内容正文:
第四课
导数应用
【网络体系】
1.函数的单调性、极值与导数
(1)函数的单调性与导数
在某个区间内,若都有f′(x)>0,则在这个区间上
y=f(x)是_______.
若都有f′(x)<0,则在这个区间上y=f(x)是_______.
增加的
减少的
(2)函数的极值与导数
①极大值:函数y=f(x)满足f′(x0)=0且在区间(a,x0)
上是增加的,_________;在区间(x0,b)上是减少的,
_________,则点x0是极大值点,f(x0)是极大值.
f′(x)>0
f′(x)<0
②极小值:函数y=f(x)满足f′(x0)=0且在区间(a,x0)
上是减少的,_________;在区间(x0,b)上是增加的,
_________,则点x0是极小值点,f(x0)是极小值.
f′(x)<0
f′(x)>0
2.求函数y=f(x)在[a,b]上的最大值与最小值的步骤
(1)求函数y=f(x)在(a,b)内的_____.
(2)将函数y=f(x)的各极值与_____________________
_____比较,其中最大的一个是最大值,最小的一个为
最小值.
极值
端点处的函数值f(a),
f(b)
【易错警示】
1.关于导数与函数的单调性
(1)运用导数判断函数的单调区间时,要注意在函数的定义域内判断.特别注意写单调区间时,区间之间用“和”或“,”隔开,绝对不能用“∪”连结.
(2)已知函数单调性求参数(或范围)时,要特别注意f′(x)≥0(f′(x)≤0)与f(x)单调性的关系:f(x)是增加(减少)的,一定可以推出f′(x)≥0(f′(x)≤ 0),但反之不一定,因为f′(x)≥0(f′(x)≤0),即为f′(x)>0(f′(x)<0)或f′(x)=0.当函数在某个区间内恒有f′(x)=0,则f(x)为常数,函数不具有单调性.
2.关于函数的极值(最值)
(1)求函数极值时,要注意x0是极值点的充要条件是x0点两侧导数异号,即若f′(x)在方程f′(x)=0的根x0的左右的符号:“左正右负”⇔f(x)在x0处取极大值;“左负右正”⇔f(x)在x0处取极小值,而不仅是f′(x0)=0.
(2)求函数的最值时要注意比较三类点:导数不存在的点、导数为0的点及区间端点的函数值,其中最大者便是f(x)在[a,b]上的最大值,最小者便是f(x)在[a,b]上的最小值.
类型一 导数与函数的单调性
【典例1】已知函数f(x)=x3+ax2+x+1,a∈R.
(1)讨论函数f(x)的单调区间.
(2)设函数f(x)在区间 内是减少的,求a的取
值范围.
【解析】(1)因为f(x)=x3+ax2+x+1,
所以f′(x)=3x2+2ax+1.
当Δ≤0,即a2≤3时,f′(x)≥0,f(x)在R上递增.
当a2>3,f′(x)=0求得两根为,x=
即f(x)在 上是增加的,
在 上是减少的,
在 上是增加的.
所以函数f(x)在 上是
增加的;
在 上是减少的.
(2)若函数在区间 内是减少的,则f′(x)=3x2+2ax+1两根在 区间外,
即 解得a≥2,
故a的取值范围是[2,+∞).
【方法技巧】
1.利用导数求函数单调区间的步骤
(1)确定函数的定义域.
(2)求导数f′(x).
(3)解不等式f′(x)>0或f′(x)<0.
(4)将(3)中的解集与(1)中的定义域取公共部分写出增(减)区间.
2.利用导数法解决取值范围问题的两个基本思路
(1)将问题转化为不等式在某区间上的恒成立问题,即f′(x)≥0(或f′(x)≤0)恒成立,利用分离参数或函数性质求解参数范围,然后检验参数取“=”时是否满足题意.
(2)先令f′(x)>0(或f′(x)<0),求出参数的取值范围后,再验证参数取“=”,看此时f(x)是否满足题意.通常验证参数取“=”这一步当不影响结果时可省略.
【变式训练】(1)已知函数f(x)=x3+bx2+cx+d的单调减区间为[-1,2],求b,c的值.
(2)设f(x)=ax3+x恰好有三个单调区间,求实数a的取值范围.
【解析】(1)因为函数f(x)的导函数f′(x)=3x2+2bx+c,
由题设知-1<x<2是不等式3x2+2bx+c<0的解.
所以-1,2是方程3x2+2bx+c=0的两个实根,
所以-1+2=- b,(-1)×2= ,即b=- ,c=-6.
(2)因为f′(x)=3ax2+1,且f(x)有三个单调区间,
所以方程f′(x