导数在设计研究函数中的应用

1、 .wd.导数在研究函数中的应用编稿；周尚达 审稿：张扬 责编：严春梅目标认知学习目标：1会从几何直观了解函数单调性和导数的关系；能利用导数研究函数的单调性，会求函数的单调区间 多项式函数一般不超过三次. 2了解函数在某点取得极值的必要条件(导数在极值点两端异号)和充分条件；会用 导数求函数的极大值、极小值多项式函数一般不超过三次.3会求闭区间上函数的最大值、最小值多项式函数一般不超过三次.重点：利用导数判断函数的单调性；会求一些函数的极值与最值。难点：函数极值与最值的区别与联系.利用导数在解决函数问题时有关字母讨论的问题.学习策略：理解导函数的符号与函数单调性之间的必然关系。数形结合，体会函

2、数极值与最值的含义。紧紧抓住导函数为0的点，讨论函数的单调区间、极值和最值。知识要点梳理知识点一：函数的单调性(一) 导数的符号与函数的单调性：一般地，设函数在某个区间内有导数，那么在这个区间上，假设，那么在这个区间上为增函数；假设，那么在这个区间上为减函数；假设恒有，那么在这一区间上为常函数.反之，假设在某区间上单调递增，那么在该区间上有恒成立但不恒等于0；假设在某区间上单调递减，那么在该区间上有恒成立但不恒等于0注意：1因为导数的几何意义是曲线切线的斜率，故当在某区间上，即切线斜率为正时，函数 在这个区间上为增函数；当在某区间上，即切线斜率为负时，函数在这个区 间上为减函数；即导函数的正负

3、决定了原函数的增减。2假设在某区间上有有限个点使，在其余点恒有，那么仍为增函数减函数的 情形完全类似。即在某区间上，在这个区间上为增函数； 在这个区间上为减函数，但反之不成立。在某区间上为增函数在该区间； 在某区间上为减函数在该区间。在区间(a,b)内，或是在 区间(a，b)内单调递增或减的充分不必要条件！ 例如：而f(x)在R上递增.3只有在某区间内恒有，这个函数在这个区间上才为常数函数.4注意导函数图象与原函数图象间关系.二利用导数求函数单调性的根本步骤：1. 确定函数的定义域；2. 求导数；3. 在定义域内解不等式，解出相应的x的范围；当时，在相应区 间上为增函数；当时在相应区间上为减函

4、数. 或者令，求出它在定义域内的一切实数根。把这些实数根和函数的连续点即的无 定义点的横坐标按从小到大的顺序排列起来，然后用这些点把函数的定义区间分成假设干个小 区间，判断在各个小区间内的符号。4. 写出的单调区间.注意：1求函数单调区间时，要注意单调区间一定是函数定义域的子集。2求单调区间常常通过列表的方法进展求解，使解题思路步骤更加清晰、明确。知识点二：函数的极值一函数的极值的定义一般地，设函数在点及其附近有定义，1假设对于附近的所有点，都有，那么是函数的一个极大值， 记作；2假设对附近的所有点，都有，那么是函数的一个极小值， 记作.极大值与极小值统称极值.在定义中，取得极值的点称为极值点

5、，极值点是自变量的值，极值指的是函数值.注意：由函数的极值定义可知：1在函数的极值定义中，一定要明确函数y=f(x)在x=x0及其附近有定义，否那么无从比拟.2函数的极值是就函数在某一点附近的小区间而言的，是一个局部概念；在函数的整个定义域内可 能有多个极值，也可能无极值.由定义，极值只是某个点的函数值与它附近点的函数值比拟是最大 或最小，并不意味着它在函数的整个的定义域内最大或最小.3极大值与极小值之间无确定的大小关系.即一个函数的极大值未必大于极小值.极小值不一定是整 个定义区间上的最小值.4函数的极值点一定出现在区间的内部，区间的端点不能成为极值点.而使函数取得最大值、最小值 的点可能在

6、区间的内部，也可能在区间的端点.二求函数极值的的根本步骤：确定函数的定义域；求导数；求方程的根；检查在方程根左右的值的符号，如果左正右负，那么f(x)在这个根处取得极大值；如果左负右正，那么f(x)在这个根处取得极小值.(最好通过列表法)注意：可导函数的极值点一定是导函数为0的点，但导数为0的点不一定是极值点.即是可导函数在点取得极值的必要非充分条件.例如函数y=x3，在x=0处，但x=0不是函数的极值点.可导函数在点取得极值的充要条件是且在两侧，的符号相异。知识点三：函数的最值一 函数的最大值与最小值定理假设函数在闭区间上连续，那么在上必有最大值和最小值；在开区间内连续的函数不一定有最大值与

7、最小值.如.注意：函数的最值点必在函数的极值点或者区间的端点处取得。函数的极值可以有多个，但最值只有一个。二求函数最值的的根本步骤：假设函数在闭区间有定义，在开区间内有导数，那么求函数在上的最大值和最小值的步骤如下：1求函数在内的导数；2求方程在内的根；3求在内使的所有点的函数值和在闭区间端点处的函数值，；4比拟上面所求的值，其中最大者为函数在闭区间上的最大值，最小者为函数 在闭区间上的最小值.注意：求函数的最值时，不需要对导数为0的点讨论其是极大还是极小值，只需将导数为0的点和端点的函数值进展比拟即可。假设在开区间内可导，且有唯一的极大小值，那么这一极大小值即为最大小值.三最值理论的应用解决

8、有关函数最值的实际问题，导数的理论是有力的工具，根本解题思路为：1认知、立式： 分析、认知实际问题中各个变量之间的联系，引入变量，建立适当的函数关系；2探求最值： 立足函数的定义域，探求函数的最值；3检验、作答： 利用实际意义检查2的结果，并答复所提出的问题，特殊地，如果所得函数在区间内只有一个 点满足，并且在点处有极大小值，而所给实际问题又必有最大小 值，那么上述极大小值便是最大小值.规律方法指导1利用导数讨论函数的单调区间应注意的问题利用导数讨论函数的单调区间，首先要确定函数的定义域D，并且解决问题的过程中始终立足于定义域D.假设由不等式确定的x的取值集合为A，由确定的x的取值范围为B，那

9、么应有.如.在区间(a,b)内，或是在区间(a，b)内单调递增或减的充分不必要条件！即在某区间上，在这个区间上为增函数；在这个区间上为减函数，但反之不成立。在某区间上为增函数在该区间；在某区间上为减函数在该区间。2最值与极值的区别与联系函数的最大值和最小值是比拟整个定义域上的函数值得出的具有绝对性，是整个定义域上的整体性概念。最大值是函数在整个定义域上所有函数值中的最大值；最小值是函数在整个定义域上所有函数值中的最小值.函数的极大值与极小值是比拟极值点附近两侧的函数值而得出的具有相对性，是局部的概念；极值可以有多个，最大(小)值假设存在只有一个；极值只能在区间内取得，不能在区间端点取得；最大小

10、值可能是某个极大小值，也可能是区间端点处的函数值；有极值的函数不一定有最值，有最值的函数未必有极值，极值可能成为最值.经典例题透析类型一：利用导数解决函数的单调性问题1设函数的图象与直线相切于点1，11.1求a，b的值；2讨论函数的单调性.思路点拨：先求函数的表达式，再利用导数确定函数的单调区间.解析：1的图象与直线相切于点1，11. ，即 解之得a=1，b=3.2由1，得. 令，解得x3或x1. 令，解得1x3. 当x，1和x3，+时，是增函数. 当x1，3时，是减函数.总结升华：利用导数求函数单调区间的根本步骤： 确定函数的定义域；求导数；在定义域内解不等式，解出相应的x的范围；当时，在相

11、应区间上为增函数；当时在相应区间上为减函数.写出的单调区间.举一反三：【变式1】求函数的单调递增区间.【答案】 令，解得：或， 故函数的单调递增区间是，.【变式2】当时，求证：函数是单调递减函数.【答案】， 故函数在上是单调递减函数.【变式3】在以下所给区间中，使函数是增函数的区间为 .A B C D【答案】B ；解析：，假设在某区间是增函数，只需在此区间大于等于 0不恒等于0即可.只有当时恒成立. 只有B符合题意，2aR，求函数的单调区间.思路点拨：函数解析式中含字母，需分类讨论.解析：.1当a=0时， 假设x0，那么；假设x0，那么. 所以，当a=0时， 函数在区间，0内为减函数，在区间0

12、，+内为增函数.2当a0时， 由2x+ax20，解得或x0；由2x+ax20，解得. 所以，当a0时， 函数在区间内为增函数， 在区间内为减函数，在区间0，+内为增函数.3当a0时， 由2x+ax20，解得；由2x+ax20，解得x0或. 所以，当a0时， 函数在区间，0内为减函数， 在区间内为增函数，在区间内为减函数.举一反三：【变式1】设恰有三个单调区间，试确定a的取值范围，并求其单调区间.【答案】1当时，那么恒成立， 此时f(x)在R上为单调函数，只有一个单调区间为，不合题意；2当时， ， 当时，函数有三个单调区间， 增区间为：； 减区间为：，.【变式2】f(x)=x2+1, g(x)=

13、x4+2x2+2且F(x)=g(x)-lf(x), 试问：是否存在实数l，使F(x)在(-,-1)上是减函数，且在(-1,0)上是增函数.【答案】假设存在实数l满足题设. F(x)=g(x)-lf(x)=(x4+2x2+2)-l(x2+1)=x4-(l-2)x2+(2-l), F(x)=4x3-2(l-2)x, 令4x3-2(l-2)x=0, 1假设l2，那么x=0. 当x(-,0)时，F(x)0；当x(0,+)时，F(x)0. F(x)在(-,0)上单调递减，在(0,+)上单调递增，显然不符合题设. 2假设l2，那么x=0或， 当时，F(x)0；当时，F(x)0； 当时，F(x)0；当时，F

14、(x)0. F(x)的单调增区间是， 单调减区间是，. 要使F(x)在(-,-1)上是减函数，且在(-1,0)上是增函数， 那么，即l=4. 故存在实数l=4，使F(x)在(-,-1)上是减函数，且在(-1,0)上是增函数.类型二：利用导数解决函数的极值问题3求函数的极值.解析：令，解得，或当x变化时，与的变化情况如下表：3(3，+)+00+ 极大值极小值在处取得极大值，在处取得极小值.总结升华：利用导数求函数极值的的根本步骤：确定函数的定义域；求导数；求方程的根；列表，检查在方程根左右的值的符号，如果左正右负，那么f(x)在这个根处取得极大值；如果左负右正，那么f(x)在这个根处取得极小值.

15、举一反三：【变式1】函数的定义域为区间a，b，导函数在a，b内的图如下图，那么函数在a，b内的极小值有 A1个 B2个 C3个 D4个【答案】由极小值的定义，只有点B是函数的极小值点，应选A。【变式2】求函数的极值.【答案】 令，解得或 当x变化时，与的变化情况如下表：1(1，+)+00+极大值极小值在处取得极大值， 在处取得极小值.4. 函数在处取得极值，求函数以及的极大值和极小值.思路点拨： 先求函数的表达式，再求极值.解析：依题意，即，令，得x=-1或x=1，当x变化时，与的变化情况如下表：1(1，+)+00+极大值极小值在处取得极大值，在处取得极小值.总结升华：利用“在处取得极值，那么

16、必有导数是此题的破题关键.举一反三：【变式1】函数f(x)=x3+ax2+bx+a2在x=1处有极值10，求a,b的值.【答案】依题意得方程组解得.当a=-3,b=3时，令得x=1.x(-,1)1(1,+)+0+无极值显然a=-3, b=3不合题意，舍去.当a=4, b=-11时，f(x)=3x2+8x-11=(x-1)(3x+11)令得或 x=1.x11，+0-0+极大值极小值f(x)在x=1处有极小值10，合题意，a=4, b=-11.【变式2】函数，当且仅当时，取得极值，并且极大值比极小值大4.1求常数的值；2求的极值.【答案】，令得方程在处取得极值 或为上述方程的根， ，即当时，不符合

17、题意 当时，当x变化时，与的变化情况如下表：1(1，+)+00+极大值极小值在处取得极大值，在处取得极小值. 由题意得， 整理得，又 联立，解得， 由表知道：，当时，当x变化时，与的变化情况如下表： 当x变化时，与的变化情况如下表：1(1，+)-0+0-极小值极大值在处取得极小值，在处取得极大值. 由题意得， 整理得，又 联立，解得， 综上可得： ，或， 当，时， 当，时，【变式3】函数，其中aR.1当a=1时，求曲线在点处的切线方程；2当a0时，求函数的单调区间与极值.【答案】1当a=1时， 又，. 所以，曲线在点处的切线方程为， 即6x+25y32=0.2. 由于a0，令，得到x1=a，

18、以下分两种情况讨论. 当a0时，当x变化时，的变化情况如下表：x，aa00极大值极小值 所以在区间，a，内为增函数，在区间内为减函数. 函数在处取得极小值且. 函数在x=a处取得极大值，且. 当a0时，当x变化时，的变化情况如下表：x00极小值极大值 所以在区间，内为减函数，在区间内为增函数. 函数在处取得极小值且. 函数在x=a处取得极大值，且.类型三：利用导数解决函数的最值问题5求函数在0，2上的最大值和最小值.解析：，令，化简为x2+x2=0.解得x=2舍去或x=1.，又因为，所以为函数在0，2上的最小值，为函数在0，2上的最大值.总结升华：函数在闭区间上连续，那么在上必有最大值和最小值

19、，且最值一定在极值点或端点处取得，因此，利用导数求函数在闭区间最值的一般步骤可简化为：1求；2令，解出在上的点，求出其相应的函数值；3求两个区间端点所对应的函数值；4比拟这些函数值的大小，最大的是函数的最大值，最小的是函数的最小值.假设在开区间内可导，且有唯一的极大小值，那么这一极大小值即为最大小值.举一反三：【变式1】求函数f(x)=3x-x3在闭区间的最大值和最小值.【答案】f(x)=3-3x2, 令f(x)=0,那么x=-1或x=1. 又 f(-1)=-2, f(1)=2, , f(x)max=2, f(x)min=-18.【变式2】f(x)=x3-3x2+2在区间-1,1上的最大值是

20、(A)-2 (B)0 (C)2 (D)4【答案】f(x)=3x2-6x=3x(x-2)，令f(x)=0可得x0或22舍去。 又f(-1)=-2；f(1)=0；f(0)=2； 所以当x0时，f(x)取得最大值为2，选C【变式3】设函数求的最小值;【答案】函数fx的定义域为0，1 令 当时，, 在区间是减函数； 当时，, 在区间是增函数. 在时取得最小值且最小值为类型四：导数在研究函数中的应用6设函数f(x)=ax3+bx+c(a0)为奇函数，其图象在点(1，f(1)处的切线与直线x-6y-7=0垂直，导函数的最小值为-12()求a,b,c的值；()求函数f(x)的单调递增区间，并求函数f(x)在

21、-1,3上的最大值和最小值.解析：()f(x)为奇函数，f(-x)=-f(x)即-ax3-bx+c=-ax3-bx-c，c=0的最小值为-12，b=-12且又直线x-6y-7=0的斜率为因此，a=2,a=2,b=-12,c=0()f(x)=2x3-12x，列表如下：x+0-0+极大极小所以函数f(x)的单调增区间是f(-1)=10， ， f(3)=18f(x)在-1,3上的最大值是f(3)=18，最小值是举一反三：【变式1】，函数在-1，1上有最大值1，最小值，求常数a,b的值.【答案】f(x)=3x2-3ax=3x(x-a). 令f(x)=0得x=0或x=a.x-1(-1,0)0(0,a)a

22、(a,1)1+0-0+极大值b极小值 函数f(x)最大值只可能在x=0或x=1处获得。 由， ， ， f(0)-f(1)0, 即f(0)=b是f(x)最大值 b=1 函数f(x)最小值只可能在x=-1或x=a处获得. ，a-20, a(a+2)+10. f(a)-f(-1)0，即是最小值， ， 综上，b=1.【变式2】是二次函数，不等式的解集是且在区间上的最大值是12。I求的解析式；II是否存在实数使得方程在区间内有且只有两个不等的实数根？假设存在，求出的取值范围；假设不存在，说明理由。解析：I是二次函数，且的解集是可设在区间上的最大值是 由，得II方程等价于方程设那么当时，是减函数；当时，是

23、增函数。方程在区间内分别有惟一实数根，而在区间内没有实数根，所以存在惟一的自然数使得方程在区间内有且只有两个不同的实数根。7设函数f(x)(x1)ln(x1)，假设对所有的x0，都有f(x)ax成立，求实数a的取值范围解法一：令g(x)(x1)ln(x1)ax，对函数g(x)求导数：g(x)ln(x1)1a 令g(x)0，解得xea11， (i)当a1时，对所有x0，g(x)0，所以g(x)在0，)上是增函数，又g(0)0，所以对x0，都有g(x)g(0)，即当a1时，对于所有x0，都有f(x)ax (ii)当a1时，对于0xea11，g(x)0，所以g(x)在(0，ea11)是减函数，又g(0)0，所以对0xea11，都有g(x)g(0)，即当a1时，对所有的x0，都有f(x)ax成立综上，a的取值范围是，1 解法二：令g(x)(x1)ln(x1)ax，于是不等式f(x)ax成立即为g(x)g(0)成立 对函数g(x)求导数：g(x)ln(x1)1a令g(x)0，解得xea11， 当x ea11时