其最小值为f(e)=1+≥2,与最小值是相矛盾.
综上所述,a的值为.
$$