内容正文:
微练(二十三)
导数与函数的极值、最值
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基础过关
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素养提升
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一、单项选择题
1.定义在区间上的函数f(x)的导函数f′(x)的图象如图所示,则下列结论正确的是( )
A.函数f(x)在区间(1,4)内单调递增
B.函数f(x)在区间(1,3)内单调递减
C.函数f(x)在x=1处取得极大值
D.函数f(x)在x=0处取得极大值
在区间(1,4)内f′(x)>0,故函数f(x)在区间(1,4)内单调递增,故A正确;在区间(1,3)内f′(x)>0,故函数f(x)在区间(1,3)内单调递增,故B错误;当x∈(0,4)时,f′(x)>0,可知函数f(x)在(0,4)内单调递增,故x=1不是函数f(x)的极值点,故C错误;当x∈时,f′(x)<0,f(x)单调递减,当x∈(0,4)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,故函数f(x)在x=0处取得极小值,故D错误,故选A.
2.(2025·重庆模拟)已知函数f(x)=-xex,那么f(x)的极大值是( )
A. B.- C.-e D.e
因为函数f(x)=-xex,所以f′(x)=-(x+1)ex.令f′(x)=0,得x=-1,当x<-1时,f′(x)>0;当x>-1时,f′(x)<0,所以f(x)在(-∞,-1)上单调递增,在(-1,+∞)上单调递减,所以f(x)极大值=f(-1)=,故选A.
3.函数f(x)=在[0,2]上的最小值是( )
A. B. C.0 D.
因为f(x)=,所以f′(x)==,当x∈[0,1]时,f′(x)≥0,函数f(x)单调递增;当x∈(1,2]时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,又因为当x=0时,f(0)=0,当x=2时,f(2)=,所以函数f(x)的最小值为0.故选C.
4.若x=1是函数f(x)=x3+(a+1)x2-(a2+a-3)x的极值点,则a的值为( )
A.-2 B.3 C.-2或3 D.-3或2
f(x)=x3+(a+1)x2-(a2+a-3)x,则f′(x)=x2+2(a+1)x-(a2+a-3),由题意可知f′(1)=0,即1+2(a+1)-(a2+a-3)=0,解得a=3或a=-2.当a=3时,f′(x)=x2+8x-9=(x+9)(x-1),当x>1或x<-9时,f′(x)>0,
函数f(x)单调递增;当-9<x<1时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,显然x=1是函数f(x)的极值点;当a=-2时,f′(x)=x2-2x+1=(x-1)2≥0,函数f(x)在R上单调递增,没有极值点,故选B.
5.(2025·乌鲁木齐质量检测)设x1,x2是函数f(x)=x3+ax2+x+1的两个极值点,若x1+3x2=-2,则a=( )
A.0 B.1 C.2 D.3
令f′(x)=3x2+2ax+1=0,则有Δ=4a2-12>0,x1+x2=-,x1x2=①,又x1+3x2=-2②,结合①②可得x2=-,x1=-1,所以-=-,即a=2,故选C.
6.已知函数f(x)=ex+x2+(a-2)x+1在区间(0,1)上有最小值,则实数a的取值范围是( )
A.(-e,1) B.(1-e,1)
C.(-e,+∞) D.(0,e)
由f(x)=ex+x2+(a-2)x+1得f′(x)=ex+2x+a-2,易知f′(x)在(0,1)上单调递增,因为f(x)在(0,1)上有最小值,故即解得-e<a<1.故选A.
二、多项选择题
7.对于函数f(x)=x3-3x,下列结论中正确的是( )
A.f(x)是奇函数
B.f(x)在区间(-∞,-1)和(1,+∞)上单调递增
C.f(x)在x=-1处取得极大值2
D.f(x)的值域是[-2,2]
对于A,因为对∀x∈R,f(-x)=-x3+3x=-f(x),故A正确;对于B,f′(x)=3x2-3=3(x-1)(x+1),令f′(x)>0可得x<-1或x>1,令f′(x)<0 可得-1<x<1,所以函数f(x)在(-∞,-1)和(1,+∞)上单调递增,在(-1,1)上单调递减,故B正确;对于C,由f′(x)=3x2-3=0,得x=±1,结合选项B可知,x=-1是函数f(x)的极大值点,此时函数f(x)的极大值为f(-1)=-1+3=2,故C正确;对于D,由B选项可知,
函数f(x)在(-∞,-1)和(1,+∞)上单调递增,在(-1,1)
上单调递减,作出f(x)的大致图象如图所示,所以f(x)无最
大值,无最小值,故D错误.故选ABC.
8.(2023·新课标Ⅱ卷)若函数f(x)=aln x++(a≠0)既有极大值也有极小值,则( )
A.bc>0 B.ab>0 C.b2+8ac>0 D.ac<0
由题意得f′(x)=++=(a≠0),x∈(0,+∞),因为y=f(x)既有极大值也有极小值,所以y=ax2-bx-2c在(0,+∞)上有两个变号零点.设方程ax2-bx-2c=0的两根分别为x1,x2(x1>0,x2>0,
x1≠x2),所以所以ab>0,ac<0,b2+8ac>0,bc<0.故选BCD.
三、填空题
9.已知函数f(x)=x3+ax2+bx+a2在x=1处取得极值10,则f(2)的值为________.
f′(x)=3x2+2ax+b,由题意,得即解得或当a=-3,b=3时,f′(x)=3(x-1)2≥0,f(x)无极值.当a=4,b=-11时,令f′(x)=3x2+8x-11=0,得x1=1,x2=-.当x变化时,f′(x),的变化情况如下表:
18
x
-
1
(1,+∞)
f′(x)
+
0
-
0
+
f(x)
单调递增
单调递减
10
单调递增
所以f(x)=x3+4x2-11x+16,f(2)=18.
10.已知f(x)是奇函数,当x∈(0,2)时,f(x)=ln x-x,则当x∈(-2,0)时,f(x)的最小值为________.
因为x∈(-2,0),所以-x∈(0,2),所以f(-x)=ln(-x)+x,又因为f(x)是奇函数,所以f(x)=-f(-x)=-ln(-x)-x,所以当x∈(-2,0)时,f(x)=-ln(-x)-x,f′(x)=--1=-,令f′(x)=0,得x=-1,则f(x)在(-2,-1)上单调递减,在(-1,0)上单调递增,所以f(x)min=f(-1)=-ln 1+1=1.所以当x∈(-2,0)时,f(x)的最小值为1.
1
11.(2025·南宁模拟)已知函数f(x)=(x-1)ex+ax2的最小值为-1,则实数a的取值范围为________.
因为f(x)=(x-1)ex+ax2,所以f′(x)=xex+2ax=x(ex+2a),①若a≥0,则当x∈(-∞,0)时,f′(x)<0,故f(x)在(-∞,0)上单调递减,当x∈(0,+∞)时,f′(x)>0,故f(x)在(0,+∞)上单调递增,当x=0时,f(x)有最小值f(0)=-1.②若a<0,则当x→-∞时,f(x)→-∞,不符合题意.故实数a的取值范围为[0,+∞).
[0,+∞)
四、解答题
12.(2025·安徽黄山质检)已知函数f(x)=x2-4ax+a2ln x在x=1处取得极大值.
(1)求a的值;
f′(x)=3x-4a+.由f(x)在x=1处取得极大值得f′(1)=3-4a+a2=0,解得a=1或a=3,经检验,a=1时不符合题意,应舍去,故a=3.
(2)求f(x)在区间上的最大值.
由(1)得f(x)=x2-12x+9ln x,f′(x)=,x∈,令f′(x)>0,得<x<1,f(x)单调递增,令f′(x)<0,得1<x<e,f(x)单调递减,所以f(x)max=f(1)=-12=-.
13.(2025·济南模拟)已知函数f(x)=e2x+ex-ax.
(1)当a=3时,求f(x)的单调区间;
当a=3时,f(x)=e2x+ex-3x,则f′(x)=2e2x+ex-3=(2ex+3)(ex-1),由f′(x)>0,得x>0,此时f(x)单调递增;由f′(x)<0,得x<0,此时f(x)单调递减,所以f(x)的单调递增区间为(0,+∞),单调递减区间为
(-∞,0).
(2)讨论f(x)极值点的个数.
由题意知,f′(x)=2e2x+ex-a.当a≤0时,f′(x)>0,所以f(x)在R上单调递增,即f(x)极值点的个数为0.当a>0时,易知1+8a>1,令ex=t(t>0),则y=2t2+t-a(t>0),故解关于t的方程2t2+t-a=0得,t1=(舍),t2=,所以t∈(0,t2)时,y<0;t∈(t2,+∞)时,y>0,所以x>ln t2时,f′(x)>0,f(x)单调递增;x<ln t2时,f′(x)<0,f(x)单调递减,即f(x)极值点的个数为1.综上,当a≤0时,f(x)极值点的个数为0;当a>0时,f(x)极值点的个数为1.
14.(多选题)已知函数f(x)=x3-(3a2-6a)x+2有两个极值点,则( )
A.f(x)的图象关于点(0,2)对称
B.f(x)的极值之和为-4
C.∃a∈R,使得f(x)有三个零点
D.若g(x)=f(x)+ax2在x=0处取得极小值,则a=0或a=2
因为函数f(x)=x3-(3a2-6a)x+2,函数f(x)的图象可由函数h(x)=x3-(3a2-6a)x的图象向上平移2个单位长度得到,又因为h(-x)=(-x)3-(3a2-6a)(-x)=-x3+(3a2-6a)x=-h(x),可得函数h(x)为奇函数,其图象关于原点对称,所以函数f(x)的图象关于点(0,2)对称,所以A正确;不妨设函数f(x)的两个极值点分别为x1,x2(x1<x2),因为f(x)的图象关于点(0,2)对称,可得x1+x2=0,所以f(x1)+f(x2)=2×2=4,所以B错误;例如:当a=3时,函数f(x)=x3-9x+2,可得f′(x)=3x2-9=3(x2-3),令f′(x)=0,可得x1=-和x2=,当x<-时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当
-<x<时,f′(x)<0,f(x)单调递减;当x>时,f′(x)>0,f(x)单调递增.又由f(-)=6+2>0,f()=-6+2<0,所以∃a∈R,使得函数f(x)有三个零点,所以C正确;由函数g(x)=f(x)+ax2=x3+ax2-(3a2-6a)x+2,可得g′(x)=3x2+ax-(3a2-6a),因为函数g(x)在x=0处取得极小值,可得g′(0)=3a2-6a=0,解得a=0或a=2,当a=0时,g′(x)=3x2≥0,函数g(x)单调递增,没有极值点,所以D错误.故选AC.
15.已知三次函数f(x)=x3+bx2+cx+d,其导函数为f′(x),存在t∈(1,4),满足f(2-t)=f(t)=f′(t)=0.记f(x)的极大值为M,则M的取值范围是________.
(0,32)
因为f(2-t)=f(t)=f′(t)=0,所以t是f(x)的零点也是极值点,2-t也是f(x)的零点.不妨设f(x)=(x+t-2)(x-t)2,故f′(x)=(x-t)2+2(x+t-2)(x-t)=(x-t)(x-t+2x+2t-4)=(x-t)(3x+t-4).因为t∈(1,4),所以
<t,故当x>t或x<时,f′(x)>0,f(x)单调递增,当<x<t时,f′(x)<0,f(x)单调递减,可得f(x)的极大值M=f=(t-1)3.因为t∈(1,4),所以M=(t-1)3∈(0,32).
16.(2025·八省联考)已知函数f(x)=aln x+-x.
(1)设a=1,b=-2,求曲线y=f(x)的斜率为2的切线方程;
f(x)=ln x--x,f′(x)=+-1=2⇒(3x+2)(x-1)=0,因为x>0,所以x=1,故切点为(1,-3),k=2,所以切线方程为y+3=2(x-1),即y=2x-5.
(2)若x=1是f(x)的极小值点,求b的取值范围.
f′(x)=--1,因为x=1为f(x)的极小值点,所以f′(1)=a-b-1=0,a=b+1,所以f′(x)=-=-,x>0.①当b≤0时,x-b>0,令f′(x)=0⇒x=1,此时当0<x<1时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x>1时,f′(x)<0,f(x)单调递减,f(x)在x=1取得极大值,舍去.②当b=1时,f′(x)=-≤0,f(x)在(0,+∞)上单调递减,
f(x)不存在极值,舍去.③当0<b<1时,当0<x<b时,f′(x)<0,f(x)单调递减;当b<x<1时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x>1时,f′(x)<0,f(x)单调递减,此时,f(x)在x=1取得极大值,舍去.④当b>1时,当0<x<1时,f′(x)<0,f(x)单调递减;当1<x<b时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x>b时,f′(x)<0,f(x)单调递减,此时f(x)在x=1取得极小值,符合.综上,b的取值范围为(1,+∞).
$$