5.3.1 函数的单调性(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程数学选择性必修第二册同步学习指导(人教A版2019)

2025-03-15
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内容正文:

# # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : # 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 !"#$%&'( 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) !&' ! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " # . # # # # # # # )*+,%-.+                                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 !&( # # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : # /012%345 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 !&) ! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " # . # # # # # # # [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                                                                        . !&* # # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : # 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, -140

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5.3.1 函数的单调性(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程数学选择性必修第二册同步学习指导(人教A版2019)
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5.3.1 函数的单调性(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程数学选择性必修第二册同步学习指导(人教A版2019)
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