内容正文:
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第2课时 函数最值的求法
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课程目标
1.能利用导数求给定闭区间上函数的最大值、最小值.(数学运算)
2.体会导数与单调性、极值、最大(小)值的关系.(逻辑推理)
学法指导
1.通过图像感受极大值与最大值、极小值与最小值之间的联系与区别,并明确它们的关系.
2.通过二次函数与三次函数感受极值的特征与函数图像的关系,类比二次函数的极值与最值的关
系,体会三次函数的极值与最值的关系,并理解单峰函数的极值与最值的关系.
3.体会导数在研究函数性质(单调性及与单调性有关的极值、最值)和图像中的工具性作用.
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函数的最大值与最小值
1.一般地,如果函数y = f(x)在定义域内的每
一点都可导,且函数存在最值,则函数的最值点一
定是 某个极值点;如果函数y = f(x)的定义域为
[a,b]且存在最值,函数y = f(x)在(a,b)内可导,
那么函数的最值点要么是 区间端点a或b,要么
是 极值点.
知识解读:上述结论包含以下两点.
(1)给定函数的区间必须是闭区间,f(x)在开
区间上虽然连续但不能保证有最大值和最小值.
常见的有以下几种情况:如图1中的函数y =
f(x)在(a,b)上有最大值而无最小值;如图2中的
函数y = f(x)在(a,b)上有最小值而无最大值;如
图3中的函数y = f(x)在(a,b)上既无最大值又
无最小值;如图4中的函数y = f(x)在(a,b)上既
有最大值又有最小值.
(2)函数f(x)的图像在区间[a,b]上连续不断
是f(x)在[a,b]上存在最大值和最小值的充分不必要
条件.如函数f(x)= |x |,-1≤x≤1且x≠0,
-1,x{ =0 的图像
在[-1,1]上有间断点,但存在最大值和最小值.
2.求函数y = f(x)在闭区间[a,b]上的最大
值与最小值的步骤
(1)求函数y = f(x)在区间(a,b)上的
极值;
(2)将函数y = f(x)的各极值与端点处的函数值
f(a),f(b)比较,其中 最大的一个是最大值, 最小
的一个是最小值.
知识解读:函数的极值与最值的区别与联系
(1)极值是对某一点附近(局部)而言,最值
是对函数的整个定义区间[a,b]而言.
(2)在函数的定义区间[a,b]内,极大(小)值
可能有多个(或者没有),但最大(小)值只有
一个.
(3)函数f(x)的极值点不能是区间的端点,
而最值点可以是区间的端点.
(4)对于在闭区间上图像连续不断的函数,
函数的最大(小)值必在极大(小)值点或区间端
点处取得
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题型探究
题型一 求函数的最值
1.(1)(2024·临沂高二检测)y = x3 + x2 -
x +1在区间[-2,1]上的最小值为 (C )
A. 2227 B. 2 C. -1 D. 4
(2)(2023·安庆高二检测)已知函数f(x)=
x3 -3x,x∈R.
①求f(x)的单调区间;
②当x∈[-槡3,3]时,求f(x)的最大值与最
小值.
[尝试作答
]
[规律方法] 求函数最值的四个步骤:第一
步求函数的定义域;第二步求f ′(x),解方程
f ′(x)=0;第三步列出关于x,f(x),f ′(x)的变化
表;第四步求极值、端点值,确定最值.
特别警示:不要忽视将所求极值与区间端点
的函数值比较.
对点训练? (1)(2024·海口高二检测)
函数f(x)= x3 - 3x2 - 9x + 6在区间[- 4,4]上的
最大值为 (A )
A. 11 B. -70
C. -14 D. 21
(2)(2022·乙卷(文))函数f(x)= cos x +
(x +1)sin x +1在区间[0,2π]的最小值、最大值
分别为 (D )
A. - π2,
π
2 B. -
3π
2 ,
π
2
C. - π2,
π
2 + 2 D. -
3π
2 ,
π
2 + 2
题型二 含参数的函数最值问题
2.设函数f(x)= x3 + ax2 - a2x + m(a >0).
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)若函数f(x)在x∈[- 1,1]内没有极值
点,求a的取值范围;
(3)若对任意的a∈[3,6],不等式f(x)≤1
在x∈[-2,2]上恒成立,求m的取值范围.
[分析] (1)求f(x)的单调区间,可解不等
式f ′(x)≥0,f ′(x)≤0,由于f(x)表达式中含参
数,故需注意是否需要分类讨论;(2)f(x)在x∈
[-1,1]内没有极值点的含义是f ′(x)= 0在
[-1,1]内没有实数根,故f(x)在[-1,1]内单
调;(3)f(x)≤1在[- 2,2]内恒成立,则f(x)在
[-2,2]内的最大值小于等于1.
[尝试作答
]
[规律方法] 1.由于参数的取值范围不同
会导致函数在所给区间上的单调性的变化,从而
导致最值的变化,故含参数时,需注意是否分类
讨论.
2.已知函数最值求参数,可先求出函数在给
定区间上的极值及函数在区间端点处的函数值,
通过比较它们的大小,判断出哪个是最大值,哪个
是最小值,结合已知求出参数,进而使问题得以
解决
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对点训练? 已知函数g(x)= ex - 2ax -
b,求g(x)在[0,1]上的最小值.
题型三 函数最值的综合应用
3.设函数f(x)= tx2 +2t2x + t -1(x∈R,t >0).
(1)求函数f(x)的最小值h(t);
(2)在(1)的条件下,若h(t)< -2t + m对t∈
(0,2)恒成立,求实数m的取值范围.
[分析] 第(1)小题可通过配方法求f(x)的
最小值;第(2)小题由h(t)< -2t + m,得h(t)+
2t < m,可转化为当函数g(t)= h(t)+ 2t在区间
(0,2)上的最大值小于m时,求实数m的取值范
围的问题.
[尝试作答
]
[规律方法] 将证明或求解不等式问题转
化为研究一个函数的最值问题可以使问题解决变
得容易.
一般地,若不等式a≥f(x)恒成立,a的取值
范围是a≥[f(x)]max;若不等式a≤f(x)恒成立,
则a的取值范围是a≤[f(x)]min .
对点训练? (2024·石家庄高二检测)
已知函数f(x)=(x -1)3 + m.
(1)若f(1)=1,求函数f(x)的单调区间;
(2)若关于x的不等式f(x)≥x3 - 1在区间
[1,2]上恒成立,求m的取值范围.
易错警示
没有准确把握条件致误
4.设l为曲线C:y = ln xx 在点(1,0)处的切
线.
(1)求l的方程;
(2)证明:除切点(1,0)之外,曲线C在直线l
的下方.
[错解] (1)设f(x)= ln xx ,则f ′(x)=
1 - ln x
x2
.所以f ′(1)=1.所以l的方程为y = x -1.
(2)由(1)知y = x -1是曲线f(x)= ln xx 在点
(1,0)处的切线,又当x = 2时,有f(2)= ln 22 < 1,
故切线l上的对应点(2,1),在曲线C上的点
2,ln 2( )2 的上方,∴曲线C上除切点(1,0)外都在
曲线l下方.
[误区警示] (1)正确;(2)中错误地认为直
线l与曲线C相切,则C上所有点都在直线l的同
侧,从而导致解答错误.错因是受直线与二次曲线
相切的迁移影响,没有准确地理解导数的几何意
义所致
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[正解
] [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
2.(2023·和平高二检测)函数f(x)= eln x - x在
(0,2e]上的最大值为 (D )
A. 1 - e B. -1
C. - e D. 0
3.已知函数f(x)=2x3 -6x2 +m(m为常数)在[-2,
2]上有最大值3,那么此函数在[-2,2]上的最小
值为 (A )
A. -37 B. -29
C. -5 D. -11
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.求下列函数的最值:
(1)f(x)= x3 - 2x2 + 1,x∈[-1,2];
(2)f(x)= sin 2x - x,x∈ - π2,
π[ ]2 ;
(3)f(x)= ln xx - x.
请同学们认真完成练案[19
]
6. 3 利用导数解决实际问题
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课程目标
1.了解导数在解决利润最大、效率最高、用料最省等实际问题中的作用.(逻辑推理)
2.能利用导数求出某些实际问题的最大值(最小值).(数学运算)
学法指导
1.在解决实际优化问题中,不仅要注意将问题中涉及的变量关系用函数关系式给予表示,还应确定函数
关系式中自变量的取值范围.
2.实际优化问题中,若只有一个极值点,则极值就是最值.
3.解决优化问题的基本思路:
!("
(-c,2)
2
(2,+0》
故③正确:
④y=2'在R上单调递增,故④不正确..选B
f'(x)
0
+
3.C fx)=cos x+aln x,.f'(x)=-sin x+a
八x)
极小值
~到在x=君处取得极值f(君)=-分+是=0,
T
6
所以函数fx)的极小值为2)=-马
解得:a=,经检验符合题意,故选C
函数八x)无极大值。
(2)F(x)=f'(x)-e-(ax-ae--a(x-2
4.③
()的图像可见在(-,-)和(2,4)上()<
e
①当a<0时,F(x)f'(x)的变化情况如下表:
0)单调或,在(-号2)和(4,+)上"()>0)单
(-0,2)
2
(2,+)
调增,∴.只有③正确。
f'(x)
0
+
5x)的定文域为(0,+)'()=ae-
由题设知f'(2)=0,所以“=2
F(x)
极小值
从雨到克-h-1)=士
若使函数F(x)没有零点,当且仅当F(2)=:+1>0,
当0<x<2时/'(x)<0:当x>2时/"(x)>0.
解得a>-e2,所以此时-e2<a<0:
所以「(x)的单调递增区间为(0.2),单调递减区间为
②当a>0时,F(x)∫'(x)的变化情况如下表:
(2,+0).
(-g,2)
2
(2,+)
第2课时函数最值的求法
f'(x)
0
必备知识·探新知
F(x)
极大值
知识点1.某个极值点区间端点a或b极值点2.极
值最大的一个最小的一个
当x>2时,F(x)=-山+1>L,
关键能力·攻重难
e
例1:(1)Cy'=3x2+2x-1=(3x-1)(x+1),令y'=0解
当x<2时,令F(x)=ax-》+1<0.
e
得x=写或x山
即a(x-1)+e'<0,
当x=-2时,y=-1;当x=-1时y=2:
由于a(x-I)+e<a(x-I)+e2,
令a(r-1)+e2≤0,得xs1-
当x=寸时号:当=1时=2,所以函数的最小值为
a
-1,选C
即≤1-时,F)<0.所以F()总存在零点
(2)①f'(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1).
当x<-1或x>1时,f(x)>0.当-1<x<1时,f'(x)<0
综上所述,所求实数a的取值范围是(-e2,0).
所以f代x)的单调递增区间为(-0.-1》和(1,+),递减
例5:f'(x)=3x2+12mw+4n,
区间为(-1,1).
依适意有化2。
②油①知xe[-3,3]时(x)的极大值为f八-1)=2
即12-24m+4n=0.
x)的极小值为f1)=-2,又八-3)=03)=18.
1-8+24m-8n+8m2=0,
所以x)的最大值为18,八x)的最小值为-2.
对点训练1:(1)A函数f(x)=x-3x2-9x+6的导数为
解得C
f'(x)=3x2-6x-9,
当m=1,n=3时∫'(x)=3x2+12x+12=3(x+2)2≥0.
令f'(x)=0得x=-1或x=3
所以八x)在R上单调递增,无极值,不符合题意:
由f-4)=-70:-1)=11:
当m=2,n=9时,∫'(x)=3x2+24x+36=3(x+2)(x+
八3)=-21:/4)=-14:
6),当-6<x<-2时f'(x)<0,当x>-2时/'(x)>0,
所以函数y=x-3x2-9x+6在区间[-4,4]上的最大值为
11.
故f八x)在x=-2处取得极值,符合题意
综上所述,m=2,n=9.所以m+4n=38.
(2)D f(x)=c0sx+(x+1)sin x+1.x[0,2],
课堂检测·固双基
则f(x)=-sinx+sinx+(x+1)cosx=(x+1)c0sx,
1.A由图像可知,满足'(x)=0且导函数函数值左负右正的
令=0得受或
只有一个,故八x)在(a,b)内的极小值点只有一个
2.B①y=x在R上单调递增,无极值:
当xe[0,)时,∫(x)>0,f(x)单调递增:当xe
②y=x2+1在(-,0)上单调递减,在(0,+)上单调递
增.故②正确:
受,)时()<0x)单调递减:当xe(,2时()
③y=1x1在(-0,0)上单调递减,在(0,+)上单湖递增,>0八x)单调递增,
-149
“x)在区间[0.,2m]上的极大值为)=号+2,极小
当分<a<时,g()在区间[0.门上的最小值为g)
值为()要
=g(ln(2a))=2a-2aln(2a)-b:
又0)=22m)=2.
当a≥受时,g(x)在区间[0,1]上的最小值为
:函数(x)在区间[0.,2]的最小值为-,最大值为受
g(x)i=g(1)=e-2a-b.
例3:(1)fx)=t(x+)2-+t-1(x∈R,1>0).
+2
∴当x=-t时(x)的最小值为八-)=-+t-1,即
故选D.
h(t)=-2+1-1,
例2:1f"()=3x+2mr-d=3(x-)(x+a),
(2)令g(1)=h(t)-(-21)=-2+31-1,
由g()=-32+3=0及1>0,得1=1,
又a>0,当x<-a或x>号时f'(x)>0:当-a<x<号
当t变化时,g‘(),g(t)的变化情况如下表:
时f"(x)<0
(0,1)
(1,2)
函数x)的单调递增区间为(-,-),(兮,+x),单
g'(t)
+
0
调递诚区间为(-,号)}
g(1)
极大值
由上表可知当=1时,g()有极大值g(1)=1.
(2)由题设可知,方程f'(x)=3x2+2ax-a2=0在[-1,1
又在定义域(0,2)内,g(1)有唯一的极值点,
上没有实根,又△=4a2+12a2=16a2>0,(a>0),x5=-3
∴.函数g(1)的极大值也就是g()在定义域(0,2)内的最大
<0
值g(t)=1.
068
h(1)<-2!+m在(0,2)内恒成立:
即g(t)<m在(0,2)内恒成立,
a>0∴.a>3.
当且仅当g()=1<m,即m>1时上式成立,
∴,实数m的取值范同是(1,+g).
(3)ae[3,6],
对点训练3:(1)因为八1)=1,所以m=1,
号e[1,2],-a≤-3,
则f八x)=(x-1)3+1=x2-3x2+3x,
而f'(x)=3x2-6x+3=3(x-1)2≥0恒成立,
又xe[-2,2]当xe【-2,号)时/'(x)<0x)单调
所以函数爪x)的单调递增区间为(-,+)
(2)不等式尺x)≥x-1在区间[1,2]上恒成立,即不等式
递减,当xe(号2时"(x)>0,x)单调递增。
3x2-3x-m≤0在区间[1,2]上恒成立,
故x)的最大值为(2)或(-2).
即不等式m≥3x2-3x在区间[1,2]上恒成立.即m不小于
而2)-f-2)=16-4a2<0,/(x)m=八-2)=-8+4a3x2-3x在区间[1.2]上的最大值.
+2a2+m,
又:fx)≤1在[-2,2]上恒成立,
因为se[1,2]时3x-3=3(-广-子e06
.-8+4n+2a2+m≤1,
所以m的取值范围是[6,+)
即m≤9-4a-2a2,在ae[3,6]上恒成立,
例4:1)设)=兰则()-
9-4a-2a的最小值为-87.
2
.m≤-87
所以/'(1)=1.所以1的方程为y=x-1.
对点训练2:因为g(x)=e-2axe0,1],ee[l,e],
(2)令g(x)=x-1-f八x),则除切点之外,曲线C在直线1
所以(1)若a≤7则2a≤1,g'(x)=e-2a≥0。
的下方等价于g(x)>0(Vx>0,x≠1).
gx)满足g(1)=0,且g(x)=1-f'(x)=-1+ln三
所以函数g(x)在区间[0,1门上单调递增,g(x)m=g(0)
=1=6.
当0<x<1时,x2-1<0,lnx<0,所以g'(x)<0,故g(x)单
(2)若时<a<号.则1<2a<e
调递减:
当x>1时,x-1>0,lnx>0,所以g(x)>0,故g(x)单调
于是当0<x<ln(2u)时,g'(x)=e-2a<0,
递增.
当ln(2a)<x<1时,g'(x)=e-2a>0,
所以,g(x)>g(1)=0(x>0,x≠1).所以除切点之外,曲
所以函数g(x)在区间[0,ln(2)]上单调递减,在区间线C在直线I的下方.
[ln(2a),1]上单调递增,
:课堂检测·固双基
g(x)n=g(lh(2a))=2a-2aln(2a)-b.
:1.D由y=2x-3x2-12x+5得y'=6x-6x-12,
(3)若a≥号,则2a≥e,8'(x)=e-2a≤0,
令y'=0得x=-1(舍去)或=2.
故函数y=x)=2x-3x2-12x+5在[0,3]上的最值可能是
所以函数g(x)在区间[0,1门上单调递减,
x取0,2,3时的函数值.而f(0)=5f2)=-15八3)=-4.
g(x)n=g(1)=e-2u-b.
故最大值为5,最小值为-15.
综上所述,当a≤时8()在区间[0.门上的最小值为2D根据条件可衢()=兰-1,
g(x)n=g(0)=1-b,
令f'(x)=0可得x=e,
-150
则当0<x<e时,f"(x)>0八x)单调递增,当c<x≤2心时,所以商场每日销售该商品所获得的利润f(x)=(x-3)·
∫'(x)<0x)单调递诚:则当x=e时,(x)取极大值也为最
大值,所以八x)m=八e)=dne-e=0
[23+106x-6=2+10(x-3)x-6,3<x<6
3.A因为f'(x)=6x2-12x=6x(x-2)
从而f(x)=10[(x-6)2+2(x-3)(x-6)]=30(x-4)·
'(x)=0得x=0或2.
(x-6).
又fǐ0)=m,f(2)=-8+mf(-2)=-40+m,显然0)>
于是,当x变化时∫(x)x)的变化情况如下表:
f八2)>f-2),
(3,4)
(4.6)
所以m=3,最小值为爪-2)=-37.
4.Bf(x)=-4+4r,r"(x)=0得x=±1或x=0
F(x)
0
易知代-1)=1)=4为极大值也是最大值,故应选B.
Fx)
极大值42
5.(1)f(x)=3x2-4x,令∫(x)=0,有3x2-4x=0,解得x=0或
由上表可得,x=4是函数八x)在区间(3,6)内的极大值点,
4
x=3
也是最大值点,所以,当x=4时,函数八x)取最大值,且最大值
当x变化时,了(x)八x)的变化情况如下表:
等于42.故当销售价格为4元/千克时,商场每日销售该商品所
获得的利润最大
-1
(-1,0)
(o)
4
3
÷2)
2
对点训练1:(1)由题意,当x=2时,y=800,∴a+b=800
又x=3时,y=150,
(x)
.6=300,可得a=500.
f(x)
-2
500(x-3)2+300
1<x≤4,
从上表可知,最大值是f(0)=f(2)=1,最小值是八-1)
y=
=-2.
2800-100,4<x≤12.
(2)=2ms2x-le[-引
(2)由题意,得x)=(x-1)=
r500(x-3)2(x-1)+300,1<x≤4,
令∫(x)=0,得x=-
或x=
(2800-100(x-1),4<x≤12.
当x变化时了(x)(x)的变化情况如下表:
当1<x≤4时f八x)=500(x-3)2(x-1)+300=500x
3500x2+7500x-4200
6
T
6
了()=500(3x-5)(x-3)由f()>0,得x<音或>
2
6
6
2
2
3,由f()<0,得子<<3.
(x)
0
0
∴x)在(1,)(3,4)上单测递增,在(号,3)上单调递
八
3
62
6
减~)<4)=1800,
由上表可知,
.当x=4时有最大值4)=1800.
当x=-号时)取得最大值(-)受
当4<x≤12时)=(P0-10m0j水x-)=20
当x=受时)取得最小值()-受
100r+28001
≤2900-4007=1840
(3)x)的定义城为(0,+=)了)=1-血x-1,令(x)=
x2
当且仅当100x-2800,即x=2万≈5.3时取等号.
0,得x2=1-nx,显然x=1是方程的解
.x=5.3时,有最大值1840.
令g(x)=x2+nx-1,xe(0,+),
:1800<1840,.当x=5.3时f代x)有最大值1840,即当
则g)=2+>0
销售价格为5.3元时,店铺所获利润最大
,函数g(x)在(0.+∞)上单调递增:
例2:(1)设隔热层厚度为xcm,
·x=1是方程f(x)=0的唯一解.
由题设,每年能源消耗费用为C(x)=3x+5
k
~当0<x<1时(x)=-nx-1>0.
40
又C(0)=8,k=40,因此C(x)=3+5而建造费用
当x>1时f(x)<0,函数f八x)在(0,1)上单调通增,在(1,
C,(x)=6x,从而隔热层建造费用与20年的能源消耗费用之和
+)上单调递减当x=1时,函数八x)有最大值,且最大
值是f八1)=-1,函数f(x)无最小值
为=20C0+G()=20×305+6c=00+6m(0≤
6.3利用导数解决实际问题
≤10)
关键能力·攻重难
2400
(2)f(x)=6-
例1:(1)因为x=5时,=11,所以号+10=11,a=2.
(3x+5,令f()=0.
即2400
(2)由()知,该商品每日的销售量了产,名3+10:-6八,
3=6,得=5=-含去
当0<x<5时(x)<0,当5<x<10时∫(x)>0.
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