高考理数一轮课件3第三章导数及其应用14-第二节导数与函数的单调性

第二节

导数与函数的单调性总纲目录教材研读函数的导数与单调性的关系考点突破考点二利用导数求函数的单调区间考点一利用导数判断或证明函数的单调性考点三已知函数的单调性求参数的范围函数的导数与单调性的关系函数y=f(x)在某个区间内可导,(1)若f'(x)>0在该区间内恒成立,则f(x)在这个区间内①

单调递增

;(2)若f'(x)<0在该区间内恒成立,则f(x)在这个区间内②

单调递减

;(3)若f'(x)=0在该区间内恒成立,则f(x)在这个区间内是③

常数函数

.教材研读1.函数f(x)=cosx-x在(0,π)上的单调性是

()A.先增后减

B.先减后增C.单调递增

D.单调递减答案

D∵在(0,π)上,f'(x)=-sinx-1<0,∴f(x)在(0,π)上单调递减,故

选D.D2.若函数f(x)=x-

sin2x+asinx在(-∞,+∞)单调递增,则a的取值范围是

()A.[-1,1]

B.

C.

D.

C答案

C

f'(x)=1-

cos2x+acosx=1-

(2cos2x-1)+acosx=-

cos2x+acosx+

,f(x)在R上单调递增,则f'(x)≥0在R上恒成立,令cosx=t,则t∈[-1,1],则-

t2+at+

≥0在[-1,1]上恒成立,即4t2-3at-5≤0在[-1,1]上恒成立,令g(t)=4t2-3at-5,则

解得-

≤a≤

,故选C.3.(2016北京东城期中)已知定义在R上的函数f(x)的图象如图所示,则x·f'(x)>0的解集为

()

A.(-∞,0)∪(1,2)B.(1,2)C.(-∞,1)D.(-∞,1)∪(2,+∞)A答案

A不等式x·f'(x)>0等价于当x>0时,f'(x)>0,即x>0时,函数f(x)递

增,则1<x<2;或当x<0时,f'(x)<0,即x<0时,函数f(x)递减,则x<0.综上,不等

式的解集为(-∞,0)∪(1,2),故选A.4.函数y=

x2-lnx的单调递减区间为

(0,1]

.答案(0,1]解析由题意知函数的定义域为(0,+∞),由y'=x-

≤0(x>0),解得0<x≤1,所以函数的单调递减区间为(0,1].5.已知f(x)=x3-ax在[1,+∞)上是增函数,则a的最大值是

3

.答案3解析

f'(x)=3x2-a,由题意知在[1,+∞)上,f'(x)≥0,即a≤3x2,又x∈[1,+∞)

时,3x2≥3,∴a≤3,即a的最大值是3.考点一利用导数判断或证明函数的单调性典例1已知函数f(x)=(x-2)ex+a(x-1)2.讨论f(x)的单调性.考点突破解析

f'(x)=(x-1)ex+2a(x-1)=(x-1)(ex+2a).(1)设a≥0,则当x∈(-∞,1)时,f'(x)<0;当x∈(1,+∞)时,f'(x)>0.所以f(x)在

(-∞,1)单调递减,在(1,+∞)单调递增.(2)设a<0,由f'(x)=0得x=1或x=ln(-2a).①若a=-

,则f‘(x)=(x-1)(ex-e),所以f(x)在(-∞,+∞)单调递增.②若a>-

,则ln(-2a)<1,故当x∈(-∞,ln(-2a))∪(1,+∞)时,f'(x)>0;当x∈(ln(-2a),1)时,f'(x)<0.所以f(x)在(-∞,ln(-2a)),(1,+∞)单调递增,在(ln(-2a),1)

单调递减.③若a<-

,则ln(-2a)>1,故当x∈(-∞,1)∪(ln(-2a),+∞)时,f'(x)>0;当x∈(1,ln(-2a))时,f'(x)<0.所以f(x)在(-∞,1),(ln(-2a),+∞)单调递增,在(1,ln(-2a))单调递减.方法技巧用导数法判断函数f(x)在(a,b)内的单调性的步骤①求f'(x).②确定f'(x)在(a,b)内的符号.③作出结论,依据是f'(x)>0时为增函数;f'(x)<0时为减函数.提醒研究含参数的函数的单调性时,需注意依据参数取值对不等式解

集的影响进行分类讨论.1-1已知函数f(x)=ax3+x2(a∈R)在x=-

处取得极值.(1)确定a的值;(2)若g(x)=f(x)ex,讨论g(x)的单调性.解析(1)对f(x)求导得f'(x)=3ax2+2x,因为f(x)在x=-

处取得极值,所以f'

=0,即3a·

+2×

=

-

=0,解得a=

.(2)由(1)得g(x)=

ex,故g'(x)=

ex+

ex=

ex=

x(x+1)(x+4)ex.令g'(x)=0,解得x=0或x=-1或x=-4.当x<-4时,g'(x)<0,故g(x)为减函数;当-4<x<-1时,g'(x)>0,故g(x)为增函数;当-1<x<0时,g'(x)<0,故g(x)为减函数;当x>0时,g'(x)>0,故g(x)为增函数.综上知g(x)在(-∞,-4)和(-1,0)内为减函数,在(-4,-1)和(0,+∞)内为增函数.典例2

(2017北京顺义二模,18)已知函数f(x)=pe-x+x+1(p∈R).(1)当实数p=e时,求曲线y=f(x)在x=1处的切线方程;(2)求函数f(x)的单调区间;(3)当p=1时,若直线y=mx+1与曲线y=f(x)没有公共点,求实数m的取值范

围.考点二利用导数求函数的单调区间解析(1)当p=e时,f(x)=e-x+1+x+1,f'(x)=-e-x+1+1,∴f(1)=3,f'(1)=0.∴曲线y=f(x)在x=1处的切线方程为y=3.(2)∵f(x)=pe-x+x+1,∴f'(x)=-pe-x+1.①当p≤0时,f'(x)>0,函数f(x)的单调递增区间为(-∞,+∞);②当p>0时,令f'(x)=0,得ex=p,解得x=lnp.当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:x(-∞,lnp)lnp(lnp,+∞)f'(x)-0+f(x)↘2+lnp↗所以当p>0时,f(x)的单调递增区间为(lnp,+∞),单调递减区间为(-∞,lnp).(3)当p=1时,f(x)=e-x+x+1,直线y=mx+1与曲线y=f(x)没有公共点等价于关

于x的方程mx+1=e-x+x+1在(-∞,+∞)上没有实数解,即关于x的方程(m-1)x

=e-x(*)在(-∞,+∞)上没有实数解.①当m=1时,方程(*)化为e-x=0,显然在(-∞,+∞)上没有实数解.②当m≠1时,方程(*)化为xex=

,令g(x)=xex,则有g'(x)=(1+x)ex.令g'(x)=0,得x=-1,则当x变化时,g'(x),g(x)的变化情况如下表:x(-∞,-1)-1(-1,+∞)g'(x)-0+g(x)↘-

↗当x=-1时,g(x)min=-

,当x趋近于+∞时,g(x)趋近于+∞,从而g(x)的值域为

.所以当

<-

,即1-e<m<1时,方程(*)无实数解.综合①②可知,实数m的取值范围是(1-e,1].方法技巧利用导数求函数的单调区间的两个方法方法一:(1)确定函数y=f(x)的定义域;(2)求导数y'=f'(x);(3)解不等式f'(x)>0,解集在定义域内的部分为单调递增区间;(4)解不等式f'(x)<0,解集在定义域内的部分为单调递减区间.提醒写单调区间时,同增(减)区间不能用“∪”连接.方法二:(1)确定函数y=f(x)的定义域;(2)求导数y'=f'(x),令f'(x)=0,解此方程,求出在定义域内的一切根;(3)把函数f(x)的间断点(即f(x)的无定义点)和上面所求的各根按由小到

大的顺序排列起来,然后用这些点把函数f(x)的定义域分成若干个小区

间;(4)确定f'(x)在各个区间内的符号,根据符号判定函数在每个区间内的单

调性.2-1

(2018北京朝阳高三期中,18)已知函数f(x)=(x2-ax+a)·e-x,a∈R.(1)求函数f(x)的单调区间;(2)设g(x)=f'(x),其中f'(x)为函数f(x)的导函数,判断g(x)在定义域内是否

是单调函数,并说明理由.解析(1)函数f(x)的定义域为{x|x∈R}.f'(x)=-(x-2)(x-a)e-x.①当a<2时,令f'(x)<0,解得x<a或x>2,此时f(x)为减函数;令f'(x)>0,解得a<x<2,此时f(x)为增函数.②当a=2时,f'(x)=-(x-2)2e-x≤0恒成立,此时函数f(x)为减函数.③当a>2时,令f'(x)<0,解得x<2或x>a,此时函数f(x)为减函数;令f'(x)>0,解得2<x<a,此时函数f(x)为增函数.综上,当a<2时,f(x)的单调递减区间为(-∞,a),(2,+∞),单调递增区间为(a,2);当a=2时,f(x)的单调递减区间为(-∞,+∞);当a>2时,f(x)的单调递减区间为(-∞,2),(a,+∞);单调递增区间为(2,a).(2)g(x)在定义域内不是单调函数,理由如下:g'(x)=f″(x)=[x2-(a+4)x+3a+2]·e-x.记h(x)=x2-(a+4)x+3a+2,则函数h(x)的图象为开口向上的抛物线.方程h(x)=0的判别式Δ=a2-4a+8=(a-2)2+4>0恒成立,所以h(x)有正有负,从而g'(x)有正有负.故g(x)在定义域内不是单调函数.考点三已知函数的单调性求参数的范围典例3设函数f(x)=

x3-

x2+bx+c,曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=1.(1)求b,c的值;(2)若a>0,求函数f(x)的单调区间;(3)设函数g(x)=f(x)+2x,且g(x)在区间(-2,-1)内存在单调递减区间,求实数

a的取值范围.解析(1)f'(x)=x2-ax+b.由题意得

即

(2)由(1)得f'(x)=x2-ax=x(x-a),结合a>0知:当x∈(-∞,0)时,f'(x)>0;当x∈(0,a)时,f'(x)<0;当x∈(a,+∞)时,f'(x)>0.所以函数f(x)的单调递增区间为(-∞,0),(a,+∞),单调递减区间为(0,a).(3)g'(x)=x2-ax+2,依题意,存在x∈(-2,-1),使不等式g'(x)=x2-ax+2<0成立,即x∈(-2,-1)时,a<

=-2

,当且仅当x=

,即x=-

时等号成立.所以满足要求的a的取值范围是(-∞,-2

).方法技巧利用函数的单调性求参数的取值范围的解题思路(1)由可导函数f(x)在区间[a,b]上单调递增(减)可知f'(x)≥0(f'(x)≤0)在

区间[a,b]上恒成立,进而列出不等式.(2)利用分离参数法求解恒成立问题.(3)对等号是否成立进行单独检验,检验参数的取值能否使f'(x)在整