资源简介 第3节 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.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.1.求最值时,应注意极值点和所给区间的关系,关系不确定时,需要分类讨论,不可想当然认为极值就是最值.2.函数最值是“整体”概念,而函数极值是“局部”概念,极大值与极小值之间没有必然的大小关系.1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)(1)对于可导函数f(x),若f′(x0)=0,则x0为极值点.( )(2)函数的极大值不一定是最大值,最小值也不一定是极小值.( )(3)函数f(x)在区间(a,b)上不存在最值.( )(4)函数f(x)在区间[a,b]上一定存在最值.( )答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√解析 (1)反例:f(x)=x3,f′(x)=3x2,f′(0)=0,但x=0不是f(x)=x3的极值点.(3)反例:f(x)=x2在区间(-1,2)上的最小值为0.2.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 由题意知在x=-1处f′(-1)=0,且其两侧导数值符号为左负右正.3.(多选)(2022·青岛月考)已知f(x)=,则f(x)( )A.在(-∞,+∞)上单调递减B.在(-∞,1)上单调递增C.有极大值,无极小值D.有极小值,无极大值答案 BC解析 由题意知f′(x)=,当x<1时,f′(x)>0,f(x)递增,x>1时,f′(x)<0,f(x)递减,f(1)是函数的极大值,也是最大值f(1)=,函数无极小值.4.(2021·新乡三模)某冷饮店的日销售额y(单位:元)与当天的最高气温x(单位:℃,20≤x≤40)的关系式为y=x2-x3,则该冷饮店的日销售额的最大值约为( )A.907元 B.910元 C.915元 D.920元答案 C解析 ∵y=x2-x3,20≤x≤40,∴y′=x-x2=-x(x-38).∴当20≤x≤38时,y′≥0,即函数在[20,38]上单调递增,当38≤x≤40时,y′≤0,即函数在[38,40]上单调递减,∴当x=38时,函数取值最大值,∴ymax=×382-×383≈915.5.(易错题)函数f(x)=x3-ax2+2x-1有极值,则实数a的取值范围是________.答案 (-∞,-)∪(,+∞)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<-.6.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.在[0,3]上,f(x)max=f(0)=4,所以m=4. 考点一 利用导数求函数的极值角度1 根据函数图象判断极值例1 (多选)(2022·重庆检测)函数y=f(x)的导函数y=f′(x)的图象如图所示,则( )A.-3是函数y=f(x)的极值点B.-1是函数y=f(x)的极小值点C.y=f(x)在区间(-3,1)上单调递增D.-2是函数y=f(x)的极大值点答案 AC解析 根据导函数的图象可知,当x∈(-∞,-3)时,f′(x)<0,当x∈(-3,-1)时,f′(x)>0,所以函数y=f(x)在(-∞,-3)上单调递减,在(-3,-1)上单调递增,可知-3是函数y=f(x)的极值点,所以A正确.因为函数y=f(x)在(-3,1)上单调递增,可知-1不是函数y=f(x)的极小值点,-2也不是函数y=f(x)的极大值点,所以B错误,C正确,D错误.感悟提升 由图象判断函数y=f(x)的极值,要抓住两点:(1)由y=f′(x)的图象与x轴的交点,可得函数y=f(x)的可能极值点;(2)由导函数y=f′(x)的图象可以看出y=f′(x)的值的正负,从而可得函数y=f(x)的单调性.两者结合可得极值点.角度2 求已知函数的极值例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)的变化情况如下表.x (0,2) 2 (2,+∞)f′(x) + 0 -f(x) ? ln 2-1 ?故f(x)在定义域上的极大值为f(x)极大值=f(2)=ln 2-1,无极小值.(2)由(1)知,函数f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=-a=.当a≤0时,f′(x)>0在(0,+∞)上恒成立,则函数在(0,+∞)上单调递增,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x=.感悟提升 运用导数求函数f(x)极值的一般步骤:(1)确定函数f(x)的定义域;(2)求导数f′(x);(3)解方程f′(x)=0,求出函数定义域内的所有根;(4)列表检验f′(x)在f′(x)=0的根x0左右两侧值的符号;(5)求出极值.角度3 由函数的极值求参数例3 设函数g(x)=ln x-mx+,若g(x)存在两个极值点x1,x2,求实数m的取值范围.解 ∵g(x)=ln x-mx+,∴g′(x)=-m-==-,令h(x)=mx2-x+m,要使g(x)存在两个极值点x1,x2,则方程mx2-x+m=0有两个不相等的正数根x1,x2.∵>0,∴h(0)=m>0,故只需满足即可,解得0<m<.故m的取值范围为.感悟提升 1.已知函数极值,确定函数解析式中的参数时,要注意:根据极值点的导数为0和极值这两个条件列方程组,利用待定系数法求解.2.导数值为0不是此点为极值点的充要条件,所以用待定系数法求解后必须检验.训练1 (1)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)答案 D解析 由题图可知,当x<-2时,f′(x)>0;当-2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.(2)设函数f(x)=,若f(x)在x=-2处取得极大值,求a的取值范围.解 因为f(x)=,所以f′(x)==-.若a≠0,令f′(x)=0,则x=或x=-2,当>-2时,即>0,∴a>0或a<-1.①若a<-1时,x (-∞,-2) -2f′(x) + 0 - 0 +f(x) ? 极大值 ? 极小值 ?此时,f(x)在x=-2处取得极大值,符合题意.②若a>0时,当x<-2或x>时,f′(x)<0,当-2<x<时,f′(x)>0,∴f(x)在x=2处取得极小值,不符合题意;③若<-2,即-1<a<0时,当x<或x>-2时,f′(x)>0,当<x<-2时,f′(x)<0,∴f(x)在x=-2处取得极小值,不符合题意;④若=-2,即a=-1时,f′(x)≥0,f(x)无极值,不符合题意;⑤若a=0时,f′(x)=,当x<-2时,f′(x)<0,当x>-2时,f′(x)>0,∴f(x)在x=-2处取得极小值,不符合题意.综上,a的取值范围为(-∞,-1). 考点二 利用导数求函数的最值例4 (2021·北京卷)已知函数f(x)=.(1)若a=0,求y=f(x)在(1,f(1))处的切线方程;(2)若函数f(x)在x=-1处取得极值,求f(x)的单调区间,以及最大值和最小值.解 (1)当a=0时,f(x)=,则f′(x)==.当x=1时,f(1)=1,f′(1)=-4,故y=f(x)在(1,f(1))处的切线方程为y-1=-4(x-1),整理得4x+y-5=0.(2)已知函数f(x)=,则f′(x)==.若函数f(x)在x=-1处取得极值,则f′(-1)=0,即=0,解得a=4.经检验,当a=4时,x=-1为函数f(x)的极大值,符合题意.此时f(x)=,其定义域为R,f′(x)=,令f′(x)=0,解得x1=-1,x2=4.f(x),f′(x)随x的变化趋势如下表:x (-∞,-1) -1 (-1,4) 4 (4,+∞)f′(x) + 0 - 0 +f(x) ↗ 极大值 ↘ 极小值 ↗故函数f(x)的单调递增区间为(-∞,-1),(4,+∞),单调递减区间为(-1,4).极大值为f(-1)=1,极小值为f(4)=-.又因为x<时,f(x)>0;x>时,f(x)<0,所以函数f(x)的最大值为f(-1)=1,最小值为f(4)=-.感悟提升 1.利用导数求函数f(x)在[a,b]上的最值的一般步骤:(1)求函数在(a,b)内的极值.(2)求函数在区间端点处的函数值f(a),f(b).(3)将函数f(x)的各极值与f(a),f(b)比较,其中最大的一个为最大值,最小的一个为最小值.2.求函数在无穷区间(或开区间)上的最值,不仅要研究其极值情况,还要研究其单调性,并通过单调性和极值情况,画出函数的大致图象,然后借助图象观察得到函数的最值.训练2 已知函数f(x)=ax+ln x,其中a为常数.(1)当a=-1时,求f(x)的最大值;(2)若f(x)在区间(0,e]上的最大值为-3,求a的值.解 (1)易知f(x)的定义域为(0,+∞),当a=-1时,f(x)=-x+ln x,f′(x)=-1+=,令f′(x)=0,得x=1.当0<x<1时,f′(x)>0;当x>1时,f′(x)<0.∴f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减.∴f(x)max=f(1)=-1.∴当a=-1时,函数f(x)在(0,+∞)上的最大值为-1.(2)f′(x)=a+,x∈(0,e],∈.①若a≥-,则f′(x)≥0,从而f(x)在(0,e]上单调递增,∴f(x)max=f(e)=ae+1≥0,不符合题意.②若a<-,令f′(x)>0得a+>0,结合x∈(0,e],解得0<x<-;令f′(x)<0得a+<0,结合x∈(0,e],解得-<x≤e.从而f(x)在上单调递增,在上单调递减,∴f(x)max=f=-1+ln.令-1+ln=-3,得ln=-2,即a=-e2.∵-e2<-,∴a=-e2为所求.故实数a的值为-e2.1.已知函数f(x)的定义域为(a,b),导函数f′(x)在(a,b)上的图象如图所示,则函数f(x)在(a,b)上的极大值点的个数为( )A.1 B.2 C.3 D.4答案 B解析 由函数极值的定义和导函数的图象可知,f′(x)在(a,b)上与x轴的交点个数为4,但是在原点附近的导数值恒大于零,故x=0不是函数f(x)的极值点.其余的3个交点都是极值点,其中有2个点满足其附近的导数值左正右负,故极大值点有2个.2.已知a为函数f(x)=x3-12x的极小值点,则a等于( )A.-4 B.-2 C.4 D.2答案 D解析 由题意得f′(x)=3x2-12,由f′(x)=0得x=±2,当x∈(-∞,-2)时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增,当x∈(-2,2)时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,当x∈(2,+∞)时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增,所以a=2.3.函数f(x)=在[2,+∞)上的最小值为( )A. B.e2 C. D.2e答案 A解析 依题意f′(x)=(x2-2x-3)=(x-3)(x+1),故函数在区间(2,3)上单调递减,在区间(3,+∞)上单调递增,故函数在x=3处取得极小值也即是最小值,且最小值为f(3)==.4.已知函数f(x)=x3+bx2+cx的图象如图所示,则x+x等于( )A. B. C. D.答案 C解析 由题中图象可知f(x)的图象经过点(1,0)与(2,0),x1,x2是函数f(x)的极值点,所以1+b+c=0,8+4b+2c=0,解得b=-3,c=2,所以f(x)=x3-3x2+2x,所以f′(x)=3x2-6x+2,x1,x2是方程3x2-6x+2=0的两根,所以x1+x2=2,x1·x2=,∴x+x=(x1+x2)2-2x1x2=4-2×=.5.已知定义在R上的函数f(x)满足f(x+4)=-f(x),函数f(x+2)为偶函数,当x∈(0,2)时,f(x)=-x3+x2-6x+a.若x∈(-2,0)时,f(x)的最大值为-,则a=( )A.3 B.2 C. D.-答案 A解析 由函数f(x+2)是偶函数,得f(x)关于直线x=2对称,即f(x+4)=f(-x),因为f(x+4)=-f(x),所以f(-x)=-f(x),故f(x)为奇函数,因为f(x)在(-2,0)上的最大值为-,所以f(x)在(0,2)上的最小值是,当x∈(0,2)时,f′(x)=-3x2+9x-6,令f′(x)=0,得x=1,故f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,2)上单调递增,故x=1时,f(x)取极小值,即最小值,故f(x)min=f(1)=a-=,故a=3.6.(多选)(2022·烟台模拟)已知函数f(x)=,则下列结论正确的是( )A.函数f(x)存在两个不同的零点B.函数f(x)既存在极大值又存在极小值C.当-e<k≤0时,方程f(x)=k有且只有两个实根D.若x∈[t,+∞)时,f(x)max=,则t的最小值为2答案 ABC解析 由f(x)=0,得x2+x-1=0,∴x=,故A正确;f′(x)=-=-,当x∈(-∞,-1)∪(2,+∞)时,f′(x)<0,当x∈(-1,2)时,f′(x)>0,∴f(x)在(-∞,-1),(2,+∞)上单调递减,在(-1,2)上单调递增,∴f(-1)是函数的极小值,f(2)是函数的极大值,故B正确;又f(-1)=-e,f(2)=,且当x→-∞时,f(x)→+∞,x→+∞时,f(x)→0,∴f(x)的图象如图所示,由图知C正确,D不正确.7.若商品的年利润y(万元)与年产量x(百万件)的函数关系式为y=-x3+27x+123(x>0),则获得最大利润时的年产量为________百万件.答案 3解析 y′=-3x2+27=-3(x+3)(x-3),当00;当x>3时,y′<0.故当x=3时,该商品的年利润最大.8.(2022·安徽江南十校联考)已知x=1是函数f(x)=(x2+ax)ex的一个极值点,则曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线斜率为________.答案 -解析 由f(x)=(x2+ax)ex,得f′(x)=(x2+ax+2x+a)ex,因为x=1是函数f(x)=(x2+ax)ex的一个极值点,所以f′(1)=(3+2a)e=0,解得a=-.∴f′(x)=ex,所以f′(0)=-.所以曲线f(x)在点(0,f(0))处的切线斜率为-.9.(2021·新高考Ⅰ卷)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1时,f′(x)>0,所以f(x)在上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,所以f(x)min=f(1)=2-1-2ln 1=1;②当0ln e=1.综上,f(x)min=1.10.已知函数f(x)=excos x-x.(1)求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;(2)求函数f(x)在区间上的最大值和最小值.解 (1)因为f(x)=excos x-x,所以f′(x)=ex(cos x-sin x)-1,f′(0)=0.又因为f(0)=1,所以曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=1.(2)设h(x)=ex(cos x-sin x)-1,则h′(x)=ex(cos x-sin x-sin x-cos x)=-2exsin x.当x∈时,h′(x)<0,所以h(x)在区间上单调递减,所以对任意x∈有h(x)所以函数f(x)在区间上单调递减.因此f(x)在区间上的最大值为f(0)=1,最小值为f=-.11.设函数f(x)=(x-a)(x-b)(x-c),a,b,c∈R,f′(x)为f(x)的导函数.(1)若a=b=c,f(4)=8,求a的值;(2)若a≠b,b=c,且f(x)和f′(x)的零点均在集合{-3,1,3}中,求f(x)的极小值.解 (1)因为a=b=c,所以f(x)=(x-a)(x-b)(x-c)=(x-a)3.因为f(4)=8,所以(4-a)3=8,解得a=2.(2)因为b=c,所以f(x)=(x-a)(x-b)2=x3-(a+2b)x2+b(2a+b)x-ab2,从而f′(x)=3(x-b)·.令f′(x)=0,得x=b或x=.令f(x)=0,得x=a或x=b.因为a,b,都在集合{-3,1,3}中,且a≠b,所以=1,a=3,b=-3.此时,f(x)=(x-3)(x+3)2,f′(x)=3(x+3)(x-1).令f′(x)=0,得x=-3或x=1.当x变化时,f′(x)变化如下表:x (-∞,-3) -3 (-3,1) 1 (1,+∞)f′(x) + 0 - 0 +f(x) ? 极大值 ? 极小值 ?所以f(x)的极小值为f(1)=(1-3)(1+3)2=-32.12.(多选)(2022·青岛模拟)对于函数f(x)=16ln(1+x)+x2-10x,下列说法正确的是( )A.x=3是函数f(x)的一个极值点B.f(x)的单调递增区间是(-1,1),(2,+∞)C.f(x)在区间(1,2)上单调递减D.直线y=16ln 3-16与函数f(x)的图象有3个交点答案 ACD解析 由题意得f′(x)=+2x-10=,x>-1,令2x2-8x+6=0,得x=1或x=3,则f(x)在(-1,1),(3,+∞)上单调递增,在(1,3)上单调递减,所以x=3是函数f(x)的一个极值点,故A、C正确,B错误.f(1)=16ln(1+1)+12-10=16ln 2-9,f(3)=16ln(1+3)+32-10×3=16ln 4-21,且y=16ln 3-16=f(2),根据f(x)在(1,3)上单调递减得f(1)>f(2)>f(3),又x→-1时,f(x)→-∞,x→+∞时,f(x)→+∞,所以直线y=16ln 3-16与函数f(x)的图象有3个交点,故D正确.13.已知函数f(x)=xln x+mex(e为自然对数的底数)有两个极值点,则实数m的取值范围是________.答案 解析 f(x)=xln x+mex(x>0),∴f′(x)=ln x+1+mex(x>0),令f′(x)=0,得-m=,设g(x)=,则g′(x)=(x>0),令h(x)=-ln x-1,则h′(x)=--<0(x>0),∴h(x)在(0,+∞)上单调递减且h(1)=0,∴当x∈(0,1]时,h(x)≥0,即g′(x)≥0,g(x)在(0,1]上单调递增;当x∈(1,+∞)时,h(x)<0,即g′(x)<0,g(x)在(1,+∞)上单调递减,故g(x)max=g(1)=,而当x→0时,g(x)→-∞,当x→+∞时,g(x)→0,若f(x)有两极值点,只要y=-m和g(x)的图象在(0,+∞)上有两个交点,只需0<-m<,故-<m<0.14.已知函数f(x)=x3-ax2,a∈R.(1)当a=2时,求曲线y=f(x)在点(3,f(3))处的切线方程;(2)设函数g(x)=f(x)+(x-a)cos x-sin x,讨论g(x)的单调性并判断有无极值,有极值时求出极值.解 (1)由题意f′(x)=x2-ax,所以当a=2时,f(3)=0,f′(x)=x2-2x,所以f′(3)=3,因此曲线y=f(x)在点(3,f(3))处的切线方程是y=3(x-3),即3x-y-9=0.(2)因为g(x)=f(x)+(x-a)cos x-sin x,所以g′(x)=f′(x)+cos x-(x-a)sin x-cos x=x(x-a)-(x-a)sin x=(x-a)(x-sin x),令h(x)=x-sin x,则h′(x)=1-cos x≥0,所以h(x)在R上单调递增.因为h(0)=0,所以,当x>0时,h(x)>0;当x<0时,h(x)<0.①当a<0时,g′(x)=(x-a)(x-sin x),当x∈(-∞,a)时,x-a<0,g′(x)>0,g(x)单调递增;当x∈(a,0)时,x-a>0,g′(x)<0,g(x)单调递减;当x∈(0,+∞)时,x-a>0,g′(x)>0,g(x)单调递增.所以,当x=a时,g(x)取到极大值,极大值是g(a)=-a3-sin a,当x=0时,g(x)取到极小值,极小值是g(0)=-a.②当a=0时,g′(x)=x(x-sin x),当x∈(-∞,+∞)时,g′(x)≥0,g(x)单调递增;所以g(x)在(-∞,+∞)上单调递增,g(x)无极大值也无极小值.③当a>0时,g′(x)=(x-a)(x-sin x),当x∈(-∞,0)时,x-a<0,g′(x)>0,g(x)单调递增;当x∈(0,a)时,x-a<0,g′(x)<0,g(x)单调递减;当x∈(a,+∞)时,x-a>0,g′(x)>0,g(x)单调递增.所以,当x=0时,g(x)取到极大值,极大值是g(0)=-a;当x=a时g(x)取到极小值,极小值是g(a)=-a3-sin a.综上所述:当a<0时,函数g(x)在(-∞,a)和(0,+∞)上单调递增,在(a,0)上单调递减,函数既有极大值,又有极小值,极大值是g(a)=-a3-sin a,极小值是g(0)=-a;当a=0时,函数g(x)在(-∞,+∞)上单调递增,无极值;当a>0时,函数g(x)在(-∞,0)和(a,+∞)上单调递增,在(0,a)上单调递减,函数既有极大值,又有极小值,极大值是g(0)=-a,极小值是g(a)=-a3-sin a. 展开更多...... 收起↑ 资源预览