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- 2021-06-16 发布
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专题 2.2 导数定调情况多参数分类与整合
【题型综述】
用导数研究函数的单调性
(1)用导数证明函数的单调性
证明函数单调递增(减),只需证明在函数的定义域内 ' ( )f x ( )0
(2)用导数求函数的单调区间
求函数的定义域 D →求导 ' ( )f x →解不等式 ' ( )f x > 0 得解集 P →求 D P ,得函数
的单调递增(减)区间.
一般地,函数 ( )f x 在某个区间可导, ' ( )f x >0 ( )f x 在这个区间是增函数
一般地,函数 ( )f x 在某个区间可导, ' ( )f x <0 ( )f x 在这个区间是减函数
(3)单调性的应用(已知函数单调性)
一般地,函数 ( )f x 在某个区间可导, ( )f x 在这个区间是增(减)函数 ' ( )f x ≥ ( ) 0
1、利用导数求函数 f(x)的单调区间的一般步骤:
(1)确定函数 f(x)的定义域;(2)求导数 f′(x);
(3)在函数 f(x)的定义域内解不等式 f′(x)>0 和 f′(x)<0;
(4)根据(3)的结果确定函数 f(x)的单调区间.
2、求函数的单调区间的“两个”方法
方法一:(1)确定函数 y=f(x)的定义域;(2)求导数 y′=f′(x);
(3)解不等式 f′(x)>0,解集在定义域内的部分为单调递增区间;
(4)解不等式 f′(x)<0,解集在定义域内的部分为单调递减区间.
方法二:(1)确定函数 y=f(x)的定义域;
(2)求导数 y′=f′(x),令 f′(x)=0,解此方程,求出在定义区间内的一切实根;
(3)把函数 f(x)的间断点(即 f(x)的无定义点)的 横坐标和上面的各实数根按由小到大的
顺序排列起来,然后用这些点把函数 f(x)的定义区间分成若干个小区间;
(4)确定 f′(x)在各个区间内的符号,根据符号判定函数在每个相应区间内的单调性.
3、由函数 f x 的单调性求参数的取值范围的方法
(1)可导函数在某一区间上单调,实际上就是在该区间上 0f x (或
0f x )( f x 在该区间的任意子区间内都不恒等于 0)恒成立,然后分离参数,转化
为求函数的最值问题,从而获得参数的取值范围;
(2)可导函数在某一区间上存在单调区间,实际上 就是 ( ) 0f x (或 ( ) 0f x )在该区
间上存在解集,这样就把函数的单调性问题转化成了不等式问题;
(3)若已知 f x 在区间 I 上的单调性,区间 I 中含有参数时,可先求出 f x 的单调区
间,令 I 是其单调区间的子集,从而可求出参数的取值范围.
【典例指引】
例 1.已知函数 3 21 1( ) ( 0)3 2f x x ax x b a , '( )f x 为函数 ( )f x 的导函数.
(1)设函数 ( )f x 的图象与 x 轴交点为 A,曲线 y=f(x)在 A 点处的切线方程是 3 3y x ,
求 ,a b 的值;
(2)若函数 ( ) '( )axg x e f x ,求函数 ( )g x 的单调区间.
(Ⅱ) '( )( ) ax
f xg x e
2 1
ax
x ax
e
( )x R .
'( )g x
2
2
(2 ) ( 1)
( )
ax ax
ax
x a e a x ax e
e
2[ ( 2)] axx ax a e
①当 0a 时, '( ) 2g x x ,
x ( ,0) 0 (0, )
'( )g x - 0 +
( )g x ↘ 极小值 ↗
( )g x 的单调递增区间为 (0, ) ,单调递减区间为 ( ,0)
(ⅱ)当 2 0aa
,即 2a 时, '( )g x 2 22 0xx e ,
故 ( )g x 在 ( , ) 单调递减;
(ⅲ)当 2 0aa
,即 2a 时,
x 2( , )aa
2 aa
2( ,0)aa
0 (0, )
'( )g x - 0 + 0 -
( )g x ↘ 极小值 ↗ 极大值 ↘
( )g x 在
22( ,0)a
a
上单调递增,在 (0, ) ,
22( , )a
a
上单调递减
综上所述,当 0a 时, ( )g x 的单调递增区间为 (0, ) ,单调递减区间为 ( ,0) ;
当 0 2a 时, ( )g x 的单调递增区间为
22(0, )a
a
,单调递减区间为 ( ,0)
当 2a , ( )g x 的单调递减区间为 ( , )
当 2a 时, ( )g x 的单调递增区间为 2( ,0)aa
,单调递减区间为 (0, ) 、 2( , )aa
例 2.已知函数 21ln 2f x x ax , a R .
(1)求函数 f x 的单调区间;
【思路引导】
(1)先确定函数的定义域,求导后得
21' axf x x
,根据 a 正负进行讨论,可得函数的单
调区间;
试题解析:(1)函数 f x 的定义域为 0, .
由题意得
21 1' axf x axx x
,
当 0a 时, ' 0f x ,则 f x 在区间 0, 内单调递增;
当 0a 时,由 ' 0f x ,得 1x a
或 1x a
(舍去),
当 10 x a
时, ' 0f x , f x 单调递增,
当 1x a
时, ' 0f x , f x 单调递减.
所以当 0a 时, f x 的单调递增区间为 0, ,无单调递减区间;
当 0a 时, f x 的单调递增区间为 10, a
,单调递减区间为 1 ,a
.
例 3.已知函数 xf x e , 2
2
ag x x x ,(其中 a R , e 为自然对数的底数,
2.71828e ……).
(1)令 h x f x ,求 h x 的单调区间;
【思路引导】
(1)求导函数的导数得 exh x a ,再根据是否变号进行分类讨论单调性:当 0a 时,
导函数不变号,为单调递增;当 0a 时,导函数先负后正,对应单调区间为先减后增.
所以 h x 的减区间为 ,lna ,增区间为 ln ,a
综上可得,当 0a 时, h x 在 上单调递增
当 0a 时, h x 的增区间为 ln ,a ,减区间为 ,lna .
例 4.已知函数 1ln ,1
xf x a x x
其中实数 a 为常数且 0a .
(I)求函数 f x 的单调区间;
【思路引导】
(1)利用导数并结合实数 a 的不同取值求解单调区间;
例 5.已知函数 2 2x xf x ae a e x .
(1)讨论的单调性 f x ;
【思路引导】
(1)求出 'f x ,分类讨论,分别由 ' 0f x 可得增区间,由 ' 0f x 可得减区间
【同步训练】
1.已知 3 2 , ,f x x ax bx a b R
(1)若 1b ,且函数 f x 在区间 11, 2
上单调递增,求实数 a 的范围;
【思路引导】
(1)求导后根据函数在区间单调递增,导函数大于或等于 0(2)先判断 0x 为一个零点,然后
再求导,根据 1 0 22 3x x x ,化简求得另一个零点。
解析:(1)当 =1b 时, 23 +2 1f x x ax ,因为函数 f x 在 11, 2
上单调递增,所以当
11, 2x
时, 23 +2 1 0f x x ax 恒成立.
函数 23 +2 1f x x ax 的对称轴为
3
ax .
① 13
a ,即 3a 时, 1 0f ,即3 2 1 0a ,解之得 3
2a ,解集为空集;
② 11 3 2
a ,即 3 32 a 时, 03
af
即
2
3 +2 1 09 3
a aa
,解之得 3 3a ,所以 3 32 a
③ 1
3 2
a ,即 3
2a 时, 1 02f
即 13 1 04 a ,解之得 7
4a ,所以 7 3
4 2a
综上所述,当 7 34 a 函数 f x 在区间 11, 2
上单调递增.
2.已知函数 2 2 1 1 ,x xf x e a e a x a R .
(1)讨论 f x 的单调性;
【思路引导】
(1)对函数进行求导分解因式可得 f x 2 1 1x xe e a ,分为 1a 和 1a
讨论导数与 0 的关系,得到单调性;
3.设函数 2ln 2 , .f x x mx n m n R
(1)讨论 f x 的单调性;
【思路引导】
(1)函数 f(x)的定义域为(0,+∞),
21 1 4' 4 mxf x mxx x
,对 m 分类讨论即可
得出.
试题解析:(1)函数 f x 定义域为 0, ,
21 1 4' 4 mxf x mxx x
当 0m 时, ' 0f x ,∴ f x 在 0, 上单调递增;
当 0m 时, ' 0f x 得 10
2
x
m
,
∴ f x 在 0, 2
m
m
上单调递增;在 ,2
m
m
上单调递减.
点评:讨论函数的单调性即讨论导函数的正负,导函数中有参数 m,需要对 m 进行讨论,来判
断正负;
4.已知函数 xf x e ax a ,其中 a R ( e 为自然对数的底数).
(Ⅰ)讨论函数 f x 的单调性,并写出相应的单调区间;
【思路引导】
(I)求出 'f x ,对 0a 和 0a 分别讨论单调性,求出单调区间;
5.已知函数 21ln 2f x x ax , a R .
(1)求函数 f x 的单调区间;
【思路引导】
(1)先确定函数的定义域,求导后得
21' axf x x
,根据 a 正负进行讨论,可得函数的单
调区间;
6.已知函数 2ln , 1f x x ax g x ax ,其中 e 为自然对数的底数.
(1)讨论函数 f x 在区间 1,e 上的单调性;
【思路引导】
(1)求出 'f x ,讨论三种情况 1a e
, 1a , 1 1ae
,分别令 ' 0f x 可得增区
间, ' 0f x 可得减区间;
试题解析:(1) ,①当 时, , , 在 上单调递增,
②当 时, , , 在 上单调递增,③当 时,
时, , 在 上单调递增, 时, , 在 上单调递减,④当
时, , , 在 上单调递增,综上所述,当 或 时, 在 上单调
递增,当 时, 在 上单调递增,在 上单调递减
7.设函数 ln 1 0, 0f x a x b x x ab .
(1)讨论函数 f x 的单调性;
(2)若 2b a ,求函数 f x 的最值.
【思路引导】
(1)先求导,分类讨论即可求出函数的单调区间;(2)求导,根据导数和函数的最值得关系
即可求出,注意分类讨论.
④若 0, 0b a ,则 0f x 恒成立,所以函数 f x 在 0, 上单调递减.
(2)若 2b a ,
①当 0a 时, 0b ,由(1)得,函数 f x 在 10, 2
上单调递增,在 1 ,2
上单调递
减,
故 0a 时,函数 f x 有最大值 1 1 1ln 2 ln22 2 2f a a a a
,无最小值;
②当 0a 时, 0b ,由(1)得,函数 f x 在 1 ,2
上单调递增,在 10, 2
上单调递
减,
故 0a 时,函数 f x 有最小值 1 ln22f a a
,无最大值.
8.已知函数 f(x)=ln (x+1)-
1
ax
x
-x,a∈R.
(1)当 a>0 时,求函数 f(x)的单调区间;
【思路引导】
(1)先求导数,转化研究二次函数 2y x x a 符号变化规律:当判别式非正时,导函数
不变号;当判别式大于零时,定义域上有两个根 ,导函数符号先负再正再负.
9.已知常数 ,函数 .
(1)讨论 在区间 上的单调性;
【思路引导】
(1)结合函数的解析式可得 ,分类讨论有:
当 时, 在区间 上单调递增;
当 时, 在区间 上单调递减,在区间 上单调递增;
试题解析:(1)
当 时, 此时 , 在区间 上单调递增
当 时, ,得
当 时, ; 时, ;
故 在区间 上单调递减,在区间 上单调递增
综上所述,当 时, 在区间 上单调递增;当 时, 在区间
上单调递减,在区间 上单调递增
点评:导数是研究函数的单调性、极值(最值)最有效的工具,而函数是高中数学中重要的知
识点,所以在历届高考中,对导数的应用的考查都非常突出.
10.已知函数 .
(1)若 ,求曲线 在点 处的切线方程;
(2)求函数 的单调区间;
(3)设函数 .若对于任意 ,都有 成立,求实数 的取值范围.
【思路引导】
(1)代入 ,求导 ,可求出切线方程。(2)因为 .
又因为 , 的两根 >0,所以分 与 与 三类讨论单调性。
(3)由 成立,即 ,变形 . ,所以只需 。
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