内容正文:
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易错警示
对复合函数的求导不完全而致误
在对复合函数求导时,恰当地选择中间变
量及分析函数的复合层次是关键.一般从最外
层开始,由外及里,一层层地求导,最后要把中
间变量变成自变量的函数.
5.函数y = xe1 -2x的导数为y′ = (1 - 2x)
e1 -2x .
[错解] y′ = e1 -2x + x(e1 -2x)′ = e1 -2x +
xe1 -2x =(1 + x)e1 -2x .
[正解
]
[点评] 错解中对e1 -2x求导数,没有按照
复合函数的求导法则进行,导致求导不完全
.
6789%:;<
1. y = sin x(1 - cos x)的导数是y′ = (B )
A. y′ = cos x + cos 2x
B. y′ = cos x - cos 2x
C. y′ = sin x + cos 2x
D. y′ = cos2x + cos 2x
2.若函数f(x)= ax4 + bx2 + c满足f ′(1)= 2,则
f ′(-1)= (B )
A. - 1 B. - 2 C. 2 D. 0
3.已知f(x)= ln(2x + 1)- ax,且f ′(2)= - 1,
则a = (A )
A. 75 B.
6
5
C. - 35 D. -
4
5
4.已知函数f(x)= xex,f ′(x)为f(x)的导函数,
则f ′(0)= 1 .
5.(1)曲线f(x)= 3x2槡+ 1在点(1,2)处的切线
方程为3x - 2y + 1 = 0 .
(2)y = 1
1 - x槡 2
的水平切线方程是y = 1
.
请同学们认真完成练案[15
]
5. 3 导数在研究函数中的应用
5. 3. 1 函数的单调性
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课程标准
1.借助教材实例了解函数的单调性与导数的关系.
2.能利用导数判断函数的单调性、求函数的单调区间.
3.能利用导数研究与函数单调性相关的问题.
学法解读
1.理解导数与函数的单调性的关系.(数学抽象、逻辑推理、直观想象)
2.掌握利用导数判断函数单调性的方法.(数学抽象、逻辑推理)
3.会用导数求函数的单调区间.(逻辑推理、数学运算)
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函数的单调性与导数
1.函数的单调性与导数正负的关系
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关系:
单调
递增
在某个区间(a,b)上,如果 ,
那么函数y = f(x)在区间(a,b)上单调
递增
单调
递减
在某个区间(a,b)上,如果 ,
那么函数y = f(x)在区间(a,b)上单调
递减
想一想:如何从导数的几何意义理解上述
结论?
提示:上述结论可以由导数的几何意义得
到:如果f ′(x)> 0,即函数f(x)图象的切线斜率
为正,则切线的倾斜角为锐角,曲线呈上升趋
势,即函数f(x)单调递增;如果f ′(x)< 0,即函
数f(x)图象的切线斜率为负,则切线的倾斜角
为钝角,曲线呈下降趋势,即函数f(x)单调
递减.
练一练:已知函数y = f(x)的导函数f ′( )x
的图象如图所示,那么函数y = f(x) (D )
A.在(- ∞,- 1)上单调递增
B.在(1,+ ∞)上单调递减
C.在(- ∞,2)上单调递增
D.在(2,+ ∞)上单调递减
2.函数值变化快慢与导数的关系
一般地,如果一个函数在某一范围内导数
的绝对值较大,那么函数在这个范围内变化得
较快 ,这时函数的图象就比较“陡峭”(向上或
向下);反之,函数在这个范围内变化得较慢 ,
函数的图象就比较“平缓”.
想一想:函数值增长快慢与导数有怎样的
关系?
提示:常见的对应情况如下表所示.
f(x)的
图象
f ′(x)
变化规律
f ′(x)> 0
且越来越大
f ′(x)> 0
且越来越小
f ′(x)< 0
且越来越小
f ′(x)< 0
且越来越大
函数值变
化规律
函数值增加
得越来越快
函数值增加
得越来越慢
函数值减小
得越来越快
函数值减小
得越来越慢
练一练:已知函数y = xf ′(x)的图象如图所
示(其中f ′(x)是函数f(x)的导函数),则下面
四个图象中,y = f( )x 的图象大致是 (C )
A B
C D
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题型探究
题型一 导数与原函数图象的关系
1.(1)f ′(x)是函数y = f(x)的导函数,若y
= f ′(x)的图象如图所示,则函数y = f(x)的图
象可能是 (D )
(2)设函数f(x)在定义域内可导,f(x)的图
象如图所示,则导函数f ′(x)的图象可能为
(D )
[规律方法] 利用导函数f ′(x)的单调性
可以判断原函数f(x)图象的凸性:若f ′(x)> 0
且单调递增,则原函数f(x)的图象上升且下凸;
若f ′(x)> 0且单调递减,则原函数f(x)的图象
上升且上凸;若f ′(x)< 0且单调递增,则原函
数f(x)的图象下降且下凸;若f ′(x)< 0且单调
递减,则原函数f(x)的图象下降且上凸.
对点训练? (1)已知f ′(x)是f(x)的
导函数,若f ′(x)的图象如图所示,则f(x)的图
象可能是 (D )
(2)已知函数y = xf ′(x)的图象如图所示
(其中f ′(x)是函数f(x)的导函数),则y = f(x)
的图象大致是下列选项中的 (C )
题型二 利用导数求函数的单调区间
2.(1)函数f(x)= xex + 1的单调递减区间
是 (C )
A.(- ∞,1) B.(1,+ ∞)
C.(- ∞,- 1) D.(- 1,+ ∞)
(2)函数f(x)= x - 2sin x + 1在(0,π)上的
单调递增区间是 (D )
A (. 0,π )6 B (.
π
6, )π
C (. 0,π )3 D (.
π
3, )
π
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[规律方法] 1.利用导数求函数f(x)的
单调区间的一般步骤为:
(1)确定函数f(x)的定义域.
(2)求导数f ′(x).
(3)在函数f(x)的定义域内解不等式
f ′(x)> 0和f ′(x)< 0.
(4)根据(3)的结果确定函数f(x)的单调
区间.
2.若y = f(x)在(a,b)内可导,f ′(x)≥0或
f ′(x)≤0且y = f(x)在(a,b)内导数为0的点
仅有有限个,则y = f(x)在(a,b)内仍是单调函
数,例如:y = x3在R上f ′(x)≥0,所以y = x3在
R上单调递增.
对点训练? 求下列函数的单调区间:
(1)f(x)= x3 - 3x + 1;
(2)f(x)= 2x - ln x;
(3)f(x)= sin x - cos x + x + 1,0 < x < 2π;
(4)f(x)= ax
1 - x2
(a≠0)(- 1 < x < 1).
题型三已知函数的单调性,确定参数的取值范围
3.若函数f(x)= 13 x
3 - a2 x
2 +(a - 1)x + 1
在区间(1,4)上是减函数,在区间(6,+ ∞)上
是增函数,试求实数a的取值范围.
[分析] 根据函数的单调性与其导函数的
正负关系进行求解.
[尝试作答
]
[规律方法] 根据已知函数的单调性求参
数的取值范围:
函数在区间[a,b]上单调递增(减)
f ′(x)≥0 (f ′(x)≤0)在区间[a,b]上恒成立,
且在区间[a,b]的任意子区间上f ′(x)不恒等
于零,然后利用分离参数法或函数性质求解恒
成立问题.
对点训练? (1)已知函数f(x)=
2ax - x3,x∈(0,1),a > 0,若f(x)在(0,1)上是
增函数,则a的取值范围是 .
(2)已知函数f(x)= ax - ln x在(0,2)上不
单调,则a的取值范围是 .
题型四 求含参数的函数的单调区间
4.(1)判断y = ax3 -1(a∈R)在(-∞,+∞)
上的单调性.
(2)设函数f(x)= x - 1x - aln x(a∈R),讨
论f(x)的单调性.
[尝试作答
]
[规律方法] 求含参数的函数的单调区间
的一般步骤
(1)求导数.
(2)对参数进行分类讨论,每种情况下确定
函数在定义域内的单调性.
(3)综合写出单调区间
.
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对点训练? 讨论函数f(x)= 12 ax
2 + x
-(a + 1)·ln x(a≥0)的单调性.
易错警示
利用导数求函数单调区间时忽视定义域
致误
5.设函数f(x)= ax - ax - 2ln x,且f ′(2)=
0,求函数f(x)的单调区间.
[误区警示] 解答本题常常因为忽视f(x)
的定义域而得到错误的单调区间.
[正解
]
[点评] 在利用导数判断函数的单调性和
求函数的单调区间时,必须首先考虑函数的定
义域,在定义域的范围之内解决问题
.
6789%:;<
1.若函数y = f ′(x)在区间(x1,x2)上是单调递
减函数,则函数y = f(x)在区间(x1,x2)上的
图象可以是 (B )
2.函数f(x)=(x - 3)ex的单调递增区间是
(D )
A.(- ∞,2) B.(0,3)
C.(1,4) D.(2,+ ∞)
3.(2024·重庆高二检测)函数f(x)= 12 x
2 -
ln x的单调递减区间为 (C )
A.(- 1,1) B.(- ∞,1)
C.(0,1) D.(1,+ ∞)
4.已知函数f(x)= x3 - 12x,若f(x)在区间
(2m,m + 1)上单调递减,则实数m的取值范
围是 (D )
A.[- 1,1] B.(- 1,1]
C.(- 1,1) D.[- 1,1)
5.证明:函数f(x)= ln xx 在区间(0,2)上是单调
递增函数.
请同学们认真完成练案[16
]
!'!
y-=-6(x-4).即5+16-28=0
1
当-1<x<0时,'(x)>0,则了'(x)<0,则f(x)单调
递诚:
对点训练4:(1)54[f(3x2)]'=f'(3x2)(3x2)
当0<x<1时,f(x)<0,则f'(x)<0,则fx)单嗣递减:
=6时'(3x2),f3x2)在x=1处的导数值为6×1×f'(3)
当x>1时,f'(x)>0,则f'(x)>0,则fx)单调递增:
=54.
则x)单调递增区间为(-,-1),(1,+):单调递减
(2)证明:联立两曲线的方程,求得它们在第一象限交点为区间为(-1,1),
(3,2).C,在第一象限的部分对应的函数解析式为y=爱-5,
故仅选项C符合要求
于是有y=[(x2-5)]'=-5
故选C
2R-5P-5
关键能力·攻重难
k=y1,3=2
3
例1:(1)D由导函数图象可知函数代x)在(-g.0)上增
函数,排除A,C,在(0,2)上为减函数,排除B,故选D
G在第一象限的部分对应的函数解析式为y=
(2)D由f八x)的图象可知,y=fx)在(-,0)上是增函
9
数,因此在x<0时,有f'(x)>0(即f'(x)在(-,0)上的图象
全部在x轴上方),故排除A,C:从原函数图象上可以看出,在区
2x
y'=
3/18-
间(0,x)上原函数是增函数f'(x)>0:在区间(无,)上原函
91
数是诚函数∫'(x)<0:在区间(x2,+)上原函数是增函数,
2
f‘(x)>0.故排除B.故选D.
k2=y1=-3
对点训练1:(1)D从∫'(x)的图象可以看出,在区间
k1·名=-1,两切线互相垂直。
例5:(1-2x)e-2y=e-2+x(e-2)=e-+
(a,岩)内)单调递增:在区间,6内()单调递
xe-“(1-2x)'‘=e-2+xe-a·(-2)=(1-2x)e-
诚,即函数f()的图象在(口,“)内越来越睫蟑,在
课堂检测·固双基
L.By'=(sinx)'·(1-cosx)+sinx·(1-cosx)'
(生艺)内越来越平缓由此可知,只有选项D符合
=cosx·(1-G0sx)+sinx·sinx
(2)C当-2<x<-1时,f(x)<0,∴f'(x)>0,
cos x cos'x sin'x=cos x cos 2x.
.当-2<x<-1时,函数y=八x)单调递增:
2.B f(x)=ax'+bx +c...f'(x)=4ax'+2bx.
当-1<x<0时,f'(x)>0,∴f'(x)<0,
又f'(1)=2,.4a+2b=2,
当-1<x<0时,函数y=fx)单调递诚:
∴f'(-1)=-4a-2b=-2
当0<x<1时,f'(x)<0,f(x)<0,
2.
3Af'(x)=2x+行a
.当0<x<1时,函数y=x)单调递诚:
所W2)=号-a=-1,解得a=子
7
当1<x<2时,f'(x)>0,∴f'(x)>0,
.当1<x<2时,函数y=八x)单调递增,故选C
4.1函数fx)=e,
例2:(1)Cf'(x)=(x+1)e.
则f'(x)=e+e'=(l+x)e',
当x<-1时∫'(x)<0,函数单调递减
f'(0)=(1+0)e°=1.
(2)D f(x)=x-2sinx+1,f'(x)=1-2cosx>0,
故答案为1,
可得号<x<,
5.(1)3x-2y+1=0
(2)y=1令y'=0,得x=0∴y=1.
放)在(0,)上的单调递增区间为(号,云)
5.3导数在研究函数中的应用
对点训练2:(1)f'(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1)
令f"(x)>0,得x<-1或x>1
5.3.1函数的单调性
令f'(x)<0,得-1<x<1.
必备知识·探新知
fx)的增区间是(-,-1),(1,+):x)的减区间
是(-1,1)
知识点:l.f'(x)>0f'(x)<0
练一练:
(2)由x>0,得函数定义域为(0,+)
D根据导函数的图象可知,f(x)在区间(-,一1),
f'()=2-令2->0解得x>2:令2-<0,得
(2,+e)上f'(x)<0fx)单调递减,
在区间(-1,2)上f'(x)≥0,f(x)单调递增,
0<<子所以)的增区间是(分+):诚区间是(0,)
所以D选项正确,ABC选项错误,
(3)由f(x)=inx-csx+x+1,0<x<2π,知f'(x)=
故选D.
cos x+sinx+l.
2.较快较慢
练一练:
于是f'()=1+2im(x+于}月
C由题给函数y='(x)的图象,可得
当x<-1时,对'(x)<0.则f'(x)>0,则f八x)单调递增:
令f"()=0,从而+)-县
138
得x==受
当x变化时∫'(x)(x)的变化情况如下表:
检验a=
时,符合题意
(0.r】
3知
2
:的取值范围为[子,+)
'(】
0
0
方法三f'(x)=2a-3xf(x)在(0,1)上是增函数,
f'(x)≥0在(0,1)上何成立
x
单调递增
+2
单调递减
3n
2
单调递增
又f'(x)为二次函数,且开口向下
f'(0)≥0.
因此,由上表知八x)的单满递增区间是(0,π)和
化0≥0.解得a≥2
a>0
单调递减区间是(一,》
(4'(x)=1-)-a(-2=a·(1+2
六。的取值范周是子,+一)》
(1-x2)7
(1-x2)2
2(分+)f')=a-=
x∈(-1,1),(1-x2)2>0,x2+1>0,
x2+1
①当a≤0时f'(x)<0时,即f代x)在(0,2)上单调递减,不
->0
合题意,
.当a>0时f'(x)>0:当a<0时f"(x)<0.
②当a>0时,令f"()=0,得x=日
∴当a>0时x)的增区间为(-1,1),无减区间:
当a<0时f(x)的减区间为(-1,1),无增区间.
)在(0,2)上不单调0<行<2。
例3:f"(x)=x-+a-1,由题意知f'(x)≤0在区间(14)上
恒成立,时"(x)0在区间(6,+)上恒成立
得a>
f'(x)≤0得x2-x+a-1≤0.
例4:(1)y'=3a2,又x2≥0.
xe(1,4).x-1e(0,3)a≥-
①当a>0时,y‘≥0,函数在R上单调递增:
x-1
=x+1
②当a<0时,y'≤0,函数在R上单调递减:
x+1∈(2,5)而a≥x+1恒成立a≥5.
③当a=0时,y'=0,函数在R上没有单调性,
由f'(x)≥0得x2-ax+a-1≥0.
x后(6,+0),
2)的定义城为(0,+)”()=1+子-是
x-1>5,
x-ax+1
asxtk
令g(x)=x2-ax+1,则方程x2-+1=0的判别式4=
x+1∈(7,+为),而a≤x+1恒成立,
a2-4.
a≤7.
①当1al≤2,即-2≤a≤2时,△≤0,f'(x)≥0,故f(x)在
经检验a=5和a=7都符合题意,
(0,+e)上单调递增.
a的取值范围是5≤a≤7.
②当<-2时,4>0,g(x)=0的两根都小于0,在(0,
对点训练3:()[子,+】
方法-:f'(x)=2a-3x2
+)上恒有∫'(x)>0,故f八x)在(0,+)上单调递增.
2a
③当a>2时.4>0,g(x)=0有两根为=”--4
2
令f'(x)>0,由a>0,x>0可解得0<x<
63-+后-4
)的递增区间是(o√
2
当0<x<x1时f'(x)>0:当1<x<2时f'(x)<0:当
又:x)在(0,1)上是增函数,
x>x,时f'(x)>0,故f八x)在(0,x),(名,+)上单调递增,在
o.0co√
(,1,x2)上单调递诚
综上,当a≤2时f(x)在(0,+)上单调递增,当a>2时,
厚≥1,脚≥是
)在(,(+三+小上单调递增,在
a的取值范围为子+云)
/a-a-44+a-4上单调递诚
2
方法二:f'(x)=2a-3x2,f(x)在(0,1)上是增函数,
对点训练4:函数f代x)的定义域为(0,+),
∴f"(x)≥0在(0,1)上恒成立
f'(x)=ax+1-a+1-am2+x-(a+1)
2a-3≥0,即a≥
①当a=0时f'(x)=-1,
又*e(o.)…e(0》
x
由f'(x)>0,得x>1;由f'(x)<0,得0<x<1
-139
∴.fx)在(0.1)上为减函数,在(1.+∞)上为增函数
所以当x<-号或x>1时f'()>0,当-号<x<1时,
x+a+(x-1)
②当a>0时f'(x)=
a
f'(x)<0
4>0-a+1<0.
所以()在(-0,-)和(山,+)上单调递增,在
a
由f'(x)>0.得x>1:由f'(x)<0,得0<x<1
-3上单调递减。
∴.f尺x)在(0,1)上为减函数,在(1,+)上为增函数
所以代x)在x=1处取得极小值,该值为f1)=2
综上所述,当a≥0时,f(x)在(0,1)上为减函数,在(1,
故选C
+∞)上为增函数
关键能力·攻重难
例5:由已知得x>0,则函数八x)的定义域为(0,+e).
例1:(1)C因为导函数的图象如图,可知导函数图象中有
f()=a+号-2'(2)=a+号
-1=0.得a=
4个函数值为0,
=号+京是2-+2
"()>0,得0<<2或x>2,"()<0,得号<x<2
故函数x)的单调递增区间为(0,),(2,+x),单调递诚区
即f'(a)=0f'(b)=0f'(c)=0f(d)=0
间为分2引
xe(-,a),函数是增函数,xe(a,b),函数是减函数,
课堂检测·固双基
xe(b,c),函数是增函数,xe(c,d)函数是减函数,xe(d,
L.B选项A中f'(x)>0且为常数函数:选项C中,f(x)>0,且
+),函数是增函数,
f'(x)在(x1)内单调递增:选项D中f"(x)>0且f'(x)在(x,
可知极大值点为:x=a,x=c:极小值点为:x=b,x=d
x,)内先增后威,故选B.
故选C
2Dfx)=(x-3)e,
(2)由图象可知:当x=±3时,函数收极小值0:当x=0时,
∴.f'(x)=e+(x-3)c=(x-2)e,
函数取极小值3:当x=±1时,函数取极大值4
f'(x)>0得x>2选D.
注:这个两数有五个极值点,其中三个极小值点处的导数均
不存在
3C函数)=宁-血x的定义城为(0,+0)")=
对点训练1:(1)D若f'()=0,则爪)是函数(x)的极
)<0,即x-<0,解得0<x<1,故选C
值,不正确,反例y=x中,f'(0)=0,但是x=0不是函数的极
值点,故A不正确:对于B,例如f(0)=0是f八x)=Ix的极小
4Df'(x)=3x2-12=3(x-2)(x+2),/'(x)<0得-2<x<2,
值,但代x)=Ix在x=0处不可导,所以错误:对于C,函数f(x)
,2m≥-2.
可有多个极大值和极小值,所以错误对于D,根据可导函数判
由题意(2m,m+1)C(-2,2),所以{m+1≤2,
断是否存在极值的条件,可得若方程'(x)=0无实数解,则定
l2m<m+1,
义在R上的函数代x)无极值,所以正确.
解得-1≤m<L
(2)①④对于①,当x∈(-,-2)时f'(x)<0f(x)单
5=f")h
调递域,当xe(-2,1)时.f'(x)>0f(x)单调递增,-2是函数
的极小值点,①正确:对于2,当xE(-2,1)时,f'(x)>0,f代x)
f'(x)>0可知lnx<I,即0<x<e
单调递增,当xe(1,+)时f'(x)>0x)单调递增,故1不
故函数x)=n的单调递增区间为(0,e)),又(0,2)5(0,e).
是两数f尺x)的极值点,②错误:对于③,由题中图象可知f‘(0)
>0,所以y=f孔x》在x=0处切线的斜率大于零,③错误:对于
、函数x)=山严在(0,2)上为单调递增函数
④,由题中图象可知当xE(-2,2)时,f'(x)≥0.函数单调递
增,④正确,故正确的序号是①④
5.3.2函数的极值与最大(小)值
例2:(1)函数f代x)的定义域为R:'(x)=3x2-12=3(x+
2)(x-2).
第1课时函数的极值
令f'(x)=0,得x=-2或x=2
必备知识·探新知
当x变化时,f'(x)f代x)的变化情况如下表:
知识点1:f'(x)<0f'(x)>0f'(x)<0
(-g.-2)】
-2
-2.2
2
(2.+】
练一练:
f'(x)
+
0
0
A
知识点2:极大值极小值
fx)
极大值
4
极小值
练一练:
从表中可以看出,当x=一2时,函数有极大值,
Cf(x)=2-x2-x+3的定义城为R,
且/-2)=(-2)3-12×(-2)=16.
所以f'(x)=3x2-2x-1=(3x+1)(x-1),
当x=2时,函数尺x)有极小值,
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