第三章 第4节 导数与函数的单调性(二) 课件(共38张PPT)+学案 2027届高中数学人教A版(2019)一轮复习

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第三章 第4节 导数与函数的单调性(二) 课件(共38张PPT)+学案 2027届高中数学人教A版(2019)一轮复习

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第4节 导数与函数的单调性(二)
课标要求 1.会根据函数的单调性求参数的范围. 2.会利用函数的单调性解不等式、比较函数值的大小.
考点一 利用单调性求参数范围
例1 (1)已知函数f(x)=x2+,若函数f(x)在[2,+∞)上单调递增,则实数a的取值范围为(  )
A.(-∞,8) B.(-∞,16]
C.(-∞,-8] D.(-∞,-16)
(2)若函数f(x)=x+aln x在(1,2)上存在单调递减区间,则实数a的取值范围是    .
答案 (1)B (2)(-∞,-1)
解析 (1)根据题意,函数f(x)=x2+,其导数f'(x)=2x-,
若函数f(x)在[2,+∞)上单调递增,
则f'(x)=2x-≥0在[2,+∞)上恒成立,
即a≤2x3在[2,+∞)上恒成立,
所以只需a≤(2x3)min,又(2x3)min=16,
故a≤16.
(2)因为f(x)在(1,2)上存在单调递减区间,
则f'(x)=1+<0在(1,2)上有解.
当x∈(1,2)时,a<-x有解,
又当x∈(1,2)时,(-x)max=-1(此时x=1),
所以实数a的取值范围是(-∞,-1).
感悟提升 由函数的单调性求参数的取值范围的方法
(1)函数在区间(a,b)上单调,实际上就是在该区间上f'(x)≥0(或f'(x)≤0)恒成立.
(2)函数在区间(a,b)上存在单调区间,实际上就是f'(x)>0 (或f'(x)<0)在该区间上存在解集.
训练1 (1)(2023·新高考Ⅱ卷)已知函数f(x)=aex-ln x在区间(1,2)上单调递增,则a的最小值为(  )
A.e2 B.e
C.e-1 D.e-2
(2)(2026·沧州模拟)若函数f(x)=2x--tln x在(1,3)上不单调,则实数t的取值范围是    .
答案 (1)C (2)(2,7)
解析 (1)因为函数f(x)=aex-ln x,
所以f'(x)=aex-.
因为函数f(x)=aex-ln x在(1,2)上单调递增,
所以f'(x)≥0在(1,2)上恒成立,
即aex-≥0在(1,2)上恒成立,
易知a>0,则0<≤xex在(1,2)上恒成立.
设g(x)=xex,则g'(x)=(x+1)ex.
当x∈(1,2)时,g'(x)>0,g(x)单调递增,
所以在(1,2)上,g(x)>g(1)=e,
所以≤e,即a≥=e-1,故选C.
(2)函数f(x)=2x--tln x,
求导得f'(x)=2+ -,
依题意,f'(x)在(1,3)上有变号零点,
由f'(x)=0,得t=2x+,
函数t=2x+上单调递减,
2所以实数t的取值范围是(2,7).
考点二 利用函数单调性比较大小
例2 已知函数f(x)=xsin x,x∈R,则f,f(1),f的大小关系为    .
答案 f解析 由题意易得f(x)是偶函数,
所以f=f.
又当x∈时,f'(x)=sin x+xcos x>0,
所以f(x)在上单调递增,
所以f即f感悟提升 利用导数比较大小,其关键在于利用题目条件判断已知(或构造后的)函数的单调性,利用其单调性比较大小.
训练2 (2026·合肥调研)已知函数f(x)=cos x+ex,且a=f(2),b=f,c=f(ln 2),则a,b,c的大小关系是(  )
A.aC.c答案 D
解析 f'(x)=-sin x+ex,
当x>0时,f'(x)>0,
所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,
因为2>ln 2>ln,
所以f考点三 利用单调性解不等式
例3 (2026·深圳调研)已知函数f(x)=x-sin x,则不等式f(x2+4x)+f(3)<0的解集为    .
答案 (-3,-1)
解析 因为f(-x)=-x-sin(-x)=-f(x),
且f(x)的定义域为R,所以f(x)=x-sin x为奇函数,
又f'(x)=1-cos x≥0,且不恒等于0,
所以函数f(x)=x-sin x在R上为增函数,
不等式f(x2+4x)+f(3)<0,
即f(x2+4x)等价于x2+4x<-3,
解得-3所以不等式的解集为(-3,-1).
感悟提升 利用函数的单调性解不等式的关键是首先判断函数的单调性,易错之处忽视函数的定义域.
训练3 (2026·金华质检)设函数f(x)=ex--2x,若f(a-3)+f(2a2)≤0,则实数a的取值范围为    .
答案 
解析 根据题意,函数f(x)的定义域为R,f'(x)=ex+-2,
易知f'(x)≥0恒成立,
则函数f(x)在R上为增函数,
又f(-x)=e-x-ex+2x=-f(x),
所以f(x)为奇函数,
则原不等式等价于f(a-3)≤-f(2a2),
即f(a-3)≤f(-2a2)等价于a-3≤-2a2,
解得-≤a≤1.
一、单选题
1.若函数f(x)=-x3+ax有三个单调区间,则实数a的取值范围是(  )
A.[1,+∞) B.(-∞,0]
C.(0,+∞) D.(-∞,1]
答案 C
解析 f'(x)=-x2+a,
∵函数f(x)=-x3+ax有三个单调区间,
∴f'(x)=-x2+a=0有两个不相等的实数根,∴a>0.
2.已知函数f(x)=ax3+x2+x+4,则“a≥0”是“f(x)在R上单调递增”的(  )
A.充要条件
B.充分不必要条件
C.必要不充分条件
D.既不充分也不必要条件
答案 C
解析 由题意知,f'(x)=ax2+2x+1,
若f(x)在R上单调递增,则f'(x)≥0恒成立,
则解得a≥1,
故“a≥0”是“f(x)在R上单调递增”的必要不充分条件.
3.(2026·南通质检)已知函数f(x)=2x-sin x,则下列结论正确的是(  )
A.f(2.7)B.f(π)C.f(e)D.f(2.7)答案 D
解析 f'(x)=2-cos x,
因为cos x∈[-1,1],所以f'(x)>0恒成立,
所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,
因为2.74.已知函数f(x)=x2-2x+ln x.若f(a+1)≥f(2a-1),则a的取值范围是(  )
A.(-∞,-1] B.(-1,2]
C.[2,+∞) D.
答案 D
解析 因为f(x)=x2-2x+ln x,
x∈(0,+∞),
所以f'(x)=x-2+≥0,
所以f(x)是增函数,
所以若f(a+1)≥f(2a-1),
则a+1≥2a-1>0,解得5.函数f(x)=x2-9ln x在区间[m,m+1]上单调递减,则实数m的取值范围是(  )
A.[0,2) B.[0,2]
C.(0,2] D.(0,2)
答案 C
解析 函数f(x)=x2-9ln x的导数f'(x)=x-,x>0,
令f'(x)≤0,解得0因为函数f(x)=x2-9ln x在区间[m,m+1]上单调递减,
则[m,m+1] (0,3],即
解得06.已知函数f(x)=x3+2x-sin x,若f(2a2)+f(a-1)≤0,则实数a的取值范围为(  )
A.∪[1,+∞)
B.
C.(-∞,-1]∪
D.
答案 D
解析 函数f(x)=x3+2x-sin x的定义域为R,
f(-x)=(-x)3+2(-x)-sin(-x)=-f(x),
故函数f(x)是奇函数.
又f'(x)=3x2+2-cos x>0恒成立,
所以函数f(x)在R上单调递增,
不等式f(2a2)+f(a-1)≤0,即f(2a2)≤-f(a-1),从而f(2a2)≤f(-a+1)等价于2a2≤-a+1,解得-1≤a≤,
所以实数a的取值范围为.
7.(2026·湖北名校联考)函数f(x)=sin-2ax在R上不单调,则a的取值范围是(  )
A. B.
C. D.
答案 D
解析 f'(x)=cos-2a,
因为函数f(x)在R上不单调,
所以函数f'(x)有零点,
所以方程cos-2a=0有实数根,
所以直线y=2a与函数g(x)=cos的图象有交点(且交点非函数g(x)图象的最高点或最低点),
因为函数g(x)的值域为,
所以a∈.故选D.
二、多选题
8.如图为y=f(x)的导函数f'(x)的图象,给出下列四个说法,其中正确的是(  )
A.f(x)有三个单调区间
B.f(-2)C.f(-1)D.f(x)在[-1,2]上单调递增,在(2,4]上单调递减
答案 CD
解析 对于A,由图象可以看出,f'(x)的符号是先负后正,再负再正,所以函数f(x)有四个单调区间,故A错误;
对于B,当x∈[-2,-1]时,f'(x)≤0,函数f(x)单调递减,
所以f(-2)>f(-1),故B错误;
对于C,当x∈[-1,2]时,f'(x)≥0,函数f(x)单调递增,
所以f(-1)对于D,当x∈(2,4]时,f'(x)≤0,函数f(x)单调递减,显然D正确.
9.已知函数f(x)=ln x,且a=f ,b=f,c=f(),则(  )
A.a>b B.b>a
C.c>b D.c>a
答案 ACD
解析 由f(x)=ln x,
得f'(x)=ln x+,
当x∈(0,1)时,f'(x)<0,f(x)单调递减,
因为c=f,0<<<<1,
所以f>f >f ,
故c>a>b.
三、填空题
10.已知函数f(x)是R上的偶函数,且在(0,+∞)上有f'(x)>0,若f(-1)=0,则关于x的不等式xf(x)<0的解集是    .
答案 (-∞,-1)∪(0,1)
解析 在(0,+∞)上f'(x)>0,
所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,
又f(x)为偶函数,
所以f(-1)=f(1)=0,
且f(x)在(-∞,0)上单调递减,
f(x)的示意图如图所示,
所以xf(x)<0的解集为(-∞,-1)∪(0,1).
11.(2026·鄂州模拟)已知函数f(x)=(x2+1-ax在[0,+∞)上单调递减,则a的取值范围为    .
答案 [1,+∞)
解析 对f(x)=(x2+1-ax求导得f'(x)=(x2+1·2x-a=-a,
依题意,得 x∈[0,+∞),f'(x)≤0恒成立,
即a≥恒成立,
而当x≥0时,<1,
则a≥1,所以a的取值范围为[1,+∞).
12.已知函数f(x)=aex-ln x在区间(1,2)上存在单调递增区间,则实数a的取值范围为    .
答案 
解析 f(x)在(1,2)上存在单调递增区间,
则原问题等价于f'(x)>0在(1,2)上有解,
即a>在(1,2)上有解.
令g(x)=xex,因为g(x)在(1,2)上单调递增,故在(1,2)上单调递减,
所以∈,所以a>.
四、解答题
13.已知函数f(x)=ln x-ax2-2x(a≠0).
(1)若f(x)在[1,4]上单调递减,求实数a的取值范围;
(2)若f(x)在[1,4]上存在单调递减区间,求实数a的取值范围.
解 (1)因为f(x)在[1,4]上单调递减,
所以当x∈[1,4]时,f'(x)=-ax-2≤0恒成立,即a≥恒成立.
设G(x)=,x∈[1,4],
所以a≥G(x)max,而G(x)=-1,
因为x∈[1,4],所以∈,
所以G(x)max=-(此时x=4),
所以a≥-,
又因为a≠0,所以实数a的取值范围是∪(0,+∞).
(2)因为f(x)在[1,4]上存在单调递减区间,
则f'(x)<0在[1,4]上有解,
所以当x∈[1,4]时,a>有解,
又当x∈[1,4]时,=-1(此时x=1),
所以a>-1,又因为a≠0,
所以实数a的取值范围是(-1,0)∪(0,+∞).
14.已知函数f(x)=x-λex+,其中λ为实数.若函数f(x)是定义域上的单调函数,求λ的取值范围.
解 由题意知,函数f(x)的定义域为R,
f'(x)=1-λex-=1-λ.
若f(x)在R上单调递增,
则f'(x)=1-λ≥0在x∈R时恒成立,
由于ex+≥2(当且仅当x=0时等号成立),
所以≥λ在x∈R时恒成立,
又∈,所以λ≤0.
若f(x)在R上单调递减,
则f'(x)=1-λ≤0在x∈R时恒成立,
由于ex+≥2(当且仅当x=0时等号成立),
所以λ≥在x∈R时恒成立,
又∈,所以λ≥.
综上所述,λ的取值范围是(-∞,0]∪.(共38张PPT)
数学
高考总


第三章 一元函数的导数及其应用
第4节 导数与函数的单调性(二)
1.会根据函数的单调性求参数的范围.
2.会利用函数的单调性解不等式、比较函数值的大小.
课标要求
内容索引
考点聚焦突破
01
02
课时对点精练
考点聚焦突破
01
例1 (1)已知函数f(x)=x2+,若函数f(x)在[2,+∞)上单调递增,则实数a的取值范围为(  )
A.(-∞,8) B.(-∞,16]
C.(-∞,-8] D.(-∞,-16)
B
根据题意,函数f(x)=x2+,其导数f'(x)=2x-,
若函数f(x)在[2,+∞)上单调递增,
则f'(x)=2x-≥0在[2,+∞)上恒成立,
即a≤2x3在[2,+∞)上恒成立,所以只需a≤(2x3)min,又(2x3)min=16,故a≤16.
考点一 利用单调性求参数范围
(2)若函数f(x)=x+aln x在(1,2)上存在单调递减区间,则实数a的取值范围是      .
(-∞,-1)
因为f(x)在(1,2)上存在单调递减区间,
则f'(x)=1+<0在(1,2)上有解.
当x∈(1,2)时,a<-x有解,
又当x∈(1,2)时,(-x)max=-1(此时x=1),
所以实数a的取值范围是(-∞,-1).
感悟提升
由函数的单调性求参数的取值范围的方法
(1)函数在区间(a,b)上单调,实际上就是在该区间上f'(x)≥0(或f'(x)≤0)恒成立.
(2)函数在区间(a,b)上存在单调区间,实际上就是f'(x)>0 (或f'(x)<0)在该区间上存在解集.
训练1 (1)(2023·新高考Ⅱ卷)已知函数f(x)=aex-ln x在区间(1,2)上单调递增,则a的最小值为(  )
A.e2 B.e
C.e-1 D.e-2
C
因为函数f(x)=aex-ln x,
所以f'(x)=aex-.
因为函数f(x)=aex-ln x在(1,2)上单调递增,
所以f'(x)≥0在(1,2)上恒成立,
即aex-≥0在(1,2)上恒成立,
易知a>0,则0<≤xex在(1,2)上恒成立.
设g(x)=xex,则g'(x)=(x+1)ex.
当x∈(1,2)时,g'(x)>0,g(x)单调递增,
所以在(1,2)上,g(x)>g(1)=e,
所以≤e,即a≥=e-1,故选C.
(2)(2026·沧州模拟)若函数f(x)=2x--tln x在(1,3)上不单调,则实数t的取值范围是    .
函数f(x)=2x--tln x,求导得f'(x)=2+ -,
依题意,f'(x)在(1,3)上有变号零点,
由f'(x)=0,得t=2x+,函数t=2x+上单调递减,
2所以实数t的取值范围是(2,7).
(2,7)
例2 已知函数f(x)=xsin x,x∈R,则f,f(1),f的大小关系为          .
f由题意易得f(x)是偶函数,所以f=f.
又当x∈时,f'(x)=sin x+xcos x>0,
所以f(x)在上单调递增,所以f即f考点二 利用函数单调性比较大小
感悟提升
利用导数比较大小,其关键在于利用题目条件判断已知(或构造后的)函数的单调性,利用其单调性比较大小.
训练2 (2026·合肥调研)已知函数f(x)=cos x+ex,且a=f(2),b=f,c=f(ln 2),则a,b,c的大小关系是(  )
A.aC.cD
f'(x)=-sin x+ex,当x>0时,f'(x)>0,
所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,
因为2>ln 2>ln,
所以f例3 (2026·深圳调研)已知函数f(x)=x-sin x,则不等式f(x2+4x)+f(3)<0的解集为      .
(-3,-1)
因为f(-x)=-x-sin(-x)=-f(x),
且f(x)的定义域为R,所以f(x)=x-sin x为奇函数,
又f'(x)=1-cos x≥0,且不恒等于0,
所以函数f(x)=x-sin x在R上为增函数,
不等式f(x2+4x)+f(3)<0,即f(x2+4x)等价于x2+4x<-3,解得-3所以不等式的解集为(-3,-1).
考点三 利用单调性解不等式
感悟提升
利用函数的单调性解不等式的关键是首先判断函数的单调性,易错之处忽视函数的定义域.
训练3 (2026·金华质检)设函数f(x)=ex--2x,若f(a-3)+f(2a2)≤0,则实数a的取值范围为      .
根据题意,函数f(x)的定义域为R,f'(x)=ex+-2,
易知f'(x)≥0恒成立,则函数f(x)在R上为增函数,
又f(-x)=e-x-ex+2x=-f(x),
所以f(x)为奇函数,
则原不等式等价于f(a-3)≤-f(2a2),
即f(a-3)≤f(-2a2)等价于a-3≤-2a2,解得-≤a≤1.
课时对点精练
02
一、单选题
1.若函数f(x)=-x3+ax有三个单调区间,则实数a的取值范围是(  )
A.[1,+∞) B.(-∞,0]
C.(0,+∞) D.(-∞,1]
C
f'(x)=-x2+a,
∵函数f(x)=-x3+ax有三个单调区间,
∴f'(x)=-x2+a=0有两个不相等的实数根,∴a>0.
2.已知函数f(x)=ax3+x2+x+4,则“a≥0”是“f(x)在R上单调递增”的(  )
A.充要条件 B.充分不必要条件
C.必要不充分条件 D.既不充分也不必要条件
C
由题意知,f'(x)=ax2+2x+1,
若f(x)在R上单调递增,则f'(x)≥0恒成立,
则解得a≥1,
故“a≥0”是“f(x)在R上单调递增”的必要不充分条件.
3.(2026·南通质检)已知函数f(x)=2x-sin x,则下列结论正确的是(  )
A.f(2.7)C.f(e)D
f'(x)=2-cos x,
因为cos x∈[-1,1],所以f'(x)>0恒成立,
所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,
因为2.74.已知函数f(x)=x2-2x+ln x.若f(a+1)≥f(2a-1),则a的取值范围是(  )
A.(-∞,-1] B.(-1,2]
C.[2,+∞) D.
D
因为f(x)=x2-2x+ln x,x∈(0,+∞),
所以f'(x)=x-2+≥0,
所以f(x)是增函数,
所以若f(a+1)≥f(2a-1),
则a+1≥2a-1>0,解得5.函数f(x)=x2-9ln x在区间[m,m+1]上单调递减,则实数m的取值范围是(  )
A.[0,2) B.[0,2]
C.(0,2] D.(0,2)
C
函数f(x)=x2-9ln x的导数f'(x)=x-,x>0,
令f'(x)≤0,解得0因为函数f(x)=x2-9ln x在区间[m,m+1]上单调递减,
则[m,m+1] (0,3],即
解得06.已知函数f(x)=x3+2x-sin x,若f(2a2)+f(a-1)≤0,则实数a的取值范围为(  )
A.∪[1,+∞) B.
C.(-∞,-1]∪ D.
D
函数f(x)=x3+2x-sin x的定义域为R,
f(-x)=(-x)3+2(-x)-sin(-x)=-f(x),
故函数f(x)是奇函数.
又f'(x)=3x2+2-cos x>0恒成立,
所以函数f(x)在R上单调递增,
不等式f(2a2)+f(a-1)≤0,即f(2a2)≤-f(a-1),
从而f(2a2)≤f(-a+1)等价于2a2≤-a+1,解得-1≤a≤,
所以实数a的取值范围为.
7.(2026·湖北名校联考)函数f(x)=sin-2ax在R上不单调,则a的取值范围是(  )
A. B.
C. D.
D
f'(x)=cos-2a,
因为函数f(x)在R上不单调,
所以函数f'(x)有零点,
所以方程cos-2a=0有实数根,
所以直线y=2a与函数g(x)=cos的图象有交点(且交点非函数g(x)图象的最高点或最低点),
因为函数g(x)的值域为,
所以a∈.故选D.
8.如图为y=f(x)的导函数f'(x)的图象,给出下列四个说法,其中正确的是(  )
A.f(x)有三个单调区间
B.f(-2)C.f(-1)D.f(x)在[-1,2]上单调递增,在(2,4]上单调递减
CD
对于A,由图象可以看出,f'(x)的符号是先负后正,再负再正,所以函数f(x)有四个单调区间,故A错误;
二、多选题
对于B,当x∈[-2,-1]时,f'(x)≤0,函数f(x)单调递减,
所以f(-2)>f(-1),故B错误;
对于C,当x∈[-1,2]时,f'(x)≥0,函数f(x)单调递增,
所以f(-1)对于D,当x∈(2,4]时,f'(x)≤0,函数f(x)单调递减,显然D正确.
9.已知函数f(x)=ln x,且a=f ,b=f,c=f(),则(   )
A.a>b B.b>a
C.c>b D.c>a
ACD
由f(x)=ln x,得f'(x)=ln x+,
当x∈(0,1)时,f'(x)<0,f(x)单调递减,
因为c=f,0<<<<1,所以f>f >f ,
故c>a>b.
10.已知函数f(x)是R上的偶函数,且在(0,+∞)上有f'(x)>0,若f(-1)=0,则关于x的不等式xf(x)<0的解集是           .
在(0,+∞)上f'(x)>0,
所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,
又f(x)为偶函数,
所以f(-1)=f(1)=0,
且f(x)在(-∞,0)上单调递减,
f(x)的示意图如图所示,
所以xf(x)<0的解集为(-∞,-1)∪(0,1).
三、填空题
(-∞,-1)∪(0,1)
11.(2026·鄂州模拟)已知函数f(x)=(x2+1-ax在[0,+∞)上单调递减,则a的取值范围为      .
[1,+∞)
对f(x)=(x2+1-ax求导得f'(x)=(x2+1·2x-a=-a,
依题意,得 x∈[0,+∞),f'(x)≤0恒成立,
即a≥恒成立,
而当x≥0时,<1,
则a≥1,所以a的取值范围为[1,+∞).
12.已知函数f(x)=aex-ln x在区间(1,2)上存在单调递增区间,则实数a的取值
范围为        .
f(x)在(1,2)上存在单调递增区间,
则原问题等价于f'(x)>0在(1,2)上有解,
即a>在(1,2)上有解.
令g(x)=xex,因为g(x)在(1,2)上单调递增,故在(1,2)上单调递减,
所以∈,所以a>.
13.已知函数f(x)=ln x-ax2-2x(a≠0).
(1)若f(x)在[1,4]上单调递减,求实数a的取值范围;
因为f(x)在[1,4]上单调递减,
所以当x∈[1,4]时,f'(x)=-ax-2≤0恒成立,即a≥恒成立.
设G(x)=,x∈[1,4],
所以a≥G(x)max,而G(x)=-1,
四、解答题
因为x∈[1,4],所以∈,
所以G(x)max=-(此时x=4),
所以a≥-,
又因为a≠0,所以实数a的取值范围是∪(0,+∞).
因为f(x)在[1,4]上存在单调递减区间,
则f'(x)<0在[1,4]上有解,
所以当x∈[1,4]时,a>有解,
又当x∈[1,4]时,=-1(此时x=1),
所以a>-1,又因为a≠0,
所以实数a的取值范围是(-1,0)∪(0,+∞).
(2)若f(x)在[1,4]上存在单调递减区间,求实数a的取值范围.
14.已知函数f(x)=x-λex+,其中λ为实数.若函数f(x)是定义域上的单调函数,求λ的取值范围.
由题意知,函数f(x)的定义域为R,
f'(x)=1-λex-=1-λ.
若f(x)在R上单调递增,
则f'(x)=1-λ≥0在x∈R时恒成立,
由于ex+≥2(当且仅当x=0时等号成立),
所以≥λ在x∈R时恒成立,
又∈,所以λ≤0.若f(x)在R上单调递减,
则f'(x)=1-λ≤0在x∈R时恒成立,
由于ex+≥2(当且仅当x=0时等号成立),
所以λ≥在x∈R时恒成立,又∈,所以λ≥.
综上所述,λ的取值范围是(-∞,0]∪.

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