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  • 2021-06-30 发布

高中数学选修2-2教学课件4_3_2(函数的极值与导数(2))

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11 二月 2021 4.3.2 函数的极值与导数(二) 一、复习引入: 1. 常见函数的导数公式: 2 . 法则 1   法则 2 法则 3 3. 复合函数的导数: 4. 用导数求函数单调区间的步骤: ① 求函数 f ( x ) 的导数 f ′( x ). ② 令 f ′( x ) > 0 解不等式,得 x 的范围就是递增区间 . ③ 令 f ′( x ) < 0 解不等式,得 x 的范围,就是递减区间 . 5. 判别 f ( x 0 ) 是极大、极小值的方法 : 6. 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 小开区间,并列成表格 . 检查 f ′ ( x ) 在方程根左右的值的符号, 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 . [ 例 1]  已知 f ( x ) = ax 5 - bx 3 + c 在 x = ±1 处的极大值为 4 ,极小值为 0 ,试确定 a 、 b 、 c 的值. [ 分析 ]   本题的关键是理解 “ f ( x ) 在 x = ±1 处的极大值为 4 ,极小值为 0 ” 的含义.即 x = ±1 是方程 f ′ ( x ) = 0 的两个根且在根 x = ±1 处 f ′ ( x ) 取值左右异号. [ 解析 ]   f ′ ( x ) = 5 ax 4 - 3 bx 2 = x 2 (5 ax 2 - 3 b ) . 由题意, f ′ ( x ) = 0 应有根 x = ±1 ,故 5 a = 3 b , 于是 f ′ ( x ) = 5 ax 2 ( x 2 - 1) (1) 当 a > 0 时, x ( - ∞ ,- 1) - 1 ( - 1,0) 0 (0,1) 1 (1 ,+ ∞ ) y ′ + 0 - 0 - 0 + y  极大值  无极值  极小值  [ 点评 ]  紧扣导数与极值的关系对题目语言进行恰当合理的翻译、转化是解决这类问题的关键. 函数 f ( x ) = x 3 - ax 2 - bx + a 2 ,在 x = 1 时有极值 10 ,则 a 、 b 的值为 (    ) A . a = 3 , b =- 3 ,或 a =- 4 , b = 11 B . a =- 4 , b = 1 ,或 a =- 4 , b = 11 C . a =- 1 , b = 5 D .以上都不正确 [ 答案 ]   D 变式 [ 解析 ]   f ′ ( x ) = 3 x 2 - 2 ax - b ∵ x = 1 是函数 f ( x ) 的极值点,且在 x = 1 处的极值为 10 , ∴ f ′ (1) = 3 - 2 a - b = 0 ① f (1) = 1 - a - b + a 2 = 10 ② 当 a = 3 , b =- 3 时 f ′ ( x ) = 3 x 2 - 6 x + 3 = 3( x - 1) 2 当 x < 1 时, f ′ ( x ) > 0 当 x > 1 时, f ′ ( x ) > 0 ∴ 当 x = 1 时函数不存在极值. 当 a =- 4 , b = 11 时符合题意,故应选 D. [ 例 2]  求函数 f ( x ) = x 3 - 3 x 2 - 2 在 ( a - 1 , a + 1) 内的极值 ( a >0) [ 解析 ]   由 f ( x ) = x 3 - 3 x 2 - 2 得 f ′ ( x ) = 3 x ( x - 2) , 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 )  极大值  极小值  由此可得: 当 0< a <1 时, f ( x ) 在 ( a - 1 , a + 1) 内有极大值 f (0) =- 2 ,无极小值; 当 a = 1 时, f ( x ) 在 ( a - 1 , a + 1) 内无极值; 当 1< a <3 时, f ( x ) 在 ( a - 1 , a + 1) 内有极小值 f (2) =- 6 ,无极大值; 当 a ≥ 3 时, f ( x ) 在 ( a - 1 , a + 1) 内无极值. 综上得:当 0< a <1 时, f ( x ) 有极大值- 2 ,无极小值; 当 1< a <3 时, f ( x ) 有极小值- 6 ,无极大值; 当 a = 1 或 a ≥ 3 时, f ( x ) 无极值. [ 点评 ]  判断函数极值点的注意事项 (1) 函数的极值点一定出现在区间的内部, 区间的端点不能成为极值点. (2) 若 f ( x ) 在 ( a , b ) 内有极值,那么 f ( x ) 在 ( a , b ) 内绝不是单调函数,即 在区间 ( a , b ) 上的单调函数没有极值. (3) 导数不存在的点也有可能是极值点 ,如 f ( x ) = | x | 在 x = 0 处不可导,但由图象结合极小值定义知 f ( x ) = | x | 在 x = 0 处取极小值. (4) 在函数的定义区间内可能有多个极大值点或极小值点,且 极大值不一定比极小值大. (5) 在讨论可导函数 f ( x ) 在定义域内的极值时,若方程 f ′ ( x ) = 0 的实数根较多时,应注意使用表格,使极值点的确定一目了然. (6) 极值情况较复杂时,注意 分类讨论 . 变式 1.(2009 · 陕西文, 20) 已知函数 f ( x ) = x 3 - 3 ax - 1 , a ≠ 0 (1) 求 f ( x ) 的单调区间; (2) 若 f ( x ) 在 x =- 1 处取得极大值,直线 y = m 与 y = f ( x ) 的图象有三个不同的交点,求 m 的取值范围. 变式 1 [ 解析 ]   (1) f ′ ( x ) = 3 x 2 - 3 a = 3( x 2 - a ) , 当 a <0 时,对 x ∈ R ,有 f ′ ( x )>0 , ∴ 当 a <0 时, f ( x ) 的单调增区间为 ( - ∞ ,+ ∞ ) . ∴ f ( x ) = x 3 - 3 x - 1 , f ′ ( x ) = 3 x 2 - 3 , 由 f ′ ( x ) = 0 解得 x 1 =- 1 , x 2 = 1. 由 (1) 中 f ( x ) 的单调性可知, f ( x ) 在 x =- 1 处取得极大值 f ( - 1) = 1 , 在 x = 1 处取得极小值 f (1) =- 3. ∵ 直线 y = m 与函数 y = f ( x ) 的图象有三个不同的交点,又 f ( - 3) =- 19< - 3 , f (3) = 17>1 , 结合 f ( x ) 的单调性可知, m 的取值范围是 ( - 3,1) . 变式训练 2  已知 a 为实数,函数 f ( x ) =- x 3 + 3 x + a . (1) 求函数 f ( x ) 的极值,并画出其图象 ( 草图 ) ; (2) 当 a 为何值时,方程 f ( x ) = 0 恰好有两个实数根? 解: (1) 由 f ( x ) =- x 3 + 3 x + a ,得 f ′ ( x ) =- 3 x 2 + 3 , 令 f ′ ( x ) = 0 ,得 x =- 1 或 x = 1. 当 x ∈ ( - ∞ ,- 1) 时, f ′ ( x )<0 ; 当 x ∈ ( - 1,1) 时, f ′ ( x )>0 ; 当 x ∈ (1 ,+ ∞ ) 时, f ′ ( x )<0. 所以函数 f ( x ) 的极小值为 f ( - 1) = a - 2 ;极大值为 f (1) = a + 2. 由单调性、极值可画出函数 f ( x ) 的大致图象,如图所示. (2) 结合图象,当极大值 a + 2 = 0 时,有极小值小于 0 ,此时曲线 f ( x ) 与 x 轴恰有两个交点,即方程 f ( x ) = 0 恰有两个实数根,所以 a =- 2 满足条件; 当极小值 a - 2 = 0 时,有极大值大于 0 ,此时曲线 f ( x ) 与 x 轴恰有两个交点, 即方程 f ( x ) = 0 恰好有两个实数根,所以 a = 2 满足条件. 综上,当 a = ±2 时,方程恰有两个实数根. 2 .若 x = 2 是函数 f ( x ) = x ( x - m ) 2 的极大值点,则函数 f ( x ) 的极大值为 ________ . [ 答案 ]   32 [ 解析 ]   f ′ ( x ) = ( x - m ) 2 + 2 x ( x - m ) = 3 x 2 - 4 mx + m 2 = ( x - m )(3 x - m ) 四、小结 : 这节课主要复习巩固了求可导函数的极值的方法,以及有 关极值问题的题目,注意极大、极小值与最大、最小值的区别。 极值点的充分条件、必要条件。 本讲到此结束,请同学们课后再做好复习 . 谢谢! 《 完全解读 》 , 《 同步导学 》 再见! 作业

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