第3章 第2节 导数与函数的单调性(课件PPT)-【高考领航】2027年高考数学大一轮复习学案(创新版)
2026-08-10
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教辅
摘要:
该高中数学高考复习课件聚焦“导数与函数的单调性”专题,依据高考评价体系梳理导数与单调性关系、单调区间求解及应用三大核心考点,通过近五年真题分析明确含参讨论、参数范围求解等高频考点权重,归纳选择填空及解答题常考题型。
课件亮点在于“基础夯实-考点突破-规范训练”的系统备考策略,结合2023新课标Ⅱ卷真题解析“参数范围”题型,通过分类讨论培养数学思维,总结“定义域-求导-分区间判断”通法。助力学生掌握答题技巧,教师可精准指导复习,提升备考效率。
内容正文:
第2节 导数与函数的单调性
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1.借助几何直观了解函数的单调性与导数的关系. 2.能利用导数研究函数的单调性,对于多项式函数,能求不超过三次的多项式函数的单调区间. 3.会利用函数的单调性判断大小,求参数范围等简单应用.
课标解读
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1
再研教材 夯实基础
3
限时规范训练
栏
目
导
引
2
考点突破 通法悟道
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再研教材
夯实基础
1.函数的单调性与导数的关系
条件 恒有 结论
函数y=f(x)在区间(a,b)上可导 f′(x)>0 f(x)在(a,b)上____________
f′(x)<0 f(x)在(a,b)上____________
f′(x)=0 f(x)在(a,b)上是____________
单调递增
单调递减
常数函数
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2.利用导数判断函数单调性的步骤
第1步,确定函数的_________;
第2步,求出导函数f′(x)的______;
第3步,用f′(x)的零点将f(x)的定义域划分为若干个区间,列表给出f′(x)在各区间上的正负,由此得出函数y=f(x)在定义域内的单调性.
定义域
零点
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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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1.(多选)(人A选修二P92练习 T1改编)如图是函数y=f(x)的导函数y=f′(x)的图象,则下列判断正确的是( )
A.在区间(-2,1)上f(x)单调递增
B.在区间(2,3)上f(x)单调递减
C.在区间(4,5)上f(x)单调递增
D.在区间(3,5)上f(x)单调递减
BC
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解析:BC 在区间(-2,1)上,当x∈时,f′(x)<0,当x∈时,f′(x)>0,故f(x)在区间上单调递减,在区间上单调递增,A错误;在区间(2,3)上,f′(x)<0,所以f(x)单调递减,B正确;在区间(3,5)上,当x∈(3,4)时,f′(x)<0,当x∈(4,5)时,f′(x)>0,故f(x)在区间(3,4)上单调递减,在区间(4,5)上单调递增,C正确,D错误.故选BC.
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2.(人A选修二P86例1(2)改编)函数f(x)=1+x-sin x在(0,2π)上的单调性是( )
A.单调递增
B.单调递减
C.在(0,π)上单调递增,在(π,2π)上单调递减
D.在(0,π)上单调递减,在(π,2π)上单调递增
解析:A 因为f′(x)=1-cos x≥0,所以f(x)=1+x-sin x在(0,2π)上单调递增.故选A.
A
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3.(人A选修二P87练习T3改编)函数y=f(x)的图象如图所示,则y=f′(x)的图象可能是( )
D
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解析:D 由f(x)的图象可知,f(x)在(-∞,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减,所以在(0,+∞)上f′(x)≤0,在(-∞,0)上f′(x)≥0,观察四个图象可知D符合.故选D.
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4.(人A选修二P87例3改编)设f(x)=2x2-x3,则f(x)的单调递减区间是
( )
A.
B.
C.(-∞,0)
D.(-∞,0)和
D
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解析:D 由f(x)=2x2-x3,得f′(x)=4x-3x2=x(4-3x),令f′(x)=0,得x=0或x=,当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表所示.
所以f(x)的单调递减区间是(-∞,0)和.故选D
x (-∞,0) 0
f′(x) - 0 + 0 -
f(x) 单调递减 单调递增 单调递减
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考点突破
通法悟道
考点一 函数的单调性(多维探究)
角度1 不含参函数的单调性
例1 (1)下列函数在(0,+∞)上单调递增的是( )
A.f(x)=sin 2x B.f(x)=xex
C.f(x)=x3-x D.f(x)=-x+ln x
解析:B 对于A,f′(x)=2cos 2x,f′=-1<0,故A不符合题意;对于B,f′(x)=(x+1)ex>0,故B符合题意;对于C,f′(x)=3x2-1,f′=-<0,故C不符合题意;对于D,f′(x)=-1+,f′(2)=-<0,故D不符合题意.故选B.
B
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(2)函数f(x)=ln (2x-1)-x2+x的单调递增区间是( )
A.(0,1) B.
C. D.
解析:D 函数f(x)=ln (2x-1)-x2+x的定义域为,且f′(x)=-2x+1=,令f′(x)>0,解得<x<,所以f(x)的单调递增区间为.故选D.
D
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角度2 含参数函数的单调性
例2 (2025·广东湛江二模节选)已知函数f(x)=-x2+(a2+a)ln x+(1-a)x.若a≥-,讨论f(x)的单调性.
解:由f(x)=-x2+(a2+a)ln x+(1-a)x,x>0,得f′(x)=-2x+.令(x+a)(2x-a-1)=0,得x=-a或x=.若a≥0,则-a≤0,>0,当x∈时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x∈时,f′(x)<0,f(x)单调递减.若-<a<0,则>-a>0,当x∈(0,-a)和时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
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当x∈单调递增.若a=,则,f′(x)≤0在x∈(0,+∞)上恒成立,f(x)单调递减.
综上所述,当a≥0时,f(x)的单调递增区间为,单调递减区间为;
当-<a<0时,f(x)的单调递增区间为,单调递减区间为(0,-a)和;
当a=-时,f(x)的单调递减区间为(0,+∞),无单调递增区间.
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讨论函数f(x)单调性的步骤
(1)确定函数f(x)的定义域;
(2)求出导数f′(x),并求出方程f′(x)=0的根;
(3)利用f′(x)=0的根将函数的定义域分成若干个子区间,在这些子区间上讨论f′(x)的正负,由符号确定f(x)在该区间上的单调性.
提醒 研究含参函数的单调性时,需注意依据参数取值对不等式解集的影响进行分类讨论.
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1.(多选)函数y=x4-2x2+5在下列区间单调递减的有( )
A.(-∞,-1) B.(-1,0)
C.(0,1) D.(1,+∞)
解析:AC 由题意得y′=4x3-4x=4x(x2-1)=4x(x+1)(x-1),令y′<0,解得x<-1或0<x<1,结合选项可知函数y=x4-2x2+5在(-∞,-1),(0,1)上单调递减.故选AC.
AC
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2.已知函数f(x)=e2x+(a-2)ex-ax.讨论f(x)的单调区间.
解:由题意可知f(x)的定义域为R,且f′(x)=2e2x+(a-2)ex-a=(2ex+a)(ex-1),
①若a≥0,则2ex+a>0,
令f′(x)>0,解得x>0;
令f′(x)<0,解得x<0,
可知f(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增;
②若a<0,令f′(x)=0,解得x=ln 或x=0,
(ⅰ)当ln <0,即-2<a<0时,
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令f′(x)>0,解得x>0或x<ln ;
令f′(x)<0,解得ln <x<0,
可知f(x)在上单调递减,在,(0,+∞)上单调递增.
(ⅱ)当ln =0,即a=-2时,
f′(x)=2(ex-1)2≥0,可知f(x)在R上单调递增;
(ⅲ)当ln >0,即a<-2时,
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令f′(x)>0,解得x<0或x>ln ;
令f′(x)<0,解得0<x<ln ,
可知f(x)在上单调递减,在(-∞,0),上单调递增.
综上所述,若a≥0,f(x)的单调递减区间为(-∞,0),单调递增区间为(0,+∞);
若-2<a<0,f(x)的单调递减区间为,单调递增区间为,(0,+∞);
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若a=-2,f(x)的单调递增区间为R,无单调递减区间;
若a<-2,f(x)的单调递减区间为,单调递增区间为(-∞,0),.
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考点二 函数单调性的应用(多维探究)
角度1 比较大小或解不等式
例3 (1)(2026·江苏无锡模拟)已知函数f(x)=x2-cos x,x∈,则( )
A.f>f(0)>f(-1)
B.f(-1)>f(0)>f
C.f>f(-1)>f(0)
D.f(-1)>f>f(0)
C
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解析:C 因为f(-x)=(-x)2-cos (-x)=x2-cos x=f(x),所以函数f(x)是定义在上的偶函数,所以f(-1)=f(1),因为当x∈时,f′(x)=2x+sin x≥0,所以函数f(x)在上单调递增,所以f>f(1)>f(0),即f>f(-1)>f(0).故选C.
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(2)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:B 由题意可知f(x)的定义域为(0,+∞).因为f′(x)=-1=-2≤0恒成立,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.故选B.
B
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角度2 已知函数单调性求参数
例4 (2023·新课标Ⅱ卷T6)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
解析:C 依题可知,f′(x)=aex-≥0在(1,2)上恒成立,显然a>0,所以xex≥,设g(x)=xex,x∈(1,2),所以g′(x)=(x+1)ex>0,所以g(x)在(1,2)上单调递增,g(x)>g(1)=e,故e≥,即a≥=e-1,即a的最小值为e-1.故选C.
C
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[变式探究1]
(变条件、变问法)在本例中,若函数f(x)在区间(1,2)上存在单调递增区间,求实数a的取值范围.
解:因为f(x)在(1,2)上存在单调递增区间,所以∃x∈(1,2),使f′(x)>0有解,即当x∈(1,2)时,不等式aex->0有解,即a>,x∈(1,2)有解,由例4解析可知,∈,所以a>,即实数a的取值范围为.
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[变式探究2]
(变条件、变问法)若函数f(x)在区间(1,2)上不单调,求实数a的取值范围.
解:因为f(x)在(1,2)上不单调,得a>0,则f″(x)=aex+>0,所以当x∈(1,2)时,f′(x)=0有解,即方程aex-=0有解,即a=在x∈(1,2)上有解,由例4解析可知,∈,所以实数a的取值范围为.
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1.根据函数单调性求参数的方法
(1)f(x)为增(减)函数的充要条件是对任意的x∈(a,b)都有f′(x)≥0(f′(x)≤0),且在(a,b)内的任一非空子区间上,f′(x)不恒为零,应注意此时式子中的等号不能省略,否则会漏解.
(2)函数在区间(a,b)上存在单调区间,实际上就是f′(x)>0(或f′(x)<0)在该区间上存在解集.
(3)若函数y=f(x)在区间(a,b)上不单调,则转化为f′(x)=0在(a,b)上有解(需验证解的两侧导数是否异号).
2.利用导数比较大小或解不等式,其关键是判断已知(或构造后的)函数的单调性,利用其单调性比较大小或解不等式.
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1.若函数f(x)=x2+ax+4的单调递减区间是[-1,4],则a=
( )
A.-4 B.-1
C.1 D.4
解析:A 易知f′(x)=x2-3x+a,由题意知f′(x)≤0的解集为[-1,4],则-1与4是方程x2-3x+a=0的两个根,故a=-1×4=-4.故选A.
A
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2.已知a=,则a,b,c的大小关系为( )
A.a>b>c B.a>c>b
C.b>a>c D.b>c>a
解析:D 构造函数f(x)=,x∈(0,+∞),则f′(x)=,令f′(x)>0,得0<x<e,令f′(x)<0,得x>e,因此f(x)=在(0,e)上单调递增,在(e,+∞)上单调递减,而a==f(4),b==f(e),c==f(3),因为4>3>e,所以f(e)>f(3)>f(4),即b>c>a.故选D.
D
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3.已知函数f(x)=ex-e-x-2x+1,则不等式f(2x-3)>1的解集为________.
解析:f(x)=ex-e-x-2x+1的定义域为R,f′(x)=ex+e-x-2≥2 -2=0,当且仅当x=0时取等号,所以f(x)在R上是增函数,又f(0)=1,所以原不等式可化为f(2x-3)>f(0),即2x-3>0,解得x>,所以原不等式的解集为.
答案:
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限时规范
训练(二十一)
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(建议用时:60分钟 分值:104分)
单项选择题、填空题5分;多项选择题6分.
1.函数f(x)=(x-3)ex的单调递减区间是( )
A.(-∞,2) B.(0,3)
C.(1,4) D.(2,+∞)
解析:A 由已知得,f′(x)=ex+(x-3)ex=(x-2)ex,令f′(x)=0,即(x-2)ex=0,解得x=2;当x<2时,f′(x)<0,当x>2时,f′(x)>0,所以f(x)的单调递减区间是(-∞,2),单调递增区间是(2,+∞).故选A.
A
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2.“函数y=ax-sin x在R上是增函数”是“a>0”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
解析:A 因为函数y=ax-sin x是增函数,所以y′=a-cos x≥0恒成立,即a≥cos x恒成立,所以a≥1>0,反之,a>0,函数的导数不一定大于0.故“函数y=ax-sin x在R上是增函数”是“a>0”的充分不必要条件.故选A.
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3.已知函数f(x)的导函数为f′(x),且函数f(x)的图象如图所示,则函数y=xf′(x)的图象可能是( )
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解析:C 由题图可知函数f(x)在(-∞,-1)上单调递减,在(-1,+∞)上单调递增,则当x∈(-∞,-1)时,f′(x)<0,当x∈(-1,+∞)时,f′(x)>0,且f′(-1)=0.对于函数y=xf′(x),当x∈(-∞,-1)时,xf′(x)>0,当x∈(-1,0)时,xf′(x)<0,当x∈(0,+∞)时,xf′(x)>0,且当x=-1时,xf′(x)=0,当x=0时,xf′(x)=0,显然选项C符合.故选C.
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4.已知函数f(x)=ln x,且a=f,b=f,c=,则( )
A.a>b>c B.c>a>b
C.a>c>b D.c>b>a
解析:B 由f(x)=ln x,得f′(x)=ln x+,当x∈(0,1)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,因为c=f,0<<<<1,所以f>f>f,故c>a>b.故选B.
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5.(多选)若f(x)=-x2+2x+1是区间(m-1,m+4)上的单调函数,则实数m的值可以是( )
A.-4 B.-3
C.3 D.4
解析:CD 由题意,知f′(x)=-x2+x+2=-(x-2)(x+1),令f′(x)>0,解得-1<x<2,令f′(x)<0,解得x<-1或x>2,所以f(x)在(-1,2)上单调递增,在(-∞,-1),(2,+∞)上单调递减,若函数f(x)=-x2+2x+1在区间(m-1,m+4)上单调,则m+4≤-1或m-1≥2或解得m≤-5或m≥3或m∈∅,即m≤-5或m≥3.故选CD.
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6.(多选)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
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AC
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解析:AC 当x=0或x=2时,f(x)=0,则函数g(x)=的定义域为(-∞,0)∪(0,2)∪(2,+∞),排除B、D;
g′(x)=>f′(x),即g′(x)=>0,所以函数g(x)=在(0,1)上单调递增,故A正确;又由题图得,当x∈时,f(x)<f′(x),即g′(x)=<0,所以函数g(x)=在上单调递减,故C正确.故选AC.
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7.(5分)已知函数f(x)=+ax+1存在三个单调区间,则实数a的取值范围是___________________________.
解析:由函数f(x)=+ax+1,可得f′(x)=x2+ax+a,由函数f(x)存在三个单调区间,可得f′(x)有两个不相等的实数根,则满足Δ=a2-4a>0,解得a<0或a>4,即实数a的取值范围是(-∞,0)∪(4,+∞).
答案:(-∞,0)∪(4,+∞)
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8.(13分)求函数f(x)=ex+ln (1-x)+1的单调递减区间.
解:由1-x>0知x<1,故f(x)的定义域为(-∞,1).f′(x)=ex+(1-x)′=ex+.记g(x)=ex(x-1)+1(x<1),则g′(x)=(ex)′(x-1)+ex(x-1)′=ex(x-1)+ex=xex.令g′(x)=0,解得x=0.当x变化时,g′(x),g(x)的变化情况如下表所示.
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x (-∞,0) 0 (0,1)
g′(x) - 0 +
g(x) 单调递减 0 单调递增
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因此,当x=0时,g(x)有最小值g(0)=0.
所以当x∈(-∞,1)时,g(x)≥g(0)=0,
即f′(x)=≤0,
所以f(x)的单调递减区间是(-∞,1).
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9.已知函数f(x)=x+x-1,则不等式f(x)<0的解集是( )
A.(-1,0)
B.(0,1)
C.(-∞,-1)∪(0,+∞)
D.(-1,1)
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解析:A 由f(x)=x+x-1得f′(x)=ln ·x+1=1-ln 2·x=,由f′(x)>0,即2x-ln 2>0,解得x>log2(ln 2),由f′(x)<0,得x<log2(ln 2),所以f(x)在(-∞,log2(ln 2))上单调递减,在(log2(ln 2),+∞)上单调递增.由选项知,f(1)=,f(-1)=-1-1-1=0,f(0)=0,作出函数f(x)的大致图象如图所示.所以不等式f(x)<0的解集是(-1,0).故选A.
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10.已知函数f(x)=cos x+ex,且a=f(2),b=,c=f(ln 2),则a,b,c的大小关系为( )
A.a<b<c B.a<c<b
C.c<b<a D.b<c<a
解析:D 由f(x)=cos x+ex可得f′(x)=-sin x+ex,当x>0时,f′(x)=-sin x+ex>-sin x+1≥0,所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,又-ln 2=<0,所以<ln 2,即<ln 2<2,则f<f(ln 2)<f(2),所以b<c<a.故选D.
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11.(5分)若函数f(x)=2x2-ln x在其定义域的一个子区间(2k-1,2k+1)内不单调,则实数k的取值范围是______________.
解析:函数f(x)的定义域为(0,+∞),则2k-1≥0,即k≥.f′(x)=4x-=,令f′(x)=0,得x=或x=-(舍去),因为f(x)在其定义域的一个子区间(2k-1,2k+1)内不单调,所以2k-1<<2k+1,解得-<k<.综上所述,≤k<.
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12.(13分)已知函数f(x)=3a ln x-x2-(a-3)x,试讨论f(x)的单调性.
解:由题意,f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=-x-(a-3)=-.
①若a≥0,则当0<x<3时,f′(x)>0,当x>3时,f′(x)<0,所以f(x)在(0,3)上单调递增,在(3,+∞)上单调递减.
②若-3<a<0,由f′(x)<0,得0<x<-a或x>3,由f′(x)>0,得-a<x<3,所以f(x)在(0,-a),(3,+∞)上单调递减,在(-a,3)上单调递增.
③若a=-3,则f′(x)≤0恒成立,所以f(x)在(0,+∞)上单调递减.
④若a<-3,由f′(x)<0,得0<x<3或x>-a,由f′(x)>0,得3<x<-a,所以f(x)在(0,3),(-a,+∞)上单调递减,在(3,-a)上单调递增.
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13.(15分)已知函数f(x)=a ln x-ax-3(a∈R).
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)若函数y=f(x)的图象在点(2,f(2))处的切线的倾斜角为45°,对于任意的t∈[1,2],函数g(x)=x3+x2·在区间(t,3)上总不是单调函数,求m的取值范围.
解: (1)函数f(x)的定义域为(0,+∞),且f′(x)=,
当a>0时,f(x)的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞);
当a<0时,f(x)的单调递增区间为(1,+∞),单调递减区间为(0,1);
当a=0时,f(x)不是单调函数.
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(2)由(1)及题意得f′(2)=-=1,即a=-2,
所以f(x)=-2ln x+2x-3,f′(x)=,
所以g(x)=x3+x2-2x,
所以g′(x)=3x2+(m+4)x-2.
因为g(x)在区间(t,3)上总不是单调函数,
即g′(x)在区间(t,3)上有变号零点.
由于g′(0)=-2,
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所以
当g′(t)<0,即3t2+(m+4)t-2<0对任意t∈[1,2]恒成立,由于g′(0)<0,故g′(1)<0且g′(2)<0,即m<-5且m<-9,即m<-9;
由g′(3)>0,得m>-.所以-<m<-9.即实数m的取值范围是.
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14.(多选)若函数f(x)·ln x在定义域上单调递增,则称函数f(x)具有M性质.下列函数中具有M性质的函数为( )
A.f(x)= B.f(x)=x-1
C.f(x)= D.f(x)=ex
解析:AD 令g(x)=f(x)·ln x,x∈(0,+∞).对于A,g(x)=·ln x,x∈(0,+∞),则g′(x)=>0恒成立,g(x)在(0,+∞)上单调递增,故A符合题意;对于B,g(x)=(x-1)ln x,x∈(0,+∞),则g′(x)=ln x-+
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1,又′=>0,g′(1)=0,所以当0<x<1时,g′(x)<0,g(x)在(0,1)上单调递减,当x>1时,g′(x)>0,g(x)在(1,+∞)上单调递增,故B不符合题意;对于C,g(x)=·ln x,x∈(0,+∞),则g′(x)=,又′=-<0,所以g′(x)在定义域上单调递减,且g′(e)=<0,故C不符合题意;对于D,g(x)=ex·ln x,x∈(0,+∞),则g′(x)=ex·,令h(x)=ln x+,则h′(x)=,所以当x>1时,h′(x)>0,h(x)在(1,+∞)上单调递增;当0<x<1时,h′(x)<0,h(x)在(0,1)上单调递减.所以h(x)在x=1处取得极小值,也是最小值,h(x)min=h(1)=1>0,所以g′(x)=ex·>0恒成立,g(x)在(0,+∞)上单调递增,故D符合题意.故选AD.
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15.(5分)已知x∈,则不等式esin x-cos x-tan x≥0的解集为________.
解析:不等式esin x-cos x-tan x≥0,可化为,
当x∈时,cos x>0,
又esin x>0,所以.
令f(x)=,则f(cos x)≥f(sin x).
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因为f′(x)=,所以当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.
当x∈时,cos x∈(0,1],sin x∈(-1,1),所以由f(x)的单调性可得cos x≥sin x,
即当x∈时,tan x≤1,
所以可得x∈,即不等式esin x-cos x-tan x≥0的解集为.
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第2节 导数与函数的单调性
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