资源简介 §3.3 导数与函数的极值、最值考试要求 1.借助函数图象,了解函数在某点取得极值的必要和充分条件.2.会用导数求函数的极大值、极小值.3.会求闭区间上函数的最大值、最小值.知识梳理1.函数的极值(1)函数的极小值函数y=f(x)在点x=a的函数值f(a)比它在点x=a附近其他点的函数值都小,f′(a)=0;而且在点x=a附近的左侧f′(x)<0,右侧f′(x)>0,则a叫做函数y=f(x)的极小值点,f(a)叫做函数y=f(x)的极小值.(2)函数的极大值函数y=f(x)在点x=b的函数值f(b)比它在点x=b附近其他点的函数值都大,f′(b)=0;而且在点x=b附近的左侧f′(x)>0,右侧f′(x)<0,则b叫做函数y=f(x)的极大值点,f(b)叫做函数y=f(x)的极大值.(3)极小值点、极大值点统称为极值点,极小值和极大值统称为极值.2.函数的最大(小)值(1)函数f(x)在区间[a,b]上有最值的条件:如果在区间[a,b]上函数y=f(x)的图象是一条连续不断的曲线,那么它必有最大值和最小值.(2)求y=f(x)在区间[a,b]上的最大(小)值的步骤:①求函数y=f(x)在区间(a,b)上的极值;②将函数y=f(x)的各极值与端点处的函数值f(a),f(b)比较,其中最大的一个是最大值,最小的一个是最小值.常用结论对于可导函数f(x),“f′(x0)=0”是“函数f(x)在x=x0处有极值”的必要不充分条件.思考辨析判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)(1)函数f(x)在区间(a,b)上不存在最值.( × )(2)函数的极小值一定是函数的最小值.( × )(3)函数的极小值一定不是函数的最大值.( √ )(4)函数y=f′(x)的零点是函数y=f(x)的极值点.( × )教材改编题1.如图是f(x)的导函数f′(x)的图象,则f(x)的极小值点的个数为( )A.1 B.2 C.3 D.4答案 A解析 由题意知只有在x=-1处f′(-1)=0,且其两侧导数符号为左负右正.2.函数f(x)=x3-ax2+2x-1有极值,则实数a的取值范围是( )A.(-∞,-]∪[,+∞)B.(-∞,-)∪(,+∞)C.(-,)D.[-,]答案 B解析 f′(x)=3x2-2ax+2,由题意知f′(x)有变号零点,∴Δ=(-2a)2-4×3×2>0,解得a>或a<-.3.若函数f(x)=x3-4x+m在[0,3]上的最大值为4,则m=________.答案 4解析 f′(x)=x2-4,x∈[0,3],当x∈[0,2)时,f′(x)<0,当x∈(2,3]时,f′(x)>0,所以f(x)在[0,2)上单调递减,在(2,3]上单调递增.又f(0)=m,f(3)=-3+m.所以在[0,3]上,f(x)max=f(0)=4,所以m=4.题型一 利用导数求函数的极值问题命题点1 根据函数图象判断极值例1 (2022·广州模拟)设函数f(x)在R上可导,其导函数为f′(x),且函数y=(x-1)f′(x)的图象如图所示,则下列结论中正确的是( )A.函数f(x)有极大值f(-3)和f(3)B.函数f(x)有极小值f(-3)和f(3)C.函数f(x)有极小值f(3)和极大值f(-3)D.函数f(x)有极小值f(-3)和极大值f(3)答案 D解析 由题图知,当x∈(-∞,-3)时,y>0,x-1<0 f′(x)<0,f(x)单调递减;当x∈(-3,1)时,y<0,x-1<0 f′(x)>0,f(x)单调递增;当x∈(1,3)时,y>0,x-1>0 f′(x)>0,f(x)单调递增;当x∈(3,+∞)时,y<0,x-1>0 f′(x)<0,f(x)单调递减.所以函数有极小值f(-3)和极大值f(3).命题点2 求已知函数的极值例2 已知函数f(x)=x-1+(a∈R,e为自然对数的底数).(1)若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线平行于x轴,求a的值;(2)求函数f(x)的极值.解 (1)因为f(x)=x-1+,所以f′(x)=1-,又因为曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线平行于x轴,所以f′(1)=0,即1-=0,所以a=e.(2)由(1)知f′(x)=1-,当a≤0时,f′(x)>0,所以f(x)在(-∞,+∞)上单调递增,因此f(x)无极大值与极小值;当a>0时,令f′(x)>0,则x>ln a,所以f(x)在(ln a,+∞)上单调递增,令f′(x)<0,则x所以f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,故f(x)在x=ln a处取得极小值,且f(ln a)=ln a,但是无极大值,综上,当a≤0时,f(x)无极大值与极小值;当a>0时,f(x)在x=ln a处取得极小值ln a,但是无极大值.命题点3 已知极值(点)求参数例3 (1)(2022·大庆模拟)函数f(x)=x3+ax2+bx+a2在x=1处取得极值10,则a+b等于( )A.-7 B.0C.-7或0 D.-15或6答案 A解析 由题意知,函数f(x)=x3+ax2+bx+a2,可得f′(x)=3x2+2ax+b,因为f(x)在x=1处取得极值10,可得解得或检验知,当a=-3,b=3时,可得f′(x)=3x2-6x+3=3(x-1)2≥0,此时函数f(x)单调递增,函数无极值点,不符合题意;当a=4,b=-11时,可得f′(x)=3x2+8x-11=(3x+11)(x-1),当x<-或x>1时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当-当x=1时,函数f(x)取得极小值,符合题意.所以a+b=-7.(2)(2022·南京模拟)已知函数f(x)=x(ln x-ax)在区间(0,+∞)上有两个极值,则实数a的取值范围为( )A.(0,e) B.C. D.答案 C解析 f′(x)=ln x-ax+x=ln x+1-2ax,由题意知ln x+1-2ax=0在(0,+∞)上有两个不相等的实根,2a=,设g(x)=,则g′(x)==-.当00,g(x)单调递增;当x>1时,g′(x)<0,g(x)单调递减,所以g(x)的极大值为g(1)=1,又当x>1时,g(x)>0,当x→+∞时,g(x)→0,当x→0时,g(x)→-∞,所以0<2a<1,即0教师备选1.(2022·榆林模拟)设函数f(x)=xcos x的一个极值点为m,则tan等于( )A. B.C. D.答案 B解析 由f′(x)=cos x-xsin x=0,得tan x=,所以tan m=,故tan==.2.已知a,b∈R,若x=a不是函数f(x)=(x-a)2(x-b)·(ex-1-1)的极小值点,则下列选项符合的是( )A.1≤bC.a<1≤b D.a答案 B解析 令f(x)=(x-a)2(x-b)(ex-1-1)=0,得x1=a,x2=b,x3=1.下面利用数轴标根法画出f(x)的草图,借助图象对选项A,B,C,D逐一分析.对选项A,若1≤b对选项B,若b对选项C,若a<1≤b,由图可知x=a是f(x)的极小值点,不符合题意;对选项D,若a思维升华 根据函数的极值(点)求参数的两个要领(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:求解后验证根的合理性.跟踪训练1 (1)(2022·长沙模拟)若x=1是函数f(x)=(x2+ax-1)ex-1的极值点,则f(x)的极大值为( )A.-1 B.-2e-3C.5e-3 D.1答案 C解析 因为f(x)=(x2+ax-1)ex-1,故可得f′(x)=(2x+a)ex-1+(x2+ax-1)ex-1=ex-1[x2+(a+2)x+a-1],因为x=1是函数f(x)=(x2+ax-1)ex-1的极值点,故可得f′(1)=0,即2a+2=0,解得a=-1.此时f′(x)=ex-1(x2+x-2)=ex-1(x+2)(x-1).令f′(x)=0,解得x1=-2,x2=1,由f′(x)>0可得x<-2或x>1;由f′(x)<0可得-2所以f(x)在区间(-∞,-2)上单调递增,在(-2,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,故f(x)的极大值点为x=-2.则f(x)的极大值为f(-2)=(4+2-1)e-3=5e-3.(2)(2022·芜湖模拟)函数f(x)=ln x+x2-ax(x>0)在上有且仅有一个极值点,则实数a的取值范围是( )A. B.C. D.答案 B解析 ∵f(x)=ln x+x2-ax(x>0),∴f′(x)=+x-a,∵函数f(x)=ln x+x2-ax(x>0)在上有且仅有一个极值点,∴y=f′(x)在上只有一个变号零点.令f′(x)=+x-a=0,得a=+x.设g(x)=+x,则g(x)在上单调递减,在[1,3]上单调递增,∴g(x)min=g(1)=2,又g=,g(3)=,∴当≤a<时,y=f′(x)在上只有一个变号零点.∴实数a的取值范围为.题型二 利用导数求函数最值例4 已知函数g(x)=aln x+x2-(a+2)x(a∈R).(1)若a=1,求g(x)在区间[1,e]上的最大值;(2)求g(x)在区间[1,e]上的最小值h(a).解 (1)∵a=1,∴g(x)=ln x+x2-3x,∴g′(x)=+2x-3=,∵x∈[1,e],∴g′(x)≥0,∴g(x)在[1,e]上单调递增,∴g(x)max=g(e)=e2-3e+1.(2)g(x)的定义域为(0,+∞),g′(x)=+2x-(a+2)==.①当≤1,即a≤2时,g(x)在[1,e]上单调递增,h(a)=g(1)=-a-1;②当1<③当≥e,即a≥2e时,g(x)在[1,e]上单调递减,h(a)=g(e)=(1-e)a+e2-2e.综上,h(a)=教师备选已知函数f(x)=ln x-ax-2(a≠0).(1)讨论函数f(x)的单调性;(2)若函数f(x)有最大值M,且M>a-4,求实数a的取值范围.解 (1)f(x)的定义域为(0,+∞),由f(x)=ln x-ax-2(a≠0)可得f′(x)=-a,当a<0时,f′(x)>0,所以f(x)在(0,+∞)上单调递增;当a>0时,令f′(x)=0,得x=,所以当x∈时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x∈时,f′(x)<0,f(x)单调递减,综上所述,当a<0时,f(x)在(0,+∞)上单调递增;当a>0时,f(x)在上单调递增,在上单调递减.(2)由(1)知,当a<0时,f(x)在(0,+∞)上单调递增,无最大值,当a>0时,f(x)在上单调递增,在上单调递减,所以当x=时,f(x)取得最大值,即f(x)max=f =ln -a×-2=ln -3=-ln a-3,因此有-ln a-3>a-4,得ln a+a-1<0,设g(a)=ln a+a-1,则g′(a)=+1>0,所以g(a)在(0,+∞)上单调递增,又g(1)=0,所以g(a)故实数a的取值范围是(0,1).思维升华 (1)求函数f(x)在闭区间[a,b]上的最值时,在得到极值的基础上,结合区间端点的函数值f(a),f(b)与f(x)的各极值进行比较得到函数的最值.(2)若所给的闭区间[a,b]含参数,则需对函数f(x)求导,通过对参数分类讨论,判断函数的单调性,从而得到函数f(x)的最值.跟踪训练2 某村庄拟修建一个无盖的圆柱形蓄水池(不计厚度),设该蓄水池的底面半径为r米,高为h米,体积为V立方米.假设建造成本仅与表面积有关,侧面的建造成本为100元/平方米,底面的建造成本为160元/平方米,该蓄水池的总建造成本为12 000π元(π为圆周率).(1)将V表示成r的函数V(r),并求该函数的定义域;(2)讨论函数V(r)的单调性,并确定r和h为何值时该蓄水池的体积最大.解 (1)∵蓄水池的侧面的总成本为100×2πrh=200πrh(元),底面的总成本为160πr2元,∴蓄水池的总成本为(200πrh+160πr2)元.由题意得200πrh+160πr2=12 000π,∴h=(300-4r2).从而V(r)=πr2h=(300r-4r3).由h>0,且r>0,可得0故函数V(r)的定义域为(0,5).(2)由(1)知V(r)=(300r-4r3),故V′(r)=(300-12r2),令V′(r)=0,解得r1=5,r2=-5(舍).当r∈(0,5)时,V′(r)>0,故V(r)在(0,5)上单调递增;当r∈(5,5)时,V′(r)<0,故V(r)在(5,5)上单调递减.由此可知,V(r)在r=5处取得最大值,此时h=8,即当r=5,h=8时,该蓄水池的体积最大.课时精练1.若函数f(x)=的极大值点与极小值点分别为a,b,则a+b等于( )A.-4 B.C.0 D.2答案 C解析 f′(x)=,当-0;当x<-或x>时,f′(x)<0.故f(x)=的极大值点与极小值点分别为,-,则a=,b=-,所以a+b=0.2.如图是函数y=f(x)的导函数的图象,下列结论中正确的是( )A.f(x)在[-2,-1]上单调递增B.当x=3时,f(x)取得最小值C.当x=-1时,f(x)取得极大值D.f(x)在[-1,2]上单调递增,在[2,4]上单调递减答案 D解析 根据题图知,当x∈(-2,-1),x∈(2,4)时,f′(x)<0,函数y=f(x)单调递减;当x∈(-1,2),x∈(4,+∞)时,f′(x)>0,函数y=f(x)单调递增.所以y=f(x)在[-2,-1]上单调递减,在(-1,2)上单调递增,在(2,4)上单调递减,在(4,+∞)上单调递增,故选项A不正确,选项D正确;故当x=-1时,f(x)取得极小值,选项C不正确;当x=3时,f(x)不是取得最小值,选项B不正确.3.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答案 B解析 由题意得,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)上单调递减,∴f(x)的极大值为f(1)=-3=-.4.(2022·重庆联考)函数f(x)=x+2cos x在[0,π]上的最大值为( )A.π-2 B.C.2 D.+答案 D解析 由题意得,f′(x)=1-2sin x,∴当0≤sin x≤,即x在和上时,f′(x)≥0,f(x)单调递增;当f′(x)<0,f(x)单调递减,∴f(x)有极大值f =+,有极小值f =-,而端点值f(0)=2,f(π)=π-2,则f >f(0)>f(π)>f ,∴f(x)在[0,π]上的最大值为+.5.(多选)已知x=1和x=3是函数f(x)=ax3+bx2-3x+k(a,b∈R)的两个极值点,且函数f(x)有且仅有两个不同零点,则k值为( )A.- B.C.-1 D.0答案 BD解析 f′(x)=3ax2+2bx-3,依题意1,3是f′(x)=0的两个根,所以解得a=-,b=2.故f(x)=-x3+2x2-3x+k.易求得函数f(x)的极大值为f(3)=k和极小值为f(1)=-+k.要使函数f(x)有两个零点,则f(x)极大值k=0或f(x)极小值-+k=0,所以k=0或k=.6.(多选)已知函数f(x)=x+sin x-xcos x的定义域为[-2π,2π),则( )A.f(x)为奇函数B.f(x)在[0,π)上单调递增C.f(x)恰有4个极大值点D.f(x)有且仅有4个极值点答案 BD解析 因为f(x)的定义域为[-2π,2π),所以f(x)是非奇非偶函数,故A错误;因为f(x)=x+sin x-xcos x,所以f′(x)=1+cos x-(cos x-xsin x)=1+xsin x,当x∈[0,π)时,f′(x)>0,则f(x)在[0,π)上单调递增,故B正确;显然f′(0)≠0,令f′(x)=0,得sin x=-,分别作出y=sin x,y=-在区间[-2π,2π)上的图象,由图可知,这两个函数的图象在区间[-2π,2π)上共有4个公共点,且两图象在这些公共点上都不相切,故f(x)在区间[-2π,2π)上的极值点的个数为4,且f(x)只有2个极大值点,故C错误,D正确.7.(2022· 潍坊模拟)写出一个存在极值的奇函数f(x)=________.答案 sin x(答案不唯一)解析 正弦函数f(x)=sin x为奇函数,且存在极值.8.(2021·新高考全国Ⅰ)函数f(x)=|2x-1|-2ln x的最小值为________.答案 1解析 函数f(x)=|2x-1|-2ln x的定义域为(0,+∞).①当x>时,f(x)=2x-1-2ln x,所以f′(x)=2-=,当当x>1时,f′(x)>0,所以f(x)min=f(1)=2-1-2ln 1=1;②当0所以f(x)min=f =-2ln =2ln 2=ln 4>ln e=1.综上,f(x)min=1.9.已知函数f(x)=ln x-.(1)求函数f(x)的单调区间;(2)设g(x)=f(x)-+2(a∈R),若x1,x2是函数g(x)的两个极值点,求实数a的取值范围.解 (1)由题知函数f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=-=≥0对任意x∈(0,+∞)恒成立,当且仅当x=1时,f′(x)=0,所以f(x)的单调递增区间为(0,+∞),无单调递减区间.(2)因为g(x)=f(x)-+2=ln x-,所以g′(x)=+=(x>0).由题意知x1,x2是方程g′(x)=0在(0,+∞)内的两个不同的实数解.令h(x)=x2+(2+a)x+1,又h(0)=1>0,所以只需解得a<-4,即实数a的取值范围为(-∞,-4).10.(2022·珠海模拟)已知函数f(x)=ln x-ax,x∈(0,e],其中e为自然对数的底数.(1)若x=1为f(x)的极值点,求f(x)的单调区间和最大值;(2)是否存在实数a,使得f(x)的最大值是-3?若存在,求出a的值;若不存在,说明理由.解 (1)∵f(x)=ln x-ax,x∈(0,e],∴f′(x)=,由f′(1)=0,得a=1.∴f′(x)=,∴x∈(0,1),f′(x)>0,x∈(1,+∞),f′(x)<0,∴f(x)的单调递增区间是(0,1),单调递减区间是(1,e];f(x)的极大值为f(1)=-1,也即f(x)的最大值为f(1)=-1.(2)∵f(x)=ln x-ax,∴f′(x)=-a=,①当a≤0时,f(x)在(0,e]上单调递增,∴f(x)的最大值是f(e)=1-ae=-3,解得a=>0,舍去;②当a>0时,由f′(x)=-a==0,得x=,当0<时,∴x∈时,f′(x)>0;x∈时,f′(x)<0,∴f(x)的单调递增区间是,单调递减区间是,又f(x)在(0,e]上的最大值为-3,∴f(x)max=f =-1-ln a=-3,∴a=e2;当e≤,即0∴f(x)max=f(e)=1-ae=-3,解得a=>,舍去.综上,存在a符合题意,此时a=e2.11.若函数f(x)=(x2-a)ex的两个极值点之积为-3,则f(x)的极大值为( )A. B.-C.-2e D.答案 A解析 因为f(x)=(x2-a)ex,所以f′(x)=(x2+2x-a)ex,由f′(x)=(x2+2x-a)ex=0,得x2+2x-a=0,由函数f(x)=(x2-a)ex的两个极值点之积为-3,则由根与系数的关系可知,-a=-3,即a=3,所以f(x)=(x2-3)ex,f′(x)=(x2+2x-3)ex,当x<-3或x>1时,f′(x)>0;当-3故f(x)在(-∞,-3)上单调递增,在(-3,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,所以f(x)的极大值为f(-3)=.12.函数f(x)=ax3-6ax2+b在区间[-1,2]上的最大值为3,最小值为-29(a>0),则a,b的值为( )A.a=2,b=-29 B.a=3,b=2C.a=2,b=3 D.以上都不对答案 C解析 函数f(x)的导数f′(x)=3ax2-12ax=3ax(x-4),因为a>0,所以由f′(x)<0,计算得出0由f′(x)>0,计算得出x>4或x<0,此时函数单调递增,即函数在[-1,0]上单调递增,在[0,2]上单调递减,即函数在x=0处取得极大值同时也是最大值,则f(0)=b=3,则f(x)=ax3-6ax2+3,f(-1)=-7a+3,f(2)=-16a+3,则f(-1)>f(2),即函数的最小值为f(2)=-16a+3=-29,计算得出a=2,b=3.13.(2021·全国乙卷)设a≠0,若x=a为函数f(x)=a(x-a)2(x-b)的极大值点,则( )A.abC.aba2答案 D解析 当a>0时,根据题意画出函数f(x)的大致图象,如图1所示,观察可知b>a.图1当a<0时,根据题意画出函数f(x)的大致图象,如图2所示,观察可知a>b.图2综上,可知必有ab>a2成立.14.(2022·河南多校联考)已知函数f(x)=2ln x,g(x)=x+2,若f(x1)=g(x2),则x1-x2的最小值为______.答案 4-2ln 2解析 设f(x1)=g(x2)=t,即2ln x1=t,x2+2=t,解得x1=,x2=t-2,所以x1-x2=-t+2,令h(t)=-t+2,则h′(t)=-1,令h′(t)=0,解得t=2ln 2,当t<2ln 2时,h′(t)<0,当t>2ln 2时,h′(t)>0,所以h(t)在(-∞,2ln 2)上单调递减,在(2ln 2,+∞)上单调递增,所以h(t)的最小值为h(2ln 2)=eln 2-2ln 2+2=4-2ln 2,所以x1-x2的最小值为4-2ln 2.15.(多选)已知函数f(x)=xln x+x2,x0是函数f(x)的极值点,以下几个结论中正确的是( )A.0C.f(x0)+2x0<0 D.f(x0)+2x0>0答案 AD解析 函数f(x)=xln x+x2(x>0),∴f′(x)=ln x+1+2x,∵x0是函数f(x)的极值点,∴f′(x0)=0,即ln x0+1+2x0=0,∴f′=>0,当x>时,f′(x)>0,∵当x→0时,f′(x)→-∞,∴0f(x0)+2x0=x0ln x0+x+2x0=x0(ln x0+x0+2)=x0(1-x0)>0,即D正确,C不正确.16.已知函数f(x)=x2-2x+aln x(a>0).(1)求函数f(x)的单调递增区间;(2)若函数f(x)有两个极值点x1,x2,x1解 (1)f′(x)=2x-2+=,x>0,一元二次方程2x2-2x+a=0的Δ=4(1-2a),①当a≥时,f′(x)≥0,f(x)在(0,+∞)上单调递增;②当0得x1=>0,x2=>0,所以当0f′(x)>0,f(x)单调递增,当f′(x)<0,f(x)单调递减,当x>时,f′(x)>0,f(x)单调递增.综上所述,当a≥时,f(x)的单调递增区间为(0,+∞),当0(2)由(1)知,0则0由f(x1)≥mx2恒成立,得x-2x1+aln x1≥mx2,即(1-x2)2-2(1-x2)+2(1-x2)x2ln(1-x2)≥mx2,即m≤x2-+2(1-x2)ln(1-x2),记h(x)=x-+2(1-x)ln(1-x),1>x>,则h′(x)=-2ln(1-x)-1>0,故h(x)在上单调递增,h=--ln 2,故m≤--ln 2. 展开更多...... 收起↑ 资源预览