内容正文:
第二章 导数及其应用
6.2 函数的极值
基础过关练
题组一 函数极值的概念及其求解
1.(多选题)(2024陕西西安西工大附中期末)下列关于函数极值的说法正确的是( )
A.导数值为0的点一定是函数的极值点
B.函数的极小值可能大于它的极大值
C.函数在定义域内必有一个极小值和一个极大值
D.若f(x)在区间(a,b)上有极值,则f(x)在区间(a,b)上不单调
2.(2025河南开封五校期中)函数f(x)=ex-x-2的极小值点为( )
A.-2 B.-1 C.0 D.1
3.(2024天津红桥期中)已知函数f(x)在R上可导,其导函数为f'(x),且函数g(x)=xf'(x)的图象如图所示,则下列结论一定成立的是( )
A.f(x)有两个极值点
B.f(x)有两个极小值
C.f(0)为f(x)的极小值
D.f(-1)为f(x)的极小值
4.(2025江苏苏北七市三调)设函数f(x)的定义域为R,x0(x0≠0)是f(x)的极大值点,则( )
A.-x0是f(-x)的极小值点
B.-x0是-f(x)的极大值点
C.-x0是-f(-x)的极小值点
D.-x0是f(|x|)的极大值点
5.(2024广东东莞第一中学月考)一个矩形铁皮的长为8 cm,宽为5 cm,在四个角上截去四个相同的小正方形,制成一个无盖的小盒子,若记小正方形的边长为x cm,小盒子的容积为V cm3,则( )
A.当x=1时,V取得极小值
B.当x=1时,V取得极大值
C.当x=时,V取得极小值
D.当x=时,V取得极大值
6.(2025江西宜春联考)已知曲线y=f(x)=(x2-ax-a)ex在点(0, f(0))处的切线平行于直线2x+y+1=0.
(1)求a的值;
(2)求f(x)的极值.
题组二 含参函数的极值问题
7.(2024广东江门调研)设a∈R,若函数y=eax+3x,x∈R有大于零的极值点,则( )
A.a>-3 B.a<-3
C.a>- D.a<-
8.(2025江西南昌部分学校一联)若函数f(x)=2x3-3mx2+6x存在两个极值点,则m的取值范围是( )
A.(-∞,-2]∪[2,+∞)
B.(-∞,-2)∪(2,+∞)
C.(-2,2)
D.[-2,2]
9.(2024江西赣州期中)已知函数f(x)的导数f'(x)=a(x+1)(x-a),且f(x)在x=a处取得极大值,则实数a的取值范围是( )
A.a>-1 B.-1<a<0
C.0<a<1 D.a>1
10.(2025安徽A10联盟期中)已知函数f(x)=x3+3ax2+bx+a2在x=-1处取得极值0,则a= .
11.(2023江西贵溪实验中学月考)已知函数f(x)=x3-ax+a,a∈R,讨论f(x)的极值点的个数.
题组三 函数极值的综合应用
12.(2023湖北部分重点中学二联)已知函数f(x)=x3-ax2-bx+a2,则“a+b=7”是“函数f(x)在x=1处有极值10”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
13.(2025江西宜春一中期中)在等比数列{an}中,a3,a7是函数f(x)=x3+4x2+9x-1的极值点,则a5=( )
A.3 B.-3 C.-4 D.4
14.已知三次函数f(x)=mx3+nx2+px+2q的图象如图所示,则 = .
15.(2025广东肇庆期中)已知函数f(x)=x2+aln x(a∈R).
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若函数g(x)=f(x)-4x+5恰有两个极值点,求a的取值范围.
16.(2025河南洛阳强基联盟联考)已知函数f(x)=x3+ax2+bx-c在x=-及x=1处取得极值.
(1)求a,b的值;
(2)若关于x的方程f(x)=0有三个不同的实根,求实数c的取值范围.
能力提升练
题组一 函数极值的求解
1.(2025安徽铜陵一中期中)已知函数f(x)的定义域为R,且f(x)的图象是一条连续不断的曲线, f(x)的导函数为f'(x),若函数g(x)=(x+2)f'(x)的图象如图所示,则( )
A.当x=-2时, f(x)有极值 B.f(x)在(-1,1)内单调递减
C.f(x)在(2,+∞)内单调递增 D.当x=-3时, f'(x)>0
2.(2024江西抚州期末)在①f(-1)=-4,f'(1)=0;②f(1)=0,f'(0)=1;③f(x)的图象在点(-1,f(-1))处的切线方程为y=8x+4这三个条件中任选一个,补充在下面的问题中并作答.
已知函数f(x)=x3+ax2+bx,且 .
(1)求a,b的值;
(2)求函数f(x)的极小值.
题组二 含参函数的极值问题
3.(2024江西新余期末)已知函数f(x)=x(x-m)2在x=-1处取得极小值,则实数m的值为( )
A.3 B.1 C.-1 D.-3
4.(2024河南南阳期末)设函数f(x)=ln x-ax2-bx,若x=1是f(x)的极大值点,则实数a的取值范围为( )
A.(-1,0) B.(-1,+∞)
C.(0,+∞) D.(-∞,-1)∪(0,+∞)
5.(2023广东惠州一中月考)若函数f(x)=-x3+ax2-4x在区间(0,2)上只有一个极值点,则实数a的取值范围为( )
A.(4,+∞) B.[4,+∞)
C.(4,+∞)∪{2} D.[4,+∞)∪{2}
6.(2025河南驻马店新蔡一高月考)已知a为常数,函数f(x)=xln x-ax2+x有两个极值点,则实数a的取值范围为 .
7.(2025江西新余分宜中学月考)已知函数f(x)=2x-aln x-,a∈R.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)在区间(1,4)上存在极值,且此极值小于-aln ,求a的取值范围.
8.(2024福建宁德古田一中月考)已知函数f(x)=(1-x)2-3aln(2+x).
(1)若a=-1,求函数f(x)的单调区间;
(2)若f(x)有两个极值点,求实数a的取值范围.
题组三 函数极值的综合应用
9.(2024广东广州期末)设函数f(x)在R上可导,其导函数为f'(x),且函数f(x)在x=-3处取得极大值,则函数y=xf'(x)的图象可能是( )
A
B
C
D
10.(2023河南南乐一中月考)记p:“方程(m-1)x2+(3-m)y2=1表示椭圆”,q:“函数f(x)=x3+(m-2)x2+x无极值”,则p是q的( )
A.充要条件
B.充分不必要条件
C.必要不充分条件
D.既不充分也不必要条件
11.(2023北京朝阳期末)已知函数f(x)=x3+ax2+x+1(a∈R)有两个极值点x1,x2(x1<x2),则( )
A.a<-或a>
B.x1是f(x)的极小值点
C.x1+x2=
D.x1x2=-
12.(多选题)(2025河南青桐鸣大联考)已知函数f(x)=-(a∈R),则下列结论正确的是( )
A.当a=0时, f(x)有极大值
B.当a>0时, f(-2)<f(-1)
C.∀a∈R, f(x)≥0恒成立
D.当f(x)有且仅有两个零点时,a=
13.(2025安徽安庆一中月考)已知函数f(x)=ln x+1-2a-x+.
(1)若a=,求曲线y=f(x)在点(1, f(1))处的切线方程;
(2)若函数f(x)=ln x+1-2a-x+有两个不同的极值点x1,x2,且x1>0,x2>0.
(i)求a的取值范围;
(ii)求f(x)的极大值与极小值之和的取值范围.
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.BD
2.C
3.B
4.C
5.B
7.B
8.B
9.B
12.B
13.B
1.BD
2.C 由题得f(x)的定义域为R,f'(x)=ex-1,
由f'(x)>0,得x>0,由f'(x)<0,得x<0,
所以f(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,所以f(x)的极小值点为0.
3.B 由题图可得当x∈(-∞,-2)时,xf'(x)>0,
所以f'(x)<0, f(x)单调递减;
当x∈(-2,0)时,xf'(x)<0,
所以f'(x)>0, f(x)单调递增;
当x∈(0,1)时,xf'(x)<0,
所以f'(x)<0, f(x)单调递减;
当x∈(1,+∞)时,xf'(x)>0,
所以f'(x)>0, f(x)单调递增,
所以当x=-2时, f(x)有极小值;当x=0时, f(x)有极大值;当x=1时, f(x)有极小值,故B正确.
4.C 对于A, f(-x)的图象和f(x)的图象关于y轴对称,因为x0(x0≠0)是f(x)的极大值点,所以-x0是f(-x)的极大值点,A错误;
对于C,-f(-x)的图象和f(x)的图象关于原点对称,因为x0(x0≠0)是f(x)的极大值点,所以-x0是-f(-x)的极小值点,C正确;
取f(x)=-(x+1)2,
对于B,x0=-1是f(x)的极大值点,-f(x)=(x+1)2,故1不是-f(x)的极大值点,B错误;
对于D, f(|x|)=-(|x|+1)2,易知f(|x|)为偶函数,且在(0,+∞)上单调递减,故1不是f(|x|)的极大值点,D错误.
5.B 小盒子的容积为V=x(8-2x)(5-2x)=4x3-26x2+40x,所以V'=12x2-52x+40,令V'=0,得x=1或x=(舍去),
当0<x<1时,V'>0,当1<x<时,V'<0,
所以函数V=4x3-26x2+40x在(0,1)上单调递增,在上单调递减,
所以当x=1时,V取得极大值,无极小值.
6.解析 (1)f'(x)=(2x-a)ex+(x2-ax-a)ex=(x2+2x-ax-2a)ex,
由题意得f'(0)=-2a=-2,解得a=1.
(2)由(1)知f(x)=(x2-x-1)ex,则f'(x)=(x2+x-2)·ex=ex·(x-1)(x+2),
当x∈(-∞,-2)时, f'(x)>0, f(x)单调递增;
当x∈(-2,1)时, f'(x)<0, f(x)单调递减;
当x∈(1,+∞)时, f'(x)>0,f(x)单调递增.
故f(x)的极大值为f(-2)=,极小值为f(1)=-e.
7.B 设f(x)=eax+3x,则f'(x)=3+aeax.
由题意得f'(x)=3+aeax=0有正根,则a<0,此时x=ln.由x>0,得a<-3.
8.B 由函数f(x)=2x3-3mx2+6x存在两个极值点,得f'(x)=6x2-6mx+6有两个变号零点,
因此Δ=36m2-144>0,解得m<-2或m>2,所以m的取值范围是(-∞,-2)∪(2,+∞).
9.B 当a>0时,方程a(x+1)(x-a)=0的较小的实数根为函数f(x)的极大值点,故无解;当a=0时, f'(x)=0恒成立, f(x)无极值点,不符合题意;当a<0时,方程a(x+1)(x-a)=0的较大的实数根为函数f(x)的极大值点,故即-1<a<0.因此a的取值范围是-1<a<0.
10.答案 2
解析 f'(x)=3x2+6ax+b.
因为函数f(x)在x=-1处取得极值0,
所以解得或
当时, f(x)=x3+3x2+3x+1,
则f'(x)=3x2+6x+3=3(x+1)2≥0,此时函数f(x)在R上单调递增,无极值,不符合题意;
当时, f(x)=x3+6x2+9x+4,
则f'(x)=3x2+12x+9=3(x+1)(x+3),
令f'(x)>0,得x<-3或x>-1,令f'(x)<0,得-3<x<-1,所以函数f(x)在(-∞,-3)和(-1,+∞)上单调递增,在(-3,-1)上单调递减,
则当x=-1时,函数f(x)取得极小值,且极小值为f(-1)=-1+6-9+4=0.
综上所述,a=2.
易错警示 可导函数的极值点处的导数为0,反之,使导数为0的x不一定是极值点,故由函数极值点处的导数为0求出参数的值后,要注意检验参数的值是否符合题意.
11.解析 易得f'(x)=x2-a,
当a≤0时,f'(x)≥0恒成立,当且仅当a=0,且x=0时为0,故f(x)在R上单调递增,不存在极值点.
当a>0时,令f'(x)>0,即x2-a>0,解得x<-或x>,令f'(x)<0,即x2-a<0,解得-<x<,
故f(x)在(-∞,-),(,+∞)上单调递增,在(-,)上单调递减,
所以f(x)在x=-处取得极大值,在x=处取得极小值,此时极值点的个数为2.
综上所述,当a≤0时,f(x)无极值点,当a>0时,f(x)有2个极值点.
12.B 因为f(x)=x3-ax2-bx+a2,所以f'(x)=3x2-2ax-b,若f(x)在x=1处有极值10,则解得或当时,f'(x)=3x2-6x+3=3(x-1)2≥0,且不恒为0,故f(x)单调递增,无极值点,舍去;当时,f'(x)=3x2+8x-11=(3x+11)(x-1),当x>1或x<-时,f'(x)>0,当-<x<1时,f'(x)<0,故f(x)在x=1处取得极值,此时a+b=7.
所以由“函数f(x)在x=1处有极值10”能推出“a+b=7”,即必要性成立,显然由“a+b=7”不能推出“函数f(x)在x=1处有极值10”,即充分性不成立,故“a+b=7”是“函数f(x)在x=1处有极值10”的必要不充分条件.
13.B f'(x)=x2+8x+9.
因为a3,a7是函数f(x)的极值点,所以a3,a7是方程f'(x)=0的两个实数根,
所以a3+a7=-8<0,a3a7=9>0,所以a3<0,a7<0,
因为等比数列奇数项同号,所以a5<0,
由等比数列的性质可知=a3a7=9,所以a5=-3.
14.答案 1
解析 由题意得m≠0,且f'(x)=3mx2+2nx+p,
由题图可知x=2是函数f(x)的极大值点,x=-1是函数f(x)的极小值点,即2,-1是f'(x)=0的两个实数根,由得2n=-3m,
∵f'(0)=p, f'(1)=3m+2n+p=p,∴=1.
15.解析 (1)f'(x)=x+=(x>0),
当a≥0时, f'(x)>0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当a<0时,令f'(x)=0,得x=,
当0<x<时, f'(x)<0,当x>时, f'(x)>0,
则函数f(x)在(0,)上单调递减,在(,+∞)上单调递增.
综上可得,当a≥0时,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当a<0时,函数f(x)在(0,)上单调递减,在(,+∞)上单调递增.
(2)由g(x)=x2+aln x-4x+5,可得g'(x)=x+-4=(x>0),
由函数g(x)恰有两个极值点,知方程g'(x)=0存在两个不相等的正实数根,
令h(x)=x2-4x+a,则
解得0<a<4,即a的取值范围为(0,4).
16.解析 (1)f'(x)=3x2+2ax+b.
由函数f(x)在x=-及x=1处取得极值,得解得则f(x)=x3-x2-x-c, f'(x)=3x2-2x-1=(3x+1)(x-1),
由f'(x)>0得x<-或x>1,
由f'(x)<0得-<x<1,
所以f(x)在和(1,+∞)上单调递增,在上单调递减,则x=-和x=1分别为f(x)的极大值点和极小值点.
故a=-1,b=-1.
(2)由(1)可知, f(x)在x=-处取得极大值,在x=1处取得极小值,
又f(x)=0有三个不同的实根,
所以解得-1<c<,
所以实数c的取值范围是.
能力提升练
1.C
3.D
4.B
5.B
9.D
10.B
11.A
12.ABD
1.C 根据题中g(x)的图象,当x<-2时,g(x)=(x+2)·f'(x)>0,则f'(x)<0,
当-2<x<0时,g(x)=(x+2)f'(x)<0,则f'(x)<0,
当x>0时,g(x)=(x+2)f'(x)≥0,则f'(x)≥0,
且仅f'(2)=0,所以f(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增.
对于A,x=-2左右两侧导函数符号不变,故A错误;
对于B, f(x)在(-1,1)内有增有减,故B错误;
易知C正确;
对于D,当x=-3时, f'(x)<0,故D错误.
2.解析 (1)选择①,∵f(x)=x3+ax2+bx,
∴f'(x)=3x2+2ax+b,
由已知可得解得
选择②,∵f(x)=x3+ax2+bx,
∴f'(x)=3x2+2ax+b,
由已知可得解得
选择③,∵f(x)=x3+ax2+bx,∴f'(x)=3x2+2ax+b,
∵函数f(x)的图象在点(-1,f(-1))处的切线方程为y=8x+4,∴解得
(2)由(1)得f(x)=x3-2x2+x,f'(x)=3x2-4x+1,
令f'(x)=0,得x1=,x2=1,列表如下:
x
1
(1,+∞)
f'(x)
+
0
-
0
+
f(x)
↗
极大值
↘
极小值
↗
∴函数f(x)的极小值为f(1)=0.
3.D ∵f(x)=x(x-m)2,∴f'(x)=3x2-4mx+m2,
∵f(x)在x=-1处取得极小值,
∴f'(-1)=0,即3+4m+m2=0,
解得m=-1或m=-3.
当m=-1时,f'(x)=3x2+4x+1=(3x+1)(x+1),
当x<-1时,f'(x)>0,当-1<x<-时,f'(x)<0,
所以f(x)在x=-1处取得极大值,不满足题意,舍去;
当m=-3时,f'(x)=3x2+12x+9=3(x+3)(x+1),
当-3<x<-1时,f'(x)<0,当x>-1时,f'(x)>0,
所以f(x)在x=-1处取得极小值,满足题意.
综上,m=-3.
4.B 因为f(x)=ln x-ax2-bx,
所以f'(x)=-ax-b,x>0,
由题意得f'(1)=0,则b=1-a,
则f'(x)=-ax+a-1=-,x>0.
若a≥0,则由f'(x)=0,得x=1.
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,
所以x=1是f(x)的极大值点,满足题意.
若a<0,则由f'(x)=0,得x=1或x=-.
因为x=1是f(x)的极大值点,
所以->1,所以-1<a<0.
综上,a的取值范围是a>-1.
5.B 易得f'(x)=-3x2+2ax-4,若f(x)在区间(0,2)上只有一个极值点,则f'(x)=0在(0,2)上有且仅有一个实数根,且Δ=4a2-4×(-3)×(-4)>0,即a>2或a<-2.
令-3x2+2ax-4=0,x∈(0,2),则a=x+,
令g(x)=x+,x∈(0,2),
则g(x)的图象与直线y=a仅有一个交点,易得g(x)在上单调递减,在上单调递增,且g=2,g(2)=4,画出y=g(x)的图象如图所示,
由图可知a≥4或a=2,又a>2或a<-2,故a≥4.
6.答案
解析 f'(x)=ln x+2-2ax,因为函数f(x)有两个极值点,所以f'(x)有两个零点,
即函数y=ln x与函数y=2ax-2的图象有两个交点,
当两函数图象相切时,设切点为(x0,y0),对函数y=ln x求导,得y'=,
则有解得
要使函数y=ln x与函数y=2ax-2的图象有两个交点,则需0<2a<e,即0<a<.
7.解析 (1)f'(x)=2-=(x>0),
当a≤0时, f'(x)>0恒成立, f(x)在(0,+∞)上单调递增.
当a>0时,令f'(x)=0,解得x=,
当x∈时, f'(x)<0, f(x)单调递减;
当x∈时, f'(x)>0, f(x)单调递增.
综上可知,当a≤0时, f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当a>0时, f(x)在上单调递减,在上单调递增.
(2)由(1)知,当a≤0时, f(x)无极值,
当a>0时, f(x)在x=处取得极小值,且极小值为f=a-aln -,
所以解得4<a<8.
所以a的取值范围为(4,8).
8.解析 (1)当a=-1时,f(x)=(1-x)2+3ln(2+x)(x>-2),f'(x)=2x-2+=(x>-2).
令f'(x)>0,得-2<x<或x>,此时f(x)单调递增,令f'(x)<0,得<x<,此时f(x)单调递减,
则f(x)的单调递增区间为,,单调递减区间为.
(2)易得函数f(x)=(1-x)2-3aln(2+x)的定义域为{x|x>-2},f'(x)=2x-2-3a·=.
若函数f(x)有两个极值点,
则f'(x)=0在(-2,+∞)上有两个不等实根,
即方程2x2+2x-3a-4=0在(-2,+∞)上有两个不等实根.
设g(x)=2x2+2x-3a-4,
结合g(x)的图象(图略)可得
解得-<a<0.
故实数a的取值范围为-<a<0.
9.D 由题意得,在-3左侧附近,f'(x)>0;当x=-3时,f'(x)=0;在-3右侧附近,f'(x)<0.
所以在-3左侧附近,xf'(x)<0;当x=-3时,xf'(x)=0;在-3右侧附近,xf'(x)>0.故D满足题意.
10.B 由方程(m-1)x2+(3-m)y2=1表示椭圆,可得解得1<m<3且m≠2.
由函数f(x)=x3+(m-2)x2+x无极值,可得f'(x)=x2+2(m-2)x+1的图象至多与x轴有一个交点,
所以Δ=4(m-2)2-4≤0,解得1≤m≤3.
因为{m|1<m<3且m≠2}⫋{m|1≤m≤3},
所以p是q的充分不必要条件.
11.A 因为函数f(x)=x3+ax2+x+1(a∈R)有两个极值点x1,x2(x1<x2),
所以f'(x)=3x2+2ax+1=0有两个实数根x1,x2,
所以x1+x2=-,x1x2=,Δ=(2a)2-4×3×1>0,所以a<-或a>,故A正确,C,D错误;
因为f'(x)=3x2+2ax+1=0有两个实数根x1,x2(x1<x2),f'(x)的图象开口向上,所以在(-∞,x1),(x2,+∞)上,f'(x)>0,在(x1,x2)上,f'(x)<0,
所以f(x)在(-∞,x1)上单调递增,在(x1,x2)上单调递减,所以x1是f(x)的极大值点,故B错误.
12.ABD 对于A,当a=0时, f(x)=,则f'(x)=,
令f'(x)=0,解得x=1,则当x<1时, f'(x)>0,当x>1时, f'(x)<0,
故f(x)在(-∞,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,所以f(x)在x=1处取得极大值,A正确;
对于B, f'(x)=+,当a>0,x<0时, f'(x)>0,
此时f(x)在(-∞,0)上单调递增,则f(-2)<f(-1),B正确;
对于C,若a=0,则当x<0时, f(x)<0,C错误;
对于D,令f(x)=0,得a=(x≠0),
令g(x)=(x≠0),则g'(x)=(x≠0),
当x∈(-∞,0)∪(2,+∞)时,g'(x)<0,当x∈(0,2)时,g'(x)>0,
故g(x)在(-∞,0),(2,+∞)上单调递减,在(0,2)上单调递增,且g(2)=,
当x≠0时,g(x)=>0恒成立,
画出g(x)的大致图象,如下:
可知当f(x)有且仅有两个零点时,a=,D正确.
13.解析 (1)当a=时, f(x)=ln x-x+,则f'(x)=-1-,可得f'(1)=-, f(1)=-,
则曲线y=f(x)在点(1, f(1))处的切线方程为y+=-(x-1),即x+2y=0.
(2)(i)f'(x)=-1-=,
因为函数f(x)=ln x+1-2a-x+有两个不同的极值点x1,x2,且x1>0,x2>0,
所以方程x2-x+a=0有两个不相等的正实数根x1,x2,则解得0<a<,
即a的取值范围为.
(ii)不妨设0<x1<x2,由f'(x)<0,可得0<x<x1或x>x2,由f'(x)>0,可得x1<x<x2,
所以函数f(x)在(0,x1),(x2,+∞)上单调递减,在(x1,x2)上单调递增,
故函数f(x)在x=x1处取得极小值,且极小值为f(x1)=ln x1+1-2a-x1+,
在x=x2处取得极大值,且极大值为f(x2)=ln x2+1-2a-x2+,
则f(x1)+f(x2)=ln(x1x2)+2-4a-(x1+x2)+=ln a-4a+2,
设g(a)=ln a-4a+2,0<a<,则g'(a)=-4=>0在上恒成立,
则函数g(a)在上单调递增,
故g(a)<g=1-2ln 2,
当a→0+时,g(a)→-∞,
故f(x)的极大值与极小值之和的取值范围为(-∞,1-2ln 2).
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