内容正文:
第4节 导数与函数的极值
课标要求
1.借助函数的图象,了解函数在某点取得极值的必要条件和充分条件.
2.理解导数与函数极值的关系,会利用导数求函数的极大值、极小值.
3.会利用极值求参数.
由图象判断函数的极值
条件
f'(x0)=0
x0附近的左侧f'(x) > 0,右侧f'(x) < 0
x0附近的左侧f'(x) < 0,右侧f'(x) > 0
图象
形如山峰
形如山谷
极值
f(x0)为极 大 值
f(x0)为极 小 值
极值点
x0为极 大 值点
x0为极 小 值点
提醒:f'(x0)=0是x0为可导函数f(x)的极值点的必要不充分条件.如:f(x)=x3,f'(0)=0,但0不是极值点.
设函数f(x)在R上可导,其导函数为f'(x),且函数y=(1-x)f'(x)的图象如图所示,则下列结论中一定成立的是( )
A.函数f(x)有极大值f(2)和极小值f(1)
B.函数f(x)有极大值f(-2)和极小值f(1)
C.函数f(x)有极大值f(2)和极小值f(-2)
D.函数f(x)有极大值f(-2)和极小值f(2)
解析:D 由题图可知,当x<-2时,f'(x)>0;当-2<x<1时,f'(x)<0;当1<x<2时,f'(x)<0;当x>2时,f'(x)>0.由此可以得到函数f(x)在x=-2处取得极大值,在x=2处取得极小值.
规律方法
导函数图象从左往右,导函数值由正变负,表示函数单调性由增变减,此时导函数的零点即为函数的极大值点;同理,导函数值由负变正,函数单调性由减变增,此时导函数的零点即为函数的极小值点.判断函数的极值需从定义入手.
练1 〔多选〕若函数f(x)的定义域为(-4,3),其导函数f'(x)的图象如图所示,则下列选项正确的为( )
A.f(x)有两个极大值点
B.f(x)有一个极小值点
C.f(0)>f(1)
D.f(-2)>f(-3)
解析:AB 由f'(x)的图象可知,当x∈(-4,-3]时,f'(x)≥0,即函数f(x)在(-4,3]上单调递增;当x∈(-3,-2]时,f'(x)≤0,即f(x)在(-3,-2]上单调递减,所以x=-3为f(x)的一个极大值点,且f(-2)<f(-3);当x∈(-2,2]时,f'(x)≥0,即f(x)在(-2,2]上单调递增;当x∈(2,3)时,f'(x)<0,即f(x)在(2,3)上单调递减,所以x=-2为f(x)的一个极小值点,x=2为f(x)的一个极大值点,且f(0)<f(1).故A、B正确,C、D错误.
求函数的极值
〔多选〕(2026·湖北黄冈模拟)已知函数f(x)=,则函数f(x)( )
A.在(0,)内单调递减 B.有3个极值点
C.极大值为1 D.极小值点为
解析:CD 由f(x)=,得f'(x)=(x≠1),由f'(x)>0,得x<0或x>,由f'(x)<0,得0<x<1或1<x<,所以f(x)在区间(-∞,0),(,+∞)上单调递增,在区间(0,1),(1,)内单调递减,所以f(x)的极大值为f(0)=1,极小值为f()==4,故选项A、B错误,C、D正确.
规律方法
求函数极值的一般步骤
(1)先求函数f(x)的定义域,再求函数f(x)的导函数;
(2)求f'(x)=0的根;
(3)判断f'(x)=0的根的左、右两侧f'(x)的符号,确定极值点;
(4)求出函数f(x)的极值.
练2 已知函数f(x)=ln x-ax(a∈R).
(1)当a=时,求f(x)的极值;
(2)讨论函数f(x)在定义域内极值点的个数.
解:(1)当a=时,f(x)=ln x-x,函数的定义域为(0,+∞),且f'(x)=-=,
令f'(x)=0,得x=2,
于是当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如表:
x
(0,2)
2
(2,+∞)
f'(x)
+
0
-
f(x)
单调递增
ln 2-1
单调递减
故f(x)在定义域上的极大值为f(2)=ln 2-1,无极小值.
(2)函数f(x)的定义域为(0,+∞),
f'(x)=-a=(x>0).
当a≤0时,f'(x)>0在(0,+∞)上恒成立,
则函数在(0,+∞)上是增函数,此时函数在定义域上无极值点;
当a>0时,若x∈,则f'(x)>0,
若x∈,则f'(x)<0,
故函数在x=处有极大值.
综上可知,当a≤0时,函数f(x)无极值点;
当a>0时,函数y=f(x)有一个极大值点,且为.
由函数的极值求参数
(1)(2025·全国Ⅱ卷13题)若x=2是函数f(x)=(x-1)(x-2)(x-a)的极值点,则f(0)= -4 ;
解析: f'(x)=(x-2)'[(x-1)(x-a)]+(x-2)[(x-1)(x-a)]'=(x-1)(x-a)+(x-2)[(x-1)(x-a)]',因为x=2是函数f(x)的极值点,所以f'(2)=0,即(2-1)(2-a)=0,则a=2,经检验,满足题意,所以f(x)=(x-1)(x-2)2,所以f(0)=-4.
(2)若函数f(x)=ln 2x+ax有大于零的极值,则实数a的取值范围为 ( -,0) .
解析:函数f(x)=ln 2x+ax的定义域为(0,+∞),求导得f'(x)=+a,当a≥0时,f'(x)>0,函数f(x)在(0,+∞)上是增函数,无极值,不符合题意;当a<0时,当0<x<-时,f'(x)>0,当x>-时,f'(x)<0,则当x=-时,函数f(x)取得极大值f( -),因此f( -)=ln( -)-1>0,即ln( -)>1,解得-<a<0.
规律方法
已知函数极值点或极值求参数的2个要领
(1)列式:根据极值点处导数为0和极值这两个条件列方程组,利用待定系数法求解;
(2)验证:因为导数值等于零不是此点为极值点的充要条件,所以利用待定系数法求解后必须验证根的合理性.
提醒 若函数y=f(x)在区间(a,b)内有极值,那么y=f(x)在(a,b)内不是单调函数.
练3 (1)已知函数f(x)=x2ln x,则下列结论正确的是( C )
A.f(x)在x=处取得极大值
B.f(x)在x=处取得极大值
C.f(x)在x=处取得极小值-
D.f(x)在x=处取得极小值
(2)(2026·广东汕头模拟)设a∈R,若函数f(x)=x3-x2+x+2在(1,2)内存在极值点,则a的取值范围是( B )
A. B.( 3,)
C.(-∞,3) D.
(3)〔多选〕(2023·新高考Ⅱ卷11题)若函数f(x)= aln x++(a≠0)既有极大值也有极小值,则( BCD )
A.bc>0 B.ab>0
C.b2+8ac>0 D.ac<0
解析:(1)f'(x)=2xln x+x=x(2ln x+1),且x∈(0,+∞).令f'(x)=0,得x=,所以当x∈( 0,)时,f'(x)<0,f(x)单调递减,当x∈( ,+∞)时,f'(x)>0,f(x)单调递增.所以f(x)在x=处取得极小值f( )=ln=-.故选C.
(2)依题意,f'(x)=2x2-ax+1在(1,2)内存在变号零点.所以a=2x+在(1,2)内有解,易知y=2x+在(1,2)上单调递增,所以3<a<.故选B.
(3)因为函数f(x)=aln x++(a≠0),所以函数f(x)的定义域为(0,+∞),f'(x)=,因为函数f(x)既有极大值也有极小值,所以关于x的方程ax2-bx-2c=0有两个不等的正实根x1,x2,则即所以故选B、C、D.
(时间:60分钟,满分:90分)[备注:单选、填空题5分,多选题6分]
1.如图是y=f(x)的导函数f'(x)的图象,对于下列四个判断,其中不正确的是( )
A.当x=-1时,f(x)取得极小值
B.f(x)在[-2,1]上不具备单调性
C.当x=2时,f(x)取得极大值
D.f(x)在[-1,2]上单调递减
解析:D 由导函数f'(x)的图象知,当x=-1时,f(x)取得极小值,故选项A正确;f(x)在[-2,1]上有减有增,故选项B正确;当x=2时,f(x)取得极大值,故选项C正确;f(x)在[-1,2]上单调递增,故选项D错误.
2.(2026·黑龙江伊春开学考试)函数f(x)=(4x-5)e2x的极值点为( )
A. B.
C. D.
解析:B f'(x)=4e2x+2(4x-5)e2x=(8x-6)e2x,令f'(x)<0,得x<,此时函数单调递减;令f'(x)>0,得x>,此时函数单调递增.所以f(x)的极小值点为,无极大值点.故选B.
3.设函数f(x)的定义域为R,若x0(x0≠0)是f(x)的极大值点,则以下结论中一定正确的是( )
A.∀x∈R,f(x)≤f(x0)
B.-x0是f(-x)的极小值点
C.-x0是-f(x)的极小值点
D.-x0是-f(-x)的极小值点
解析:D 极值为函数的局部性质,A错误.因为f(-x)与f(x)的图象关于y轴对称,所以-x0是f(-x)的极大值点,B错误.因为-f(x)与f(x)的图象关于x轴对称,所以x0是-f(x)的极小值点,C错误.因为-f(-x)与f(x)的图象关于原点对称,所以-x0是-f(-x)的极小值点,D正确.
4.已知函数f(x)=x3+(a-1)x2+x+1没有极值,则实数a的取值范围是( )
A.[0,1] B.(-∞,0]∪[1,+∞)
C.[0,2] D.(-∞,0]∪[2,+∞)
解析: C 由f(x)=x3+(a-1)x2+x+1,得f'(x)=x2+2(a-1)x+1.由题意得[2(a-1)]2-4≤0,解得0≤a≤2.
5.设函数f(x)=,若f(x)的极小值为,则a=( )
A.- B.
C. D.2
解析:B 由已知得f'(x)=(x≠-a),令f'(x)=0,有x=1-a,且当x<1-a时函数f(x)单调递减,当x>1-a时函数f(x)单调递增,∴f(x)的极小值为f(1-a)=e1-a=,即1-a=,得a=.故选B.
6.已知函数f(x)=2ln x+ax2-3x在x=2处取得极小值,则f(x)的极大值为( )
A.2 B.-
C.3+ln 2 D.-2+2ln 2
解析:B f'(x)=+2ax-3,∵f(x)在x=2处取得极小值,∴f'(2)=4a-2=0,解得a=,∴f(x)=2ln x+x2-3x,f'(x)=+x-3=,∴f(x)在(0,1),(2,+∞)上单调递增,在(1,2)内单调递减,∴f(x)的极大值为f(1)=-3=-.
7.〔多选〕(2026·山西运城调研)若x=-2是函数f(x)=(x2+ax-1)ex-1的极值点,则下面结论正确的为( )
A.a=-1
B.f(x)的单调递增区间为(-2,1)
C.f(x)的极小值为1
D.f(x)的极大值为5e-3
解析:AD 由题可得f'(x)=ex-1[x2+(a+2)x+a-1],x∈R,因为x=-2是函数f(x)=(x2+ax-1)ex-1的极值点,所以f'(-2)=0,则4-2(a+2)+a-1=0,解得a=-1,故f(x)=(x2-x-1)ex-1,f'(x)=ex-1(x2+x-2)=(x-1)(x+2)ex-1,当x<-2时,f'(x)>0,f(x)单调递增;当-2<x<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)的单调递增区间为(-∞,-2),(1,+∞),单调递减区间为(-2,1),故A正确,B错误;由上可知,f(x)的极大值为f(-2)=5e-3,极小值为f(1)=-1,故C错误,D正确.
8.(2026·广东湛江模拟)已知函数f(x)=x3-x2+ax(x∈R),g(x)=x2+(2-a)ln x,若f(x)与g(x)中恰有一个函数无极值,则实数a的取值范围是 (-∞,)∪(2,+∞) .
解析:若f(x)=x3-x2+ax(x∈R)无极值,则f'(x)=3x2-2x+a≥0恒成立,即Δ=4-12a≤0,解得a≥;若g(x)=x2+(2-a)ln x无极值,则g'(x)=≥0对x∈(0,+∞)恒成立,所以2-a≥0,即a≤2.所以f(x)与g(x)中恰有一个函数无极值,则或解得a∈(-∞,)∪(2,+∞).
9.已知函数f(x)=x3+bx2+cx的图象如图所示,则+= .
解析:由题图可知f(x)的图象经过点(1,0)与(2,0),x1,x2是f(x)的极值点,∴1+b+c=0,8+4b+2c=0,解得b=-3,c=2,∴f(x)=x3-3x2+2x,∴f'(x)=3x2-6x+2.∵x1,x2是方程3x2-6x+2=0的两根,∴x1+x2=2,x1x2=,∴+=(x1+x2)2-2x1x2=4-2×=.
10.(13分)已知函数f(x)=+x(a∈R).
(1)若f'(0)=0,求实数a的值;
(2)讨论函数f(x)的极值.
解:(1)由函数f(x)=+x,
可得f'(x)=1-=,
所以f'(0)==1-a=0,解得a=1.
(2)函数f(x)=+x的定义域为R,
且f'(x)=1-=,当a≤0时,f'(x)>0恒成立,
所以f(x)在R上单调递增,f(x)无极值;
当a>0时,令f'(x)>0,解得x>ln a;
令f'(x)<0,解得x<ln a,
所以f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,在(ln a,+∞)上单调递增,
所以f(x)的极小值为f(ln a)=1+ln a,无极大值.
综上所述,当a≤0时,f(x)无极值;当a>0时,f(x)的极小值为1+ln a,无极大值.
11.(2025·江苏南通一模)若函数f(x)=eax+2x有大于零的极值点,则实数a的取值范围为( )
A.a>-2 B.a>-
C.a<-2 D.a<-
解析:C 由函数f(x)=eax+2x,可得f'(x)=aeax+2,若a≥0,f'(x)>0,此时f(x)单调递增,无极值点,故a<0,令f'(x)=aeax+2=0,解得x=ln( -),当x>ln( -)时,f'(x)>0,当x<ln( -)时,f'(x)<0,故x=ln( -)是f(x)=eax+2x的极值点,由于函数f(x)=eax+2x有大于零的极值点,∴ln( -)>0⇒ln( -)<0⇒0<-<1,解得a<-2.故选C.
12.〔多选〕已知a为常数,函数f(x)=x(ln x-2ax)有两个极值点x1,x2(x1<x2),则下列结论中正确的是( )
A.0<a< B.x1+x2<2
C.f(x1)<0 D.f(x2)>-
解析:ACD 因为f'(x)=ln x+1-4ax(x>0),令f'(x)=0,则4a=,令g(x)=,则g'(x)=,所以g(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减.作出函数y=4a和函数y=g(x)的图象,如图所示.当0<a<时,f'(x)=0有两个根x1,x2,且x1<1<x2,故选项A正确;当a→0时,x1+x2→+∞,故选项B错误;又函数f(x)在(0,x1)内单调递减,在(x1,x2)内单调递增,在(x2,+∞)上单调递减,所以f(x1)<f(1)=-2a<0,f(x2)>f(1)=-2a>-,故选项C、D正确.故选A、C、D.
13.若函数f(x)=x2-ax+ln x在(0,2)内有极值,则实数a的取值范围是 (2,+∞) .
解析:f(x)=x2-ax+ln x的定义域为(0,+∞),f'(x)=x-a+,要使函数f(x)=x2-ax+ln x在(0,2)内有极值,则f'(x)=x-a+在(0,2)内有变号零点,令g(x)=x+,x∈(0,2),则g(x)=x+≥2=2,当且仅当x=1时等号成立,所以a≥2.当a=2时,f'(x)=x+-2≥0,函数f(x)单调递增,则函数f(x)=x2-ax+ln x在(0,2)内没有极值,故a>2,即实数a的取值范围是(2,+∞).
14.(15分)〔一题多解〕(2024·新高考Ⅱ卷16题)已知函数f(x)=ex-ax-a3.
(1)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)若f(x)有极小值,且极小值小于0,求a的取值范围.
解:(1)当a=1时,则f(x)=ex-x-1,f'(x)=ex-1,
可得f(1)=e-2,f'(1)=e-1,
即切点坐标为(1,e-2),切线斜率k=e-1,
所以切线方程为y-(e-2)=(e-1)(x-1),
即(e-1)x-y-1=0.
(2)易知函数f(x)的定义域为R,f'(x)=ex-a.
当a≤0时,f'(x)>0,函数f(x)在R上是增函数,无极值;
当a>0时,由f'(x)>0,得x>ln a,由f'(x)<0,得x<ln a,
所以函数f(x)在区间(-∞,ln a)上单调递减,在区间(ln a,+∞)上单调递增,所以f(x)的极小值为f(ln a)=a-aln a-a3.
由题意知a-aln a-a3<0(a>0),等价于1-ln a-a2<0(a>0).
法一(导数法) 令g(a)=1-ln a-a2(a>0),
则g'(a)=--2a<0,
所以函数g(a)在(0,+∞)上是减函数,
又g(1)=0,故当0<a<1时,g(a)>0;当a>1时,g(a)<0.
故实数a的取值范围为(1,+∞).
法二(图象法) 由1-ln a-a2<0(a>0),得ln a>-a2+1(a>0).
如图为函数y=ln a与y=-a2+1在区间(0,+∞)上的大致图象,
由图易知当a>1时,ln a>-a2+1,即1-ln a-a2<0.
所以实数a的取值范围为(1,+∞)
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第4节 导数与函数的极值
1.借助函数的图象,了解函数在某点取得极值的必要条件和充分条件.
2.理解导数与函数极值的关系,会利用导数求函数的极大值、极小值.
3.会利用极值求参数.
由图象判断函数的极值
条件
f'(x0)=0
x0附近的左侧f'(x) 0,右侧f'(x) 0
x0附近的左侧f'(x) 0,右侧f'(x) 0
图象
形如山峰
形如山谷
极值
f(x0)为极 值
f(x0)为极 值
极值点
x0为极 值点
x0为极 值点
提醒:f'(x0)=0是x0为可导函数f(x)的极值点的必要不充分条件.如:f(x)=x3,f'(0)=0,但0不是极值点.
设函数f(x)在R上可导,其导函数为f'(x),且函数y=(1-x)f'(x)的图象如图所示,则下列结论中一定成立的是( )
A.函数f(x)有极大值f(2)和极小值f(1)
B.函数f(x)有极大值f(-2)和极小值f(1)
C.函数f(x)有极大值f(2)和极小值f(-2)
D.函数f(x)有极大值f(-2)和极小值f(2)
听课记录
导函数图象从左往右,导函数值由正变负,表示函数单调性由增变减,此时导函数的零点即为函数的极大值点;同理,导函数值由负变正,函数单调性由减变增,此时导函数的零点即为函数的极小值点.判断函数的极值需从定义入手.
练1 〔多选〕若函数f(x)的定义域为(-4,3),其导函数f'(x)的图象如图所示,则下列选项正确的为( )
A.f(x)有两个极大值点
B.f(x)有一个极小值点
C.f(0)>f(1)
D.f(-2)>f(-3)
求函数的极值
〔多选〕(2026·湖北黄冈模拟)已知函数f(x)=,则函数f(x)( )
A.在(0,)内单调递减
B.有3个极值点
C.极大值为1
D.极小值点为
听课记录
求函数极值的一般步骤
(1)先求函数f(x)的定义域,再求函数f(x)的导函数;
(2)求f'(x)=0的根;
(3)判断f'(x)=0的根的左、右两侧f'(x)的符号,确定极值点;
(4)求出函数f(x)的极值.
练2 已知函数f(x)=ln x-ax(a∈R).
(1)当a=时,求f(x)的极值;
(2)讨论函数f(x)在定义域内极值点的个数.
由函数的极值求参数
(1)(2025·全国Ⅱ卷13题)若x=2是函数f(x)=(x-1)(x-2)(x-a)的极值点,则f(0)= ;
(2)若函数f(x)=ln 2x+ax有大于零的极值,则实数a的取值范围为 .
听课记录
已知函数极值点或极值求参数的2个要领
(1)列式:根据极值点处导数为0和极值这两个条件列方程组,利用待定系数法求解;
(2)验证:因为导数值等于零不是此点为极值点的充要条件,所以利用待定系数法求解后必须验证根的合理性.
提醒 若函数y=f(x)在区间(a,b)内有极值,那么y=f(x)在(a,b)内不是单调函数.
练3 (1)已知函数f(x)=x2ln x,则下列结论正确的是( )
A.f(x)在x=处取得极大值
B.f(x)在x=处取得极大值
C.f(x)在x=处取得极小值-
D.f(x)在x=处取得极小值
(2)(2026·广东汕头模拟)设a∈R,若函数f(x)=x3-x2+x+2在(1,2)内存在极值点,则a的取值范围是( )
A. B.( 3,)
C.(-∞,3) D.
(3)〔多选〕(2023·新高考Ⅱ卷11题)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
第4节 导数与函数的极值
(时间:60分钟,满分:90分)
[备注:单选、填空题5分,多选题6分]
1.如图是y=f(x)的导函数f'(x)的图象,对于下列四个判断,其中不正确的是( )
A.当x=-1时,f(x)取得极小值
B.f(x)在[-2,1]上不具备单调性
C.当x=2时,f(x)取得极大值
D.f(x)在[-1,2]上单调递减
2.(2026·黑龙江伊春开学考试)函数f(x)=(4x-5)e2x的极值点为( )
A. B.
C. D.
3.设函数f(x)的定义域为R,若x0(x0≠0)是f(x)的极大值点,则以下结论中一定正确的是( )
A.∀x∈R,f(x)≤f(x0)
B.-x0是f(-x)的极小值点
C.-x0是-f(x)的极小值点
D.-x0是-f(-x)的极小值点
4.已知函数f(x)=x3+(a-1)x2+x+1没有极值,则实数a的取值范围是( )
A.[0,1] B.(-∞,0]∪[1,+∞)
C.[0,2] D.(-∞,0]∪[2,+∞)
5.设函数f(x)=,若f(x)的极小值为,则a=( )
A.- B.
C. D.2
6.已知函数f(x)=2ln x+ax2-3x在x=2处取得极小值,则f(x)的极大值为( )
A.2 B.-
C.3+ln 2 D.-2+2ln 2
7.〔多选〕(2026·山西运城调研)若x=-2是函数f(x)=(x2+ax-1)ex-1的极值点,则下面结论正确的为( )
A.a=-1
B.f(x)的单调递增区间为(-2,1)
C.f(x)的极小值为1
D.f(x)的极大值为5e-3
8.(2026·广东湛江模拟)已知函数f(x)=x3-x2+ax(x∈R),g(x)=x2+(2-a)ln x,若f(x)与g(x)中恰有一个函数无极值,则实数a的取值范围是 .
9.已知函数f(x)=x3+bx2+cx的图象如图所示,则+= .
10.(13分)已知函数f(x)=+x(a∈R).
(1)若f'(0)=0,求实数a的值;
(2)讨论函数f(x)的极值.
11.(2025·江苏南通一模)若函数f(x)=eax+2x有大于零的极值点,则实数a的取值范围为( )
A.a>-2 B.a>-
C.a<-2 D.a<-
12.〔多选〕已知a为常数,函数f(x)=x(ln x-2ax)有两个极值点x1,x2(x1<x2),则下列结论中正确的是( )
A.0<a< B.x1+x2<2
C.f(x1)<0 D.f(x2)>-
13.若函数f(x)=x2-ax+ln x在(0,2)内有极值,则实数a的取值范围是 .
14.(15分)〔一题多解〕(2024·新高考Ⅱ卷16题)已知函数f(x)=ex-ax-a3.
(1)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)若f(x)有极小值,且极小值小于0,求a的取值范围
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