2025届高中数学二轮复习:专题一 函数与导数 微专题4 函数的极值、最值(课件+学案+练习,3份打包)

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2025届高中数学二轮复习:专题一 函数与导数 微专题4 函数的极值、最值(课件+学案+练习,3份打包)

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专题一 微专题4 函数的极值、最值
(分值:100分)
一、单项选择题(每小题5分,共30分)
1.(2024·辽宁省部分重点中学协作体模拟)下列函数中,既是定义域上的奇函数又存在极小值的是(  )
A.f(x)=xsin x
B.f(x)=x+
C.f(x)=ex+
D.f(x)=|x+1|-|x-1|
2.(2024·西安模拟)函数f(x)=在[-3,3]上的最大值和最小值分别是(  )
A.- B.-
C.- D.-
3.(2024·银川模拟)若函数f(x)=(x2-ax-2)ex在x=-2处取得极大值,则f(x)的极小值为(  )
A.-6e2 B.-4e
C.-2e2 D.-e
4.已知函数f(x)=ln x+ax存在最大值0,则a的值为(  )
A.-2 B.-
C.1 D.e
5.(2024·楚雄模拟)若a>b,则函数y=a(x-a)(x-b)2的图象可能是(  )
6.(2024·咸阳模拟)已知函数f(x)=cos x+x2,若x=0是函数f(x)的唯一极小值点,则a的取值范围为(  )
A.[1,+∞) B.(-1,1)
C.[-1,+∞) D.(-∞,1]
二、多项选择题(每小题6分,共12分)
7.(2024·杭州模拟)已知函数f(x)=(x+1)ex,则下列结论正确的是(  )
A.f(x)在区间(-2,+∞)上单调递增
B.f(x)的最小值为-
C.方程f(x)=2的解有2个
D.导函数f'(x)的极值点为-3
8.(2024·新课标全国Ⅱ)设函数f(x)=2x3-3ax2+1,则(  )
A.当a>1时,f(x)有三个零点
B.当a<0时,x=0是f(x)的极大值点
C.存在a,b,使得x=b为曲线y=f(x)的对称轴
D.存在a,使得点(1,f(1))为曲线y=f(x)的对称中心
三、填空题(每小题5分,共10分)
9.(2024·宜宾模拟)已知函数f(x)=x3+ax2+bx+a2在x=-1处有极值8,则f(1)=     .
10.如图所示为某“胶囊”形组合体,由中间是底面半径为1,高为2的圆柱,两端是半径为1的半球组成,现欲加工成一个圆柱,使得圆柱的两个底面的圆周落在半球的球面上,则当圆柱的体积最大时,圆柱的底面半径为     .
四、解答题(共31分)
11.(14分)(2024·深圳模拟)已知函数f(x)=其中a∈R.
(1)若a=1,求f(x)在[-1,1]上的最小值;(5分)
(2)求证:f(x)的极大值恒为正数.(9分)
12.(17分)(2024·泸州模拟)已知函数f(x)=2x3-ax2+2(a>0).
(1)求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;(6分)
(2)若在区间[-1,1]内存在x1,x2,使得f(x1)f(x2)≥9,求实数a的取值范围.(11分)
13.(17分)[旋转函数]在平面直角坐标系中,如果将函数y=f(x)的图象绕坐标原点逆时针旋转α后,所得曲线仍然是某个函数的图象,则称f(x)为“α旋转函数”.
(1)判断函数y=x是否为“旋转函数”,并说明理由;(5分)
(2)已知函数f(x)=ln(2x+1)(x>0)是“α旋转函数”,求tan α的最大值;(5分)
(3)若函数g(x)=m(x-1)ex-xln x-是“旋转函数”,求m的取值范围.(7分)
答案精析
1.B 2.D 3.C 4.B 5.B 6.A
7.ABD 8.AD 9.-4 10.
11.(1)解 当a=1时,
f(x)=,x∈[-1,1],
f'(x)=,
令f'(x)=0,得x=,
又f==,
且f(-1)=4e,f(1)=,
∴f(x)min=f= .
(2)证明 因为f'(x)= =,
令f'(x)=0,
解得x1=2,x2=,
若a>4,当x<2或x>时,
f'(x)<0,当20,
所以f(x)在(-∞,2),上单调递减,
在上单调递增,
故极大值为f=>0;
若a=4,则f'(x)≤0,
所以函数f(x)在R上单调递减,无极大值;
若a<4,当x<或x>2时,f'(x)<0,当0,
所以f(x)在,(2,+∞)上单调递减,
在上单调递增,
故极大值为f(2)=>0.
综上,f(x)的极大值恒为正数.
12.解 (1)因为f(x)=2x3-ax2+2(a>0),
所以f(0)=2,
又f'(x)=6x2-2ax,
所以f'(0)=0,
所以曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=2.
(2)因为f'(x)=6x2-2ax
=6x,又a>0,
所以当0当x<0或x>时,f'(x)>0,
所以f(x)在上单调递减,在(-∞,0),上单调递增.
则在区间[-1,1]内存在x1,x2,使得f(x1)f(x2)≥9,
等价于在区间[-1,1]内存在x,使得[f(x)]2≥9,
等价于在区间[-1,1]内存在x,使得|f(x)|≥3,
等价于在区间[-1,1]内,|f(x)|的最大值不小于3.
不妨令g(x)=|f(x)|,
①当≥1,即a≥3时,f(x)在[-1,0)上单调递增,在(0,1]上单调递减,
且f(-1)=-a≤-3,f(0)=2,
f(1)=4-a≤1,
所以g(x)max=|f(x)|max=max{a,2,|4-a|}≥3,符合题意;
②当0<<1,即0显然f(x)在x=处取得极小值,此时极小值为f=2->0,
而f(-1)=-a∈(-3,0),f(0)=2,f(1)=4-a>0,
所以g(x)max=|f(x)|max=max{a,2,|4-a|},
要使g(x)max≥3,则必有4-a≥3,
解得a≤1,故0综上,a的取值范围为(0,1]∪[3,+∞).
13.解 (1)函数y=x不是“旋转函数”,理由如下:
y=x的图象绕坐标原点逆时针旋转后与y轴重合,
当x=0时,有无数个y与之对应,与函数的概念矛盾,因此函数y=x不是“旋转函数”.
(2)由题意可得,
函数f(x)=ln(2x+1)(x>0)与函数y=kx+b的图象最多有1个交点,且k=tan,
所以ln(2x+1)=kx+b(x>0)最多有一个根,
即ln(2x+1)-kx=b(x>0)最多有一个根,
因此函数y=ln(2x+1)-kx(x>0)的图象与直线y=b(b∈R)最多有1个交点,
即函数y=ln(2x+1)-kx在 (0,+∞)上单调.
因为y'=-k,
且x>0,∈(0,2),
所以y'=-k≤0,k≥,所以k≥2,
即tan≥2,tan α≤,
即tan α的最大值为.
(3)由题意可得函数g(x)=m(x-1)ex-xln x-与函数y=x+b的图象最多有1个交点,
所以m(x-1)ex-xln x-=x+b,
即m(x-1)ex-xln x--x=b最多有一个根,
所以函数y=m(x-1)ex-xln x--x的图象与直线y=b(b∈R)最多有1个交点,
即函数y=m(x-1)ex-xln x--x在(0,+∞)上单调.
y'=mxex-ln x-x-2,
当x→0时,y'→+∞,
所以y'≥0 m≥,
令φ(x)=,
则φ'(x)=,
因为t(x)=-ln x-x-1在(0,+∞)上单调递减,
且t>0,t(1)<0,
所以存在x0∈,使t(x0)=0,
即ln x0+x0=-1 ln(x0)=-1 x0=,
所以φ(x)在(0,x0)上单调递增,
在(x0,+∞)上单调递减,
所以φ(x)max=φ(x0)===e,即m≥e,故m的取值范围为[e,+∞).微专题4 函数的极值、最值
[考情分析] 利用导数研究函数的极值、最值是重点考查内容,多以选择题、填空题压轴考查,或以解答题的形式出现,难度中等;或者压轴解答题,属综合性问题,难度较大.
考点一 利用导数研究函数的极值
判断函数的极值点,主要有两点
(1)导函数f'(x)的变号零点,即为函数f(x)的极值点.
(2)利用函数f(x)的单调性可得函数的极值点.
例1 (2024·新课标全国Ⅱ)已知函数f(x)=ex-ax-a3.
(1)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)若f(x)有极小值,且极小值小于0,求a的取值范围.
[易错提醒] (1)不能忽略函数的定义域.
(2)f'(x0)=0是可导函数f(x)在x=x0处取得极值的必要不充分条件,即f'(x)的变号零点才是f(x)的极值点,所以判断f(x)的极值点时,除了找f'(x)=0的实数根x0外,还需判断f(x)在x0左侧和右侧的单调性.
(3)函数的极小值不一定比极大值小.
跟踪演练1 (1)(多选)(2024·武汉统考)已知函数f(x)及其导函数f'(x)的部分图象如图所示,设函数g(x)=,则g(x) (  )
A.在区间(a,b)上单调递减
B.在区间(a,b)上单调递增
C.在x=a时取极小值
D.在x=b时取极小值
(2)(2024·秦皇岛模拟)已知0是函数f(x)=x3+ax2+1的极大值点,则a的取值范围为 (  )
A.(-∞,0) B.(0,+∞)
C. D.
考点二 利用导数研究函数的最值
1.求函数f(x)在[a,b]上的最大值和最小值的步骤
(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.若函数含有参数或区间含有参数,则需对参数分类讨论,判断函数的单调性,从而得到函数的最值.
例2 (2024·宝鸡模拟)已知函数f(x)=ax+x2-xln a-b(a,b∈R,a>1),e是自然对数的底数.
(1)当a=e,b=4时,求整数k的值,使得函数f(x)在区间(k,k+1)上存在零点;
(2)若x∈[-1,1],且b=0,求f(x)的最小值和最大值.
[易错提醒] (1)求函数最值时,不可想当然地认为极值就是最值,要通过比较大小才能下结论.
(2)求函数无穷区间(或开区间)上的最值,不仅要研究其极值,还需研究单调性,结合单调性和极值情况,画出函数图象,借助图象得到函数的最值.
跟踪演练2 (1)(2024·安徽省皖江名校联盟模拟)已知函数f(x)=(x-1)sin x+(x+1)·cos x,当x∈[0,π]时,f(x)的最大值与最小值的和为      .
(2)(2024·浙江省金丽衢十二校联考)已知函数f(x)=若x1考点三 已知函数极值、最值求参数
例3 (1)(2024·南充模拟)已知函数f(x)=xex+m-x2-mx在区间[-1-m,1-m]上有且仅有两个极值点,则实数m的取值范围为 (  )
A. B.(1,e)
C. D.(1,e]
(2)若函数f(x)=x3+x2-2在区间(a-4,a)上存在最小值,则a的取值范围是    .
[易错提醒] 方程、不等式恒成立,有解问题都可用分离参数法.分离参数时,等式或不等式两边符号变化以及除数不能等于0,易忽视.
跟踪演练3 (1)(2024·赤峰模拟)已知函数f(x)=xln x-ax有极值-e,则a等于 (  )
A.1 B.2
C.e D.3
(2)(2024·石嘴山模拟)已知函数f(x)=ax2-2x+ln x有两个不同的极值点x1,x2,若不等式f(x1)+f(x2)≤t恒成立,则实数t的最小值为     .
答案精析
例1 解 (1)当a=1时,
则f(x)=ex-x-1,
f'(x)=ex-1,
可得f(1)=e-2,f'(1)=e-1,
即切点坐标为(1,e-2),
切线斜率k=e-1,
所以切线方程为y-(e-2)
=(e-1)(x-1),
即(e-1)x-y-1=0.
(2)方法一 因为f(x)的定义域为R,且f'(x)=ex-a,
若a≤0,则f'(x)>0对任意x∈R恒成立,可知f(x)在R上单调递增,
无极值,不符合题意;
若a>0,令f'(x)>0,解得x>ln a,
令f'(x)<0,解得x可知f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,在(ln a,+∞)上单调递增,
则f(x)有极小值f(ln a)=a-aln a-a3,无极大值,
由题意可得,f(ln a)=a-aln a-a3<0,即a2+ln a-1>0,
令g(a)=a2+ln a-1,a>0,
则g'(a)=2a+>0,
可知g(a)在(0,+∞)上单调递增,
且g(1)=0,
不等式a2+ln a-1>0等价于g(a)>g(1),解得a>1,
所以a的取值范围为(1,+∞).
方法二 因为f(x)的定义域为R,
且f'(x)=ex-a,
若f(x)有极小值,
则f'(x)=ex-a有零点,
令f'(x)=ex-a=0,可得ex=a,
可知y=ex与y=a有交点,则a>0,
令f'(x)>0,解得x>ln a;
令f'(x)<0,解得x可知f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,在(ln a,+∞)上单调递增,
则f(x)有极小值f(ln a)=a-aln a-a3,无极大值,符合题意,
由题意可得,f(ln a)=a-aln a-a3<0,即a2+ln a-1>0,
令g(a)=a2+ln a-1,a>0,
因为y=a2,y=ln a-1在(0,+∞)上均单调递增,
所以g(a)在(0,+∞)上单调递增,
且g(1)=0,
不等式a2+ln a-1>0等价于g(a)>g(1),解得a>1,
所以a的取值范围为(1,+∞).
跟踪演练1 (1)BC (2)A
例2 解 (1)当a=e,b=4时,
f(x)=ex+x2-x-4,
∴f'(x)=ex+2x-1,∴f'(0)=0,
当x>0时,ex>1,
∴f'(x)>0,故f(x)在(0,+∞)上单调递增,
同理f(x)在(-∞,0)上单调递减.
f(-2)=e-2+2>0,
f(-1)=e-1-2<0,
f(0)=-3<0,f(1)=e-4<0,
f(2)=e2-2>0,
故当x>2时,f(x)>0,当x<-2时,f(x)>0,
故当x>0时,函数f(x)的零点在(1,2)内,∴k=1满足条件.
同理,当x<0时,函数f(x)的零点在(-2,-1)内,∴k=-2满足条件,
综上,k=1,-2.
(2)由已知f(x)=ax+x2-xln a,
f'(x)=axln a+2x-ln a
=2x+(ax-1)ln a,
①当x>0时,由a>1,
可知ax-1>0,ln a>0,
∴f'(x)>0;
②当x<0时,由a>1,
可知ax-1<0,ln a>0,
∴f'(x)<0;
③当x=0时,f'(x)=0,
∴f(x)在[-1,0]上单调递减,
在(0,1]上单调递增,
∴当x∈[-1,1]时,f(x)min=f(0)=1,f(x)max=max{f(-1),f(1)}.
因为f(1)=a+1-ln a,
f(-1)=+1+ln a,
则f(1)-f(-1)=a--2ln a,
设g(t)=t--2ln t(t>0),
∵g'(t)=1+-=≥0(当且仅当t=1时取等号),
∴g(t)在(0,+∞)上单调递增,而g(1)=0,
∴当t>1时,g(t)>0,即a>1时,
a--2ln a>0,∴f(1)>f(-1),
即f(x)max=f(1)=a+1-ln a.
综上,f(x)的最小值为1,最大值为a+1-ln a.
跟踪演练2 (1)π-1
(2)2ln 2+
例3 (1)A [f'(x)=ex+m(1+x)-x-m,
因为f(x)在区间[-1-m,1-m]上有且仅有两个极值点,
所以f'(x)在区间(-1-m,1-m)上有两个变号零点,即ex+m(1+x)=x+m在区间(-1-m,1-m)上有两个不等实数根.
令t=x+m,则x=t-m,上式可化为m=t+1-,其中t∈(-1,1).
令g(t)=t+1-,t∈(-1,1),
则g'(t)=1-=.
令h(t)=et-1+t,
则h'(t)=et+1>0,
即h(t)为增函数,
又h(0)=0,所以当t∈(-1,0)时,
g'(t)<0,g(t)单调递减;
当t∈(0,1)时,g'(t)>0,g(t)单调递增,所以当t=0时,g(t)取得最小值,因为g(0)=1,g(-1)=e,
g(1)=2-,
所以m的取值范围为.]
(2)[1,4)
跟踪演练3 (1)B (2)-3(共104张PPT)
函数的极值、最值
微专题4
利用导数研究函数的极值、最值是重点考查内容,多以选择题、填空题压轴考查,或以解答题的形式出现,难度中等;或者压轴解答题,属综合性问题,难度较大.
考情分析
考点一
考点二
考点三
利用导数研究函数的极值
利用导数研究函数的最值
已知函数极值、最值求参数
专题强化练
内容索引
利用导数研究函数的极值
考点一
判断函数的极值点,主要有两点
(1)导函数f'(x)的变号零点,即为函数f(x)的极值点.
(2)利用函数f(x)的单调性可得函数的极值点.
 (2024·新课标全国Ⅱ)已知函数f(x)=ex-ax-a3.
(1)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
例1
当a=1时,则f(x)=ex-x-1,
f'(x)=ex-1,
可得f(1)=e-2,f'(1)=e-1,
即切点坐标为(1,e-2),
切线斜率k=e-1,
所以切线方程为y-(e-2)=(e-1)(x-1),
即(e-1)x-y-1=0.
(2)若f(x)有极小值,且极小值小于0,求a的取值范围.
方法一 因为f(x)的定义域为R,
且f'(x)=ex-a,
若a≤0,则f'(x)>0对任意x∈R恒成立,
可知f(x)在R上单调递增,
无极值,不符合题意;
若a>0,令f'(x)>0,解得x>ln a,
令f'(x)<0,解得x可知f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,
在(ln a,+∞)上单调递增,
则f(x)有极小值f(ln a)=a-aln a-a3,无极大值,
由题意可得,f(ln a)=a-aln a-a3<0,
即a2+ln a-1>0,
令g(a)=a2+ln a-1,a>0,则g'(a)=2a+>0,
可知g(a)在(0,+∞)上单调递增,
且g(1)=0,
不等式a2+ln a-1>0等价于g(a)>g(1),解得a>1,
所以a的取值范围为(1,+∞).
方法二 因为f(x)的定义域为R,
且f'(x)=ex-a,
若f(x)有极小值,
则f'(x)=ex-a有零点,
令f'(x)=ex-a=0,可得ex=a,
可知y=ex与y=a有交点,则a>0,
令f'(x)>0,解得x>ln a;
令f'(x)<0,解得x可知f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,
在(ln a,+∞)上单调递增,
则f(x)有极小值f(ln a)=a-aln a-a3,
无极大值,符合题意,
由题意可得,f(ln a)=a-aln a-a3<0,
即a2+ln a-1>0,
令g(a)=a2+ln a-1,a>0,
因为y=a2,y=ln a-1在(0,+∞)上均单调递增,
所以g(a)在(0,+∞)上单调递增,
且g(1)=0,
不等式a2+ln a-1>0等价于g(a)>g(1),
解得a>1,
所以a的取值范围为(1,+∞).
易错提醒
(1)不能忽略函数的定义域.
(2)f'(x0)=0是可导函数f(x)在x=x0处取得极值的必要不充分条件,即f'(x)的变号零点才是f(x)的极值点,所以判断f(x)的极值点时,除了找f'(x)=0的实数根x0外,还需判断f(x)在x0左侧和右侧的单调性.
(3)函数的极小值不一定比极大值小.
(1)(多选)(2024·武汉统考)已知函数f(x)及其导函数f'(x)的部分图象
如图所示,设函数g(x)=则g(x)
A.在区间(a,b)上单调递减
B.在区间(a,b)上单调递增
C.在x=a时取极小值
D.在x=b时取极小值
跟踪演练1


结合图象可知,当x0,
当a当x>b时,f(x)-f'(x)>0.
g'(x)=因为ex>0,
故当x当a0,g(x)在区间(a,b)上单调递增;
当x>b时,g'(x)=<0,g(x)在区间(b,+∞)上单调递减,故g(x)'
在x=a处取得极小值,在x=b处取得极大值.
(2)(2024·秦皇岛模拟)已知0是函数f(x)=x3+ax2+1的极大值点,则a的取值范围为
A.(-∞,0) B.(0,+∞)
C. D.

因为f(x)=x3+ax2+1,所以f'(x)=3x2+2ax=x(3x+2a),
令f'(x)=0,可得x=0或x=-
当->0,即a<0时,
令f'(x)>0,得x<0或x>-;
令f'(x)<0,得0所以f(x)在(-∞,0)上单调递减,
所以0是函数f(x)的极大值点,满足题意;
当-=0,即a=0时,f'(x)=x(3x+0)≥0恒成立,
则f(x)在R上单调递增,没有极值点,不满足题意;
当-<0,即a>0时,
令f'(x)>0,得x<-或x>0;令f'(x)<0,得-所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,在上单调递减,
所以0是函数f(x)的极小值点,不满足题意.
综上,a<0,即a的取值范围为(-∞,0).
利用导数研究函数的最值
考点二
1.求函数f(x)在[a,b]上的最大值和最小值的步骤
(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.若函数含有参数或区间含有参数,则需对参数分类讨论,判断函数的单调性,从而得到函数的最值.
(2024·宝鸡模拟)已知函数f(x)=ax+x2-xln a-b(a,b∈R,a>1),e是自然对数的底数.
(1)当a=e,b=4时,求整数k的值,使得函数f(x)在区间(k,k+1)上存在零点;
例2
当a=e,b=4时,f(x)=ex+x2-x-4,
∴f'(x)=ex+2x-1,∴f'(0)=0,
当x>0时,ex>1,
∴f'(x)>0,故f(x)在(0,+∞)上单调递增,
同理f(x)在(-∞,0)上单调递减.
f(-2)=e-2+2>0,f(-1)=e-1-2<0,
f(0)=-3<0,f(1)=e-4<0,f(2)=e2-2>0,
故当x>2时,f(x)>0,当x<-2时,f(x)>0,
故当x>0时,函数f(x)的零点在(1,2)内,
∴k=1满足条件.
同理,当x<0时,函数f(x)的零点在(-2,-1)内,∴k=-2满足条件,
综上,k=1,-2.
(2)若x∈[-1,1],且b=0,求f(x)的最小值和最大值.
由已知f(x)=ax+x2-xln a,
f'(x)=axln a+2x-ln a=2x+(ax-1)ln a,
①当x>0时,由a>1,可知ax-1>0,ln a>0,
∴f'(x)>0;
②当x<0时,由a>1,可知ax-1<0,ln a>0,
∴f'(x)<0;
③当x=0时,f'(x)=0,
∴f(x)在[-1,0]上单调递减,在(0,1]上单调递增,
∴当x∈[-1,1]时,f(x)min=f(0)=1,f(x)max=max{f(-1),f(1)}.
因为f(1)=a+1-ln a,f(-1)=+1+ln a,
则f(1)-f(-1)=a--2ln a,
设g(t)=t--2ln t(t>0),
∵g'(t)=1+-=≥0(当且仅当t=1时取等号),
∴g(t)在(0,+∞)上单调递增,而g(1)=0,
∴当t>1时,g(t)>0,即a>1时,a--2ln a>0,∴f(1)>f(-1),
即f(x)max=f(1)=a+1-ln a.
综上,f(x)的最小值为1,最大值为a+1-ln a.
(1)求函数最值时,不可想当然地认为极值就是最值,要通过比较大小才能下结论.
(2)求函数无穷区间(或开区间)上的最值,不仅要研究其极值,还需研究单调性,结合单调性和极值情况,画出函数图象,借助图象得到函数的最值.
易错提醒
(1)(2024·安徽省皖江名校联盟模拟)已知函数f(x)=(x-1)sin x+(x+1)cos x,
当x∈[0,π]时,f(x)的最大值与最小值的和为      .
跟踪演练2
π-1
f'(x)=sin x+(x-1)cos x+cos x-(x+1)sin x=x(cos x-sin x),
当x∈时,f'(x)≥0,f(x)单调递增;
当x∈时,f'(x)<0,f(x)单调递减,
所以f(x)max=f=
又f(0)=1,f(π)=-(π+1),
所以f(x)min=-(π+1),
故最大值与最小值的和为π-1.
(2)(2024·浙江省金丽衢十二校联考)已知函数f(x)=若x12ln 2+
设f(x1)=f(x2)=t,
如图所示,由f(x)的图象知,t>0,且x1<0则-=-2=t,
所以x1=-x2=ln(t+2),
则x2-x1=ln(t+2)+.
令g(t)=ln(t+2)+(t>0),
则g'(t)=-==
所以当t∈(0,2)时,g'(t)<0,函数g(t)单调递减;
当t∈(2,+∞)时,g'(t)>0,函数g(t)单调递增,
所以当t=2时,g(t)取得最小值,为g(2)=2ln 2+
即x2-x1的最小值为2ln 2+.
已知函数极值、最值求参数
考点三
(1)(2024·南充模拟)已知函数f(x)=xex+m-x2-mx在区间[-1-m,1-m]上有
且仅有两个极值点,则实数m的取值范围为
A. B.(1,e)
C. D.(1,e]

例3
f'(x)=ex+m(1+x)-x-m,
因为f(x)在区间[-1-m,1-m]上有且仅有两个极值点,
所以f'(x)在区间(-1-m,1-m)上有两个变号零点,即ex+m(1+x)=x+m在区间(-1-m,1-m)上有两个不等实数根.
令t=x+m,则x=t-m,上式可化为m=t+1-其中t∈(-1,1).
令g(t)=t+1-t∈(-1,1),
则g'(t)=1-=.
令h(t)=et-1+t,则h'(t)=et+1>0,即h(t)为增函数,
又h(0)=0,所以当t∈(-1,0)时,g'(t)<0,g(t)单调递减;
当t∈(0,1)时,g'(t)>0,g(t)单调递增,
所以当t=0时,g(t)取得最小值,
因为g(0)=1,g(-1)=e,g(1)=2-
所以m的取值范围为.
(2)若函数f(x)=x3+x2-2在区间(a-4,a)上存在最小值,则a的取值范围是    .
[1,4)
由f(x)=x3+x2-2得f'(x)=x2+2x=x(x+2),
所以当x<-2或x>0时,f'(x)>0,当-2于是得f(x)在(-∞,-2)和(0,+∞)上单调递增,在(-2,0)上单调递减,
当x=0时,f(x)取得极小值f(0)=-2.
因为f(x)在区间(a-4,a)上存在最小值,而函数的最值不可能在开区间端点处取得,
于是得0∈(a-4,a),且f(a-4)≥f(0),

解得1≤a<4,
所以实数a的取值范围为[1,4).
易错提醒
方程、不等式恒成立,有解问题都可用分离参数法.分离参数时,等式或不等式两边符号变化以及除数不能等于0,易忽视.
(1)(2024·赤峰模拟)已知函数f(x)=xln x-ax有极值-e,则a等于
A.1 B.2 C.e D.3
跟踪演练3

由题目条件可得,函数f(x)的定义域为(0,+∞),f'(x)=ln x+1-a.
令f'(x)>0,得x>ea-1;
令f'(x)<0,得0所以函数f(x)在区间(0,ea-1)上单调递减,
在(ea-1,+∞)上单调递增.
则ea-1是函数f(x)的极小值点,无极大值点,
故f(ea-1)=ea-1ln ea-1-aea-1=-e,解得a=2.
(2)(2024·石嘴山模拟)已知函数f(x)=ax2-2x+ln x有两个不同的极值点x1,x2,若不等式f(x1)+f(x2)≤t恒成立,则实数t的最小值为   .
-3
函数f(x)=ax2-2x+ln x的定义域为(0,+∞),
求导得f'(x)=2ax-2+= .
由函数f(x)有两个不同的极值点x1,x2,则a≠0,且x1,x2是方程2ax2-2x+1=0的两个不相等的正实根,
于是x1+x2=>0,x1x2=>0,
且Δ=4-8a>0,解得0依题意,f(x1)+f(x2)=a-2x1+ln x1+a-2x2+ln x2
=a-2ax1x2-2(x1+x2)+ln(x1x2)=-1--ln(2a).
令g(a)=-1--ln(2a),0求导得g'(a)=-=>0,
所以函数g(a)在上单调递增,
则g(a)由不等式f(x1)+f(x2)≤t恒成立,得t≥-3,
所以实数t的最小值为-3.
专题强化练
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 B D C B B A ABD AD
题号 9 10
答案 -4
对一对
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答案
(1)当a=1时,
f(x)=,x∈[-1,1],
f'(x)=,
令f'(x)=0,得x=,
又f==,
且f(-1)=4e,f(1)=,
∴f(x)min=f= .
(2)证明 因为f'(x)=
11.
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答案
=,
令f'(x)=0,
解得x1=2,x2=,
若a>4,当x<2或x>时,
f'(x)<0,当20,
所以f(x)在(-∞,2),上单调递减,
在上单调递增,
故极大值为f=>0;
若a=4,则f'(x)≤0,
11.
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答案
所以函数f(x)在R上单调递减,无极大值;
若a<4,当x<或x>2时,f'(x)<0,当0,
所以f(x)在,(2,+∞)上单调递减,
在上单调递增,
故极大值为f(2)=>0.
综上,f(x)的极大值恒为正数.
11.
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13
答案
(1)因为f(x)=2x3-ax2+2(a>0),
所以f(0)=2,
又f'(x)=6x2-2ax,
所以f'(0)=0,
所以曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=2.
(2)因为f'(x)=6x2-2ax
=6x,又a>0,
所以当0当x<0或x>时,f'(x)>0,
所以f(x)在上单调递减,在(-∞,0),上单调递增.
则在区间[-1,1]内存在x1,x2,使得f(x1)f(x2)≥9,
12.
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13
答案
等价于在区间[-1,1]内存在x,使得[f(x)]2≥9,
等价于在区间[-1,1]内存在x,使得|f(x)|≥3,
等价于在区间[-1,1]内,|f(x)|的最大值不小于3.
不妨令g(x)=|f(x)|,
①当≥1,即a≥3时,f(x)在[-1,0)上单调递增,在(0,1]上单调递减,
且f(-1)=-a≤-3,f(0)=2,
f(1)=4-a≤1,
所以g(x)max=|f(x)|max
=max{a,2,|4-a|}≥3,符合题意;
②当0<<1,即0显然f(x)在x=处取得极小值,此时极小值为f=2->0,
12.
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13
答案
而f(-1)=-a∈(-3,0),f(0)=2,f(1)=4-a>0,
所以g(x)max=|f(x)|max
=max{a,2,|4-a|},
要使g(x)max≥3,则必有4-a≥3,
解得a≤1,故0综上,a的取值范围为(0,1]∪[3,+∞).
12.
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答案
(1)函数y=x不是“旋转函数”,理由如下:
y=x的图象绕坐标原点逆时针旋转后与y轴重合,
当x=0时,有无数个y与之对应,与函数的概念矛盾,因此函数y=x不是“旋转函数”.
(2)由题意可得,
函数f(x)=ln(2x+1)(x>0)与函数y=kx+b的图象最多有1个交点,且k=tan,
所以ln(2x+1)=kx+b(x>0)最多有一个根,
即ln(2x+1)-kx=b(x>0)最多有一个根,
因此函数y=ln(2x+1)-kx(x>0)的图象与直线y=b(b∈R)最多有1个交点,
即函数y=ln(2x+1)-kx在
(0,+∞)上单调.
因为y'=-k,
13.
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13
答案
且x>0,∈(0,2),
所以y'=-k≤0,k≥,所以k≥2,
即tan≥2,tan α≤,
即tan α的最大值为.
(3)由题意可得函数g(x)=m(x-1)ex-xln x-与函数y=x+b的图象最多有1个交点,
所以m(x-1)ex-xln x-=x+b,
即m(x-1)ex-xln x--x=b最多有一个根,
所以函数y=m(x-1)ex-xln x--x的图象与直线y=b(b∈R)最多有1个交点,
13.
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答案
即函数y=m(x-1)ex-xln x--x在(0,+∞)上单调.y'=mxex-ln x-x-2,
当x→0时,y'→+∞,所以y'≥0 m≥,
令φ(x)=,则φ'(x)=,
因为t(x)=-ln x-x-1在(0,+∞)上单调递减,
且t>0,t(1)<0,
所以存在x0∈,使t(x0)=0,
即ln x0+x0=-1 ln(x0)=-1 x0=,
所以φ(x)在(0,x0)上单调递增,在(x0,+∞)上单调递减,
所以φ(x)max=φ(x0)===e,即m≥e,故m的取值范围为[e,+∞).
13.
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答案
一、单项选择题
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1.(2024·辽宁省部分重点中学协作体模拟)下列函数中,既是定义域上的奇函数又存在极小值的是
A.f(x)=xsin x B.f(x)=x+
C.f(x)=ex+ D.f(x)=|x+1|-|x-1|

素养提升
答案
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对于A,x∈R,f(-x)=(-x)sin(-x)=xsin x=f(x),故f(x)为偶函数,不符合题意;
对于B,x∈(-∞,0)∪(0,+∞),f(-x)=-x-=-f(x),故f(x)为奇函数,
令f'(x)=1-=0,得x=±1,
当x∈(0,1)时,f'(x)<0,f(x)单调递减,
当x∈(1,+∞)时,f'(x)>0,f(x)单调递增,
故f(x)存在极小值f(1)=2,故B正确;
答案
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13
对于C,x∈R,f(-x)=e-x+=ex+=f(x),故f(x)为偶函数,不符合题意;
对于D,f(x)=无极值,不符合题意.
答案
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13
2.(2024·西安模拟)函数f(x)=在[-3,3]上的最大值和最小值分别是
A.- B.-
C.- D.-

答案
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f'(x)=x∈[-3,3],
令f'(x)>0,解得-1令f'(x)<0,解得x∈[-3,-1)∪(1,3],
即f(x)在[-3,-1)和(1,3]上单调递减.
又f(-3)=-f(-1)=-f(1)=f(3)=所以函数f(x)在[-3,3]上的最大值为最小值为-.
答案
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3.(2024·银川模拟)若函数f(x)=(x2-ax-2)ex在x=-2处取得极大值,则f(x)的极小值为
A.-6e2 B.-4e C.-2e2 D.-e

答案
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13
f'(x)=[x2+(2-a)x-2-a]ex(x∈R),
因为函数f(x)在x=-2处取得极大值,
则f'(-2)=0,
即4-2(2-a)-2-a=0,所以a=2,
所以f(x)=(x2-2x-2)ex,
f'(x)=(x2-4)ex=(x+2)(x-2)ex,
令f'(x)=0,则x=2或x=-2,
当x∈(-∞,-2)∪(2,+∞)时,f'(x)>0,
答案
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13
当x∈(-2,2)时,f'(x)<0,
所以f(x)在(-∞,-2),(2,+∞)上单调递增,在(-2,2)上单调递减.
所以函数f(x)在x=-2处取得极大值,在x=2处取得极小值,极小值为f(2)=-2e2.
答案
4.已知函数f(x)=ln x+ax存在最大值0,则a的值为
A.-2 B.- C.1 D.e
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答案
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12
13
答案
因为f'(x)=+a,x>0,
所以当a≥0时,f'(x)>0恒成立,故函数f(x)单调递增,不存在最大值;
当a<0时,令f'(x)=0,得x=-
所以当x∈时,f'(x)>0,函数f(x)单调递增,
当x∈时,f'(x)<0,函数f(x)单调递减,
所以f(x)max=f=ln-1=0,解得a=-.
5.(2024·楚雄模拟)若a>b,则函数y=a(x-a)(x-b)2的图象可能是
1
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答案

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13
方法一 对比各个选项可知a≠0,
由三次函数图象与性质,可得x=a,x=b(a>b)是函数y=a(x-a)(x-b)2的零点.
令y'=a(x-b)2+2a(x-a)(x-b)=a(x-b)(3x-2a-b)=0,
可知x1=bb),且x1,x2都是函数y=a(x-a)(x-b)2的极值点,
则x=b既是零点又是极值点,由此可以排除A,D;
答案
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13
若a>0,则函数y=a(x-a)(x-b)2的图象先增后减再增,
具体为y=a(x-a)(x-b)2在(-∞,b)上单调递增,在上单调递增,可知B符合;
若a<0,则函数y=a(x-a)(x-b)2的图象与x轴的交点都在x轴负半轴上,可知C不符合.
答案
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12
13
方法二 设f(x)=a(x-a)(x-b)2,f(0)=-a2b2≤0,
故排除A,C;
由f(x)=0,得x=a或x=b,由选项B,D的图象知b<0当x答案
1
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13
6.(2024·咸阳模拟)已知函数f(x)=cos x+x2,若x=0是函数f(x)的唯一极小值
点,则a的取值范围为
A.[1,+∞) B.(-1,1)
C.[-1,+∞) D.(-∞,1]

答案
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13
f'(x)=-sin x+ax,令g(x)=f'(x)=-sin x+ax,则g'(x)=-cos x+a,
当a≥1时,g'(x)=-cos x+a≥0,故g(x)在R上单调递增,
又g(0)=-sin 0+0=0,故当x>0时,g(x)>0,当x<0时,g(x)<0,
故f(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,
故x=0是函数f(x)的唯一极小值点,符合题意;
当a<1时,g'(0)=-cos 0+a=-1+a<0,
故一定存在m>0,使g(x)在(0,m)上单调递减,
此时x=0不是函数f(x)的极小值点,故a<1时不符合题意.
综上所述,a的取值范围为[1,+∞).
答案
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13
7.(2024·杭州模拟)已知函数f(x)=(x+1)ex,则下列结论正确的是
A.f(x)在区间(-2,+∞)上单调递增
B.f(x)的最小值为-
C.方程f(x)=2的解有2个
D.导函数f'(x)的极值点为-3

答案
二、多项选择题


1
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12
13
由f(x)=(x+1)ex,可得f'(x)=(x+2)ex,
令f'(x)<0,x∈(-∞,-2),令f'(x)>0,x∈(-2,+∞),
故f(x)在(-∞,-2)上单调递减,在(-2,+∞)上单调递增,
故f(x)的最小值为f(-2)=-故A,B正确;
若讨论方程f(x)=2的解,即讨论g(x)=(x+1)ex-2的零点,
易知g(-2)=--2<0,g(1)=2e-2>0,
故g(1)g(-2)<0,
故由零点存在定理得存在x0∈(-2,1),使x0为g(x)的一个零点,
答案
1
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9
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12
13
而当x→-∞时,g(x)→-2,显然g(x)在(-∞,-2)内无零点,
故g(x)=(x+1)ex-2只有一个零点,即f(x)=2只有一个解,故C错误;
令h(x)=f'(x)=(x+2)ex,故h'(x)=(x+3)ex,
令h'(x)=0,解得x=-3,而h'(0)>0,h'(-4)<0,
故-3是h'(x)的变号零点,即-3是h(x)的极值点,故导函数f'(x)的极值点为-3,故D正确.
答案
8.(2024·新课标全国Ⅱ)设函数f(x)=2x3-3ax2+1,则
A.当a>1时,f(x)有三个零点
B.当a<0时,x=0是f(x)的极大值点
C.存在a,b,使得x=b为曲线y=f(x)的对称轴
D.存在a,使得点(1,f(1))为曲线y=f(x)的对称中心
1
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9
10
11
12
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答案

A选项,f'(x)=6x2-6ax=6x(x-a),由于a>1,
故当x∈(-∞,0)∪(a,+∞)时,f'(x)>0,
故f(x)在(-∞,0),(a,+∞)上单调递增,
当x∈(0,a)时,f'(x)<0,f(x)单调递减,
则f(x)在x=0处取到极大值,在x=a处取到极小值,
由f(0)=1>0,f(a)=1-a3<0,
则f(0)f(a)<0,
根据零点存在定理f(x)在(0,a)上有一个零点,
又f(-1)=-1-3a<0,
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答案
f(2a)=4a3+1>0,
则f(-1)f(0)<0,f(a)f(2a)<0,
则f(x)在(-1,0),(a,2a)上各有一个零点,
于是当a>1时,f(x)有三个零点,A选项正确;
B选项,f'(x)=6x(x-a),
由于a<0,当x∈(a,0)时,f'(x)<0,f(x)单调递减,
当x∈(0,+∞)时,f'(x)>0,f(x)单调递增,
此时f(x)在x=0处取到极小值,B选项错误;
C选项,假设存在这样的a,b,使得x=b为f(x)的对称轴,
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答案
即存在这样的a,b使得f(x)=f(2b-x),
即2x3-3ax2+1=2(2b-x)3-3a(2b-x)2+1,
根据二项式定理,等式右边(2b-x)3展开式中含有x3的项为
2(2b)0(-x)3=-2x3,
于是等式左右两边x3的系数不相等,原等式不可能恒成立,
于是不存在这样的a,b,使得x=b为f(x)的对称轴,C选项错误;
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答案
D选项,
方法一 (利用对称中心的表达式化简)
f(1)=3-3a,若存在这样的a,使得(1,3-3a)为f(x)的对称中心,
则f(x)+f(2-x)=6-6a,事实上,
f(x)+f(2-x)=2x3-3ax2+1+2(2-x)3-3a(2-x)2+1=(12-6a)x2+(12a-24)x+18-12a,
于是6-6a=(12-6a)x2+(12a-24)x+18-12a,
即解得a=2,
即存在a=2使得(1,f(1))是f(x)的对称中心,D选项正确.
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答案
方法二 (直接利用拐点结论)
任何三次函数都有对称中心,对称中心的横坐标是二阶导数的零点,
f(x)=2x3-3ax2+1,
f'(x)=6x2-6ax,f″(x)=12x-6a,
由f″(x)=0得x=
于是该三次函数的对称中心为
由题意(1,f(1))也是对称中心,故=1,即a=2,
即存在a=2使得(1,f(1))是f(x)的对称中心,D选项正确.
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答案
三、填空题
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9.(2024·宜宾模拟)已知函数f(x)=x3+ax2+bx+a2在x=-1处有极值8,则f(1)=   .
答案
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f'(x)=3x2+2ax+b,
若函数f(x)在x=-1处有极值8,
则f(-1)=8且f'(-1)=0,即
解得
当a=3,b=3时,f'(x)=3x2+6x+3=3(x+1)2≥0,
此时x=-1不是极值点,故舍去;
答案
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当a=-2,b=-7时,f'(x)=3x2-4x-7=(3x-7)(x+1),
当x>或x<-1时,f'(x)>0,
当-1故a=-2,b=-7符合题意,
故f(x)=x3-2x2-7x+4,故f(1)=-4.
答案
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10.如图所示为某“胶囊”形组合体,由中间是底面半径为1,高为2的圆柱,两端是半径为1的半球组成,现欲加工成一个圆柱,使得圆柱的两个底面的圆周落在半球的球面上,则当圆柱的体积最大时,圆柱的底面
半径为   .
答案
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设该几何体的内接圆柱的底面半径为x(0该内接圆柱的体积为V(x)=πx2·2(1+),
则V'(x)=4πx(1+)+2πx2·= .
令V'(x)=0,则有2+2-3x2=0 ,解得x=
当x∈时,V'(x)>0,V(x)单调递增;
当x∈时,V'(x)<0,V(x)单调递减,
所以当x=时,圆柱的体积有最大值.
答案
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11.(2024·深圳模拟)已知函数f(x)=其中a∈R.
(1)若a=1,求f(x)在[-1,1]上的最小值;
答案
四、解答题
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答案
当a=1时,f(x)=x∈[-1,1],
f'(x)=
令f'(x)=0,得x=
又f==
且f(-1)=4e,f(1)=
∴f(x)min=f= .
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(2)求证:f(x)的极大值恒为正数.
答案
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答案
因为f'(x)==
令f'(x)=0,
解得x1=2,x2=
若a>4,当x<2或x>时,f'(x)<0,当20,
所以f(x)在(-∞,2)上单调递减,
在上单调递增,
故极大值为f=>0;
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答案
若a=4,则f'(x)≤0,
所以函数f(x)在R上单调递减,无极大值;
若a<4,当x<或x>2时,f'(x)<0,当0,
所以f(x)在(2,+∞)上单调递减,
在上单调递增,故极大值为f(2)=>0.
综上,f(x)的极大值恒为正数.
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12.(2024·泸州模拟)已知函数f(x)=2x3-ax2+2(a>0).
(1)求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
答案
因为f(x)=2x3-ax2+2(a>0),
所以f(0)=2,
又f'(x)=6x2-2ax,所以f'(0)=0,
所以曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=2.
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答案
(2)若在区间[-1,1]内存在x1,x2,使得f(x1)f(x2)≥9,求实数a的取值范围.
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答案
因为f'(x)=6x2-2ax=6x又a>0,
所以当0时,f'(x)>0,
所以f(x)在上单调递减,在(-∞,0)上单调递增.
则在区间[-1,1]内存在x1,x2,使得f(x1)f(x2)≥9,
等价于在区间[-1,1]内存在x,使得[f(x)]2≥9,
等价于在区间[-1,1]内存在x,使得|f(x)|≥3,
等价于在区间[-1,1]内,|f(x)|的最大值不小于3.
不妨令g(x)=|f(x)|,
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答案
①当≥1,即a≥3时,f(x)在[-1,0)上单调递增,在(0,1]上单调递减,
且f(-1)=-a≤-3,f(0)=2,f(1)=4-a≤1,
所以g(x)max=|f(x)|max=max{a,2,|4-a|}≥3,符合题意;
②当0<<1,即0上单调递减,
显然f(x)在x=处取得极小值,此时极小值为f=2->0,
而f(-1)=-a∈(-3,0),f(0)=2,f(1)=4-a>0,
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答案
所以g(x)max=|f(x)|max=max{a,2,|4-a|},
要使g(x)max≥3,则必有4-a≥3,解得a≤1,故0综上,a的取值范围为(0,1]∪[3,+∞).
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13.[旋转函数]在平面直角坐标系中,如果将函数y=f(x)的图象绕坐标原点逆时针旋转α后,所得曲线仍然是某个函数的图象,则称f(x)为“α旋转函数”.
(1)判断函数y=x是否为“旋转函数”,并说明理由;
答案
思维创新
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答案
函数y=x不是“旋转函数”,理由如下:
y=x的图象绕坐标原点逆时针旋转后与y轴重合,
当x=0时,有无数个y与之对应,与函数的概念矛盾,
因此函数y=x不是“旋转函数”.
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答案
(2)已知函数f(x)=ln(2x+1)(x>0)是“α旋转函数”,求tan α的最大值;
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答案
由题意可得,
函数f(x)=ln(2x+1)(x>0)与函数y=kx+b的图象最多有1个交点,且k=tan
所以ln(2x+1)=kx+b(x>0)最多有一个根,
即ln(2x+1)-kx=b(x>0)最多有一个根,
因此函数y=ln(2x+1)-kx(x>0)的图象与直线y=b(b∈R)最多有1个交点,
即函数y=ln(2x+1)-kx在(0,+∞)上单调.
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答案
因为y'=-k,且x>0∈(0,2),
所以y'=-k≤0,k≥所以k≥2,
即tan≥2,tan α≤
即tan α的最大值为.
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答案
(3)若函数g(x)=m(x-1)ex-xln x-是“旋转函数”,求m的取值范围.
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答案
由题意可得函数g(x)=m(x-1)ex-xln x-与函数y=x+b的图象最多有1个交点,
所以m(x-1)ex-xln x-=x+b,
即m(x-1)ex-xln x--x=b最多有一个根,
所以函数y=m(x-1)ex-xln x--x的图象与直线y=b(b∈R)最多有1个交点,
即函数y=m(x-1)ex-xln x--x在(0,+∞)上单调.
y'=mxex-ln x-x-2,当x→0时,y'→+∞,
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答案
所以y'≥0 m≥
令φ(x)=则φ'(x)=
因为t(x)=-ln x-x-1在(0,+∞)上单调递减,且t>0,t(1)<0,
所以存在x0∈使t(x0)=0,
即ln x0+x0=-1 ln(x0)=-1 x0=
所以φ(x)在(0,x0)上单调递增,在(x0,+∞)上单调递减,
所以φ(x)max=φ(x0)===e,即m≥e,故m的取值范围为[e,+∞).

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