内容正文:
2 三次函数的图象与性质
赢在微点 数学 大一轮
由教材探寻命题导向
教考衔接
源于教材 高于教材
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一、教材题组•加固练■
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人教A版选择性必修第二册
1
2
3
4
P87·例3
P91·例5
P93·例6
P104·9题
【选题说明】本组题中的4个小题均以三次函数为载体,考查三次函数的单调性、极值、最值问题,以及含有参数问题的解法.可以通过改编条件或设问,将教材问题变换为高考试题.
【题1】 求函数f(x)=x3-x2-2x+1的单调区间.
【题2】 求函数f(x)=x3-4x+4的极值.
【题3】 求函数f(x)=x3-4x+4在区间[0,3]上的最大值与最小值.
【题4】 已知函数f(x)=x(x-c)2在x=2处有极大值,求c的值.
【题1】 求函数f(x)=x3-x2-2x+1的单调区间.
函数f(x)=x3-x2-2x+1的定义域为R.对f(x)求导数,得f′(x)=x2-x-2=(x+1)(x-2).令f′(x)=0,解得x=-1,或x=2.x=-1和x=2把函数定义域划分成三个区间,f′(x)在各区间上的正负,以及f(x)的单调性如表所示.
x
(-∞,-1)
-1
(-1,2)
2
(2,+∞)
f′(x)
+
0
-
0
+
f(x)
单调递增
f(-1)=
单调递减
f(2)=-
单调递增
所以,f(x)在(-∞,-1)和(2,+∞)上单调递增,在(-1,2)内单调递减,如图所示.
【题2】 求函数f(x)=x3-4x+4的极值.
因为f(x)=x3-4x+4,所以f′(x)=x2-4=(x+2)(x-2).令f′(x)=0,解得x=-2,或x=2.当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如表所示.
x
(-∞,-2)
-2
(-2,2)
2
(2,+∞)
f′(x)
+
0
-
0
+
f(x)
单调递增
单调递减
-
单调递增
因此,当x=-2时,f(x)有极大值,并且极大值为f(-2)=;当x=2时,f(x)有极小值,并且极小值为f(2)=-.
函数f(x)=x3-4x+4的图象如图所示.
【题3】 求函数f(x)=x3-4x+4在区间[0,3]上的最大值与最小值.
由上题可知,在区间[0,3]上,当x=2时,函数f(x)=
x3-4x+4有极小值,并且极小值为f(2)=-.又由于
f(0)=4,f(3)=1,所以函数f(x)=x3-4x+4在区间[0,3]
上的最大值是4,最小值是-.上述结论可以从函数f(x)=
x3-4x+4在区间[0,3]上的图象得到直观验证.
【题4】 已知函数f(x)=x(x-c)2在x=2处有极大值,求c的值.
f′(x)=(x-c)2+2x(x-c)=(x-c)(3x-c).解法一:当f′(x)=0,即x=或x=c,函数f(x)可能有极值.由题意,当x=2时,函数f(x)有极大值,所以c>0.当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x
c
(c,+∞)
f′(x)
+
0
-
0
+
f(x)
单调递增
极大值
单调递减
极小值
单调递增
所以,当x=时,函数f(x)有极大值,此时=2,所以c=6.
解法二:因为f(x)在x=2处有极值,所以f′(2)=0,得c=2或c=6.当c=2时,f′(x)=(x-2)(3x-2),所以,当<x<2时,f′(x)<0,f(x)单调递减;当x>2时,f′(x)>0,f(x)单调递增,所以f(x)在x=2处取得极小值,不合题意.当c=6时,经检验符合题意,所以c=6.
【知识链接】 三次函数f(x)=ax3+bx2+cx+d(a、b、c、d∈R,且a≠0)的图象性质:
(1)性质一:定义域为R.
(2)性质二:值域为R,函数在整个定义域上没有最大值、最小值.
(3)性质三:单调性和图象:f′(x)=3ax2+2bx+c,其判别式Δ=4b2-12ac=4(b2-3ac).
a>0
a<0
图象
Δ>0
Δ≤0
Δ>0
Δ≤0
(4)三次函数的对称中心为,无对称轴.
二、创新变式·提升练■
【变式1】 若函数f(x)=x3+bx2+cx+d的单调递减区间为(-2,4),则b+c=( )
A.-27 B.-16
C.16 D.27
由题意f′(x)=3x2+2bx+c,且f′(x)<0的解集为(-2,4),故解得b=-3,c=-24,故b+c=-27.故选A.
【变式2】 (多选题)设函数f(x)=x2(x-3),则( )
A.x=2是f(x)的极小值点
B.当0<x<1时,f(x)<f(x2)
C.f(x)的图象关于(1,-2)中心对称
D.当x<0时,f(2-x)<f(x)-4
对于A,由f(x)=x2(x-3),得f(x)=x3-3x2,所以f′(x)=3x2-6x,当x<0或x>2时,f′(x)>0,f(x)在(-∞,0),(2,+∞)上均单调递增,当0<x<2时,f′(x)<0,f(x)在(0,2)上单调递减,故x=2是f(x)的极小值点,A正确;对于B,当0<x<1时,1>x>x2>0,而f(x)在(0,1)上单调递减,故f(x)<f(x2),B正确,对于C,由f(x)=x2(x-3)得f(2-x)=(2-x)2(-1-x)=-x3+3x2-4,故f(x)+f(2-x)=-4,即f(x)的图象关于(1,-2)中心对称,C正确;对于D,x<0时,f(2-x)-f(x)+4=-2x3+6x2>0,故f(2-x)>f(x)-4,D错误,故选ABC.
【变式3】 已知函数f(x)=x3-x2+6ax,若f(x)在(-1,+∞)上既有极大值,又有最小值,且最小值为3a-,则a的取值范围为( )
A. B.
C. D.
f′(x)=3x2-(6a+3)x+6a=(3x-6a)(x-1),令f′(x)=0,解得x=1或x=2a,因为f(1)=3a-,所以-1<2a<1,且f(-1)≥3a-,解得-<a≤-.故选C.
三、链接高考·体验练■
1.(多选题)(2024·新课标Ⅰ卷)设函数f(x)=(x-1)2(x-4),则( )
A.x=3是f(x)的极小值点
B.当0<x<1时,f(x)<f(x2)
C.当1<x<2时,-4<f(2x-1)<0
D.当-1<x<0时,f(2-x)>f(x)
因为f(x)=(x-1)2(x-4),所以f′(x)=2(x-1)(x-4)+(x-1)2=3(x-1)(x-3),令f′(x)=0,解得x=1或x=3,当x<1或x>3时,f′(x)>0,当1<x<3时,f′(x)<0,所以函数f(x)的单调递增区间为(-∞,1),(3,+∞),单调递减区间为(1,3),故x=1是函数f(x)的极大值点,x=3是函数f(x)的极小值点,所以A正确.当0<x<1时,x-x2=x(1-x)>0,即0<x2<x<1,又函数f(x)在(0,1)上单调递增,所以f(x2)<f(x),所以B错误.当1<x<2时,1<2x-1<3,函数f(x)在(1,3)上单调递减,所以-4=f(3)<f(2x-1)<f(1)=0,所以C正确.当-1<x<0时,f(2-x)-f(x)=(2-x-1)2(2-x-4)-(x-1)2(x-4)=(x-1)2(-x-2)-(x-1)2(x-4)=(x-1)2(-2x+2)=-2(x-1)3>0,所以f(2-x)>f(x),所以D正确.综上,选ACD.
2.(多选题)(2024·新课标Ⅱ卷)设函数f(x)=2x3-3ax2+1,则( )
A.当a>1时,f(x)有三个零点
B.当a<0时,x=0是f(x)的极大值点
C.存在a,b,使得x=b为曲线y=f(x)的对称轴
D.存在a,使得点(1,f(1))为曲线y=f(x)的对称中心
由题可知,f′(x)=6x(x-a).对于A,当a>1时,由f′(x)<0得0<x<a,由f′(x)>0得x<0或x>a,则f(x)在(-∞,0)上单调递增,在(0,a)上单调递减,在(a,+∞)上单调递增,且当x→-∞时,f(x)→-∞,f(0)=1,f(a)=-a3+1<0,当x→+∞时,f(x)→+∞,故f(x)有三个零点,A正确;对于B,当a<0时,由f′(x)<0得a<x<0,由f′(x)>0得x>0或x<a,则f(x)在(-∞,a)上单调递增,在(a,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,故x=0是f(x)的极小值点,B错误;对于C,当x→+∞时,f(x)→+∞,当x→-∞时,f(x)→-∞,故曲线y=f(x)必不存在对称轴,C错误;对于D,
解法一(配方、平移):f(x)=2x3-3ax2+1=23-a2+1-,令t=x-,则f(x)可转化为g(t)=2t3-a2t+1-,由y=2t3-a2t为奇函数,且其图象关于原点对称,可知g(t)的图象关于点对称,则f(x)的图象关于点对称,故存在a=2,使得点(1,f(1))为曲线y=f(x)的对称中心,D正确.解法二(二级结论):任意三次函数f(x)=ax3+bx2+cx+d(a≠0)的图象均关于点成中心对称,则=1,a=2,D正确.故选AD.
$$