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- 2021-06-16 发布
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第三章 导数
第2节 导数的应用
题型36 利用导数研究函数的单调性
1.(2013湖北文21) 设,,已知函数.
(1) 当时,讨论函数的单调性;
(2) 当时,称为,关于的加权平均数.
(i)判断,,是否成等比数列,并证明;
(ii),的几何平均数记为.称为,的调和平均数,记为. 若,求的取值范围.
1. 分析 (1)利用导数通过分类讨论求解;(2)①用等比中项证明成
等比数列;②通过函数的单调性求解.
解析 (1)定义域为,.
当时,,函数在上单调递增;
当时,,函数在上单调递减.
(2)①计算得,
故 ①
所以成等比数列.
因为,即.由①得.
②由①知,故,
得 ②
当时,.这时,的取值范围为;
当,时,从而,由在上单调递增与②式,得,即的取值范围为;
当时,,从而,由在上单调递减与②式,得,即的取值范围为.
2.(2013广东文21)设函数.
(1) 当,求函数的单调区间;
(2) 当,求函数在上的最小值和最小值.
2.分析 (1)求函数的单调区间,就是求不等式和的解集.(2)函数
是一个三次函数,其导数为二次函数,因为不确定,故需要讨论判别式的符号,
在时,通过表格列出函数在闭区间上的变化情况,比较区间商战的函数值和
极值的大小确定最值.
解析 (1)当时,,
因为,所以恒成立,所以函数在上单调递增,故函数的单调递增区间为,函数没有单调递减区间.
(2)当时,.
①当时,,所以恒成立,所以函数在上单调递增,故.
②当时,,由可求得方程的两个根为
,
因为(可以利用一元二次方程根与系数的关系进行判断:
,从而),所以由可得,由可得,所以,随的变化情况如下表:
极大值
极小值
所以.
因为,所以,所以.
又因为,
(其中
)所以,所以.
综上所述,,.
3.(2013山东文21). 已知函数.
(1)设,求的单调区间;
(2)设,且对任意,,试比较与的大小.
3.分析 (1)求的单调区间,需要对求导,当时,是增函数,
当 时,是减函数,但是需要对参数和进行讨论.(2)的最小值
为,当有唯一极小值点时,极小值就是最小值,然后构造函数求解.
解析 (1)由,得.
①当时,.
a.若,当时,恒成立,所以函数的单调递减区间是.
b.若,当时,,函数单调递减,当时,,函数单调递增.
所以函数的单调递减区间是,单调递增区间是.
②当时,令,得.由,得
.显然,.
当时,,函数单调递减;
当时,,函数单调递增.
所以函数的单调递减区间是,单调递增区间是.
综上所述,当时,函数的单调递减区间是;
当时,函数的单调递减区间是,单调递增区间是;
当时,函数的单调递减区间是,单调递增区间是.
(2)由题意知函数在处取得最小值.
由(1)知是的唯一极最小点,故.整理,得,即.令,则.
令,得.
当时,,单调递增;当时,,单调递减.
因此.故,即,
即.
4. (2013四川文21)已知函数,其中是实数.设,为该函数图象上的两点,且.
(1)指出函数的单调区间;
(2)若函数的图象在点处的切线互相垂直,且,证明:;
(3)若函数的图象在点处的切线重合,求的取值范围.
4.分析 第(1)问直线由二次函数、对数函数的图象求解;第(2)问由导数的几何意义知
,并借助基本不等式求解;第(3)问中两直线重合的充要条件是两直
线方程系数成比例,求时需先分离出,再进一点利用导数求函数值域.
解析 (1)函数的单调递减区间为,单调递增区间为,.
(2)证明:由导数的几何意义可知,点处的切线斜率为,点处的切线斜率为.故当点处的切线与点处的切线垂直时,有.因为,,所以.当时,对函数求导,得.
因为,,所以,.
因此
(当且仅当,即且时等号成立)
所以,函数的图象在点处的切线互相垂直时,有.
(3)当或时,,故.
当时,函数的图象在点处的切线方程为
,即.
当时,函数的图象在点处的切线方程为,即.
两切线重合的充要条件是
由①及知.
由①②得.
令,则,且.
设,则.
所以为减函数.则,所以.而当且趋近于时,无限增大,所以的取值范围是.故当函数的图象在点处的切线重合时,的取值范围是.
5. (2013湖南文21)已知函数.
(1)求的单调区间;
(2)证明:当时,.
5.分析 (1)求出函数的导数,解关于导数的不等式求得其单调区间.(2)根据函数的单调
性及函数值的秸,设出有大小的两个值,通过与的大小,将问题转化
为与的大小,从而得出结论.
解析 (1)函数的定义域为.
.
当时,;当时,.
所以的单调递增区间为,单调递减区间为.
(2)证明:当时,由于,故;同理,当时,.当时,不妨设,由(1)知,.下面证明:,即证.此不等式等价于.
令,则.
当时,,单调递减,从而,即.
所以.而,所以,从而.由于在上单调递增,所以,即.
6.(2014新课标Ⅱ文11)若函数在区间单调递增,则的取值范围是( ).
A. B. C. D.
7.(2014山东文20)(本小题满分13分)
设函数 ,其中a为常数.
(1)若,求曲线在点处的切线方程;
(2)讨论函数的单调性.
8.(2014江西文18)(本小题满分12分)
已知函数,其中.
(1)当时,求的单调递增区间;
(2)若在区间上的最小值为,求的值.
9.(2014湖北文21)(本小题满分14分)
为圆周率,为自然对数的底数.
(Ⅰ)求函数的单调区间;
(Ⅱ)求,,,,,这个数中的最大数与最小数.
10. (2014江苏19(1))已知函数.试讨论的单调性.
10.解析 由题意,,
当,即时,对恒成立,
故的单调递增区间为;
当,即时,
令,则或,
所以的单调递增区间为和,单调递减区间为;
当,即时,
令,则或,
所以的单调递增区间为和,单调递减区间为.
11.(2015安徽文10)函数的图像如图所示,则下列结论成立的是( ).
A. B.
C. D.
11. 解析 令,可得.又,由函数图像的单调性,可知.由图可知,是的两根,且,.
所以,得.故选A.
12.(2016山东文20)设,.
(1)令,求的单调区间;
(2)已知在处取得极大值,求实数的取值范围.
12.C 解析 问题转化为对恒成立,
故,即恒成立.
令,得对恒成立.
解法一:构造,开口向下的二次函数
的最小值的可能值为端点值,故只需保证,解得.故选C.
解法二:①当时,不等式恒成立;
②当时,恒成立,由在上单调递增,
所以,故;
③当时,恒成立.由在上单调递增,
,所以.
综上可得,.故选C.
评注 曾经谈到必要条件的问题,如取,则转化为,因此直接选择C选项.这缘于运气好,若不然取,则式子恒成立;取,则,此时只能排除A选项.此外,可在未解题之前取,此时,则,但此时,不具备在上单调递增,直接排除A,B,D.故选C.
13.(2016天津文20)设函数,,其中.
(1)求的单调区间;
(2)若存在极值点,且,其中,求证:;
(3)设,函数,求证:在区间上的最大值不小于.
13.解析 (1)由 可得,
则,
当时,时,,函数单调递增;当时,当
时,,函数单调递增;当时,,函数单调递减.
综上所述,当时,函数单调递增区间为;
当时,函数单调递增区间为,单调递减区间为.
(2)由(1)知,.
①当时, 单调递增.
所以当时,,单调递减.当时,,单调递增.
所以在处取得极小值,不合题意.
②当时,,由(1)知在内单调递增,
可得当时,,时,,
所以在内单调递减,在内单调递增,所以在处取得极小值,不合题意.
③当时,即时,在内单调递增,在内单调递减,
所以当时,, 单调递减,不合题意.
④当时,即 ,当时,,单调递增,
当时,,单调递减,所以在处取得极大值,合题意.
综上可知,实数的取值范围为.
14.(2016全国乙文12)若函数在上单调递增,则的取值范围是( ).
A. B. C. D.
14.解析 (1)由,可得,下面分两种情况讨论:
①当时,有恒成立,所以在上单调递增.
②当时,令,解得或.
当变化时,,的变化情况如表所示.
0
↗
极大值
↘
极小值
↗
所以的单调递减区间为,单调递增区间为,.
(2)证明:因为存在极值点,所以由(1)知且.
由题意得,即,所以.
又,且,
由题意及(1)知,存在唯一实数满足,且,因此,所以.
(3)证明:设在区间上的最大值为,表示,两数的最大值,下面分三种情况讨论:
①当时,由知在区间上单调递减,
所以在区间上的取值范围为,因此
,所以
②当时,,
由(1)和(2) 知,,
所以在区间上的取值范围为,
所以
.
③当时,,
由(1)和(2)知,,
所以在区间上的取值范围为,因此.
综上所述,当时,在区间上的最大值不小于.
15.(2017全国1文21)已知函数.
(1)讨论的单调性;
(2)若,求的取值范围.
15.解析 (1).
①当时,恒成立,所以在上单调递增;
②当时,恒成立,令,则,
故,所以在上单调递增,在上单调递减;
③当时,恒成立,令,则,即,
所以,所以在上单调递增,同理在上单调递减.
(2)①当时,恒成立,符合题意;
②当时,,
故,即;
③当时,
,
从而,故,所以.
综上所述,的取值范围为.
16.(2017全国2文21)设函数.
(1)讨论的单调性;
(2)当时,,求的取值范围.
16.解析 (1).
令,得,解得,.所以当时,,当或时,,所以在区间,
上是减函数,在区间上是增函数.
(2)因为时,,所以.所以,令,则,即时,,而,所以,所以,.
再令,,当时,恒成立. 所以在上是增函数,恒有,从而是增函数,,,在上恒成立,故即为所求.
题型38 利用导数研究函数的单调性
1.(2015陕西文9) 设函数,则( ).
A. 既是奇函数又是减函数 B. 既是奇函数又是增函数
C. 是有零点的减函数 D. 是没有零点的奇函数
1. 解析 因为,,所以,
又的定义域为,关于原点对称,所以是奇函数;
因为是增函数.因为,所以有零点.故选B.
2.(2015新课标2卷文12) 设函数,则使得
成立的的取值范围是( ).
A. B.
C. D.
2. 解析 由题意知,即为偶函数.因为,
所以在上是增函数,所以使成立的条件是
.所以,解之得.故选A.
3.(2015安徽文21(1))已知函数.
求的定义域,并讨论的单调性;
3. 分析 函数有意义,分母不能为0,即,亦即,即可求出的定义
域.又,,,即可求出函数的单调
区间.
解析 由题意可知,即,所以的定义域为.
又,令,得.
由可知,当时,;
当时,;当时,.
所以的单调递增区间为,单调递减区间为和.
4.(2015福建文22(1))已知函数.求函数的单调递增区间.
4. 分析 求导函数,解不等式并与定义域求交集,得函数的单调递增区间.
解析 (1),.
由,得,解得.
故的单调递增区间是.
5.(2015新课标2卷文21(1))已知函数.讨论的单调性.
5. 分析 由题意,先求出函数的定义域,再对函数进行求导,得,然后分
,两种情况来讨论;
解析 的定义域为,.
若,则,所以在上单调递增.
若,则当时,;当时,.
所以在 上单调递增, 在上单调递减.
6.(2015四川文21(1))已知函数,其中.
设为的导函数,讨论的单调性;
6. 解析 由已知可得函数的定义域为.
,所以,
当时,,单调递减;
当时,,单调递增.
7.(2015天津文20(1)) 已知函数其中,且.
求的单调性;
7. 解析 (1)由,可得,
当 ,即时,函数 单调递增;
当 ,即时,函数单调递减.
所以函数的单调递增区间是,单调递减区间是.
8.(2015重庆文19(2))已知函数在处取得极值.
若,讨论的单调性.
8. 解析 由(1)得, 故
.
令,解得,或.
则,,的变化如下表所示:
极小值
极大值
极小值
所以在和上为减函数,在和上为增函数.