内容正文:
第三章
导数及其应用
第二讲 导数在研究函数中的应用
第一课时 导数与函数的单调性
知识梳理·双基自测
名师讲坛·素养提升
考点突破·互动探究
提能训练 练案[16]
知识梳理 · 双基自测
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知 识 梳 理
知识点 函数的单调性
1.设函数y=f(x)在某个区间内________,若f′(x)______0,则f(x)在这个区间为增函数,若f′(x)______0,则f(x)在这个区间为减函数.
2.求可导函数f(x)单调区间的步骤:
(1)确定f(x)的__________;
(2)求导数f′(x);
(3)令f′(x)______0(或f′(x)______0),解出相应的x的范围;
(4)当___________时,f(x)在相应区间上是增函数,当____________时,f(x)在相应区间上是减函数.
可导
>
<
定义域
>
<
f′(x)>0
f′(x)<0
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第三章 导数及其应用
归 纳 拓 展
1.若函数f(x)在(a,b)上单调递增,则x∈(a,b)时,f′(x)≥0恒成立;若函数f(x)在(a,b)上单调递减,则x∈(a,b)时,f′(x)≤0恒成立.
2.若函数f(x)在(a,b)上存在单调递增区间,则x∈(a,b)时,f′(x)>0有解;若函数f(x)在(a,b)上存在单调递减区间,则x∈(a,b)时,f′(x)<0有解.
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第三章 导数及其应用
双 基 自 测
题组一 走出误区
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)若函数f(x)在(a,b)内单调递增,那么一定有f′(x)>0.( )
(2)若函数y=f(x)在(a,b)内恒有f′(x)≥0,则y=f(x)在(a,b)上一定为增函数.( )
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第三章 导数及其应用
[答案] (1)× (2)× (3)×
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第三章 导数及其应用
题组二 走进教材
2.(选择性必修2P97T1改编)函数f(x)=(x-3)ex的单调递增区间是( )
A.(-∞,-2) B.(2,+∞)
C.(1,4) D.(0,3)
[答案] B
[解析] 由题意,f′(x)=ex+(x-3)ex=(x-2)ex.令f′(x)>0,得x>2,故函数f(x)=(x-3)ex的单调递增区间是(2,+∞).
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第三章 导数及其应用
3.(多选题)(选择性必修2P89T3改编)已知定义在R上的函数f(x),其导函数f′(x)的大致图象如图所示,则下列叙述一定正确的是( )
A.f(b)>f(c)>f(d)
B.f(b)>f(a)>f(e)
C.f(c)>f(b)>f(a)
D.f(c)>f(d)>f(e)
[答案] CD
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第三章 导数及其应用
[解析] 由题意得,当x∈(-∞,c)时,f′(x)>0,所以函数f(x)在 (-∞,c)上单调递增,因为a<b<c,所以f(c)>f(b)>f(a),C正确,A错误;当x∈(c,e)时,f′(x)<0,所以函数f(x)在(c,e)上单调递减,因为c<d<e,所以f(c)>f(d)>f(e),D正确;又因为只知道函数f(x)在(a,c)上单调递增,在(c,e)上单调递减,无法判断f(a),f(b)与f(e)的大小关系,B不一定正确.
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第三章 导数及其应用
题组三 走向考场
4.(2026·广东深圳期末)已知函数f(x)=x-sin x,则不等式f(x2+4x)+f(3)<0的解集为( )
A.(-∞,-3)∪(-1,+∞)
B.(-3,-1)
[答案] B
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第三章 导数及其应用
[解析] 因为f(-x)=-x-sin(-x)=-f(x),且f(x)的定义域为R,所以f(x)=x-sin x为奇函数,所以f(x2+4x)<-f(3)=f(-3),因为f′(x)=1-cos x≥0,且不恒等于0,所以函数f(x)=x-sin x在定义域上为增函数,故x2+4x<-3,故解集为(-3,-1).故选B.
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第三章 导数及其应用
5.(2023·新课标Ⅱ卷)已知函数f(x)=aex-ln x在区间(1,2)单调递增,则a的最小值为( )
A.e2 B.e
C.e-1 D.e-2
[答案] C
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第三章 导数及其应用
考点突破 · 互动探究
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函数的单调性
考向1 不含参数的函数的单调性——自主练透
1.函数f(x)=(x+1)e-x+x2-1的单调递减区间为( )
A.(-ln 2,0) B.(-∞,-ln 2)
C.(-ln 2,+∞) D.(0,+∞)
[答案] A
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第三章 导数及其应用
2.已知函数f(x)=ax3+bx2+x+c,其导函数y=f′(x)的图象如图所示,则函数f(x)的单调递减区间为________.
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第三章 导数及其应用
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第三章 导数及其应用
3.函数f(x)=ln(2x+3)+x2的单调递增区间为________.
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第三章 导数及其应用
名师点拨:
确定不含参数的函数的单调性,按照判断函数单调性的步骤即可,但应注意两点,一是不能漏掉求函数的定义域,二是函数的单调区间不能用并集,要用“逗号”或“和”隔开.
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第三章 导数及其应用
考向2 含参数的函数的单调性——师生共研
已知函数g(x)=(x-a-1)ex-(x-a)2,讨论函数g(x)的单调性.
[解析] g(x)的定义域为R,
g′(x)=(x-a)ex-2(x-a)=(x-a)(ex-2),
令g′(x)=0,得x=a或x=ln 2,
①若a>ln 2,
则当x∈(-∞,ln 2)∪(a,+∞)时,g′(x)>0,
当x∈(ln 2,a)时,g′(x)<0,
∴g(x)在(-∞,ln 2),(a,+∞)上单调递增,
在(ln 2,a)上单调递减;
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第三章 导数及其应用
②若a=ln 2,则g′(x)≥0恒成立,
∴g(x)在R上单调递增;
③若a<ln 2,
则当x∈(-∞,a)∪(ln 2,+∞)时,g′(x)>0,
当x∈(a,ln 2)时,g′(x)<0,
∴g(x)在(-∞,a),(ln 2,+∞)上单调递增,在(a,ln 2)上单调递减.
综上,当a>ln 2时,g(x)在(-∞,ln 2),(a,+∞)上单调递增,在(ln 2,a)上单调递减;
当a=ln 2时,g(x)在R上单调递增;
当a<ln 2时,g(x)在(-∞,a),(ln 2,+∞)上单调递增,在(a,ln 2)上单调递减.
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第三章 导数及其应用
名师点拨:
1.研究含参数的函数的单调性,要依据参数对不等式解集的影响进行分类讨论.
2.划分函数的单调区间时,要在函数定义域内讨论,还要确定导数为零的点和函数的间断点.
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第三章 导数及其应用
【变式训练】
(2026·郑州质检)已知函数f(x)=a(x2-ln x)+(1-2a2)x(a≥0),求函数y=f(x)的单调区间.
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第三章 导数及其应用
令f′(x)>0,解得x>a,
令f′(x)<0,解得0<x<a,
所以函数f(x)的单调递减区间为(0,a),单调递增区间为(a,+∞),
综上可知,当a=0时,函数f(x)的单调递增区间为(0,+∞),无单调递减区间;
当a>0时,函数f(x)的单调递减区间为(0,a),单调递增区间为(a, +∞).
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第三章 导数及其应用
考向3 利用导数解决函数的单调性的应用问题——多维探究
角度1 比较大小
A.a>b>c B.b>a>c
C.c>b>a D.c>a>b
[答案] C
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第三章 导数及其应用
名师点拨:
利用导数比较大小,其关键在于利用题目条件判断已知(或构造后的)函数的单调性,利用其单调性比较大小.
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第三章 导数及其应用
角度2 解不等式
[答案] B
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第三章 导数及其应用
名师点拨:利用导数解不等式的方法
利用导数解不等式,其关键是构造函数,把解不等式问题转化为利用导数判断函数单调性问题,解不等式时,还要注意将常数巧妙地转化为函数值,再根据单调性去掉函数符号“f”.
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第三章 导数及其应用
角度3 已知函数的单调性求参数取值范围
若函数f(x)=kx-ln x在区间(1,+∞)上单调递增,则k的取值范围是( )
A.(-∞,-2] B.(-∞,-1]
C.[2,+∞) D.[1,+∞)
[分析] 利用函数f(x)=kx-ln x在区间(1,+∞)上单调递增等价于f′(x)≥0在(1,+∞)恒成立求解.或利用区间(1,+∞)是f(x)的增区间的子集求解.
[答案] D
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第三章 导数及其应用
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第三章 导数及其应用
[引申](1)本例中若f(x)的增区间为(1,+∞),则k=____________;
(2)若f(x)在(1,+∞)上递减,则k的取值范围是____________;
(3)若f(x)在(1,+∞)上不单调,则k的取值范围是____________;
(4)若f(x)在(1,+∞)上存在减区间,则k的取值范围是_________;
(5)若f(x)在(1,2)上单调,则k的取值范围是____________.
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第三章 导数及其应用
名师点拨:已知函数单调性,求参数取值范围的两个方法
1.利用集合间的包含关系处理:y=f(x)在(a,b)上单调,则区间(a,b)是相应单调区间的子集.
2.转化为不等式的恒成立问题:利用“若函数单调递增,则f′(x)≥0;若函数f(x)单调递减,则f′(x)≤0”来求解.
提醒:f(x)为增函数的充要条件是对任意的x∈(a,b)都有f′(x)≥0且在(a,b)内的任一非空子区间上f′(x)不恒等于0.应注意此时式子中的等号不能省略,否则漏解.
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第三章 导数及其应用
【变式训练】
A.a<b<c B.c<b<a
C.b<a<c D.b<c<a
[答案] D
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第三章 导数及其应用
2.(角度2)(2025·南充模拟)设函数f(x)=sin x+ex-e-x-x,则满足f(x)+f(3-2x)<0的x的取值范围是( )
A.(-∞,1) B.(1,+∞)
C.(3,+∞) D.(-∞,3)
[答案] C
[解析] f(x)=sin x+ex-e-x-x,∴f(-x)=-sin x+e-x-ex+x= -f(x),∴f(x)为R上的奇函数,又f′(x)=cos x+ex+e-x-1≥cos x+2-1=1+cos x≥0,则f(x)在R上单调递增,又f(x)+f(3-2x)<0,∴f(x)< -f(3-2x),又f(x)为R上的奇函数,∴f(x)<f(2x-3),又f(x)在R上单调递增,∴x<2x-3,∴x>3,故满足f(x)+f(3-2x)<0的x的取值范围是(3,+∞).
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第三章 导数及其应用
[答案] (0,1)
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第三章 导数及其应用
名师讲坛 · 素养提升
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一、构造法在导数中的应用
在导数应用的客观题中,有一类考查热点,不给出具体的函数解析式,大多涉及f(x)与f′(x)的一些关系式,利用构造法构造新函数,确定其单调性,然后解决问题,下面重点突破两类问题.
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第三章 导数及其应用
题型一 利用导数的运算法则构造函数
角度1 利用f(x)与ex构造
已知f(x)是定义在(-∞,+∞)上的函数,导函数f′(x)满足f′(x)<f(x)对于x∈R恒成立,则( )
A.f(2)>e2f(0),f(2 025)>e2 025f(0)
B.f(2)<e2f(0),f(2 025)>e2 025f(0)
C.f(2)>e2f(0),f(2 025)<e2 025f(0)
D.f(2)<e2f(0),f(2 025)<e2 025f(0)
[答案] D
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第三章 导数及其应用
角度2 利用f(x)与xn构造
已知偶函数f(x)(x≠0)的导函数为f′(x),且满足f(-1)=0,当x>0时,2f(x)>xf′(x),则使得f(x)>0成立的x的取值范围是____________.
[答案] (-1,0)∪(0,1)
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角度3 利用f(x)与sin x,cos x构造
[答案] CD
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第三章 导数及其应用
名师点拨:利用导数关系构造函数的一些常见结构
1.对于不等式f′(x)+g′(x)>0,构造函数F(x)=f(x)+g(x).
2.对于不等式f′(x)-g′(x)>0,构造函数F(x)=f(x)-g(x).
特别地,对于不等式f′(x)>k,构造函数F(x)=f(x)-kx.
3.对于不等式f′(x)g(x)+f(x)g′(x)>0,构造函数F(x)=f(x)·g(x).
5.对于不等式xf′(x)+nf(x)>0,构造函数F(x)=xn·f(x).
6.对于不等式f′(x)+f(x)>0,构造函数F(x)=ex·f(x).
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第三章 导数及其应用
7.对于不等式f′(x)+kf(x)>0,构造函数F(x)=ekx·f(x).
8.出现f′(x)sin x+f(x)cos x构造函数F(x)=f(x)sin x.
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第三章 导数及其应用
【变式训练】
1.(角度1)设f(x)为R上的奇函数,当x≥0时,f′(x)-cos x<0,则不等式f(x)<sin x的解集为________.
[答案] (0,+∞)
[解析] 令φ(x)=f(x)-sin x,所以当x≥0时,φ′(x)=f′(x)-cos x <0,所以φ(x)在[0,+∞)上单调递减,又f(x)为R上的奇函数,所以φ(x)为R上的奇函数,所以φ(x)在(-∞,0]上单调递减,故φ(x)在R上单调递减且φ(0)=0,不等式f(x)<sin x可化为f(x)-sin x<0,即φ(x)<0,即φ(x)<φ(0),故x>0,所以原不等式的解集为(0,+∞).
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[答案] c<a<b
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[答案] a<b<c
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题型二 通过变量构造具体函数
1.(多选题)(2026·广东深圳模拟)若0<x1<x2<1,则( )
[答案] AC
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A.ey-x>1 B.ey-x<1
C.ey-x-1>1 D.ey-x-1<1
[答案] A
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名师点拨:
若题目所给的条件含有两个变量,可通过变形使两个变量分别置于等号或不等号两边,即可构造函数,并且利用函数的单调性求解.
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【变式训练】
(2020·全国Ⅱ卷)若2x-2y<3-x-3-y,则( )
A.ln(y-x+1)>0 B.ln(y-x+1)<0
C.ln|x-y|>0 D.ln|x-y|<0
[答案] A
[解析] 原已知条件等价于2x-3-x<2y-3-y,设函数f(x)=2x-3-x.因为函数y=2x与y=-3-x在R上均单调递增,所以f(x)在R上单调递增,即f(x)<f(y),所以x<y,即y-x>0,所以A正确,B不正确;因为|x-y|与1的大小不能确定,所以C,D不正确.
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题型三 通过数值构造具体函数
[答案] c<a<b
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[答案] b<c<a
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名师点拨:
当要比较的各数为某些函数的函数值时,要仔细观察这些数值的共同之处,构造一个或两个函数,使要比较的数成为该函数的函数值,然后利用函数的单调性比较大小.
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【变式训练】
实数e3,3π,π3的大小关系为____________.
[答案] e3<π3<3π
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二、泰勒展开式
1.泰勒公式
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2.常见的泰勒展开式
在泰勒公式中,令x0=0,即可得到如下泰勒展开式:
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3.泰勒公式的价值
泰勒公式将各种类型的函数(指数函数、对数函数、正弦与余弦函数)与多项式函数联系了起来,这样在局部可以用多项式函数近似替代其他函数,我们主要用其证明不等式及比较大小,下面我们主要介绍如何比较大小.
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A.c>b>a B.b>a>c
C.a>b>c D.a>c>b
[答案] A
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【变式训练】
A.a<b<c B.a<c<b
C.b<c<a D.c<a<b
[答案] B
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提能训练 练案[16]
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A组基础巩固
一、单选题
1.函数f(x)=xln x+1的单调递减区间是( )
[答案] C
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2.已知函数f(x)=x(ex-e-x),则f(x)( )
A.是奇函数,且在(0,+∞)上单调递减
B.是奇函数,且在(0,+∞)上单调递增
C.是偶函数,且在(0,+∞)上单调递减
D.是偶函数,且在(0,+∞)上单调递增
[答案] D
[解析] 因为f(x)=x(ex-e-x),x∈R,定义域关于原点对称,且f(-x)=-x(e-x-ex)=x(ex-e-x)=f(x),所以f(x)是偶函数,当x>0时,f′(x)=ex-e-x+x(ex+e-x)>0,所以f(x)在(0,+∞)上单调递增.
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3.已知f′(x)是函数y=f(x)的导函数,且y=f′(x)的图象如图所示,则函数y=f(x)的图象可能是( )
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[答案] D
[解析] 根据导函数的图象可得,当x<0时,f′(x)<0,f(x)在(-∞,0)上单调递减;当0<x<2时,f′(x)>0,f(x)在(0,2)上单调递增;当x>2时,f′(x)<0,f(x)在(2,+∞)上单调递减,所以只有D选项符合.
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4.已知函数f(x)=x+cos x,则下列选项正确的是( )
A.f(2)<f(π)<f(e) B.f(π)<f(e)<f(2)
C.f(e)<f(2)<f(π) D.f(2)<f(e)<f(π)
[答案] D
[解析] f′(x)=1-sin x,当x∈R时,f′(x)=1-sin x≥0,且不恒为0,所以f(x)是增函数,因为2<e<π,所以f(2)<f(e)<f(π).
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A.1 B.2
C.3 D.4
[答案] B
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[答案] C
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7.(2026·陕西榆林期末)已知函数f(x)=ex-e-x-2sin x,若f(aex)+f(1-x)>0恒成立,则a的取值范围是( )
[答案] C
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8.(2025·湖南娄底期中)已知定义在R上的函数f(x)满足f(x)+f′(x)>1,f(1)=3,则不等式exf(x)>ex+2e的解集为( )
A.(2,+∞) B.(1,+∞)
C.(-∞,2) D.(-∞,1)
[答案] B
[解析] 设g(x)=exf(x)-ex(x∈R),则g′(x)=exf(x)+exf′(x)-ex=ex[f(x)+f′(x)-1],因为f(x)+f′(x)>1,所以f(x)+f′(x)-1>0,又ex>0,所以g′(x)>0恒成立,所以y=g(x)在定义域R上单调递增.故原不等式可转化为exf(x)-ex>2e,又f(1)=3,所以g(1)=ef(1)-e=2e,所以g(x)>g(1),所以x>1,故不等式exf(x)>ex+2e的解集为(1,+∞).故选B.
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二、多选题
[答案] AC
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A.f(x)=ex B.f(x)=x2
C.f(x)=ln x D.f(x)=sin x
[答案] ACD
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11.已知函数f(x)的定义域为R,其导函数f′(x)的图象如图所示,则对于任意x1,x2∈R(x1≠x2).下列结论正确的是( )
[答案] BD
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第三章 导数及其应用
[解析] 由导函数的图象可知,导函数f′(x)的图象在x轴下方,即f′(x)<0,故原函数为减函数,并且递减的速度是先快后慢,所以f(x)的图象如图所示:
f(x)<0恒成立,没有依据,故A不正确;B表示(x1-x2)与[f(x1)-f(x2)]异号,即f(x)为减函数.故B正确;C,D左边的式子意义为x1,x2中点对应的函数值,即图中点B的纵坐标值,右边式子代表的是函数值的平均值,即图中点A的纵坐标值,显然有左边小于右边,故C不正确,D正确.
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第三章 导数及其应用
三、填空题
12.(2026·甘肃平凉模拟)函数f(x)=x+2cos x(-π<x<π)的单调递减区间是________.
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第三章 导数及其应用
13.若函数f(x)=x3+bx2+x恰有三个单调区间,则实数b的取值范围为________.
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第三章 导数及其应用
14.(2025·重庆名校联盟联考)若函数f(x)=2x2-ln x在其定义域的一个区间(2k-1,2k+1)内不单调,则实数k的取值范围是____________.
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第三章 导数及其应用
四、解答题
15.已知函数f(x)=x2+aln x.
(1)当a=-2时,求函数f(x)的单调递减区间;
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第三章 导数及其应用
②若g(x)为[1,+∞)上的单调减函数,
则g′(x)≤0在[1,+∞)上恒成立,易知其不可能成立,不符合题意.
综上,实数a的取值范围是[0,+∞).
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第三章 导数及其应用
B组能力提升
1.(多选题)(2026·河北衡水月考)下列不等式成立的是( )
[答案] AD
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第三章 导数及其应用
A.b<c<a B.a<b<c
C.c<a<b D.b<a<c
[答案] A
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第三章 导数及其应用
A.af(b)+a<bf(a)+b B.bf(b)-b<af(a)-a
C.bf(a)-a<af(b)-b D.af(a)+b<bf(b)+a
[答案] D
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第三章 导数及其应用
A.4 B.6
C.8 D.9
[答案] C
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第三章 导数及其应用
(1)若k=1,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)求函数f(x)的单调递增区间.
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第三章 导数及其应用
(1)若f(x)在(0,+∞)上单调递减,求实数a的取值范围;
(2)若a=1,试问过点(0,1)向曲线y=f(x)可作几条切线?
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第三章 导数及其应用
C组拓展应用(选作)
(2026·广东广州花都区调研)已知函数f(x)=ln x+x2-ax.
(1)若f(x)在区间(0,e]单调递增,求a的取值范围;
(2)讨论f(x)的单调性.
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第三章 导数及其应用
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(3)因为y=的导函数为y′=,因为x>0,所以y′<0,因此y=的减区间为(0,1)∪(1,+∞).( )
[解析] (1)有可能f′(x)=0,如f(x)=x3,它在(-∞,+∞)上为增函数,但f′(x)=3x2≥0.
(2)因为y=f(x)若为常数函数,则一定有f′(x)=0满足条件,但不具备单调性.
(3)y=定义域为(0,1)∪(1,+∞),因此它的减区间为(0,1)和(1,+∞).
C.(-2-,-2+)
D.(-∞,-2-)∪(-2+,+∞)
[解析] ∵f(x)在(1,2)内单调递增,∴f′(x)≥0在(1,2)内恒成立,即f′(x)=aex-≥0(1<x<2),∴a≥(1<x<2).令g(x)=xex(1<x<2),则g′(x)=(x+1)ex>0,∴g(x)在(1,2)内单调递增,g(x)∈(e,2e2),∴∈,∴a≥,即a的最小值为,故选C.
[解析] f′(x)=x(2-e-x),令f′(x)<0,则或解得-ln 2<x<0,所以f(x)的单调递减区间为(-ln 2,0).
[答案]
[解析] 从题图可以看到,当<x<1时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,所以函数f(x)的单调递减区间为.
[答案] ,
[解析] 函数f(x)=ln(2x+3)+x2的定义域为,因为f′(x)=+2x=,令f′(x)>0,解得x∈∪,所以f(x)=ln(2x+3)+x2的单调递增区间为,.
[解析] 由题意得,f(x)的定义域为(0,+∞).
当a=0时,f(x)=x,则函数f(x)的单调递增区间为(0,+∞),无单调递减区间;
当a>0时,f′(x)==.
因为a>0,x>0,所以2ax+1>0,
已知函数f(x)=ln x-,设a=f,b=f(2),c=f,则( )
[解析] 易知f′(x)==,又x∈(0,+∞)时,ex>1,2-≥-,所以f′(x)>0,即f(x)在(0,+∞)上单调递增,故f>f(2)>f,即c>b>a.
已知函数f(x)=2ln x+-x,则不等式f(2x-1)<f(1-x)的解集为( )
A. B.
C. D.
[解析] 由题意可知f(x)的定义域为(0,+∞).因为f′(x)=--1=-2≤0恒成立,当且仅当x=1时,等号成立,所以f(x)在(0, +∞)上单调递减.由f(2x-1)<f(1-x),可得解得<x<1,即原不等式的解集为.
[解析] 解法一:因为f(x)在(1,+∞)上单调递增,
所以f′(x)≥0在(1,+∞)上恒成立,
因为f(x)=kx-ln x,
所以f′(x)=k-≥0,即k≥.
因为x>1,所以0<<1,
所以k≥1.所以k∈[1,+∞).故选D.
解法二:f′(x)=k-=(x>0),
当k≤0时,f′(x)=k-<0,f(x)在其定义域内递减,不合题意,
当k>0时,由f′(x)>0知x>,即是f(x)的增区间. 由题意可知≤1,即k≥1,故选D.
[答案] (1)1 (2)(-∞,0] (3)(0,1)
(4)(-∞,1) (5)∪[1,+∞)
[解析] (1)由解法二知=1,∴k=1.
(2)由题意知f′(x)=≤0在(1,+∞)上恒成立即k≤,又x>1,∴0<<1,∴k≤0,即k的取值范围是(-∞,0].
(3)由本例及引申(2)知,f(x)在(1,+∞)上单调,则k≤0或k≥1, ∴f(x)在(1,+∞)上不单调,则0<k<1.即k的取值范围是(0,1).
(4)由题意可知f′(x)=≤0在(1,+∞)内有解即k≤,x∈(1,+∞)有解,由0<<1可知k<1,即k的取值范围是(-∞,1).
(5)∵x∈(1,2),∴<<1,若f(x)在(1,2)上单调增,则f′(x)=≥0恒成立,即k≥,∴k≥1.若f(x)在(1,2)上单调减,则f′(x)=≤0恒成立,即k≤,∴k≤.∴f(x)在(1,2)上单调,则k的取值范围是∪[1,+∞).
1.(角度1)已知函数f(x)=3x+2cos x.若a=f(3),b=f(2),c=f(log27),则a,b,c的大小关系是( )
[解析] 由题意,得f′(x)=3-2sin x.因为-1≤sin x≤1,所以f′(x)>0恒成立,所以f(x)是增函数.因为>1,所以3>3.又log24<log27< log28,即2<log27<3,所以2<log27<3,所以f(2)<f(log27)<f(3),即b<c<a.
3.(角度3)(2025·安徽毛坦厂中学模拟)已知函数f(x)=-x2-3x+ 4ln x在(t,t+1)上不单调,则实数t的取值范围是________.
[解析] ∵函数f(x)=-x2-3x+4ln x(x>0),∴f′(x)=-x-3+,∵函数f(x)=-x2-3x+4ln x在(t,t+1)上不单调,∴f′(x)=-x-3+在(t,t+1)上有变号零点,∴=0在(t,t+1)上有解,∴x2+3x-4=0在(t,t+1)上有解,由x2+3x-4=0得x=1或x=-4(舍去). ∴1∈(t,t+1),∴t∈(0,1),故实数t的取值范围是(0,1).
[解析] 构造F(x)=,则F′(x)==,导函数f′(x)满足f′(x)<f(x),则F′(x)<0,F(x)在R上单调递减,根据单调性可知选D.
[感悟提升] 遇到f′(x)-f(x)的形式,构造函数F(x)=;遇到f′(x)+f(x)的形式构造函数F(x)=f(x)ex.
[解析] 构造F(x)=,则F′(x)=,当x>0时,xf′(x)-2f(x)<0,可以推出当x>0时,F′(x)<0,F(x)在(0,+∞)上单调递减.因为f(x)为偶函数,y=x2为偶函数,所以F(x)为偶函数,所以F(x)在(-∞,0)上单调递增.根据f(-1)=0可得F(-1)=0,根据函数的单调性、奇偶性可得函数图象(图略),根据图象可知f(x)>0的解集为(-1,0)∪(0,1).
(多选题)已知定义在上的函数f(x),f′(x)是f(x)的导函数,且恒有f′(x)sin x-f(x)cos x<0成立,则( )
A.f>f B.f>f
C.f>f D.f>f
[解析] 令g(x)=,x∈,则其导数g′(x)=,又由x∈,且恒有f′(x)sin x-f(x)cos x<0,则有g′(x)<0,即函数g(x)为减函数,由<,则有g>g,即>,可得f>f;又由<,则有g>g,即>,可得f>f.
4.对于不等式f′(x)g(x)-f(x)g′(x)>0,构造函数F(x)=.
9.出现构造函数F(x)=.
10.出现f′(x)cos x-f(x)sin x构造函数F(x)=f(x)cos x.
11.出现构造函数F(x)=.
2.(角度2)(2026·湘豫名校联考)已知定义在R上的函数f(x)的导函数为f′(x),当x>0时,f′(x)->0,若a=2f(1),b=f(2),c=4f,则a,b,c的大小关系为____________.
[解析] 构造函数g(x)=(x>0),得g′(x)== ,当x>0时,g′(x)>0,故g(x)在(0,+∞)上单调递增,所以>>,即f(2)>2f(1)>4f,即c<a<b.
3.(角度3)(2026·绍兴调研)已知定义在R上的函数f(x)的导函数为f′(x),对任意x∈(0,π)都有f′(x)cos x>f(x)sin x,设a=f,b=f,c=f,则a,b,c的大小关系为____________.
[解析] 构造函数F(x)=f(x)·cos x,x≠kπ,k∈Z,则x∈(0,π)时,F′(x)=f′(x)cos x-f(x)sin x>0.所以函数F(x)在(0,π)上单调递增,于是F<F<F,即f<f<f,所以a<b<c.
A.->ln
B.-<ln
C.x2>x1
D.x2<x1
[解析] 令f(x)=ex-ln(x+1)且x∈(0,1),则f′(x)=ex->0,故f(x)在区间(0,1)上单调递增,因为0<x1<x2<1,所以f(x1)<f(x2),即-ln(x1+1)<-ln(x2+1),故->ln ,所以A正确,B错误;令f(x)=且x∈(0,1),则f′(x)=<0,故f(x)在区间(0,1)上单调递减,
因为0<x1<x2<1,所以f(x1)>f(x2),即,故x2>x1,所以C正确,D错误.
2.若ln x-ln y<-(x>1,y>1),则( )
[解析] 依题意,ln x-<ln y-,令f(t)=t-(t≠0),则f′(t)=1+>0,所以f(t)在(-∞,0),(0,+∞)上单调递增;又x>1,y>1,得ln x>0,ln y>0,则f(ln x)<f(ln y),则ln x<ln y,∴1<x<y,即y-x>0,所以ey-x>e0=1,A正确,B不正确;又y-x-1无法确定与0的大小关系,故C,D不正确.
1.已知a=,b=,c=,则a,b,c的大小关系为____________.
[解析] 令f(x)=,则f′(x)=,当x∈(0,e)时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x∈(e,+∞)时,f′(x)<0,f(x)单调递减.a====f(4),b===f(e),c===f(9),f(e)>f(4)>f(9),即c<a<b.
2.(2021·全国乙卷改编)设a=2ln 1.01,b=ln 1.02,c=-1,则a,b,c,的大小关系为____________.
[解析] b-c=ln 1.02-+1,设f(x)=ln(x+1)-+1,则b-c=f(0.02),f′(x)=-=,当x≥0时,x+1=≥,f′(x)≤0,f(x)在[0,+∞)上单调递减,所以f(0.02)<f(0)=0,即b<c.a-c=2ln 1.01-+1,设g(x)=2ln(x+1)-+1,则a-c=g(0.01),g′(x)=-=,当0≤x<2时,=≥==x+1,故当0≤x<2时,g′(x)≥0,所以g(x)在[0,2)上单调递增,所以g(0.01)>g(0)=0,故c<a,从而有b<c<a.
[解析] 设f(x)=,则f′(x)=,当x>e时,f′(x)<0,所以f(x)在(e,+∞)上单调递减,所以f(3)>f(π),即>,所以πln 3>3ln π,所以ln 3π>ln π3,即3π>π3.因为y=x3在(0,+∞)上单调递增,e<π,所以e3<π3,所以e3<π3<3π.
若函数f(x)在含有x0的开区间(a,b)内有n+1阶导数,则当函数在此区间内时,可以展开为一个关于x-x0的多项式和一个余项的和:f(x)=f(x0)+f′(x0)·(x-x0)+·(x-x0)2+·(x-x0)3+…+·(x-x0)n+Rn(x).
(1)ex=1+x+++…++…;
(2)ln(x+1)=x-++…+(-1)n+1+…;
(3)sin x=x-++…+(-1)n-1·+…;
(4)cos x=1-++…+(-1)n-1·+….
(2022·全国甲卷)已知a=,b=cos ,c=4sin ,则( )
[解析] 解法一:根据题意,构造函数f(x)=1-,g(x)=cos x,h(x)=,则a=f,b=g,c=h.由泰勒展开式,f(x)=1-,g(x)=1-++…,h(x)=1-++…,g=1-×+×+…=+×+…,h=1-×+×+…=+×+…,所以f<g<h,即a<b<c.
解法二:因为b=cos =1-2sin2,所以b-a=1-2sin2-=-2sin2=2.令f(x)=x-sin x,则f′(x)=1-cos x≥0,所以函数f(x)在R上单调递增,所以当x>0时,f(x)>f(0)=0,即有x>sin x(x>0)成立,所以>sin ,得>sin2,所以b>a.因为==4tan ,所以令g(x)=tan x-x,则g′(x)=-1=≥0,所以函数g(x)在定义域内单调递增,所以当x>0时,g(x)>g(0)=0,即有tan x>x(x>0)成立,所以tan >,即4tan >1,所以>1,又b>0,所以c>b.综上,c>b>a.
若a=ln,b=0.02sin 0.01,c=0.01sin 0.02,则( )
[解析] 易知a=ln<ln 1=0,而b>0,c>0.当x→0时,由泰勒公式展开,得b=0.02sin 0.01=0.02=2×10-4-×10-8+…,c=0.01sin 0.02=0.01=2×10-4-×10-8+….可知×10-8<×10-8,所以b>c.故b>c>a.
A. B.
C. D.(e,+∞)
[解析] f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=1+ln x,令f′(x)<0,得0<x<,所以f(x)的单调递减区间为.
5.(2026·浙江金华三模)已知函数f(x)=a-ln x在区间(1,4)上单调递增,则a的最小值为( )
[解析] 求导得f′(x)=a-=,要满足函数f(x)=a-ln x在区间(1,4)上单调递增,则f′(x)=≥0,即a≥,因为x∈(1,4),所以∈(1,2),即a≥2,故选B.
6.(2026·河北秦皇岛模拟)已知函数f(x)=在R上单调递减,则a的取值范围是( )
A. B.
C.[1,) D.
[解析] 由题意有:当x<0时,f(x)=(2a-1)ln(e-x),所以f′(x)=(2a-1)×(-1)=<0,所以1-2a<0,当x≥0时,f(x)=,所以f′(x)=<0,所以a(a2-2)=a(a-)(a+)<0,又f(x)在R上单调递减,所以解得1≤a<,所以a∈[1,),故选C.
A. B.
C. D.
[解析] 因为f(-x)=e-x-ex-2sin(-x)=-f(x),所以f(x)为R上的奇函数.又因为f′(x)=ex+e-x-2cos x≥2-2cos x=2- 2cos x≥0,所以f(x)在R上单调递增.又f(aex)+f(1-x)>0恒成立,所以f(aex)>f(x-1),则aex>x-1,因此a>恒成立.设g(x)=,则g′(x)=,令g′(x)=0,解得x=2.当x<2时,g′(x)>0,g(x)单调递增;当x>2时,g′(x)<0,g(x)单调递减,因此a>g(x)max=g(2)=.故选C.
9.已知函数f(x)与f′(x)的图象如图所示,则g(x)=( )
A.在区间(0,1)上单调递增
B.在区间(1,4)上单调递减
C.在区间上单调递减
D.在区间上单调递减
[解析] 当x=0或x=2时,f(x)=0,则函数g(x)=的定义域为(-∞,0)∪(0,2)∪(2,+∞),故排除B,D;g′(x)=,由图易得当x∈(0,1)时,f(x)>f′(x),即g′(x)>0,所以函数g(x)=在(0,1)上是单调递增的,故A正确;又由图易得当x∈时,f(x)<f′(x),即g′(x)<0,所以函数g(x)=在上是单调递减的,故C正确.故选AC.
10.如果函数f(x)对定义域内的任意两实数x1,x2(x1≠x2)都有>0,则称函数y=f(x)为“F函数”,下列函数不是“F函数”的是( )
[解析] 依题意,函数g(x)=xf(x)为定义域上的增函数,对于A,g(x)=xex,g′(x)=(x+1)ex,当x∈(-∞,-1)时,g′(x)<0,∴g(x)在(-∞,-1)上单调递减,故A中函数不是“F函数”;对于B,g(x)=x3在R上为增函数,故B中函数为“F函数”;对于C,g(x)=xln x,g′(x)=1+ln x,x>0,当x∈时,g′(x)<0,∴g(x)在上单调递减,故C中函数不是“F函数”;对于D,g(x)=xsin x,g′(x)=sin x+xcos x,当x∈时,g′(x)<0,∴g(x)在上单调递减,故D中函数不是“F函数”.
A.f(x)<0恒成立 B.(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]<0
C.f> D.f<
[答案]
[解析] 因为f(x)=x+2cos x(-π<x<π),f′(x)=1-2sin x,令f′(x)≤0,得sin x≥,解得≤x≤,所以f(x)的单调递减区间是.
[答案] (-∞,-)∪(,+∞)
[解析] 由题意得f′(x)=3x2+2bx+1,函数f(x)=x3+bx2+x恰有三个单调区间,则函数f(x)=x3+bx2+x有两个极值点,即f′(x)=3x2+2bx+1的图象与x轴有两个交点,则判别式Δ=4b2-12>0,解得b>或b<-.所以实数b的取值范围为(-∞,-)∪(,+∞).
[答案]
[解析] 函数f(x)=2x2-ln x的定义域是(0,+∞),所以2k-1≥0,即k≥.因为f′(x)=4x-,所以f′(x)在上单调递增,由f′(x)=0,可得x=.若函数f(x)=2x2-ln x在区间(2k-1,2k+1)内不单调,则2k-1<<2k+1,解之可得-<k<,又因为k≥,所以≤k<.
(2)若函数g(x)=f(x)+在[1,+∞)上单调,求实数a的取值范围.
[解析] (1)由题意知函数f(x)的定义域为(0,+∞),当a=-2时,f′(x)=2x-=,
由f′(x)<0得0<x<1,故f(x)的单调递减区间是(0,1).
(2)由题意得g′(x)=2x+-.
①若g(x)为[1,+∞)上的单调增函数,则
g′(x)≥0在[1,+∞)上恒成立,
即a≥-2x2在[1,+∞)上恒成立,
设φ(x)=-2x2,x∈[1,+∞).
易知φ(x)在[1,+∞)上单调递减,
∴在[1,+∞)上,φ(x)max=φ(1)=0,
∴a≥0.
A.2ln <ln 2 B.ln <ln
C.5ln 4<4ln 5 D.π>eln π
[解析] 设f(x)=(x>0),则f′(x)=,所以当0<x<e时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;当x>e时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减.因为<2<e,所以f<f(2),即2ln <ln 2,故选项A正确;因为<<e,所以f()<f(),即ln >ln ,故选项B不正确;因为e<4<5,所以f(4)>f(5),即5ln 4>4ln 5,故选项C不正确.同理e<π,则f(e)>f(π),即π>eln π,故选项D正确.
2.若定义在R上的偶函数f(x)满足对任意x∈R,都有f(x)=f(2-x),且当x∈(0,1]时,f(x)=.若a=f,b=f,c=f,则a,b,c的大小关系是( )
[解析] 因为函数f(x)是偶函数,所以f(x)=f(-x)=f(2+x),即f(x)是以2为周期的周期函数,因为对任意x∈R,都有f(x)=f(2-x),所以函数f(x)的图象关于直线x=1对称.当x∈(0,1]时,f′(x)=≥0,即函数f(x)在(0,1]上单调递增,又a=f=f=f,b=f=f=f,c=f=f=f,且0<<<<1,所以f<f<f,即b<c<a.
3.(2025·黑龙江龙东地区联考)已知f′(x)是f(x)定义在(0,+∞)上的导函数,同时f′(x)<,对任意a>b>0,则必有( )
[解析] 由于f(x)的定义域为(0,+∞),且f′(x)<,故xf′(x)+f(x)-1<0,因此(xf(x)-x)′=xf′(x)+f(x)-1<0,因此y=xf(x)-x为单调递减函数,由于a>b>0,故af(a)-a<bf(b)-b,即af(a)+b<bf(b)+a,故选D.
4.(2026·全国高三专题练习)已知函数f(x)=正数a满足f(a2-3a-3)>0,则a+的最小值为( )
[解析] 当x<1时,f′(x)=e-ex>0恒成立,当x≥1时,f′(x)=-+=≥0恒成立,则f(x)在(-∞,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递增.又因为f(1)=0,当x<1时,f(x)=ex-ex,对x=1时,f(x)=0也成立,所以f(x)在R上单调递增.已知正数a满足f(a2-3a-3)>0=f(1),则a2-3a-3>1,解得a>4或a<-1(负值舍去),所以a>4,a-2>2,所以a+=a-2++2≥2+2=8,当且仅当a-2=,即a=5时等号成立,所以a+的最小值为8.故选C.
5.(2026·甘肃甘南模拟)已知函数f(x)=x2+3ln x-4kx(k>0).
[解析] (1)由题意得f(x)=x2+3ln x-4x,定义域为(0,+∞),
∴f′(x)=x+-4,∴f′(1)=0,
可得曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率为0.
∵f(1)=-4=-,
∴曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y=-.
(2)∵f(x)=x2+3ln x-4kx(k>0),x>0,
易知f′(x)=x+-4k=,且k>0.
令f′(x)=0,则x2-4kx+3=0.
当Δ=16k2-4×3≤0,即0<k≤时,x2-4kx+3≥0在(0,+∞)上恒成立,且等号不恒成立,
即f′(x)≥0在(0,+∞)上恒成立,且等号不恒成立,因此f(x)在(0,+∞)上单调递增.
当Δ=16k2-4×3>0,即k>时,
由x2-4kx+3=0解得x1=2k-或x2=2k+,
∵x1+x2=4k>0,x1x2=3>0,∴x2>x1>0,
当x∈(0,x1)∪(x2,+∞)时,f′(x)>0;
当x∈(x1,x2)时,f′(x)<0,
因此f(x)在(0,x1),(x2,+∞)上单调递增,在(x1,x2)上单调递减.
综上,当0<k≤时,f(x)的单调递增区间为(0,+∞);
当k>时,f(x)的单调递增区间为(0,2k-),(2k+,+∞).
6.已知函数f(x)=ln x-.
[解析] (1)∵f(x)=ln x-=ln x-x+在(0,+∞)上单调递减,
∴f′(x)=--=≤0恒成立,
∴2a≥(-x2+2x)max,
又当x>0时,t(x)=-x2+2x=-(x-1)2+1≤1(当且仅当x=1时取等号),
∴2a≥1,
即实数a的取值范围为.
(2)若a=1,则f(x)=ln x-x+(x>0),
f′(x)=--.
设过点(0,1)与曲线f(x)相切的直线与f(x)的切点坐标为(x0,y0),
则y0-1=f′(x0)(x0-0),即ln x0-x0+-1=·x0=1-x0-,整理得ln x0+-2=0,
令h(x)=ln x+-2(x>0),
则h′(x)=-=,
令h′(x)=0,得x=2,
∴h(x)在(0,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,
又h=2-ln 2>0,h(2)=ln 2-1<0,h(e2)=>0,
∴h(x)与x轴有两个交点,
∴过点(0,1)向曲线y=f(x)可作2条切线.
[解析] (1)函数f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=+2x-a,
f(x)在区间(0,e]单调递增,即当x∈(0,e]时,f′(x)≥0恒成立,
亦即a ≤+2x在区间(0,e]恒成立;
因为+2x≥2,
所以,a的取值范围为(-∞,2].
(2)①当a≤2时,f′(x)=+2x-a≥2-a≥0在(0,+∞)恒成立,
则f(x)在(0,+∞)单调递增;
②当a>2时,f′(x)=+2x-a=,易知a2-8>0,
令f′(x)=0,解得x1=,x2=,且0<x1<x2
当x1<x<x2,f′(x)<0;
当0<x<x1或x>x2时,f′(x)>0;
所以,f(x)在区间(x1,x2)单调递减,在区间(0,x1)和(x2,+∞)单调递增.
综上所述,当a≤2时,f(x)在(0,+∞)单调递增;
当a>2时,f(x)在区间单调递减,在区间和单调递增.
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