内容正文:
=2222在a-2.0内相有8e)<0
故函数y=八x)=2x3-3x2-12x+5在[0,3]上的最值可能是
x取0,2,3时的函数值,而f八0)=5f(2)=-15(3)=-4,
六g(x)单调递减,g(x)m=g(-2)=-1,六.a>-1.
故最大值为5,最小值为-15.
综合①②③及条件a≠0可得a的取值范围为
(-1.0)U(0.27).
3自得2当>1球者
对点训练3:(1)因为)=2ar一冬+n
a,则f'(x)<0f(x单调递减,若1<x<√a,则f'(x)>0,
所以-2a+号+
九单遥指,故当=时西数有最大值一得解
因为)在x=1=处取得极值,
得a=子<1,不符合题意当a=1时,函数)在[1,+)
所以f')=0f'(分)=0
上单调递减,最大值为f代山=子,不符合题意.当0<a<1
即2a+6+1=0.
时,两数代到在[1,+)上单调递减,最大值为)=。古
2a+4b+2=0
=号解得。=厅-1,符合题意故a的值为-1放选
[a=-3
解得
4.Bf'(x)=-4x3+4x,由f'(x)=0得x=±1或x=0.
易知八-1)=1)=4为极大值也是最大值,故应选B
5.1由f(x)=sinx-2x-a,
所以所求a,6的值分洲为-子,一了
得/'(x)=c0sx-2<0,
所以函数f(x)在[0,π]上单调递诚,
(2)在片,上存在使得不等式)-≤0成立,只
所以八x)的最大值是f0)=-a=-1,故a=1.
需cf代x)n,
5.3.3利用导数解决与函数有关的问题
关键能力·攻重难
=2x-3x+1.-2x-10(x-D
例1:(1)函数f代x)的定义域为R,f'(x)=e-1,令f'(x)
3x2
3x2
=0,解得x=0.当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表
所以当xe(什)时"()<0)是诚函数:
所示:
(-,0)
0
(0,+c)
当xe(宁,时'()>0)是增函数:
f'(x)
0
所以宁分)是)在[子]小上的最小值
fx)
所以f代x)在区间(-,0)上单调递减,在区间(0,+)上
雨2)=+n=-h2.
单调递增.当x=0时x)的极小值八0)=1,也是最小值,故函
所以c≥号-h2
数fx)的值域为[1,+)
(2)由(1)可知函数的最小值为1,且-)=。+12)
所以e的取值范围为[宁-h2,+}
=e2-20)=1,当x→+∞时x)一+0∫'(x)→+:当x
例4:(1)设x)-血,则斯'(x)=-血三
+-时,指数函数y=e越来越小,趋向于0,因此函数f(x)图
象上的点逐渐趋向于直线y=一x,根据上述信息,画出函数x)
所以f'(1)=1.所以1的方程为y=x-1.
的大致图象如图1所示.
(2)令g(x)=x-1-一f(x),则除切点之外,曲线C在直线1
(3)截取函数fx)在区间[-1,2]上的图象如图2所示.由
的下方等价于g(x)>0(Vx>0,x≠1)
x)满是g()=0,且g()=1-f(x)=-1+n
图象知,当0)<m≤-1).即当me(L.。+1时)与y
当0<x<1时,x2-1<0,lnx<0,所以g'(x)<0,故g(x)单
=m恰有两个不同的交点,即当me(1,。+小时,在区间
调递减:
[-1,2]上恰有两个不同的实根:同理,当m=1或】+1<m≤
当x>1时,x2-1>0,ln¥>0,所以g'(x)>0,故g(x)单调
递增。
e2-2时,方程fx)=m在区间[-1,2]上有唯一的实根:当m
所以,g(x)>g(1)=0(Hx>0,x≠1).所以除切点之外,曲
<1或m>e-2时,方程f八x)=m在区间[-1,2]上无实根,
线C在直线l的下尔
课堂检测·固双基
1.Cf'(x)=3x2-3=3(x2-1),:-1<x<1.
x2<1,3(x2-1)<0,即f'(x)<0.
f代x)在(-1,1)上为减函数,f代1)<代x)<f-1).放f八x)在
(-1,1)内既无最大值,也无最小值
2.D由y=2x3-3x2-12x+5得y=62-6x-12,
令y'=0得x=-1(舍去)或x=2.
图1
图2
143
对点调练1:(:)=号
--kn x(x>0),
,f(x)的单调递增区间为(0.1)和(3.+)
f
(2)由(1)知x)=x-三-4x在(0,1)上单调递增,在
1,3]上单满递减.
①当k≤0时,由f'(x)>0知函数f(x)的单满递增区间是
所以,当0<x≤3时x)=f1)=-2,
(0,+3).
因此,当0<x≤3时,桓有代x)=x-三-4nx≤-2,
②当k>0时,由f'(x)>0知函数(x)的单调递增区间是
(压,+):
即x2+2x-3≤4xlnx
f'(x)<0知函数f代x)的单调递减区间是(0,瓜).
例3:方法一:根据题意知,只有点C在线段AD上某一适当
位置,才能使总运费最省,设C点距D点xkm,则
(2)①当E<√,即k>e时,函数f八x)在(1,e)上单调
B0=40,AC=50-x,
递减
∴BC=√BD+CD=R+40
九0=<0)=>0函数x)在(1,上
又设总的水管费用为y元,依题意有
有一个零点。
y=3a(50-x)+5a√震+40(0<x<50).
②当=仄,即k=e时,函数x)在(1.)上单调递减
小y=-3a+5
0=二=0函数到在1,0上设有零点
/量2+40
令y'=0,解得x=30.
③当1<瓜<6,即1<k<e,函数f八x)在(1,瓜)上单调递
在(0,50)上y只有一个极值点,根据实际问题的意义,函
诚,在(瓜,)上单调递增.
:数在x=30(km)处取得最小值.此时AC=50-x=20km.∴,供
水站建在A,D之间距甲厂20km处,可使水管费用最省.
)周=兰(1-h)>0.函数到在(1,同
方法二设LD=8,则BC=品。
上没有零点
④当≤1,即0<k≤1时,函数尺x)在(1,)上单调递增
品0<<》
CD=
)=宁>0函数)在(1,0上没有零点:
4c=0-品。
综上所述,当k>e时,函数fx)在(1,√)上有一个零点:
设总的水管费用为f八),依题意,有
当0<≤e时,函数f八x)在(1,E)上没有零点.
0)=(30-a品。
例2.周为)=1所W")="
=150a+40a.5-3cos0
sin 8
-1)=1,因为)=号+-,所以g)=-兰
f'《0)=40a.5-3s0'血0-6-3ms0(s血
之-6,因为曲线y=)与曲线y=g)的一个公共点是AL,
sin'0
=40a.3-5cas9
sin'
1),且在点A处切线互相垂直.所以g(1)=1.g'(1)·f‘(1)=
-1,所以g(1)=a+1-b=1,g(1)=-a-1-b=1,解得a=
令'()-0,得m8=子根据问题的实际意义,当s0
-1,b=-1.
3
4
(2g()=-台++)+gx≥2a1血.s
3时,函数取最小值,此时sim8=3
d0子4c=0-品。=20m
13
即供水站建在A,D之间距甲厂20km处,可使水管费用
令h(x)=x)+g(x)-2(x≥1).
量省。
对点训练3:(1)因为CD∥OA,所以∠ODC=∠AOD=
则h()=l-血¥。-上+x,
x rad.
x e'x
在△0cD中,∠0CD=号∠c00=号-,0D=2km
3
x
x
因为31,所以h)=+号+1>0,
由正弦定理,得0C
CD
2-4E
sin x
,2π3
所以h(x)在[1,+)上单调递增,h(x)≥h(1)=0.
即1--9-上+x≥0,
得0c45ma,D:4y5m(号-hm又周m
x e"x
所以当容1时到+g)≥是
的长为2(号-m,
对点训练2:(1)x)的定义域为(0,+)√'(x)=1+子
aa(号号列
4=2-4x+3=x-1)(x-32
=2a(5inx+cosx-x+于)re(0,于}
令f'(x)>0,解得x>3或x<1,
(2)i记x)=2a5simx+csx-x+号)xe(0,号)】
-144
则'(x)=2a(,3omsx-simx-1)=2a[2ao(x+石)-,点,问题中面积的最大值显然存在.故当0=号时面积取最大
'()=0,得x=君
值,最大面积为、=(@号+)m号=(分+)冷
当x变化时∫'(x)代x)的变化如表:
3Br.
(o,)
五
()
4
例5:4由ax3-3x+1≥0,得m3≥3x-1.因为xe
f'(x)
0
[-1,1],故分离参数a,需根据x的取值进行分类讨论,讨论
如下:
f(x)
单调递增
极大值
单调递减
(1)当x=0时,1>0恒成立,a可以取任意实数:
所以f孔x)在x=
处取得最大值,这个极大值就是最大值,
6
(2)当0<≤1时,可得a≥-子+是恒成立,故a≥
即()=2如×(5+若)=((2万+号n故当x=石时,广告
位出租的总收入最大,最大值为(2厅+号元
令1=士+e1,+0).易求得三次函数g0=-+3r在[1,
例4:设包装盒的高为h(m),底面边长为a(cm),由已知
+x)上的最大值为g(2)=4,所以a≥4.
得a=2x,h=60-2=2(30-x),其中0<x<30
2
(3)当-1≤<0时,可得a≤-亨+子板成立,故
(1)5=4ah=8x(30-x)=-8(x-15)2+1800,所以当x=
15时,S取得最大值.
u≤(+)
(2)V=a2h=22(-x2+30x2),V'=62x(20-x),当V"=
0时,得x=20,x=0(舍去),当x∈(0,20)时,V">0:当∈(20,
令1=1e(-0,-1小,易求得三次函数g)=-f+3
30)时,”<0,所以当x=20时,V取得极大值,也是最大值.
在(-0,-1]上的最小值为g(-1)=4,所以a≤4综上可得,
i4=4.
此时合=子,即包装盒的商与底面边长的比值为分
课堂检测·固双基
对点训练4:方法一:设上底长为2x,如图所示:
.6-+8-234.
.y=-x2+81(x>0).
令y=0得x=9,令y<0得x>9,令y‘>0得0<x<9
,.函数在(0.9)上单调递增,在(9.+)上单调递减.
,当x=9时,函数取得最大值.故选C.
2.D如图所示,设圆雏形漏斗底面半径为rm,高
连接OD,作DP⊥BC,则梯形的高DP=√R-,记梯形的
为hm,则h2+2=20,解得r=√400-,所
面积为S,则有
S-2B+2,h=(R+)√R-F(0<x<R)
以漏斗容积V=号㎡h=号·(400-)h=
2
S=R-xR+x)·x-R--2x
号(40h-)0<h<20).
R-x
R
令S=0.得x=受0<x<风).
所以r=3(400-3折)
由于函数在(0,)内连续可导,且只有一个导数为0的点,
所以r=0,得0,或=05(合去)。
问题中的面积的最大值显然行在,故当x=受时面积取得最大
当0<h<205时,>0,V单调递增:当205<h<20时,
3
值,最大面积为5-(R+√食-(3
y<0.V单调递减,所以当h=20,5m时.y最大
4
3
方法二:由图可得,连接O0,设∠DOC=0,如图所示,
故选D.
则梯形上底AD=2Rcs0,梯形面积为S,
3.C因为函数(x)=-:有两个不同的零点,所以方程
S=(2Rcos 0+2R)Rsin 0
-a=0有两个不同的实数根,令g()=三,因此函数
=(aos0+1)im60<0<7)
g(x)=h的图象与函数y=a的图象有两个交点g(x)=
S'=R'(2cos0+cos 0-1).
令9=0,得0=(0<8<受)
1-n,当x>e时,g(x)<0g(x)单调递减,当0<x<e时,
x
g(x)>0,g(x)单调递增,因此当x=e时,函数g(x)取得最
由于函数在(0,受)内连续可导,且只有一个导数为0的
大值,最大值为g(e)=e=,显然当x>1时,g()>0,当
e
145
0<x<1时g()<0,且g)=0.因此函数g()=的图
例3:C因为()=2+之2-4红,所以f'()=3+x
象如图所示(为方便观察,横轴与纵轴的单位长度不同),由4=(x-1)(3x+4),
图可知,当ae(0,)时,函数g(x)=的图象与函数y=a
4
令"()=0得=-3函=1,
的图象有两个交点,故选C
当x(-0,-号)u1,+)时,f”()>0,当x
(-子时f()<0
放)的单渊递增区间为(-的,一含)和(1,+西),单满
递诚区间为-号)
4.144设小正方形的边长为xcm,则盒子的容积为V=x(10-
2x)(16-2x),即V=4(-13x2+40x)(0<x<5),=4(3x2-
则当x=1时)取得极小值,且极小值为1)=一多
26x+40)=4(3x-20)(x-2).
故选C
令”=4(3x-20)(x-2)=0,得x=2.=9(不符合题意,舍
例4:(1)f(x)=3x2+2ax+bf'(1)=3+2a+b,
过曲线上P点的切线方程为y-f尺1)=(3+2a+b)(x-1).
去),x=2是唯一极值点也就是最值点。
即y-(a+b+c+1)=(3+2a+b)(x-1),
所以,当x=2时,盒子容积的最大值为144cm
整理得,y=(3+2a+b)x-a+e-2
已知该切线方程为y=3x+1,
10
设CD⊥AB,垂足为E,DE的长为xkm
所以+2a+h=3即2+b=0,
由AB=0.6,AC=BC=0.5,得AE=EB=0.3.
le-a-2=1,
c-a=3.
CE=/AC-AE=0.3-0.3=0.4.
因为y=f(x)在x=-2时有极值,
CD=0.4-x
所以W'(-2)=0,
所以-4a+b=-12,
AD=BD=√AE+DE
r2a+b=0.
ra=2.
=w0.3+x=√0.09+x.
解方程组{c-a=3,
得b=-4
动力线总长1=AD+BD+CD
L-4a+b=-12,le=5,
=2√0.09+x2+0.4-x.
所以f代x)=x2+2x2-4x+5.
令=2·
2x
(2)f'(x)=3x2+4x-4=(3x-2)(x+2).
2V009+p-1
(=0得=-2=号
-2x-/0.09+
-=0
当x∈[-3,-2]时/'(x)>0:
√0.09+x
即2x-√0.09+x=0.
当e(-2,号)时f"()<0:
箭得:=语(C0
当xe(号小时>0
当<r<0:当>得r>0
所以x)的单调递增区间为-3,-2)和(号:
1在=治时有最小价
单调递诚区同为(-2,号)】
章末整合提升
又-2)=13(号)-器-3)=8)=4,
所以代x)在区间[-3,1]上的最大值为13.
要点专项突破
例5:(1)f'(x)=3ax2+2br+c.
例1:y=3x-2已知当x=1时f(1)=1,
/'()=x+h0++)得f"()=3.
由已知得f'(0)=f'(1)=0,得6=0,
L3a+2b+c=0.
re=0
根据点斜式可得:y-1=3(x-1)→y=3x-2,
解得
3
故答案为:y=3x-2.
b=-20
例2:[1,+e)f'(x)=(x2+2x+a)e,
f'((x)=3a2-3ax
若函数f(x)=(a+x2)e在R上单调递增,则f'(x)≥0在
R上恒成立,
台)受02
即x2+2x+a≥0在R上恒成立,
.a=-2,b=3
所以4=4-4u≤0白a≥1,
fx)=-2x3+3x2
故a的取值范围是[1,+∞).
(2)令八x)≤,即-2x+3x2-x≤0,
146#
#
#
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0
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9
:
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[点评] 由直线与曲线相切的定义知,直
线l与曲线C相切于某点P是一个局部定义,
当l与C切于点P时,不能保证l与C无其他公
共点,有可能还有其他切点,也有可能还有其他
交点
.
6789%:;<
1.函数f(x)= x3 - 3x(- 1 < x < 1) (C )
A.有最大值,但无最小值
B.有最大值,也有最小值
C.无最大值,也无最小值
D.无最大值,但有最小值
2.函数y = 2x3 - 3x2 - 12x + 5在[0,3]上的最大
值和最小值分别是 (D )
A. 5,15 B. 5,- 4
C. 5,- 16 D. 5,- 15
3.已知函数f(x)= x
x2 + a
(a > 0)在[1,+ ∞)上
的最大值为槡33 ,则a的值为 (A )
A.槡3 - 1 B. 34
C. 43 D.槡3 + 1
4.若函数f(x)= - x4 + 2x2 + 3,则f(x)(B )
A.最大值为4,最小值为- 4
B.最大值为4,无最小值
C.最小值为- 4,无最大值
D.既无最大值,也无最小值
5.已知函数f(x)= sin x - 2x - a,若f(x)在[0,
π]上的最大值为- 1,则实数a的值是1 .
请同学们认真完成练案[18
]
5. 3. 3 利用导数解决与函数有关的问题
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课程标准
1.借助教材实例进一步掌握导数在研究函数的单调性、极值、图象、零点等问题中的应用.
2.能利用导数解决简单的实际问题.
3.能利用导数研究函数的性质、解决简单的实际问题.
学法解读
1.通过分析实际问题,理解导数的实际意义,掌握导数的几何意义,能够利用导数讨论函数的
单调性、极值和最值问题,培养学生综合应用知识的能力.(逻辑推理、数学运算)
2.通过导数证明不等式以及求参数或取值范围等综合问题.(逻辑推理、数学运算)
3.能够利用导数判断函数零点的个数,由函数零点个数求参数.(直观想象、数学运算)
4.通过实际例子,体会导数在解决最优问题中的应用,培养学生解决实际问题的能力.(数学建模、
数学运算)
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/012%345
题型探究
题型一 利用导数研究函数的零点个数
1.给定函数f(x)= ex - x.
(1)判断函数f(x)的单调性,并求出f(x)
的值域;
(2)画出函数f(x)的大致图象;
(3)求出方程f(x)= m(m∈R)在区间
[- 1,2]上的根的个数.
[尝试作答
]
[规律方法] 利用导数研究函数的零点,
可利用导数判断函数的单调性,借助函数零点
存在定理判断;另外,也可将函数的零点问题转
化为函数图象的交点问题,利用数形结合来
解决.
对点训练? 设函数f(x)= x
2
2 - kln x.
(1)若k∈R,求f(x)的单调区间;
(2)若k > 0,讨论f(x)在(1,槡e)上的零点
个数.
题型二 利用导数证明不等式
2.已知函数f(x)= 1 - ln xx ,g(x)=
ae
ex
+ 1x
- bx,若曲线y = f(x)与曲线y = g(x)的一个公
共点是A(1,1),且在点A处的切线互相垂直.
(1)求a,b的值;
(2)证明:当x≥1时,f(x)+ g(x)≥ 2x .
[尝试作答
]
[规律方法] 构造函数法证明不等式
一般地,待证不等式的两边都含有同一个
变量,可通过构造函数,转化为函数的最值问题
来证明,其一般步骤如下:
1.移项,使不等式的一边为0,将另一边构
造为“左减右”或“右减左”的函数.
2.利用导函数研究所构造的函数的单
调性.
3.借助构造函数的单调性可证结论成立.
对点训练? 已知函数f(x)= x - 3x -
4ln x.
(1)求f(x)的单调递增区间
;
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(2)当0 < x≤3时,求证:x2 + 2x - 3≤
4xln x.
题型三 实际生活中的优化问题
3.有甲、乙两个工厂,甲厂位于一直线河岸
的岸边A处,乙厂与甲厂在河的同侧,乙厂位于
离河岸40 km的B处,乙厂到河岸的垂足D与A
相距50 km,两厂要在此岸边合建一个供水站C,
从供水站到甲厂和乙厂的水管费用分别为每千
米3a元与5a元.问供水站C建在岸边何处才能
使水管费用最省.
[分析] 适当选定变元,构造相应的函数
关系,通过求导的方法或其他方法求出函数的
最小值.可确定点C的位置.
[尝试作答
]
[规律方法] 用导数解最值应用题,一般
应分为五个步骤:
①建立函数关系式y = f(x);②求y′;③令
y′ = 0,求出相应的x0;④指出x = x0处是最值点
的理由;⑤对题目所问作出回答.求实际问题中
的最值问题时,可以根据实际意义确定取得最
值时变量的取值.
对点训练? 如图是一个半径为2 km,
圆心角为π3的扇形游览区的平面示意图,C是半
径OB上一点,D是圆弧AB上一点,且CD∥
OA.现在线段OC,线段CD及圆弧DB三段所示
位置设立广告位,经测算广告位出租收入在线
段OC处时为2a元/ km,在线段CD及圆弧DB
处时均为a元/ km.设∠AOD = x rad,广告位出
租的总收入为y元.
(1)求y关于x的函数解析式,并指出该函
数的定义域;
(2)试问:x为何值时,广告位出租的总收
入最大?并求出其最大值
.
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题型四 几何中的最值问题
4.请你设计一个包装盒.如图1所示,ABCD
是边长为60 cm的正方形硬纸片,切去白色部
分所示的四个全等的等腰直角三角形,再沿虚
线折起,使得A,B,C,D四个点重合于图2中的
点P,正好形成一个正四棱柱形状的包装盒. E,
F两点在AB上,是被切去的一个等腰直角三角
形斜边的两个端点.设AE = FB = x cm.
(1)某广告商要求包装盒的侧面积S(cm2)
最大,试问x应取何值?
(2)某厂商要求包装盒的容积V(cm3)最
大,试问x应取何值?并求出此时包装盒的高
与底面边长的比值.
[尝试作答
]
[规律方法] 解决面积、体积的最值问题,
要正确引入变量,将面积或体积表示为变量的
函数,结合实际问题的定义域,利用导数求解函
数的最值.
对点训练? 在半径为R的半圆内,以
直径为一底边作一个内接等腰梯形,如何使其
面积最大?最大面积是多少?
易错警示
利用参变分离时忽视自变量的取值范围
5.设函数f(x)= ax3 - 3x + 1,若对任意的
x∈[-1,1],都有f(x)≥0成立,则实数a的值为
4 .
[错解] 由ax3 - 3x + 1≥0,得ax3≥3x
- 1.
分离参数得a (≥ - 1x3 +
3
x )2 恒成立,
令t = 1x,易求得三次函数g(t)= - t
3 +3t2在
[-1,1]上的最大值为g(0)=0,∴ a≥0
.
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[误区警示] 本题上述解法中有两处错
误.(1)是在参数分离的过程中,要在不等式两
边同时除以x3才能实现参数的分离,若x的取
值范围在正数区间上,可以避免讨论;若x的取
值范围中包含零或负数,则需要进行分类讨论.
(2)是换元后未求新元t的范围,t的范围
不再是[- 1,1].
[正解
]
6789%:;<
1.已知某生产厂家的年利润y(单位:万元)与年
产量x(单位:万件)的函数关系式为y = - 13 x
3
+81x -234,则使该生产厂家获取最大年利润的
年产量为 ( )
A. 13万件 B. 11万件
C. 9万件 D. 7万件
2.要做一个圆锥形的漏斗,其母线长为20 cm,
要使其容积最大,则其高应为 (D )
A. 5槡33 cm B.
10槡3
3 cm
C. 5槡3 cm D. 20槡33 cm
3.已知函数f(x)= ln xx - a有两个不同的零点,
则实数a的取值范围是 (C )
A.(0,e) B.(- ∞,e)
(C. 0,1 )e (D. - ∞,
1 )e
4.从边长为10 cm ×16 cm的矩形纸板的四角截
去四个相同的小正方形,做成一个无盖的盒
子,则盒子容积的最大值为144 cm3 .
5.如图所示,两个工厂A,B相距0. 6 km,变电站
C距A,B都是0. 5 km,计划铺设动力线,先由
C沿AB的中垂线至D,再与A,B相连,D点
选在距AB km处时,动力线最短.
请同学们认真完成练案[19
]
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