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  • 2021-06-16 发布

高中数学选修2-2课时练习第三章 1_2

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‎1.2 函数的极值 ‎[学习目标]‎ ‎1.了解函数极值的概念,会从几何方面直观理解函数的极值与导数的关系,并会灵活应用.‎ ‎2.掌握函数极值的判定及求法.‎ ‎3.掌握函数在某一点取得极值的条件.‎ ‎[知识链接]‎ 在必修1中,我们研究了函数在定义域内的最大值与最小值问题.但函数在定义域内某一点附近,也存在着哪一点的函数值大,哪一点的函数值小的问题,如何利用导数的知识来判断函数在某点附近函数值的大小问题,如图观察,函数y=f(x)在d、e、f、g、h、i等点处的函数值与这些点附近的函数值有什么关系?y=f(x)在这些点处的导数值是多少?在这些点附近,y=f(x)的导数的符号有什么规律?‎ 答 以d、e两点为例,函数y=f(x)在点x=d处的函数 值f(d)比它在点x=d附近其他点的函数值都小,f′(d)=0;在x=d的附近的左侧f′(x)<0,右侧f′(x)>0.类似地,函数y=f(x)在点x=e处的函数值f(e)比它在x=e附近其他点的函数值都大,f′(e)=0;在x=e附近的左侧f′(x)>0,右侧f′(x)<0.‎ ‎[预习导引]‎ ‎1.函数的极值 ‎(1)极大值:在包含x0的一个区间(a,b)内,函数y=f(x)在任何一点的函数值都不大于x0点的函数值,称点x0为函数y=f(x)的极大值点,其函数值f(x0)为函数的极大值.‎ ‎(2)极小值:在包含x0的一个区间(a,b)内,函数y=f(x)在任何一点的函数值都不 小于x0点的函数值,称点x0为函数y=f(x)的极小值点,其函数值f(x0)为函数的极小值.‎ ‎(3)极大值与极小值统称为极值,极大值点与极小值点统称为极值点.‎ ‎2.函数的单调性与极值 已知函数的图像在(a,b)上是一条连续不断的曲线,‎ ‎(1)如果函数y=f(x)在区间(a,x0)上是递增的,在区间(x0,b)上是递减的,则x0是极大值点,f(x0)是极大值.‎ ‎(2)如果函数y=f(x)在区间(a,x0)上是递减的,在区间(x0,b)上是递增的,则x0是极小值点,f(x0)是极小值.‎ ‎                   ‎ 要点一 求函数的极值 例1 求函数f(x)=x3-4x+4的极值.‎ 解 f′(x)=x2-4.解方程x2-4=0,得x1=-2,x2=2.由f′(x)>0得x<-2或x>2;‎ 由f′(x)<0得-2<x<2.当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:‎ x ‎(-∞,-2)‎ ‎-2‎ ‎(-2,2)‎ ‎2‎ ‎(2,+∞)‎ f′(x)‎ ‎+‎ ‎0‎ ‎-‎ ‎0‎ ‎+‎ f(x)‎   ‎-  由表可知:当x=-2时,f(x)有极大值f(-2)=.‎ 当x=2时,f(x)有极小值f(2)=-.‎ 规律方法 求可导函数f(x)的极值的步骤 ‎(1)确定函数的定义区间,求导数f′(x);‎ ‎(2)求方程f′(x)=0的根;‎ ‎(3)用函数的导数为0的点,顺次将函数的定义区间分成若干个小开区间,并列成表格.检测f′(x)在方程根左右两侧的值的符号,如果左正右负,那么f(x)在这个根处取得极大值;如果左负右正,那么f(x)‎ 在这个根处取得极小值;如果左右不改变符号,那么f(x)在这个根处无极值.‎ 跟踪演练1 求函数f(x)=+3ln x的极值.‎ 解 函数f(x)=+3ln x的定义域为(0,+∞),‎ f′(x)=-+=.令f′(x)=0,得x=1.‎ 当x变化时,f′(x)与f(x)的变化情况如下表:‎ x ‎(0,1)‎ ‎1‎ ‎(1,+∞)‎ f′(x)‎ ‎-‎ ‎0‎ ‎+‎ f(x)‎  ‎3‎  因此当x=1时,f(x)有极小值f(1)=3.‎ 要点二 已知函数极值求参数的值 例2 已知函数f(x)=ax3+bx2+cx(a≠0)在x=±1处取得极值,且f(1)=-1.‎ ‎(1)求常数a,b,c的值;‎ ‎(2)判断x=±1是函数的极大值点还是极小值点,试说明理由,并求出极值.‎ 解 (1)f′(x)=3ax2+2bx+c.‎ ‎∵x=±1是函数f(x)的极值点,‎ ‎∴x=±1是方程f′(x)=0的两根,‎ 即3ax2+2bx+c=0的两根,‎ 由根与系数的关系,得 又f(1)=-1,∴a+b+c=-1.③‎ 由①②③解得a=,b=0,c=-.‎ ‎(2)如(1)知f(x)=x3-x,‎ ‎∴f′(x)=x2-=(x-1)(x+1),‎ 当x<-1或x>1时,f′(x)>0,‎ 当-1<x<1时,f′(x)<0,‎ ‎∴函数f(x)在(-∞,-1)和(1,+∞)上是增函数,‎ 在(-1,1)上是减函数,‎ ‎∴当x=-1时,函数取得极大值f(-1)=1,‎ 当x=1时,函数取得极小值f(1)=-1.‎ 规律方法 (1)利用函数的极值确定参数的值,常根据极值点处导数为0和极值两个条件列方程组,利用待定系数法求解.‎ ‎(2)因为“导数值等于零”不是“此点为极值点”的充要条件,所以利用待定系数法求解后,必须验证根的合理性.‎ 跟踪演练2 已知f(x)=x3+3ax2+bx+a2在x=-1时有极值0,求常数a,b的值.‎ 解 因为f(x)在x=-1时有极值0,‎ 且f′(x)=3x2+6ax+b,‎ 所以 即 解之得或 当a=1,b=3时,f′(x)=3x2+6x+3=3(x+1)2≥0,‎ 所以f(x)在R上为增函数,无极值,故舍去.‎ 当a=2,b=9时,f′(x)=3x2+12x+9‎ ‎=3(x+1)(x+3).‎ 当x∈(-3,-1)时,f(x)为减函数;‎ 当x∈(-1,+∞)时,f(x)为增函数,‎ 所以f(x)在x=-1时取得极小值,因此a=2,b=9.‎ 要点三 函数极值的综合应用 例3 设函数f(x)=x3-6x+5,x∈R.‎ ‎(1)求函数f(x)的单调区间和极值;‎ ‎(2)若关于x的方程f(x)=a有三个不同的实根,求实数a的取值范围.‎ 解 (1)f′(x)=3x2-6,令f′(x)=0,‎ 解得x1=-,x2=.‎ 因为当x>或x<-时,f′(x)>0;‎ 当-<x<时,f′(x)<0.‎ 所以f(x)的单调递增区间为(-∞,-)和(,+∞);‎ 单调递减区间为(-,).‎ 当x=-时,f(x)有极大值5+4;‎ 当x=时,f(x)有极小值5-4.‎ ‎(2)由(1)的分析知y=f(x)的图像的大致形状及走向如图所示.‎ 所以,当5-4<a<5+4时,‎ 直线y=a与y=f(x)的图像有三个不同的交点,‎ 即方程f(x)=a有三个不同的实根.所以a的取值范围是(5-4,5+4).‎ 规律方法 用求导的方法确定方程根的个数,是一种很有效的方法.它通过函数的变化情况,运用数形结合思想来确定函数图像与x轴的交点个数,从而判断方程根的个数.‎ 跟踪演练3 若函数f(x)=2x3-6x+k在R上只有一个零点,求常数k的取值范围.‎ 解 f(x)=2x3-6x+k,则f′(x)=6x2-6,‎ 令f′(x)=0,得x=-1或x=1,‎ 可知f(x)在(-1,1)上是减函数,‎ f(x)在(-∞,-1)和(1,+∞)上是增函数.‎ f(x)的极大值为f(-1)=4+k,‎ f(x)的极小值为f(1)=-4+k.‎ 要使函数f(x)只有一个零点,‎ 只需4+k<0或-4+k>0(如图所示)‎ 或 即k<-4或k>4.‎ ‎∴k的取值范围是(-∞,-4)∪(4,+∞).‎ ‎1.下列关于函数的极值的说法正确的是(  )                   ‎ A.导数值为0的点一定是函数的极值点 B.函数的极小值一定小于它的极大值 C.函数在定义域内有一个极大值和一个极小值 D.若f(x)在(a,b)内有极值,那么f(x)在(a,b)内不是单调函数 答案 D 解析 由极值的概念可知只有D正确.‎ ‎2.函数f(x)的定义域为R,导函数f′(x)的图像如图所示,则函数f(x)(  )‎ A.无极大值点,有四个极小值点 B.有三个极大值点,两个极小值点 C.有两个极大值点,两个极小值点 D.有四个极大值点,无极小值点 答案 C 解析 在x=x0的两侧f′(x)的符号由正变负,则f(x0)是极大值;f′(x)的符号由负变正,则f(x0)是极小值,由图像易知有两个极大值点,两个极小值点.‎ ‎3.已知f(x)=x3+ax2+(a+6)x+1有极大值和极小值,则a的取值范围为(  )‎ A.-1<a<2 B.-3<a<6‎ C.a<-1或a>2 D.a<-3或a>6‎ 答案 D 解析 f′(x)=3x2+2ax+(a+6),‎ 因为f(x)既有极大值又有极小值,‎ 那么Δ=(‎2a)2-4×3×(a+6)>0,‎ 解得a>6或a<-3.‎ ‎4.设函数f(x)=6x3+3(a+2)x2+2ax.若f(x)的两个极值点为x1,x2,且x1x2=1,则实数a的值为________.‎ 答案 9‎ 解析 f′(x)=18x2+6(a+2)x+‎2a.由已知f′(x1)=f′(x2)=0,从而x1x2==1,所以a=9.‎ ‎1.在极值的定义中,取得极值的点称为极值点,极值点指的是自变量的值,极值指的是函数值.‎ ‎2.函数的极值是函数的局部性质.可导函数f(x)在点x=x0处取得极值的充要条件是f′(x0)=0且在x=x0两侧f′(x)符号相反.‎ ‎3.利用函数的极值可以确定参数的值,解决一些方程的解和图像的交点问题.‎ ‎                   ‎ 一、基础达标 ‎1.函数y=f(x)的定义域为(a,b),y=f′(x)的图像如图,则函数y=f(x)在开区间(a,b)内取得极小值的点有(  )‎ A.1个 B.2个 ‎ C.3个 D.4个 答案 A 解析 当满足f′(x)=0的点,左侧f′(x)<0,右侧f′(x)>0时,该点为极小值点,观察题图,只有一个极小值点.‎ ‎2.“函数y=f(x)在一点的导数值为‎0”‎是“函数y=f(x)在这点取得极值”的(  )‎ A.充分不必要条件 B.必要不充分条件 C.充要条件 D.既不充分也不必要条件 答案 B 解析 对于f(x)=x3,f′(x)=3x2,f′(0)=0,‎ 不能推出f(x)在x=0处取极值,反之成立.故选B.‎ ‎3.若a>0,b>0,且函数f(x)=4x3-ax2-2bx+2在x=1处有极值,则ab的最大值等于(  )‎ A.2 B.‎3 C.6 D.9‎ 答案 D 解析 f′(x)=12x2-2ax-2b,‎ ‎∵f(x)在x=1处有极值,‎ ‎∴f′(1)=12-‎2a-2b=0,∴a+b=6.‎ 又a>0,b>0,∴a+b≥2,∴2≤6,‎ ‎∴ab≤9,当且仅当a=b=3时等号成立,‎ ‎∴ab的最大值为9.‎ ‎4.函数y=x3-3x2-9x(-2<x<2)有(  )‎ A.极大值5,极小值-27‎ B.极大值5,极小值-11‎ C.极大值5,无极小值 D.极小值-27,无极大值 答案 C 解析 由y′=3x2-6x-9=0,得x=-1或x=3,当x<-1或x>3时,y′>0,当-1<x<3时,y′<0.故当x=-1时,函数有极大值5;x取不到3,故无极小值.‎ ‎5.函数f(x)=x3+3ax2+3(a+2)x+3既有极大值又有极小值,则实数a的取值范围是________.‎ 答案 (-∞,-1)∪(2,+∞)‎ 解析 ∵f′(x)=3x2+6ax+3(a+2),令3x2+6ax+3(a+2)=0,即x2+2ax+a+2=0,∵函数f(x)有极大值和极小值,∴方程x2+2ax+a+2=0有两个不相等的实数根,即Δ=‎4a2-‎4a-8>0,解得a>2或a<-1.‎ ‎6.若函数y=x3-3ax+a在(1,2)内有极小值,则实数a的取值范围是________.‎ 答案 (1,4)‎ 解析 y′=3x2-‎3a,当a≤0时,y′≥0,‎ 函数y=x3-3ax+a为单调函数,不合题意,舍去;当a>0时,y′=3x2-‎3a=0⇒x=±,不难分析,当1<<2,即1<a<4时,函数y=x3-3ax+a在(1,2)内有极小值.‎ ‎7.求函数f(x)=x2e-x的极值.‎ 解 函数的定义域为R,f′(x)=2xe-x+x2·′‎ ‎=2xe-x-x2e-x=x(2-x)e-x,‎ 令f′(x)=0,得x=0或x=2.‎ 当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:‎ x ‎(-∞,0)‎ ‎0‎ ‎(0,2)‎ ‎2‎ ‎(2,+∞)‎ f′(x)‎ ‎-‎ ‎0‎ ‎+‎ ‎0‎ ‎-‎ f(x)‎ ‎0‎  ‎4e-2‎  由上表可以看出,当x=0时,函数有极小值,且为f(0)=0;‎ 当x=2时,函数有极大值,且为f(2)=4e-2.‎ 二、能力提升 ‎8.已知函数f(x)=x3-px2-qx的图像与x轴相切于(1,0)点,则f(x)的极值为(  )‎ A.极大值为,极小值为0‎ B.极大值为0,极小值为- C.极小值为-,极大值为0‎ D.极小值为0,极大值为 答案 A 解析 由题设条件,知 ‎∴解得 ‎∴f(x)=x3-2x2+x,进而可求得f(1)是极小值,f是极大值,故应选A.‎ ‎9.(2013·福建)设函数f(x)的定义域为R,x0(x0≠0)是f(x)的极大值点,以下结论一定正确的是(  )‎ A.∀x∈R,f(x)≤f(x0)‎ B.-x0是f(-x)的极小值点 C.-x0是-f(x)的极小值点 D.-x0是-f(-x)的极小值点 答案 D 解析 x0(x0≠0)是f(x)的极大值点,并不是最大值点.故A错;f(-x)相当于f(x)关于y轴的对称图像的函数,故-x0应是f(-x)的极大值点,B错;-f(x)相当于f(x)关于x轴的对称图像的函数,故x0应是-f(x)的极小值点.跟-x0没有关系,C错;-f(-x)相当于f(x)关于坐标原点的对称图像的函数.故D正确.‎ ‎10.如果函数y=f(x)的导函数的图像如图所示,给出下列判断:‎ ‎①函数y=f(x)在区间内单调递增;‎ ‎②函数y=f(x)在区间内单调递减;‎ ‎③函数y=f(x)在区间(4,5)内单调递增;‎ ‎④当x=2时,函数y=f(x)有极小值;‎ ‎⑤当x=-时,函数y=f(x)有极大值.‎ 则上述判断正确的是________(填序号).‎ 答案 ③‎ 解析 函数的单调性由导数的符号确定,当x∈(-∞,-2)时,f′(x)<0,所以f(x)在(-∞,-2)上为减函数,同理f(x)在(2,4)上为减函数,在(-2,2)上是增函数,在(4,+∞)上为增函数,所以可排除①和②,可选择③.由于函数在x=2的左侧递增,右侧递减,所以当x=2时,函数有极大值;而在x=-的左右两侧,函数的导数都是正数,故函数在x=-的左右两侧均为增函数,所以x=-不是函数的极值点.排除④和⑤.‎ ‎11.已知f(x)=x3+mx2-‎2m2‎x-4(m为常数,且m>0)有极大值-,求m的值.‎ 解 ∵f′(x)=3x2+mx-‎2m2‎=(x+m)(3x-‎2m),‎ 令f′(x)=0,则x=-m或x=m.‎ 当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:‎ X ‎(-∞,-m)‎ ‎-m m f′(x)‎ ‎+‎ ‎0‎ ‎-‎ ‎0‎ ‎+‎ f(x)‎  极大值 极小值  ‎∴f(x)极大值=f(-m)=-m3+m3+‎2m3‎-4=-,∴m=1.‎ ‎12.设a为实数,函数f(x)=x3-x2-x+a.‎ ‎(1)求f(x)的极值;‎ ‎(2)当a在什么范围内取值时,曲线y=f(x)与x轴仅有一个交点?‎ 解 (1)f′(x)=3x2-2x-1.‎ 令f′(x)=0,则x=-或x=1.‎ 当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:‎ X ‎- ‎1‎ ‎(1,+∞)‎ f′(x)‎ ‎+‎ ‎0‎ ‎-‎ ‎0‎ ‎+‎ f(x)‎  极大值  极小值  所以f(x)的极大值是f=+a,极小值是 f(1)=a-1.‎ ‎(2)函数f(x)=x3-x2-x+a ‎=(x-1)2(x+1)+a-1,‎ 由此可知,x取足够大的正数时,有f(x)>0,‎ x取足够小的负数时,有f(x)<0,‎ 所以曲线y=f(x)与x轴至少有一个交点.‎ 由(1)知f(x)极大值=f=+a,‎ f(x)极小值=f(1)=a-1.‎ ‎∵曲线y=f(x)与x轴仅有一个交点,‎ ‎∴f(x)极大值<0或f(x)极小值>0,‎ 即+a<0或a-1>0,‎ ‎∴a<-或a>1,‎ ‎∴当a∈∪(1,+∞)时,曲线y=f(x)与x轴仅有一个交点.‎ 三、探究与创新 ‎13.(2013·新课标Ⅱ)已知函数f(x)=ex-ln(x+m).‎ ‎(1)设x=0是f(x)的极值点,求m,并讨论f(x)的单调性;‎ ‎(2)当m≤2时,证明f(x)>0.‎ ‎(1)解 f′(x)=ex-.‎ 由x=0是f(x)的极值点得f′(0)=0,所以m=1.‎ 于是f(x)=ex-ln(x+1),定义域为(-1,+∞),‎ f′(x)=ex-.‎ 函数f′(x)=ex-在(-1,+∞)单调递增,‎ 且f′(0)=0,因此当x∈(-1,0)时,f′(x)<0;‎ 当x∈(0,+∞)时,f′(x)>0.‎ 所以f(x)在(-1,0)单调递减,在(0,+∞)单调递增.‎ ‎(2)证明 当m≤2,x∈(-m,+∞)时,‎ ln(x+m)≤ln(x+2),故只需证明当m=2时,‎ f(x)>0.‎ 当m=2时,函数f′(x)=ex-在(-2,+∞)单调递增.‎ 又f′(-1)<0,f′(0)>0,‎ 故f′(x)=0在(-2,+∞)有唯一实根x0,‎ 且x0∈(-1,0).‎ 当x∈(-2,x0)时,f′(x)<0;‎ 当x∈(x0,+∞)时,f′(x)>0,从而当x=x0时,‎ f(x)取得最小值.‎ 由f′(x0)=0得 ex0=,ln(x0+2)=-x0,‎ 故f(x)≥f(x0)=+x0=>0.‎ 综上,当m≤2时,f(x)>0.‎

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