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- 2021-06-10 发布
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第四单元 导数及其应用
教材复习课 “导数”相关基础知识一课过
导数的基本运算
[过双基]
1.基本初等函数的导数公式
原函数 导函数
f(x)=c(c 为常数) f′(x)=0
f(x)=xn(n∈Q*) f′(x)=nxn-1
f(x)=sin x f′(x)=cos_x
f(x)=cos x f′(x)=-sin_x
f(x)=ax f′(x)=axln_a
f(x)=ex f′(x)=ex
f(x)=logax(a>0,且 a≠1) f′(x)= 1
xln a
f(x)=ln x f′(x)=
1
x
2.导数的运算法则
(1)[f(x)±g(x)]′=f′(x)±g′(x);
(2)[f(x)·g(x)]′=f′(x)g(x)+f(x)g′(x);
(3)
fx
gx ′=f′xgx-fxg′x
[gx]2 (g(x)≠0).
1.下列求导运算正确的是( )
A. x+1
x ′=1+ 1
x2 B.(log2x)′= 1
xln 2
C.(3x)′=3xlog3e D.(x2cos x)′=-2sin x
解析:选 B x+1
x ′=1- 1
x2
;(log2x)′= 1
xln 2
;(3x)′=3xln 3;(x2cos x)′=2xcos x
-x2sin x,故选 B.
2.函数 f(x)=(x+2a)(x-a)2 的导数为( )
A.2(x2-a2) B.2(x2+a2)
C.3(x2-a2) D.3(x2+a2)
解析:选 C ∵f(x)=(x+2a)(x-a)2=x3-3a2x+2a3,
∴f′(x)=3(x2-a2).
3.函数 f(x)=ax3+3x2+2,若 f′(-1)=4,则 a 的值是( )
A.19
3 B.16
3
C.13
3 D.10
3
解析:选 D 因为 f′(x)=3ax2+6x,
所以 f′(-1)=3a-6=4,
所以 a=10
3 .
4.(2016·天津高考)已知函数 f(x)=(2x+1)ex,f′(x)为 f(x)的导函数,则 f′(0)的值为
________.
解析:因为 f(x)=(2x+1)ex,
所以 f′(x)=2ex+(2x+1)ex=(2x+3)ex,
所以 f′(0)=3e0=3.
答案:3
[清易错]
1.利用公式求导时,一定要注意公式的适用范围及符号,如(xn)′=nxn-1 中 n≠0 且 n
∈Q*,(cos x)′=-sin x.
2.注意公式不要用混,如(ax)′=axln a,而不是(ax)′=xax-1.
1.已知函数 f(x)=sin x-cos x,若 f′(x)=1
2f(x),则 tan x 的值为( )
A.1 B.-3
C.-1 D.2
解析:选 B ∵f′(x)=(sin x-cos x)′=cos x+sin x,
又 f′(x)=1
2f(x),
∴cos x+sin x=1
2sin x-1
2cos x,
∴tan x=-3.
2.若函数 f(x)=2x+ln x 且 f′(a)=0,则 2aln 2a=( )
A.-1 B.1
C.-ln 2 D.ln 2
解析:选 A f′(x)=2xln 2+1
x
,由 f′(a)=2aln 2+1
a
=0,得 2aln 2=-1
a
,则 a·2a·ln 2
=-1,即 2aln 2a=-1.
导数的几何意义
[过双基]
函数 f(x)在点 x0 处的导数 f′(x0)的几何意义是在曲线 y=f(x)上点 P(x0,y0)处的切线的
斜率(瞬时速度就是位移函数 s(t)对时间 t 的导数).相应地,切线方程为 y-y0=f′(x0)·(x-
x0).
1.(2018·郑州质检)已知 y=f(x)是可导函数,如图,直线 y=kx+2 是曲线 y=f(x)在 x=3
处的切线,令 g(x)=xf(x),g′(x)是 g(x)的导函数,则 g′(3)=( )
A.-1 B.0
C.2 D.4
解析:选 B 由题图可知曲线 y=f(x)在 x=3 处切线的斜率等于-1
3
,∴f′(3)=-1
3
,
∵g(x)=xf(x),∴g′(x)=f(x)+xf′(x),∴g′(3)=f(3)+3f′(3),又由题图可知 f(3)=1,
所以 g′(3)=1+3× -1
3 =0.
2.设函数 f(x)=xln x,则点(1,0)处的切线方程是________.
解析:因为 f′(x)=ln x+1,所以 f′(1)=1,所以切线方程为 x-y-1=0.
答案:x-y-1=0
3.已知曲线 y=2x2 的一条切线的斜率为 2,则切点的坐标为________.
解析:因为 y′=4x,设切点为(m,n),则 4m=2,所以 m=1
2
,则 n=2×
1
2 2=1
2
,则
切点的坐标为
1
2
,1
2 .
答案:
1
2
,1
2
4.函数 y=f(x)的图象在点 M(1,f(1))处的切线方程是 y=3x-2,则 f(1)+f′(1)=
________.
解析:因为函数 y=f(x)的图象在点 M(1,f(1))处的切线方程是 y=3x-2,所以 f′(1)
=3,且 f(1)=3×1-2=1,所以 f(1)+f′(1)=1+3=4.
答案:4
[清易错]
1.求曲线切线时,要分清在点 P 处的切线与过 P 点的切线的区别,前者只有一条,而
后者包括了前者.
2.曲线的切线与曲线的交点个数不一定只有一个,这和研究直线与二次曲线相切时有
差别.
1.若存在过点(1,0)的直线与曲线 y=x3 和 y=ax2+15
4 x-9 都相切,则 a 等于( )
A.-1 或-25
64 B.-1 或21
4
C.-7
4
或-25
64 D.-7
4
或 7
解析:选 A 因为 y=x3,所以 y′=3x2,
设过点(1,0)的直线与 y=x3 相切于点(x0,x30),
则在该点处的切线斜率为 k=3x20,
所以切线方程为 y-x30=3x20(x-x0),即 y=3x20x-2x30,又(1,0)在切线上,则 x0=0 或 x0
=3
2
,当 x0=0 时,由 y=0 与 y=ax2+15
4 x-9 相切,可得 a=-25
64
,
当 x0=3
2
时,由 y=27
4 x-27
4
与 y=ax2+15
4 x-9 相切,可得 a=-1,所以选 A.
2.(2017·兰州一模)已知直线 y=2x+1 与曲线 y=x3+ax+b 相切于点(1,3),则实数 b 的
值为________.
解析:因为函数 y=x3+ax+b 的导函数为 y′=3x2+a,所以此函数的图象在点(1,3)
处的切线斜率为 3+a,
所以 3+a=2,
3=1+a+b,
解得 a=-1,
b=3.
答案:3
利用导数研究函数的单调性
[过双基]
1.函数 f(x)在某个区间(a,b)内的单调性与 f′(x)的关系
(1)若 f′(x)>0,则 f(x)在这个区间上是增加的.
(2)若 f′(x)<0,则 f(x)在这个区间上是减少的.
(3)若 f′(x)=0,则 f(x)在这个区间内是常数.
2.利用导数判断函数单调性的一般步骤
(1)求 f′(x).
(2)在定义域内解不等式 f′(x)>0 或 f′(x)<0.
(3)根据结果确定 f(x)的单调性及单调区间.
1.函数 f(x)=2x3-9x2+12x+1 的单调减区间是( )
A.(1,2) B.(2,+∞)
C.(-∞,1) D.(-∞,1)和(2,+∞)
解析:选 A 解 f′(x)=6x2-18x+12<0 可得 10 时,由导函数 f′(x)=ax2+bx+c 的图象可知,导函数在区间(0,x1)
内的值是大于 0 的,则在此区间内函数 f(x)单调递增.只有 D 选项符合题意.
3.已知 f(x)=x2+ax+3ln x 在(1,+∞)上是增函数,则实数 a 的取值范围为( )
A.(-∞,-2 6] B.
-∞, 6
2
C.[-2 6,+∞) D.[-5,+∞)
解析:选 C 由题意得 f′(x)=2x+a+3
x
=2x2+ax+3
x
≥0 在(1,+∞)上恒成立⇔g(x)
=2x2 +ax+3≥0 在(1,+ ∞)上恒成立⇔Δ =a2 -24≤0 或
Δ=a2-24>0,
-a
4
≤1,
g1=5+a≥0
⇔-
2 6≤a≤2 6或 a>2 6⇔a≥-2 6,故选 C.
[清易错]
若函数 y=f(x)在区间(a,b)上单调递增,则 f′(x)≥0,且在(a,b)的任意子区间,等号
不恒成立;若函数 y=f(x)在区间(a,b)上单调递减,则 f′(x)≤0,且在(a,b)的任意子区间,
等号不恒成立.
若函数 f(x)=x3+x2+mx+1 是 R 上的单调增函数,则 m 的取值范围是________.
解析:∵f(x)=x3+x2+mx+1,
∴f′(x)=3x2+2x+m.
又∵f(x)在 R 上是单调增函数,∴f′(x)≥0 恒成立,
∴Δ=4-12m≤0,即 m≥1
3.
答案:
1
3
,+∞
利用导数研究函数的极值与最值
[过双基]
1.函数的极大值
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小于 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.函数的极小值
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大于 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.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.
3.函数的最值
(1)在闭区间[a,b]上连续的函数 f(x)在[a,b]上必有最大值与最小值.
(2)若函数 f(x)在[a,b]上单调递增,则 f(a)为函数的最小值,f(b)为函数的最大值;若函
数 f(x)在[a,b]上单调递减,则 f(a)为函数的最大值,f(b)为函数的最小值.
1.如图是 f(x)的导函数 f′(x)的图象,则 f(x)的极小值点的个数为( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:选 A 由图象及极值点的定义知,f(x)只有一个极小值点.
2.若函数 f(x)=x3+ax2+3x-9 在 x=-3 时取得极值,则 a 的值为( )
A.2 B.3
C.4 D.5
解析:选 D f′(x)=3x2+2ax+3,由题意知 f′(-3)=0,即 3×(-3)2+2a×(-3)+3
=0,解得 a=5.
3.(2017·济宁一模)函数 f(x)=1
2x2-ln x 的最小值为( )
A.1
2 B.1
C.0 D.不存在
解析:选 A f′(x)=x-1
x
=x2-1
x
,且 x>0.令 f′(x)>0,得 x>1;令 f′(x)<0,得 00),
因为函数 f(x)=1
2x2-ax+ln x 有极值,
令 g(x)=x2-ax+1,且 g(0)=1>0,
所以
a
2>0,
g
a
2 =-a2
4
+1<0,
解得 a>2.
答案:(2,+∞)
5.设 x1,x2 是函数 f(x)=x3-2ax2+a2x 的两个极值点,若 x1<22,
a
3<2, ∴20 可得 x>1 或 x<-1,
由 f′(x)<0 可得-10 且 a≠1),若 f′(1)=-1,则 a=( )
A.e B.1
e
C.1
e2 D.1
2
解析:选 B 因为 f′(x)= 1
xln a
,所以 f′(1)= 1
ln a
=-1,所以 ln a=-1,所以 a=1
e.
2.直线 y=kx+1 与曲线 y=x2+ax+b 相切于点 A(1,3),则 2a+b 的值为( )
A.-1 B.1
C.2 D.-2
解析:选 C 由曲线 y=x2+ax+b,得 y′=2x+a,
由题意可得
k+1=3,
k=2+a,
1+a+b=3,
解得
k=2,
a=0,
b=2,
所以 2a+b=2.
3.函数 y=2x3-3x2 的极值情况为( )
A.在 x=0 处取得极大值 0,但无极小值
B.在 x=1 处取得极小值-1,但无极大值
C.在 x=0 处取得极大值 0,在 x=1 处取得极小值-1
D.以上都不对
解析:选 C y′=6x2-6x,
由 y′=6x2-6x>0,可得 x>1 或 x<0,
即单调增区间是(-∞,0),(1,+∞).
由 y′=6x2-6x<0,可得 01,所以 m≤1.
5.函数 f(x)=(x-3)ex 的单调递增区间是( )
A.(-∞,2) B.(0,3)
C.(1,4) D.(2,+∞)
解析:选 D 依题意得 f′(x)=(x-3)′ex+(x-3)(ex)′=(x-2)ex,令 f′(x)>0,解得
x>2,∴f(x)的单调递增区间是(2,+∞).故选 D.
6.已知函数 f(x)=x(x-m)2 在 x=1 处取得极小值,则实数 m=( )
A.0 B.1
C.2 D.3
解析:选 B f(x)=x(x2-2mx+m2)=x3-2mx2+m2x,所以 f′(x)=3x2-4mx+m2=(x
-m)(3x-m).由 f′(1)=0 可得 m=1 或 m=3.当 m=3 时,f′(x)=3(x-1)(x-3),当 13 时,f′(x)>0,此时在 x=1 处取得极大值,不合题意,∴m=
1,此时 f′(x)=(x-1)(3x-1),当1
31 时,f′(x)>0,此时
在 x=1 处取得极小值.选 B.
7.已知曲线 y=x2
4
-3ln x 的一条切线的斜率为1
2
,则切点的横坐标为( )
A.3 B.2
C.1 D.1
2
解析:选 A 已知曲线 y=x2
4
-3ln x(x>0)的一条切线的斜率为1
2
,由 y′=1
2x-3
x
=1
2
,
得 x=3,故选 A.
8.若函数 f(x)= 1-2x,x≤0,
x3-3x+a,x>0
的值域为[0,+∞),则实数 a 的取值范围是( )
A.[2,3] B.(2,3]
C.(-∞,2] D.(-∞,2)
解析:选 A 当 x≤0 时,0≤f(x)=1-2x<1;
当 x>0 时,f(x)=x3-3x+a,f′(x)=3x2-3,
当 x∈(0,1)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,
当 x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,
所以当 x=1 时,函数 f(x)取得最小值 f(1)=1-3+a=a-2.由题意得 0≤a-2≤1,解
得 2≤a≤3,选 A.
二、填空题
9.若函数 f(x)=x+aln x 不是单调函数,则实数 a 的取值范围是________.
解析:由题意知 f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=1+a
x
,要使函数 f(x)=x+aln x 不
是单调函数,则需方程 1+a
x
=0 在(0,+∞)上有解,即 x=-a,∴a<0.
答案:(-∞,0)
10.已知函数 f(x)=ln x-f′(-1)x2+3x-4,则 f′(1)=________.
解析:∵f′(x)=1
x
-2f′(-1)x+3,
∴f′(-1)=-1+2f′(-1)+3,
∴f′(-1)=-2,∴f′(1)=1+4+3=8.
答案:8
11.已知函数 f(x)的图象在点 M(1,f(1))处的切线方程是 y=1
2x+3,则 f(1)+f′(1)=
________.
解析:由题意知 f′(1)=1
2
,f(1)=1
2
×1+3=7
2
,
∴f(1)+f′(1)=7
2
+1
2
=4.
答案:4
12.已知函数 g(x)满足 g(x)=g′(1)ex-1-g(0)x+1
2x2,且存在实数 x0,使得不等式 2m
-1≥g(x0)成立,则实数 m 的取值范围为________.
解析:g′(x)=g′(1)ex-1-g(0)+x,
令 x=1 时,得 g′(1)=g′(1)-g(0)+1,
∴g(0)=1,g(0)=g′(1)e0-1=1,
∴g′(1)=e,
∴g(x)=ex-x+1
2x2,g′(x)=ex-1+x,
当 x<0 时,g′(x)<0,当 x>0 时,g′(x)>0,
∴当 x=0 时,函数 g(x)取得最小值 g(0)=1.
根据题意得 2m-1≥g(x)min=1,∴m≥1.
答案:[1,+∞)
三、解答题
13.已知函数 f(x)=x+a
x
+b(x≠0),其中 a,b∈R.
(1)若曲线 y=f(x)在点 P(2,f(2))处的切线方程为 y=3x+1,求函数 f(x)的解析式;
(2)讨论函数 f(x)的单调性;
(3)若对于任意的 a∈
1
2
,2 ,不等式 f(x)≤10 在
1
4
,1 上恒成立,求实数 b 的取值范围.
解:(1)f′(x)=1- a
x2(x≠0),
由已知及导数的几何意义得 f′(2)=3,则 a=-8.
由切点 P(2,f(2))在直线 y=3x+1 上可得-2+b=7,解得 b=9,所以函数 f(x)的解析
式为 f(x)=x-8
x
+9.
(2)由(1)知 f′(x)=1- a
x2(x≠0).
当 a≤0 时,显然 f′(x)>0,这时 f(x)在(-∞,0),(0,+∞)上是增函数.
当 a>0 时,令 f′(x)=0,解得 x=± a,
当 x 变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x (-∞,- a) - a (- a,0) (0, a) ( a,+∞)
f′(x) + 0 - - 0 +
f(x) 极大值 极小值
所以当 a>0 时,f(x)在(-∞,- a),( a,+∞)上是增函数,在(- a,0),(0, a)
上是减函数.
(3)由 (2)知 , 对 于 任 意的 a ∈
1
2
,2 , 不 等 式 f(x)≤10 在
1
4
,1 上 恒 成 立 等 价于
f
1
4 ≤10,
f1≤10,
即
b≤39
4
-4a,
b≤9-a
对于任意的 a∈
1
2
,2 成立,从而得 b≤7
4
,
所以实数 b 的取值范围是 -∞,7
4 .
14.已知函数 f(x)=x
4
+a
x
-ln x-3
2
,其中 a∈R,且曲线 y=f(x)在点(1,f(1))处的切线
垂直于直线 y=1
2x.
(1)求 a 的值;
(2)求函数 f(x)的单调区间与极值.
解:(1)对 f(x)求导,得 f′(x)=1
4
- a
x2
-1
x(x>0),由 f(x)在点(1,f(1))处的切线垂直于直
线 y=1
2x,
知 f′(1)=-3
4
-a=-2,解得 a=5
4.
(2)由(1)知 f(x)=x
4
+ 5
4x
-ln x-3
2
,
则 f′(x)=x2-4x-5
4x2
,
令 f′(x)=0,解得 x=-1 或 x=5.
因为 x=-1 不在 f(x)的定义域(0,+∞)内,故舍去.
当 x∈(0,5)时,f′(x)<0,故 f(x)在(0,5)内为减函数;
当 x∈(5,+∞)时,f′(x)>0,故 f(x)在(5,+∞)内为增函数.
由此知函数 f(x)在 x=5 时取得极小值 f(5)=-ln 5,无极大值.
高考研究课(一)
导数运算是基点、几何意义是重点
[全国卷 5 年命题分析]
考点 考查频度 考查角度
导数的几何意义 5 年 8 考 求切线、已知切线求参数、求切点坐标
导数的运算
[典例] (1)(2018·惠州模拟)已知函数 f(x)=1
xcos x,则 f(π)+f′
π
2 =( )
A.- 3
π2 B.- 1
π2
C.-3
π D.-1
π
(2)已知 f1(x)=sin x+cos x,fn+1(x)是 fn(x)的导函数,即 f2(x)=f1′(x),f3(x)=f2′(x),…,
fn+1(x)=fn′(x),n∈N*,则 f2 018(x)等于( )
A.-sin x-cos x B.sin x-cos x
C.sin x+cos x D.cos x-sin x
(3)已知函数 f(x)的导函数为 f′(x),且满足 f(x)=2xf′(1)+ln x,则 f′(1)=( )
A.-e B.-1
C.1 D.e
[解析] (1)∵f′(x)=- 1
x2cos x+1
x(-sin x),
∴f(π)+f′
π
2 =-1
π
+2
π·(-1)=-3
π.
(2)∵f1(x)=sin x+cos x,
∴f2(x)=f1′(x)=cos x-sin x,
∴f3(x)=f2′(x)=-sin x-cos x,
∴f4(x)=f3′(x)=-cos x+sin x,
∴f5(x)=f4′(x)=sin x+cos x,
∴fn(x)是以 4 为周期的函数,
∴f2 018(x)=f2(x)=cos x-sin x,故选 D.
(3)由 f(x)=2xf′(1)+ln x,得 f′(x)=2f′(1)+1
x.
∴f′(1)=2f′(1)+1,则 f′(1)=-1.
[答案] (1)C (2)D (3)B
[方法技巧]
1.可导函数的求导步骤
(1)分析函数 y=f(x)的结构特点,进行化简;
(2)选择恰当的求导法则与导数公式求导;
(3)化简整理答案.
2.求导运算应遵循的原则
求导之前,应利用代数、三角恒等式等变形对函数进行化简,然后求导,这样可以减
少运算量,提高运算速度,减少差错.
[即时演练]
1.(2018·江西九校联考)已知 y=(x+1)(x+2)(x+3),则 y′=( )
A.3x2-12x+6 B.x2+12x-11
C.x2+12x+6 D.3x2+12x+11
解析:选 D 法一:y′=(x+2)(x+3)+(x+1)(x+3)+(x+1)(x+2)=3x2+12x+11.
法二:∵y=(x2+3x+2)(x+3)=x3+6x2+11x+6,
∴y′=3x2+12x+11.
2.已知函数 f(x)=xln x,若 f′(x0)=2,则 x0=________.
解析:f′(x)=ln x+1,由 f′(x0)=2,
即 ln x0+1=2,解得 x0=e.
答案:e
导数的几何意义
导数的几何意义为高考热点内容,考查题型多为选择、填空题,也常出现在解答题的
第1问中,难度较低,属中、低档题.
常见的命题角度有:
1求切线方程;
2确定切点坐标;
3已知切线求参数值或范围;
4切线的综合应用.
角度一:求切线方程
1.已知函数 f(x)=ln(1+x)-x+x2,则曲线 y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程是
________.
解析:∵f′(x)= 1
1+x
-1+2x,∴f′(1)=3
2
,f(1)=ln 2,∴曲线 y=f(x)在点(1,f(1))
处的切线方程为 y-ln 2=3
2(x-1),即 3x-2y+2ln 2-3=0.
答案:3x-2y+2ln 2-3=0
角度二:确定切点坐标
2.(2018·沈阳模拟)在平面直角坐标系 xOy 中,点 M 在曲线 C:y=x3-x-1 上,且在
第三象限内,已知曲线 C 在点 M 处的切线的斜率为 2,则点 M 的坐标为________.
解析:∵y′=3x2-1,曲线 C 在点 M 处的切线的斜率为 2,∴3x2-1=2,x=±1,
又∵点 M 在第三象限,
∴x=-1,∴y=(-1)3-(-1)-1=-1,
∴点 M 的坐标为(-1,-1).
答案:(-1,-1)
角度三:已知切线求参数值或范围
3.(2017·武汉一模)已知 a 为常数,若曲线 y=ax2+3x-ln x 上存在与直线 x+y-1=0
垂直的切线,则实数 a 的取值范围是________.
解析:由题意知曲线上存在某点的导数值为 1,
所以 y′=2ax+3-1
x
=1 有正根,
即 2ax2+2x-1=0 有正根.
当 a≥0 时,显然满足题意;
当 a<0 时,需满足Δ≥0,解得-1
2
≤a<0.
综上,a≥-1
2.
答案: -1
2
,+∞
4.若两曲线 y=x2-1 与 y=aln x-1 存在公切线,则正实数 a 的取值范围是________.
解析:设 y=aln x-1 的切点为(x0,y0),求导 y′=a
x
,
则切线的斜率为 a
x0
,
所以公切线方程为 y-(aln x0-1)= a
x0
(x-x0),
联立方程 y=x2-1 可得 x2- a
x0
x+a-aln x0=0,
由题意,可得Δ= - a
x0 2-4(a-aln x0)=0,
则 a=4x20(1-ln x0).
令 f(x)=4x2(1-ln x)(x>0),则 f′(x)=4x(1-2ln x),
易知,函数 f(x)=4x2(1-ln x)在(0, e)上是增函数,在( e,+∞)上是减函数,
所以函数 f(x)=4x2(1-ln x)的最大值是 f( e)=2e,
则正实数 a 的取值范围是(0,2e].
答案:(0,2e]
角度四:切线的综合应用
5.(2016·全国卷Ⅱ)已知函数 f(x)=(x+1)ln x-a(x-1).
(1)当 a=4 时,求曲线 y=f(x)在(1,f(1))处的切线方程;
(2)若当 x∈(1,+∞)时,f(x)>0,求 a 的取值范围.
解:(1)f(x)的定义域为(0,+∞).
当 a=4 时,f(x)=(x+1)ln x-4(x-1),
f(1)=0,f′(x)=ln x+1
x
-3,f′(1)=-2.
故曲线 y=f(x)在(1,f(1))处的切线方程为 2x+y-2=0.
(2)当 x∈(1,+∞)时,f(x)>0 等价于 ln x-ax-1
x+1
>0.
设 g(x)=ln x-ax-1
x+1
,
则 g′(x)=1
x
- 2a
x+12
=x2+21-ax+1
xx+12
,g(1)=0.
①当 a≤2,x∈(1,+∞)时,
x2+2(1-a)x+1≥x2-2x+1>0,
故 g′(x)>0,
g(x)在(1,+∞)上单调递增,
因此 g(x)>0;
②当 a>2 时,令 g′(x)=0,
得 x1=a-1- a-12-1,x2=a-1+ a-12-1.
由 x2>1 和 x1x2=1 得 x1<1,
故当 x∈(1,x2)时,
g′(x)<0,g(x)在(1,x2)上单调递减,因此 g(x)<0.
综上,a 的取值范围是(-∞,2].
[方法技巧]
利用导数解决切线问题的方法
(1)已知切点 A(x0,f(x0))求斜率 k,即求该点处的导数值:k=f′(x0).
(2)已知斜率 k,求切点 A(x1,f(x1)),即解方程 f′(x1)=k.
(3)已知过某点 M(x1,f(x1))(不是切点)的切线斜率为 k 时,常需设出切点 A(x0,f(x0)),
利用 k=fx1-fx0
x1-x0
求解.
1.(2014·全国卷Ⅱ)设曲线 y=ax-ln(x+1)在点(0,0)处的切线方程为 y=2x,则 a=( )
A.0 B.1
C.2 D.3
解析:选 D y′=a- 1
x+1
,由题意得 y′x=0=2,即 a-1=2,所以 a=3.
2.(2017·全国卷Ⅰ)曲线 y=x2+1
x
在点(1,2)处的切线方程为________.
解析:因为 y′=2x- 1
x2
,所以在点(1,2)处的切线方程的斜率为 y′|x=1=2×1- 1
12
=1,
所以切线方程为 y-2=x-1,即 x-y+1=0.
答案:x-y+1=0
3.(2016·全国卷Ⅱ)若直线 y=kx+b 是曲线 y=ln x+2 的切线,也是曲线 y=ln(x+1)
的切线,则 b=________.
解析:y=ln x+2 的切线方程为:
y= 1
x1
·x+ln x1+1(设切点横坐标为 x1),
y=ln(x+1)的切线方程为:
y= 1
x2+1
x+ln(x2+1)- x2
x2+1(设切点的横坐标为 x2),
∴
1
x1
= 1
x2+1
,
ln x1+1=lnx2+1- x2
x2+1
,
解得 x1=1
2
,x2=-1
2
,
∴b=ln x1+1=1-ln 2.
答案:1-ln 2
4.(2015·全国卷Ⅰ)已知函数 f(x)=ax3+x+1 的图象在点(1,f(1))处的切线过点(2,7),
则 a=________.
解析:∵f′(x)=3ax2+1,
∴f′(1)=3a+1.又 f(1)=a+2,
∴切线方程为 y-(a+2)=(3a+1)(x-1).
∵切线过点(2,7),
∴7-(a+2)=3a+1,解得 a=1.
答案:1
5.(2015·全国卷Ⅱ)已知曲线 y=x+ln x 在点(1,1)处的切线与曲线 y=ax2+(a+2)x+1
相切,则 a=________.
解析:∵y=x+ln x,
∴y′=1+1
x
,y′x=1=2.
∴曲线 y=x+ln x 在点(1,1)处的切线方程为
y-1=2(x-1),即 y=2x-1.
∵y=2x-1 与曲线 y=ax2+(a+2)x+1 相切,
∴a≠0(当 a=0 时曲线变为 y=2x+1 与已知直线平行).
由 y=2x-1,
y=ax2+a+2x+1,
消去 y,
得 ax2+ax+2=0.
由Δ=a2-8a=0,解得 a=8.
答案:8
一、选择题
1.设曲线 y=1+cos x
sin x
在点
π
2
,1 处的切线与直线 x-ay+1=0 平行,则实数 a 等于
( )
A.-1 B.1
2
C.-2 D.2
解析:选 A ∵y′=-1-cos x
sin2x
,∴y′x=π
2
=-1,由条件知1
a
=-1,∴a=-1.
2.(2018·衡水调研)曲线 y=1- 2
x+2
在点(-1,-1)处的切线方程为( )
A.y=2x+1 B.y=2x-1
C.y=-2x-3 D.y=-2x-2
解析:选 A ∵y=1- 2
x+2
= x
x+2
,
∴y′=x+2-x
x+22
= 2
x+22
,y′|x=-1=2,
∴曲线在点(-1,-1)处的切线斜率为 2,
∴所求切线方程为 y+1=2(x+1),
即 y=2x+1.
3.(2018·济南一模)已知曲线 f(x)=ln x 的切线经过原点,则此切线的斜率为( )
A.e B.-e
C.1
e D.-1
e
解析:选 C 法一:∵f(x)=ln x,x∈(0,+∞),
∴f′(x)=1
x.
设切点 P(x0,ln x0),
则切线的斜率为 k=f′(x0)= 1
x0
=kOP=ln x0
x0
.
∴ln x0=1,∴x0=e,∴k= 1
x0
=1
e.
法二:(数形结合法):在同一坐标系下作出 y=ln x 及曲线 y=ln x 经过原点的切线,由
图可知,切线的斜率为正,且小于 1,故选 C.
4.已知 f(x)=ln x,g(x)=1
2x2+mx+7
2(m<0),直线 l 与函数 f(x),g(x)的图象都相切,
且与 f(x)图象的切点为(1,f(1)),则 m 的值为( )
A.-1 B.-3
C.-4 D.-2
解析:选 D ∵f′(x)=1
x
,
∴直线 l 的斜率为 k=f′(1)=1.
又 f(1)=0,
∴直线 l 的方程为 y=x-1.
g′(x)=x+m,设直线 l 与 g(x)的图象的切点为(x0,y0),
则有 x0+m=1,y0=x0-1,
又因为 y0=1
2x20+mx0+7
2(m<0),
解得 m=-2,故选 D.
5.(2018·南昌二中模拟)设点 P 是曲线 y=x3- 3x+2
3
上的任意一点,P 点处切线倾斜
角α的取值范围为( )
A. 0,π
2 ∪
5π
6
,π B.
2π
3
,π
C. 0,π
2 ∪
2π
3
,π D.
π
2
,5π
6
解析:选 C 因为 y′=3x2- 3≥- 3,故切线斜率 k≥- 3,所以切线倾斜角α的取
值范围是 0,π
2 ∪
2π
3
,π .
6.已知曲线 y= 1
ex+1
,则曲线的切线斜率取得最小值时的直线方程为( )
A.x+4y-2=0 B.x-4y+2=0
C.4x+2y-1=0 D.4x-2y-1=0
解析:选 A y′= -ex
ex+12
=
-1
ex+1
ex
+2
,因为 ex>0,所以 ex+1
ex
≥2 ex×1
ex
=2(当且
仅当 ex=1
ex
,即 x=0 时取等号),则 ex+1
ex
+2≥4,故 y′=
-1
ex+1
ex
+2
≥-1
4(当 x=0 时取等
号).当 x=0 时,曲线的切线斜率取得最大值,此时切点的坐标为 0,1
2 ,切线的方程为 y
-1
2
=-1
4(x-0),即 x+4y-2=0.故选 A.
二、填空题
7.已知 f(x)为偶函数,当 x<0 时,f(x)=ln(-x)+3x,则曲线 y=f(x)在点(1,-3)处的
切线方程是________.
解析:由题意,当 x>0 时,则-x<0,f(x)=f(-x)=ln x-3x,则 f′(x)=1
x
-3,所以
曲线 y=f(x)在点(1,-3)处的切线的斜率 f′(1)=-2,则切线方程为 y-(-3)=-2(x-1),
即 2x+y+1=0.
答案:2x+y+1=0
8.曲线 y=log2x 在点(1,0)处的切线与坐标轴所围三角形的面积等于________.
解析:∵y′= 1
xln 2
,∴k= 1
ln 2
,
∴切线方程为 y= 1
ln 2(x-1),
令 y=0,得 x=1,令 x=0,得 y=- 1
ln 2
,
∴所求三角形面积为 S=1
2
×1× 1
ln 2
= 1
2ln 2.
答案: 1
2ln 2
9.(2017·东营一模)函数 f(x)=xln x 在点 P(x0,f(x0))处的切线与直线 x+y=0 垂直,则
切点 P(x0,f(x0))的坐标为________.
解析:∵f(x)=xln x,
∴f′(x)=ln x+1,
由题意得 f′(x0)·(-1)=-1,
即 f′(x0)=1⇔ln x0+1=1⇔ln x0=0⇔x0=1,
∴f(x0)=1·ln 1=0,
∴P(1,0).
答案:(1,0)
10.设过曲线 f(x)=-ex-x(e 为自然对数的底数)上的任意一点的切线为 l1,总存在过
曲线 g(x)=mx-3sin x 上的一点处的切线 l2,使 l1⊥l2,则 m 的取值范围是________.
解析:设曲线 f(x)上任意一点 A(x1,y1),曲线 g(x)上存在一点 B(x2,y2),f′(x)=-ex
-1,g′(x)=m-3cos x.
由题意可得 f′(x1)g′(x2)=-1,且 f′(x1)=-ex1-1∈(-∞,-1),g′(x2)=m-3cos
x2∈[m-3,m+3].
因为过曲线 f(x)=-ex-x(e 为自然对数的底数)上的任意一点的切线为 l1,总存在过曲
线 g(x)=mx-3sin x 上的一点处的切线 l2,使 l1⊥l2,
所以(0,1)⊆[m-3,m+3],所以 m-3≤0,且 m+3≥1,解得-2≤m≤3.
答案:[-2,3]
三、解答题
11.已知函数 f(x)=1
3x3-2x2+3x(x∈R)的图象为曲线 C.
(1)求过曲线 C 上任意一点切线斜率的取值范围;
(2)若在曲线 C 上存在两条相互垂直的切线,求其中一条切线与曲线 C 的切点的横坐标
的取值范围.
解:(1)由题意得 f′(x)=x2-4x+3,
则 f′(x)=(x-2)2-1≥-1,
即过曲线 C 上任意一点切线斜率的取值范围是[-1,+∞).
(2)设曲线 C 的其中一条切线的斜率为 k,
则由题意,及(1)可知,
k≥-1,
-1
k
≥-1,
解得-1≤k<0 或 k≥1,
故由-1≤x2-4x+3<0 或 x2-4x+3≥1,
得 x∈(-∞,2- 2]∪(1,3)∪[2+ 2,+∞).
12.(2017·北京高考)已知函数 f(x)=excos x-x.
(1)求曲线 y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
(2)求函数 f(x)在区间 0,π
2 上的最大值和最小值.
解:(1)因为 f(x)=excos x-x,
所以 f′(x)=ex(cos x-sin x)-1,f′(0)=0.
又因为 f(0)=1,
所以曲线 y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为 y=1.
(2)设 h(x)=ex(cos x-sin x)-1,
则 h′(x)=ex(cos x-sin x-sin x-cos x)=-2exsin x.
当 x∈ 0,π
2 时,h′(x)<0,
所以 h(x)在区间 0,π
2 上单调递减.
所以对任意 x∈ 0,π
2 ,有 h(x)<h(0)=0,
即 f′(x)<0.
所以函数 f(x)在区间 0,π
2 上单调递减.
因此 f(x)在区间 0,π
2 上的最大值为 f(0)=1,
最小值为 f
π
2 =-π
2.
1.(2018·广东七校联考)已知函数 y=x2 的图象在点(x0,x20)处的切线为 l,若 l 也与函数
y=ln x,x∈(0,1)的图象相切,则 x0 必满足( )
A.01,
设切点为(t,ln t),
则切线 l 的方程为 y=1
tx+ln t-1,
因为函数 y=x2 的图象在点(x0,x20)处的切线 l 的斜率为 2x0,
则切线方程为 y=2x0x-x20,
因为 l 也与函数 y=ln x,x∈(0,1)的图象相切,
则有
2x0=1
t
,
x20=1-ln t,
则 1+ln 2x0=x20,x0∈(1,+∞).
令 g(x)=x2-ln 2x-1,x∈(1,+∞),
所以该函数的零点就是 x0,则排除 A、B;
又因为 g′(x)=2x-1
x
=2x2-1
x >0,
所以函数 g(x)在(1,+∞)上单调递增.
又 g(1)=-ln 2<0,g( 2)=1-ln 2 2<0,g( 3)=2-ln 2 3>0,
从而 22),
则φ(M,N)= |3x21-3x22|
x1-x22+x31+2-x32-22
= |3x21-3x22|
x1-x22[1+x21+x1x2+x222]
= 3|x1-x2|·|x1+x2|
|x1-x2| 1+[x1+x22-x1x2]2
= 3|x1+x2|
1+[x1+x22-1]2
= 3|t|
1+t2-12
= 3
t2+2
t2
-2
.
设 g(x)=x+2
x
,x>4,则 g′(x)=1- 2
x2>0,所以 g(x)在(4,+∞)上单调递增,所以 g(x)>g(4)
=9
2.
所以 t2+2
t2
-2>5
2
,
所以 0<φ(M,N)<3 10
5 .
答案: 0,3 10
5
高考研究课二函数单调性必考,导数工具离不了
[全国卷 5 年命题分析]
考点 考查频度 考查角度
函数单调性 5 年 8 考 讨论单调性及证明单调性问题
函数单调性的判断
[典例] 设函数 f(x)=-a2ln x+x2-ax(a∈R).讨论函数 f(x)的单调性.
[ 解 ] 由 f(x) = - a2ln x + x2 - ax , 可 知 f′(x) = - a2
x
+ 2x - a = 2x2-ax-a2
x
=
2x+ax-a
x (x>0).
若 a>0,则当 x∈(0,a)时,f′(x)<0,函数 f(x)单调递减,当 x∈(a,+∞)时,f′(x)>0,
函数 f(x)单调递增;
若 a=0,则 f′(x)=2x>0 在 x∈(0,+∞)内恒成立,函数 f(x)单调递增;
若 a<0,则当 x∈ 0,-a
2 时,f′(x)<0,函数 f(x)单调递减,当 x∈ -a
2
,+∞ 时,
f′(x)>0,函数 f(x)单调递增.
[方法技巧]
导数法判断函数 f(x)在(a,b)内单调性的步骤
(1)求 f′(x);
(2)确定 f′(x)在(a,b)内的符号;
(3)作出结论:f′(x)>0 时为增函数;f′(x)<0 时为减函数.
[提醒] 研究含参数函数的单调性时,需注意依据参数取值对不等式解集的影响进行分
类讨论.
[即时演练]
1.(2017·芜湖一模)函数 f(x)=ex-ex,x∈R 的单调递增区间是( )
A.(0,+∞) B.(-∞,0)
C.(-∞,1) D.(1,+∞)
解析:选 D 由题意知,f′(x)=ex-e,令 f′(x)>0,解得 x>1,故选 D.
2.(2016·全国卷Ⅱ节选)讨论函数 f(x)=x-2
x+2
ex 的单调性,并证明当 x>0 时,(x-2)ex
+x+2>0.
解:f(x)的定义域为(-∞,-2)∪(-2,+∞).
f′(x)=x-1x+2ex-x-2ex
x+22
= x2ex
x+22
≥0,
当且仅当 x=0 时,f′(x)=0,所以 f(x)在(-∞,-2),(-2,+∞)上单调递增.
因此当 x∈(0,+∞)时,f(x)>f(0)=-1.
所以(x-2)ex>-(x+2),即(x-2)ex+x+2>0.
利用导数研究函数单调性的应用
函数的单调性是高考命题的重点,其应用是考查热点.,常见的命题角度有:
1y=fx与 y=f′x的图象辨识;
2比较大小;
3已知函数单调性求参数的取值范围;
4构造函数解不等式.
角度一:y=f(x)与 y=f′(x)的图象辨识
1.已知函数 f(x)=ax3+bx2+cx+d,若函数 f(x)的图象如图所示,
则一定有( )
A.b>0,c>0 B.b<0,c>0
C.b>0,c<0 D.b<0,c<0
解析:选 B 由函数的图象与 y 轴的交点在原点的上方可知,d>0,f′(x)=3ax2+2bx
+c,由函数的图象可知,函数 f(x)有两个极值点,且先增,再减,最后增,所以方程 f′(x)
=0 有两个大于 0 不同的实根,且 a>0,由根与系数的关系可得-2b
3a>0,c
3a>0,则 b<0,c>0.
2.已知函数 y=f(x)的图象是下列四个图象之一,且其导函数 y=f′(x)
的图象如图所示,则该函数的图象是( )
解析:选 B 由函数 f(x)的导函数 y=f′(x)的图象自左至右是先增后减,可知函数 y=
f(x)图象的切线的斜率自左至右先增大后减小.
角度二:比较大小
3.已知函数 F(x)=xf(x),f(x)满足 f(x)=f(-x),且当 x∈(-∞,0]时,F′(x)<0 成立,
若 a=20.1·f(20.1),b=ln 2·f(ln 2),c=log2
1
2·f log2
1
2 ,则 a,b,c 的大小关系是( )
A.a>b>c B.c>a>b
C.c>b>a D.a>c>b
解析:选 C 因为 f(x)=f(-x),所以 f(x)是偶函数,则函数 F(x)=xf(x)是奇函数.
因为当 x∈(-∞,0]时,F′(x)<0 成立,
所以 F(x)在(-∞,0]上是减函数,
所以 F(x)在 R 上是减函数,
因为 20.1>1,0b>a.
角度三:已知函数单调性求参数的取值范围
4.(2018·宝鸡一检)已知函数 f(x)=x2+4x+aln x,若函数 f(x)在(1,2)上是单调函数,则
实数 a 的取值范围是( )
A.(-6,+∞)
B.(-∞,-16)
C.(-∞,-16]∪[-6,+∞)
D.(-∞,-16)∪(-6,+∞)
解析:选 C ∵f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=2x+4+a
x
=2x2+4x+a
x
,
f(x)在(1,2)上是单调函数,
∴f′(x)≥0 或 f′(x)≤0 在(1,2)上恒成立,
即 2x2+4x+a≥0 或 2x2+4x+a≤0 在(1,2)上恒成立,
即 a≥-(2x2+4x)或 a≤-(2x2+4x)在(1,2)上恒成立.
记 g(x)=-(2x2+4x),1<x<2,
则-16<g(x)<-6,
∴a≥-6 或 a≤-16,故选 C.
5.(2018·成都模拟)已知函数 f(x)=-1
2x2+4x-3ln x 在区间[t,t+1]上不单调,则 t 的
取值范围是________.
解析:由题意知 f′(x)=-x+4-3
x
=-x-1x-3
x
,由 f′(x)=0 得函数 f(x)的两个极
值点为 1 和 3,则只要这两个极值点有一个在区间(t,t+1)内,函数 f(x)在区间[t,t+1]上就
不单调,
∴1∈(t,t+1)或 3∈(t,t+1)⇔ t<1,
t+1>1
或 t<3,
t+1>3
⇔0<t<1 或 2<t<3.
答案:(0,1)∪(2,3)
[方法技巧]
由函数的单调性求参数的范围的方法
(1)可导函数 f(x)在 D 上单调递增(或递减)求参数范围问题,可转化为 f′(x)≥0(或
f′(x)≤0)对 x∈D 恒成立问题,再参变分离,转化为求最值问题,要注意“=”是否取到.
(2)可导函数在某一区间上存在单调区间,实际上就是 f′(x)>0(或 f′(x)<0)在该区间
上存在解集,这样就把函数的单调性问题转化成不等式问题.
(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.
(4)若已知 f(x)在 D 上不单调,则 f(x)在 D 上有极值点,且极值点不是 D 的端点.
角度四:构造函数解不等式
6.已知函数 f′(x)是函数 f(x)的导函数,且 f(1)=1
e
,对任意实数都有 f(x)-f′(x)>0,
则不等式 f(x)x2,则不等式(x+2 018)2f(x+2 018)-f(-1)<0 的解集为________.
解析:令 g(x)=x2f(x),由 2f(x)+xf′(x)>x2(x<0),得 g′(x)=2xf(x)+x2f′(x)=x[2f(x)
+xf′(x)]1 时,f′(x)=k-1
x
≥0 恒成立,即 k≥1
x
在区间(1,+∞)上恒成立.因为
x>1,所以 0<1
x<1,所以 k≥1.故选 D.
3.(2017·全国卷Ⅰ)已知函数 f(x)=ex(ex-a)-a2x.
(1)讨论 f(x)的单调性;
(2)若 f(x)≥0,求 a 的取值范围.
解:(1)函数 f(x)的定义域为(-∞,+∞),
f′(x)=2e2x-aex-a2=(2ex+a)(ex-a).
①若 a=0,则 f(x)=e2x 在(-∞,+∞)上单调递增.
②若 a>0,则由 f′(x)=0,得 x=ln a.
当 x∈(-∞,ln a)时,f′(x)<0;
当 x∈(ln a,+∞)时,f′(x)>0.
故 f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,在(ln a,+∞)上单调递增.
③若 a<0,则由 f′(x)=0,得 x=ln
-a
2 .
当 x∈ -∞,ln
-a
2 时,f′(x)<0;
当 x∈ ln
-a
2 ,+∞ 时,f′(x)>0.
故 f(x)在 -∞,ln
-a
2 上单调递减,
在 ln
-a
2 ,+∞ 上单调递增.
(2)①若 a=0,则 f(x)=e2x,所以 f(x)≥0.
②若 a>0,则由(1)得,当 x=ln a 时,f(x)取得最小值,最小值为 f(ln a)=-a2ln a.
从而当且仅当-a2ln a≥0,即 0<a≤1 时,f(x)≥0.
③若 a<0,则由(1)得,当 x=ln
-a
2 时,f(x)取得最小值,最小值为 f ln
-a
2 =
a2
3
4
-ln
-a
2 .从而当且仅当 a2
3
4
-ln
-a
2 ≥0,
即-2e3
4
≤a<0 时,f(x)≥0.
综上,a 的取值范围是 -2e3
4
,1 .
一、选择题
1.已知函数 f(x)=ln x+x2-3x(a∈R),则函数 f(x)的单调递增区间为( )
A.
-∞,1
2 B.(1,+∞)
C.
-∞,1
2 和(1,+∞) D. 0,1
2 和(1,+∞)
解析:选 D f′(x)=2x2-3x+1
x (x>0),令 f′(x)=0,得 x=1
2
或 x=1,当 01
时,f′(x)>0,所以 f(x)的单调递增区间为 0,1
2 和(1,+∞).
2.(2018·成都外国语学校月考)已知函数 f(x)=x2+2cos x,若 f′(x)是 f(x)的导函数,
则函数 f′(x)的图象大致是( )
解析:选 A 设 g(x)=f′(x)=2x-2sin x,g′(x)=2-2cos x≥0,所以函数 f′(x)在 R
上单调递增.
3.对于 R 上可导的任意函数 f(x),若满足 1-x
f′x
≤0,则必有( )
A.f(0)+f(2)>2f(1) B.f(0)+f(2)≤2f(1)
C.f(0)+f(2)<2f(1) D.f(0)+f(2)≥2f(1)
解析:选 A 当 x<1 时,f′(x)<0,此时函数 f(x)单调递减,当 x>1 时,f′(x)>0,
此时函数 f(x)单调递增,
∴当 x=1 时,函数 f(x)取得极小值同时也取得最小值,
所以 f(0)>f(1),f(2)>f(1),则 f(0)+f(2)>2f(1).
4.已知函数 f(x)=xsin x,x1,x2∈ -π
2
,π
2 ,且 f(x1)<f(x2),那么( )
A.x1-x2>0 B.x1+x2>0
C.x21-x22>0 D.x21-x22<0
解析:选 D 由 f(x)=xsin x 得 f′(x)=sin x+xcos x=cos x(tan x+x),当 x∈ 0,π
2 时,
f′(x)>0,即 f(x)在 0,π
2 上为增函数,又 f(-x)=-xsin(-x)=xsin x,因而 f(x)为偶函数,
∴当 f(x1)<f(x2)时,有 f(|x1|)<f(|x2|),∴|x1|<|x2|,x21-x22<0,故选 D.
5.(2017·吉林长春三模)定义在 R 上的函数 f(x)满足:f′(x)>f(x)恒成立,若 x1<x2,
则 ex1f(x2)与 ex2f(x1)的大小关系为( )
A.ex1f(x2)>ex2f(x1)
B.ex1f(x2)<ex2f(x1)
C.ex1f(x2)=ex2f(x1)
D.ex1f(x2)与 ex2f(x1)的大小关系不确定
解析:选 A 设 g(x)=fx
ex
,则 g′(x)=f′xex-fxex
ex2
=f′x-fx
ex
,由题意知 g′(x)
>0,所以 g(x)单调递增,当 x1<x2 时,g(x1)<g(x2),即fx1
ex1
<fx2
ex2
,所以 ex1f(x2)>ex2f(x1).
6.(2018·九江模拟)已知函数 f(x)=1
2x2+2ax-ln x,若 f(x)在区间
1
3
,2 上是增函数,
则实数 a 的取值范围为( )
A.
-∞,4
3 B.
4
3
,+∞
C.
-∞,-3
2 D.
-3
2
,+∞
解析:选 B f′(x)=x+2a-1
x
≥0 在
1
3
,2 上恒成立,
即 2a≥-x+1
x
在
1
3
,2 上恒成立,
∵ -x+1
x max=8
3
,
∴2a≥8
3
,即 a≥4
3.
二、填空题
7.设函数 f(x)=x(ex-1)-1
2x2,则函数 f(x)的单调增区间为________.
解析:因为 f(x)=x(ex-1)-1
2x2,所以 f′(x)=ex-1+xex-x=(ex-1)(x+1).令 f′(x)>0,
即(ex-1)·(x+1)>0,解得 x∈(-∞,-1)或 x∈(0,+∞).所以函数 f(x)的单调增区间为(-
∞,-1)和(0,+∞).
答案:(-∞,-1)和(0,+∞)
8.已知函数 f(x)=xln x-ax2-x.若函数 f(x)在定义域上为减函数,则实数 a 的取值范
围是________.
解析:由题意可知函数 f(x)的定义域为(0,+∞).
f′(x)=ln x-2ax,因为函数 f(x)在定义域上为减函数,
所以 ln x-2ax≤0,即 a≥ln x
2x
在(0,+∞)上恒成立,
令 g(x)=ln x
2x
,则 g′(x)=1-ln x
2x2
,
当 00;当 x>e 时,g′(x)<0,
所以 g(x)max=g(e)= 1
2e
,
所以 a≥ 1
2e.
答案:
1
2e
,+∞
9.(2018·兰州诊断)若函数 f(x)=x2-ex-ax 在 R 上存在单调递增区间,则实数 a 的取
值范围是________.
解析:∵f(x)=x2-ex-ax,∴f′(x)=2x-ex-a,
∵函数 f(x)=x2-ex-ax 在 R 上存在单调递增区间,
∴f′(x)=2x-ex-a≥0 有解,即 a≤2x-ex 有解,
设 g(x)=2x-ex,则 g′(x)=2-ex,
令 g′(x)=0,解得 x=ln 2,
则当 x<ln 2 时,g′(x)>0,g(x)单调递增,
当 x>ln 2 时,g′(x)<0,g(x)单调递减,
∴当 x=ln 2 时,g(x)取得最大值,且 g(x)max=g(ln 2)=2ln 2-2,∴a≤2ln 2-2.
答案:(-∞,2ln 2-2]
三、解答题
10.已知函数 f(x)=x-2
x
+1-aln x,a>0.讨论 f(x)的单调性.
解:由题意知,f(x)的定义域是(0,+∞),导函数 f′(x)=1+ 2
x2
-a
x
=x2-ax+2
x2 .
设 g(x)=x2-ax+2,二次方程 g(x)=0 的判别式Δ=a2-8.
①当Δ≤0,即 0<a≤2 2时,对一切 x>0 都有 f′(x)≥0.
此时 f(x)是(0,+∞)上的单调递增函数.
②当Δ>0,即 a>2 2时,方程 g(x)=0 有两个不同的实根 x1=a- a2-8
2
,x2=
a+ a2-8
2
,0<x1<x2.
由 f′(x)>0,得 0x2.
由 f′(x)<0,得 x10,
所以 g(x)在[a,+∞)上为增函数.
令 h(x)=1
3x3-x+a,则 h′(x)=x2-1.
令 h′(x)=0,得 x=±1,所以 h(x)在(-∞,-1)和(1,+∞)上是增函数,在(-1,1)上
为减函数.
(1)因为 f(x)在 R 上是增函数,所以 h(x)在(-∞,a)上为增函数,所以 a≤-1.
故 a 的取值范围为(-∞,-1].
(2)因为函数 f(x)在 R 上不单调,所以 a>-1.
当-11),
则 f′(x)= 1
x-1
-1=2-x
x-1
.
由 f′(x)<0,得 x>2;由 f′(x)>0,得 10,所以函数 f(x)在(-a,+∞)上为增函数.
②当 a<0 时,令 f′(x)=0,解得 x=-a-1
a>-a,当 f′(x)>0 时,解得-a-a-1
a
,函数 f(x)在
-a-1
a
,+∞ 上为单调递减函数.
综上所述,当 a≥0 时,函数 f(x)在(-a,+∞)上单调递增;当 a<0 时,函数 f(x)在
-a,-a-1
a 上单调递增,在 -a-1
a
,+∞ 上单调递减.
高考研究课(三)
极值、最值两考点,利用导数巧推演
[全国卷 5 年命题分析]
考点 考查频度 考查角度
极值 5 年 6 考 求极值、由极值求参数
最值 5 年 5 考 求最值、证明最值的存在性
运用导数解决函数的极值问题
函数的极值是每年高考的必考内容,题型既有选择题、填空题,也有解答题,难度适
中,为中高档题.
常见的命题角度有:
1知图判断函数极值;
2已知函数求极值;
3已知极值求参数值或范围.
角度一:知图判断函数极值
1.(2018·赤峰模拟)设函数 f(x)在定义域 R 上可导,其导函数为
f′(x),若函数 y=(1-x)f′(x)的图象如图所示,则下列结论中一定成
立的是( )
A.函数 f(x)有极大值 f(2)和极小值 f(1)
B.函数 f(x)有极大值 f(-2)和极小值 f(1)
C.函数 f(x)有极大值 f(2)和极小值 f(-2)
D.函数 f(x)有极大值 f(-2)和极小值 f(2)
解析:选 D 由题图可知,当 x<-2 时,f′(x)>0;当 x=-2 时,f′(x)=0;当-2
<x<1 时,f′(x)<0;当 1<x<2 时,f′(x)<0;当 x=2 时,f′(x)=0;当 x>2 时,f′(x)
>0.由此可得函数 f(x)在 x=-2 处取得极大值,在 x=2 处取得极小值.故选 D.
角度二:已知函数求极值
2.已知函数 f(x)=x-1+a
ex(a∈R,e 为自然对数的底数).
(1)若曲线 y=f(x)在点(1,f(1))处的切线平行于 x 轴,求 a 的值;
(2)求函数 f(x)的极值.
解:(1)由 f(x)=x-1+a
ex
,得 f′(x)=1-a
ex.
又曲线 y=f(x)在点(1,f(1))处的切线平行于 x 轴,
得 f′(1)=0,即 1-a
e
=0,解得 a=e.
(2)f′(x)=1-a
ex
,
①当 a≤0 时,f′(x)>0,f(x)为(-∞,+∞)上的增函数,所以函数 f(x)无极值.
②当 a>0 时,令 f′(x)=0,得 ex=a,即 x=ln a.当 x∈(-∞,ln a)时,f′(x)<0;
当 x∈(ln a,+∞)时,f′(x)>0,所以 f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,在(ln a,+∞)上单
调递增,故 f(x)在 x=ln a 处取得极小值,且极小值为 f(ln a)=ln a,无极大值.
综上,当 a≤0 时,函数 f(x)无极值;当 a>0 时,f(x)在 x=ln a 处取得极小值 ln a,无
极大值.
角度三:已知极值求参数值或范围
3.设函数 f(x)=ln x-1
2ax2-bx,若 x=1 是 f(x)的极大值点,则 a 的取值范围是( )
A.(-1,0) B.(-1,+∞)
C.(0,1) D.(1,+∞)
解析:选 B f′(x)=1
x
-ax-b(x>0),
因为 x=1 是 f(x)的极大值点,
所以 f′(1)=1-a-b=0,即 b=1-a,
则 f′(x)=1
x
-ax-1+a=1-xax+1
x (x>0),
当 a<0 时,因为 x=1 是 f(x)的极大值点,
所以 f(x)在(0,1), -1
a
,+∞ 上是增函数,在 1,-1
a 上是减函数,
则-1
a>1,即-10 时,f(x)在 (0,1)是增函数,在(1,+∞)上是减函数,
所以 x=1 是 f(x)的极大值点.
综上,a 的取值范围是(-1,+∞).
4.(2018·江西八校联考)已知函数 f(x)=x(ln x-ax)有两个极值点,则实数 a 的取值范
围是( )
A.(-∞,0) B. 0,1
2
C.(0,1) D.(0,+∞)
解析:选 B ∵f(x)=x(ln x-ax),
∴f′(x)=ln x-2ax+1,
故 f′(x)在(0,+∞)上有两个不同的零点,
令 f′(x)=0,则 2a=ln x+1
x
,
设 g(x)=ln x+1
x
,则 g′(x)=-ln x
x2
,
∴g(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,
又∵当 x→0 时,g(x)→-∞,当 x→+∞时,g(x)→0,
而 g(x)max=g(1)=1,
∴只需 0<2a<1,
即 0<a<1
2.
[方法技巧]
利用导数研究函数极值的一般流程
运用导数解决函数的最值问题
[典例] (2018·日照模拟)设函数 f(x)=(x-1)ex-kx2(k∈R).
(1)当 k=1 时,求函数 f(x)的单调区间;
(2)当 k∈
1
2
,1 时,求函数 f(x)在[0,k]上的最大值 M.
[解] (1)当 k=1 时,f(x)=(x-1)ex-x2,
∴f′(x)=ex+(x-1)ex-2x=x(ex-2).
令 f′(x)=0,得 x1=0,x2=ln 2.
当 x 变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x (-∞,0) 0 (0,ln 2) ln 2 (ln 2,+∞)
f′(x) + 0 - 0 +
f(x) 极大值 极小值
由表可知, 函数 f(x)的递减区间为(0,ln 2),递增区间为(-∞,0),(ln 2,+∞).
(2)f′(x)=ex+(x-1)ex-2kx=x(ex-2k),
∵1
2
<k≤1,∴1<2k≤2,
由(1)可知 f(x)在(0,ln 2k)上单调递减,在(ln 2k,+∞)上单调递增.
设 g(x)=x-ln 2x
1
2
<x≤1 ,
则 g′(x)=1-1
x
,
∵1
2
<x≤1,∴1≤1
x
<2,∴-1<1-1
x
≤0,
∴g(x)=x-ln 2x 在
1
2
,1 上单调递减,
∵1
2
<x≤1,
∴g(x)>g(1)=1-ln 2>0,
∴k-ln 2k>0,即 k>ln 2k,
∴f(x)在(0,ln 2k)上单调递减,在(ln 2k,k)上单调递增,
∴f(x)在[0,k]上的最大值应在端点处取得.
而 f(0)=-1,f(k)=(k-1)ek-k3,
下面比较 f(0)与 f(k)的大小.
令 h(k)=f(k)-f(0)=(k-1)ek-k3+1,
则 h′(k)=k(ek-3k),
再令φ(k)=ek-3k,则φ′(k)=ek-3<e-3<0,
∴φ(k)在
1
2
,1 上递减,
而φ
1
2 ·φ(1)= e-3
2 (e-3)<0,
∴存在 x0∈
1
2
,1 使得φ(x0)=0,且当 k∈
1
2
,x0 时,φ(k)>0,当 k∈(x0,1)时,φ(k)<0,
∴h(k)在
1
2
,x0 上单调递增,在(x0,1)上单调递减.
又 h
1
2 =-1
2 e+7
8
>0,h(1)=0.
∴h(k)≥0 在
1
2
,1 上恒成立,当且仅当 k=1 时取“=”.综上,函数 f(x)在[0,k]上
的最大值 M=(k-1)ek-k3.
[方法技巧]
求函数 f(x)在[a,b]上的最值的步骤
(1)求函数在(a,b)内的极值;
(2)求函数在区间端点的函数值 f(a),f(b);
(3)将函数 f(x)的极值与 f(a),f(b)比较,其中最
大的一个为最大值,最小的一个为最小值.
[即时演练]
1.若函数 f(x)=1
3x3+x2-2
3
在区间(a,a+5)上存在最小值,则实数 a 的取值范围是( )
A.[-5,0) B.(-5,0)
C.[-3,0) D.(-3,0)
解析:选 C 由题意,f′(x)=x2+2x=x(x+2),故 f(x)
在(-∞,-2),(0,+∞)上是增函数,在(-2,0)上是减函数,作出其图象如图所示,令 1
3x3
+x2-2
3
=-2
3
得,x=0 或 x=-3,则结合图象可知
-3≤a<0,
a+5>0,
解得 a∈[-3,0),故选
C.
2.(2018·南昌模拟)已知函数 f(x)=(2x-4)ex+a(x+2)2(x>0,a∈R,e 是自然对数的底
数).
(1)若 f(x)是(0,+∞)上的单调递增函数,求实数 a 的取值范围;
(2)当 a∈ 0,1
2 时,证明:函数 f(x)有最小值,并求函数 f(x)的最小值的取值范围.
解:(1)f′(x)=2ex+(2x-4)ex+2a(x+2)=(2x-2)ex+2a(x+2),依题意,当 x>0 时,
函数 f′(x)≥0 恒成立,即 a≥-x-1ex
x+2
恒成立,记 g(x)=-x-1ex
x+2
,
则 g′(x)=-xexx+2-x-1ex
x+22
=-x2+x+1ex
x+22 <0,
所以 g(x)在(0,+∞)上单调递减,
所以 g(x)0,
所以 y=f′(x)是(0,+∞)上的增函数.
又 f′(0)=4a-2<0,f′(1)=6a>0,
所以存在 t∈(0,1),使得 f′(t)=0,
当 x∈(0,t)时,f′(x)<0,当 x∈(t,+∞)时,f′(x)>0,
所以 f(x)min=f(t)=(2t-4)et+a(t+2)2.
由 f′(t)=0⇒a=-t-1et
t+2
,
则 f(x)min=f(t)=(2t-4)et-(t-1)(t+2)et=et(-t2+t-2).
记 h(t)=et(-t2+t-2),
则 h′(t)=et(-t2-t-1)<0,t∈(0,1),
所以当 t∈(0,1)时,h(1)0,解得 x<-2 或 x>1,
令 f′(x)<0,解得-23,其中 k∈Z.由题意,存在整数 k 使得不等式 m21- k+1
2 2>3 成立.当
k≠-1 且 k≠0 时,必有 k+1
2 2>1,此时不等式显然不能成立,故 k=-1 或 k=0,此时,
不等式即为 3
4m2>3,解得 m<-2 或 m>2.
3.(2013·全国卷Ⅱ)已知函数 f(x)=x3+ax2+bx+c,下列结论中错误的是( )
A.∃x0∈R,f(x0)=0
B.函数 y=f(x)的图象是中心对称图形
C.若 x0 是 f(x)的极小值点,则 f(x)在区间(-∞,x0)单调递减
D.若 x0 是 f(x)的极值点,则 f′(x0)=0
解析:选 C 因为函数 f(x)的值域为 R,所以一定存在 x0∈R,使 f(x0)=0,故 A 正确,
函数 f(x)的解析式可以通过配方的方法化为形如(x+m)3+n(x+m)+h 的形式,通过平移函
数图象,函数的解析式可以化为 y=x3+nx 的形式,这是一个奇函数,其图象关于坐标原点
对称,故函数 f(x)的图象是中心对称图形,选项 B 中的结论正确;由于 f′(x)=3x2+2ax+
b 是二次函数,若 f(x)有极小值点 x0,必定有一个极大值点 x1,且 x10,所以 f(x)在(0,+∞)上单调递增.
若 a>0,则当 x∈ 0,1
a 时,f′(x)>0;
当 x∈
1
a
,+∞ 时,f′(x)<0.
所以 f(x)在 0,1
a 上单调递增,在
1
a
,+∞ 上单调递减.
(2)由(1)知,当 a≤0 时,f(x)在(0,+∞)上无最大值;
当 a>0 时,f(x)在 x=1
a
处取得最大值,最大值为
f
1
a =ln
1
a +a 1-1
a =-ln a+a-1.
因此 f
1
a >2a-2 等价于 ln a+a-1<0.
令 g(a)=ln a+a-1,则 g(a)在(0,+∞)上单调递增,g(1)=0.
于是,当 01 时,g(a)>0.
因此,a 的取值范围是(0,1).
5.(2013·全国卷Ⅱ)已知函数 f(x)=x2e-x.
(1)求 f(x)的极小值和极大值;
(2)当曲线 y=f(x)的切线 l 的斜率为负数时,求 l 在 x 轴上截距的取值范围.
解:(1)f(x)的定义域为(-∞,+∞),
f′(x)=-e-xx(x-2).①
当 x∈(-∞,0)或 x∈(2,+∞)时,f′(x)<0;当 x∈(0,2)时,f′(x)>0.
所以 f(x)在(-∞,0),(2,+∞)上单调递减,在(0,2)上单调递增.
故当 x=0 时,f(x)取得极小值,极小值为 f(0)=0;当 x=2 时,f(x)取得极大值,极大
值为 f(2)=4e-2.
(2)设切点为(t,f(t)),则 l 的方程为
y=f′(t)(x-t)+f(t).
所以 l 在 x 轴上的截距为
m(t)=t- ft
f′t
=t+ t
t-2
=t-2+ 2
t-2
+3.
由已知和①得 t∈(-∞,0)∪(2,+∞).
令 h(x)=x+2
x(x≠0),则当 x∈(0,+∞)时,h(x)的取值范围为[2 2,+∞);当 x∈(-
∞,-2)时,h(x)的取值范围是(-∞,-3).
所以当 t∈(-∞,0)∪(2,+∞)时,
m(t)的取值范围是(-∞,0)∪[2 2+3,+∞).
综上,l 在 x 轴上的截距的取值范围是(-∞,0)∪[2 2+3,+∞).
6.(2017·江苏高考)已知函数 f(x)=x3+ax2+bx+1(a>0,b∈R)有极值,且导函数 f′(x)
的极值点是 f(x)的零点.(极值点是指函数取极值时对应的自变量的值)
(1)求 b 关于 a 的函数关系式,并写出定义域;
(2)证明:b2>3a;
(3)若 f(x),f′(x)这两个函数的所有极值之和不小于-7
2
,求 a 的取值范围.
解:(1)由 f(x)=x3+ax2+bx+1,
得 f′(x)=3x2+2ax+b=3 x+a
3 2+b-a2
3 .
当 x=-a
3
时,f′(x)有极小值 b-a2
3 .
因为 f′(x)的极值点是 f(x)的零点,
所以 f
-a
3 =-a3
27
+a3
9
-ab
3
+1=0,
又 a>0,故 b=2a2
9
+3
a.
因为 f(x)有极值,故 f′(x)=0 有实根,
从而 b-a2
3
= 1
9a(27-a3)≤0,即 a≥3.
当 a=3 时,f′(x)>0(x≠-1),
故 f(x)在 R 上是增函数,f(x)没有极值;
当 a>3 时,f′(x)=0 有两个相异的实根
x1=-a- a2-3b
3
,x2=-a+ a2-3b
3
.
当 x 变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x (-∞,x1) x1 (x1,x2) x2 (x2,+∞)
f′(x) + 0 - 0 +
f(x) 极大值 极小值
故 f(x)的极值点是 x1,x2.
从而 a>3.
因此 b=2a2
9
+3
a
,定义域为(3,+∞).
(2)证明:由(1)知, b
a
=2a a
9
+ 3
a a .
设 g(t)=2t
9
+3
t
,则 g′(t)=2
9
-3
t2
=2t2-27
9t2 .
当 t∈
3 6
2
,+∞ 时,g′(t)>0,
从而 g(t)在
3 6
2
,+∞ 上单调递增.
因为 a>3,所以 a a>3 3,
故 g(a a)>g(3 3)= 3,即 b
a > 3.
因此 b2>3a.
(3)由(1)知,f(x)的极值点是 x1,x2,且 x1+x2=-2
3a,x21+x22=4a2-6b
9
.
从而 f(x1)+f(x2)=x31+ax21+bx1+1+x32+ax22+bx2+1=x1
3 (3x21+2ax1+b)+x2
3 (3x22+2ax2
+b)+1
3a(x21+x22)+2
3b(x1+x2)+2
=4a3-6ab
27
-4ab
9
+2=0.
记 f(x),f′(x)所有极值之和为 h(a),
因为 f′(x)的极值为 b-a2
3
=-1
9a2+3
a
,
所以 h(a)=-1
9a2+3
a
,a>3.
因为 h′(a)=-2
9a- 3
a2<0,
于是 h(a)在(3,+∞)上单调递减.
因为 h(6)=-7
2
,于是 h(a)≥h(6),故 a≤6.
因此 a 的取值范围为(3,6].
一、选择题
1.函数 f(x)=(x2-1)2+2 的极值点是( )
A.x=1 B.x=-1
C.x=1 或-1 或 0 D.x=0
解析:选 C ∵f(x)=x4-2x2+3,
∴由 f′(x)=4x3-4x=4x(x+1)(x-1)=0,
得 x=0 或 x=1 或 x=-1,
又当 x<-1 时,f′(x)<0,当-10,
当 01 时,f′(x)>0,
∴x=0,1,-1 都是 f(x)的极值点.
2.已知函数 f(x)=x3+ax2+bx-a2-7a 在 x=1 处取得极大值 10,则a
b
的值为( )
A.-2
3 B.-2
C.-2 或-2
3 D.2 或-2
3
解 析 : 选 A 由 题 意 知 , f′(x) = 3x2 + 2ax + b , f′(1) = 0 , f(1) = 10 , 即
3+2a+b=0,
1+a+b-a2-7a=10,
解得 a=-2,
b=1
或 a=-6,
b=9,
经检验 a=-6,
b=9
满足题意,
故a
b
=-2
3.
3.(2018·浙江瑞安中学月考)已知函数 f(x)=x3+bx2+cx 的图象如
图所示,则 x21+x 22等于( )
A.2
3 B.4
3
C.8
3 D.16
3
解析:选 C 由图象可知 f(x)过点(1,0)与(2,0),x1,x2 是函数 f(x)的极值点,因此 1+b
+c=0,8+4b+2c=0,解得 b=-3,c=2,所以 f(x)=x3-3x2+2x,所以 f′(x)=3x2-6x
+2.x1,x2 是方程 f′(x)=3x2-6x+2=0 的两根,因此 x1+x2=2,x1x2=2
3
,所以 x21+x22=(x1
+x2)2-2x1x2=4-4
3
=8
3.
4.已知函数 f(x)=x3+ax2+bx+c,x∈[-2,2]表示的曲线过原点,且在 x=±1 处的切
线斜率均为-1,有以下命题:
①f(x)的解析式为:f(x)=x3-4x,x∈[-2,2];
②f(x)的极值点有且仅有一个;
③f(x)的最大值与最小值之和等于零.
其中正确的命题个数为( )
A.0 B.1
C.2 D.3
解析:选 C f′(x)=3x2+2ax+b,
因为函数 f(x)=x3+ax2+bx+c,x∈[-2,2]表示的曲线过原点,且在 x=±1 处的切线斜
率均为-1,
所以
f′1=3+2a+b=-1,
f′-1=3-2a+b=-1,
c=0,
解得
a=0,
b=4,
c=0,
则 f(x)=x3-4x,x∈[-2,2],故①正确;
f′(x)=3x2-4,令 f′(x)=0,解得 x=±2 3
3
∈[-2,2],
易知,x=±2 3
3
均为函数的极值点,故②错误;
易知函数 f(x)=x3-4x,x∈[-2,2]是奇函数,所以最大值与最小值之和为 0,故③正确.
因此,正确命题的个数为 2,故选 C.
5.(2017·长沙二模)已知函数 f(x)= x
x2+a(a>0)在[1,+∞)上的最大值为 3
3
,则 a 的值
为( )
A. 3-1 B.3
4
C.4
3 D. 3+1
解析:选 A 由 f(x)= x
x2+a
,得 f′(x)= a-x2
x2+a2
,当 a>1 时,若 x> a,则 f′(x)<0,
f(x)单调递减,若 1<x< a,则 f′(x)>0,f(x)单调递增,故当 x= a时,函数 f(x)有最大值
1
2 a
= 3
3
,得 a=3
4
<1,不合题意;当 a=1 时,函数 f(x)在[1,+∞)上单调递减,最大值
为 f(1)=1
2
,不合题意;当 0<a<1 时,函数 f(x)在 [1,+∞)上单调递减,此时最大值为 f(1)
= 1
a+1
= 3
3
,得 a= 3-1,符合题意.故 a 的值为 3-1,选 A.
6.设函数 f(x)=3xex,若存在唯一的整数 x0,使得 f(x0)-1 时,f′(x)>0,当 x<-1 时,f′(x)<0,所以
当 x=-1 时,f(x)取得最小值为 f(-1)=-3
e
,因此,要使“存在唯一的整数 x0,使得 f(x0)0).
设 g(x)=ex
x(x>0),则 g′(x)=x-1ex
x2
,
∴g(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增.
∴g(x)在(0,+∞)上有最小值,为 g(1)=e,结合 g(x)=ex
x
与 y=k 的图象可知,要满足
题意,只需 k≤e.
答案:(-∞,e]
9.(2018·湘中名校联考)已知函数 g(x)=a-x21
e
≤x≤e,e 为自然对数的底数与 h(x)=2ln
x 的图象上存在关于 x 轴对称的点,则实数 a 的取值范围是________.
解析:由题意,知方程 x2-a=2ln x,即-a=2ln x-x2 在
1
e
,e 上有解.设 f(x)=2ln x
-x2,则 f′(x)=2
x
-2x=-2x+1x-1
x .易知 x∈
1
e
,1 时,f′(x)>0,x∈[1,e]时 f′(x)<0,
所以函数 f(x)在
1
e
,1 上单调递增,在[1,e]上单调递减,所以 f(x)极大值=f(1)=-1,又 f(e)
=2-e2,f
1
e =-2-1
e2
,f(e)0 时,f(x)在[1,e]上单调递增,
则 f(x)在[1,e]上的最大值为 f(e)=a.
故当 a≥2 时,f(x)在[-1,e]上的最大值为 a;
当 a<2 时,f(x)在[-1,e]上的最大值为 2.
11.(2018·威海调研)已知函数 f(x)= x
ln x
+ax(x>1).
(1)若 f(x)在(1,+∞)上单调递减,求实数 a 的取值范围;
(2)若 a=2,求函数 f(x)的极小值;
(3)在(2)的条件下,若方程(2x-m)ln x+x=0 在(1,e]上有两个不等实根,求实数 m 的
取值范围.
解:(1)∵f(x)= x
ln x
+ax(x>1).
∴f′(x)=ln x-1
ln x2
+a.由题意可得 f′(x)≤0 在(1,+∞)
上恒成立,即 a≤ 1
ln x2
- 1
ln x
=
1
ln x
-1
2 2-1
4
,对 x∈(1,+∞)恒成立.
∵x∈(1,+∞),∴ln x∈(0,+∞),
∴ 1
ln x
-1
2
=0 时,函数 t(x)=
1
ln x
-1
2 2-1
4
的最小值为-1
4
,∴a≤-1
4.
故实数 a 的取值范围为 -∞,-1
4 .
(2)当 a=2 时,f(x)= x
ln x
+2x,
f′(x)=ln x-1+2ln x2
ln x2
=2ln x-1ln x+1
ln x2 .
由 f′x=0,
x>1,
得 x=e1
2.
则当 x 变化时,f′(x)与 f(x)在(1,+∞)上的变化情况如下表:
x e1
2
f′(x) - 0 +
f(x) 极小值 f e1
2
∴f(x)极小值=f(e1
2)=
e1
2
1
2
+2e1
2
=4 e.
(3)∵x>1,
∴(2x-m)ln x+x=0⇔2x-m+ x
ln x
=0⇔m= x
ln x
+2x,
∴方程(2x-m)ln x+x=0 在(1,e]上有两个不等实根,
即函数 f(x)与函数 y=m 在(1,e]上有两个不同的交点.
由(2)可知,f(x)在 1,e1
2 上单调递减,在 e1
2
,e 上单调递增且 f e1
2 =4 e,f(e)=3e,
∴当 x→1 时, x
ln x
→+∞,
∴4 e<m≤3e,
故实数 m 的取值范围是(4 e,3e].
12.已知函数 f(x)=ln x+x2-ax(a∈R).
(1)当 a=3 时,求函数 f(x)的单调区间;
(2)若函数 f(x)有两个极值点 x1,x2,且 x1∈(0,1],证明 f(x1)-f(x2)≥-3
4
+ln 2.
解:f′(x)=1
x
+2x-a=2x2-ax+1
x (x>0).
(1)当 a=3 时,f′(x)=2x2-3x+1
x .
令 f′(x)=0,得 x=1
2
或 x=1.
所以当 01 时,f′(x)>0;当1
20 时,
-a- a2
4
3
=-a
2
=c,不符合题意;
当 a<0 时,
-a- a2
4
3
=-a
60,
只需
m-1
2
>0,
Δ=1-m2-4>0,
解得 m>1,
m>3 或 m<-1,
即 m>3.
所以实数 m 的取值范围为(3,+∞).
(2)f′(x)=x2+1-mx+1
x
,
令 f′(x)=0,即 x2+(1-m)x+1=0,
由题知,两根分别为 x1,x2,则 x1+x2=m-1,
x1x2=1,
又因为 f(x1)-f(x2)=1
2x21+(1-m)x1+ln x1-1
2x22-(1-m)x2-ln x2=1
2(x21-x22)+(1-
m)(x1-x2)+ln x1
x2
=1
2(x21-x22)-(x21-x22)+ln x1
x2
=ln x1
x2
-1
2(x21-x22)=ln x1
x2
-1
2
x21-x22
x1x2 =ln x1
x2
-1
2
x1
x2
-x2
x1 .
令x1
x2
=t,由于 x10),
f′(x)=1- 2
x2
-1
x
=x+1x-2
x2
,
当 1<x<2 时,f′(x)<0,f(x)单调递减;当 2<x<e 时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
∴当 x=2 时,f(x)取得极小值 f(2)=3-ln 2.
又∵f(1)=3,f(e)=e-1+2
e
,即有 f(1)>f(e),
∴方程 f(x)=b 在区间[1,e]上有两个不同的实数根,则有 f(2)<b≤f(e),
即 3-ln 2<b≤e-1+2
e.
故实数 b 的取值范围为 3-ln 2,e-1+2
e .
利用导数研究与不等式有关的问题
导数在不等式中的应用问题是每年高考的必考内容,且以解答题的形式考查,难度较
大,属中高档题.
常见的命题角度有:
1证明不等式;
2不等式恒成立问题.
角度一:证明不等式
1.(2016·全国卷Ⅲ)设函数 f(x)=ln x-x+1.
(1)讨论 f(x)的单调性;
(2)证明当 x∈(1,+∞)时,1<x-1
ln x
<x;
(3)设 c>1,证明当 x∈(0,1)时,1+(c-1)x>cx.
解:(1)由题设,f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=1
x
-1,令 f′(x)=0,解得 x=1.
当 0<x<1 时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
当 x>1 时,f′(x)<0,f(x)单调递减.
(2)证明:由(1)知,f(x)在 x=1 处取得最大值,
最大值为 f(1)=0.
所以当 x≠1 时,ln x<x-1.
故当 x∈(1,+∞)时,ln x<x-1,ln 1
x
<1
x
-1,
即 1<x-1
ln x
<x.
(3)证明:由题设 c>1,设 g(x)=1+(c-1)x-cx,
则 g′(x)=c-1-cxln c.
令 g′(x)=0,解得 x0=
lnc-1
ln c
ln c
.
当 x<x0 时,g′(x)>0,g(x)单调递增;
当 x>x0 时,g′(x)<0,g(x)单调递减.
由(2)知 1<c-1
ln c
<c,故 0<x0<1.
又 g(0)=g(1)=0,故当 0<x<1 时,g(x)>0.
所以当 x∈(0,1)时,1+(c-1)x>cx.
[方法技巧]
利用导数证明不等式的方法
可以从所证不等式的结构和特点出发,结合已有的知识利用转化与化归思想,构造一
个新的函数,再借助导数确定函数的单调性,利用单调性实现问题的转化,从而使不等式
得到证明,其一般步骤是:构造可导函数→研究单调性或最值→得出不等关系→整理得出
结论.
如:证明:f(x)>g(x)(x∈D),令 F(x)=f(x)-g(x),x∈D,只需证明 F(x)min>0(x∈D)
即可,从而把证明不等式问题转化求 F(x)min 问题.
角度二:不等式恒成立问题
2.(2016·四川高考)设函数 f(x)=ax2-a-ln x,其中 a∈R.
(1)讨论 f(x)的单调性;
(2)确定 a 的所有可能取值,使得 f(x)>1
x
-e1-x 在区间(1,+∞)内恒成立(e=2.718…为
自然对数的底数).
解:(1)f′(x)=2ax-1
x
=2ax2-1
x (x>0).
当 a≤0 时,f′(x)<0,f(x)在(0,+∞)内单调递减.
当 a>0 时,由 f′(x)=0,有 x= 1
2a .
此时,当 x∈ 0, 1
2a 时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当 x∈
1
2a
,+∞ 时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
(2)令 g(x)=1
x
- 1
ex-1
=ex-1-x
xex-1
,s(x)=ex-1-x,
则 s′(x)=ex-1-1.
而当 x>1 时,s′(x)>0,
所以 s(x)在区间(1,+∞)内单调递增.
又由 s(1)=0,则 s(x)>0,
从而当 x>1 时,g(x)>0.
当 a≤0,x>1 时,f(x)=a(x2-1)-ln x<0.
故当 f(x)>g(x)在区间(1,+∞)内恒成立时,必有 a>0.
当 0<a<1
2
时, 1
2a
>1.
由(1)有 f
1
2a <f(1)=0,而 g
1
2a >0,
所以此时 f(x)>g(x)在区间(1,+∞)内不恒成立.
当 a≥1
2
时,令 h(x)=f(x)-g(x)(x≥1).
当 x>1 时,h′(x)=2ax-1
x
+ 1
x2
-e1-x>x-1
x
+ 1
x2
-1
x
=x3-2x+1
x2
>x2-2x+1
x2
>0.
因此,h(x)在区间(1,+∞)内单调递增.
又因为 h(1)=0,所以当 x>1 时,h(x)=f(x)-g(x)>0,
即 f(x)>g(x)恒成立.
综上,a∈
1
2
,+∞
.
[方法技巧]
1.利用导数研究不等式恒成立问题的思路
首先要构造函数,利用导数研究函数的单调性,求出最值,进而得出相应的含参不等
式,从而求出参数的取值范围;也可分离变量,构造函数,直接把问题转化为函数的最值
问题.
2.不等式成立(恒成立)问题常见转化方法
(1)f(x)≥a 恒成立⇒f(x)min≥a,f(x)≥a 成立⇒f(x)max≥a.
(2)f(x)≤b 恒成立⇔f(x)max≤b,f(x)≤b 成立⇔f(x)min≤b.
(3)f(x)>g(x)恒成立 Fx=fx-gx
F(x)min>0.
(4)①∀x1∈M,∀x2∈N,
f(x1)>g(x2)⇔f(x1)min>g(x2)max.
②∀x1∈M,∃x2∈N,
f(x1)>g(x2)⇔f(x1)min>g(x2)min.
③∃x1∈M,∃x2∈N,
f(x1)>g(x2)⇔f(x1)max>g(x)min.
④∃x1∈M,∀x2∈N,
f(x1)>g(x2)⇔f(x1)max>g(x2)max.
1.(2017·全国卷Ⅰ)已知函数 f(x)=ae2x+(a-2)ex-x.
(1)讨论 f(x)的单调性;
(2)若 f(x)有两个零点,求 a 的取值范围.
解:(1)f(x)的定义域为(-∞,+∞),
f′(x)=2ae2x+(a-2)ex-1=(aex-1)(2ex+1).
(ⅰ)若 a≤0,则 f′(x)<0,
所以 f(x)在(-∞,+∞)上单调递减.
(ⅱ)若 a>0,则由 f′(x)=0,得 x=-ln a.
当 x∈(-∞,-ln a)时,f′(x)<0;
当 x∈(-ln a,+∞)时,f′(x)>0.
所以 f(x)在(-∞,-ln a)上单调递减,在(-ln a,+∞)上单调递增.
(2)(ⅰ)若 a≤0,由(1)知,f(x)至多有一个零点.
(ⅱ)若 a>0,由(1)知,当 x=-ln a 时,f(x)取得最小值,最小值为 f(-ln a)=1-1
a
+ln a.
①当 a=1 时,由于 f(-ln a)=0,
故 f(x)只有一个零点;
②当 a∈(1,+∞)时,由于 1-1
a
+ln a>0,
即 f(-ln a)>0,故 f(x)没有零点;
③当 a∈(0,1)时,1-1
a
+ln a<0,即 f(-ln a)<0.
又 f(-2)=ae-4+(a-2)e-2+2>-2e-2+2>0,
故 f(x)在(-∞,-ln a)有一个零点.
设正整数 n0 满足 n0>ln
3
a
-1 ,
则 f(n0)=en0(aen0+a-2)-n0>en0-n0>2n0-n0>0.
由于 ln
3
a
-1 >-ln a,
因此 f(x)在(-ln a,+∞)有一个零点.
综上,a 的取值范围为(0,1).
2.(2017·全国卷Ⅲ)已知函数 f(x)=x-1-aln x.
(1)若 f(x)≥0,求 a 的值;
(2)设 m 为整数,且对于任意正整数 n, 1+1
2 · 1+ 1
22 ·…· 1+ 1
2n 0,由 f′(x)=1-a
x
=x-a
x
知,当 x∈(0,a)时,f′(x)<0;当 x∈(a,+∞)时,
f′(x)>0.
所以 f(x)在(0,a)上单调递减,在(a,+∞)上单调递增.
故 x=a 是 f(x)在(0,+∞)的唯一最小值点.
由于 f(1)=0,所以当且仅当 a=1 时,f(x)≥0.
故 a=1.
(2)由(1)知当 x∈(1,+∞)时,x-1-ln x>0.
令 x=1+ 1
2n
,得 ln 1+ 1
2n < 1
2n.
从而 ln 1+1
2 +ln 1+ 1
22 +…+ln 1+ 1
2n <1
2
+ 1
22
+…+ 1
2n
=1- 1
2n<1.
故 1+1
2 1+ 1
22 ·…· 1+ 1
2n 2,
所以 m 的最小值为 3.
3.(2016·全国卷Ⅰ)已知函数 f(x)=(x-2)ex+a(x-1)2 有两个零点.
(1)求 a 的取值范围;
(2)设 x1,x2 是 f(x)的两个零点,证明:x1+x2<2.
解:(1)f′(x)=(x-1)ex+2a(x-1)=(x-1)(ex+2a).
①设 a=0,则 f(x)=(x-2)ex,f(x)只有一个零点.
②设 a>0,则当 x∈(-∞,1)时,f′(x)<0;
当 x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,
所以 f(x)在(-∞,1)内单调递减,在(1,+∞)内单调递增.
又 f(1)=-e,f(2)=a,取 b 满足 b<0 且 ba
2(b-2)+a(b-1)2=a b2-3
2b >0,
故 f(x)存在两个零点.
③设 a<0,由 f′(x)=0 得 x=1 或 x=ln(-2a).
若 a≥-e
2
,则 ln(-2a)≤1,
故当 x∈(1,+∞)时,
f′(x)>0,因此 f(x)在(1,+∞)内单调递增.
又当 x≤1 时,f(x)<0,所以 f(x)不存在两个零点.
若 a<-e
2
,则 ln(-2a)>1,
故当 x∈(1,ln(-2a))时,f′(x)<0;
当 x∈(ln(-2a),+∞)时,f′(x)>0.
因此 f(x)在(1,ln(-2a))内单调递减,在(ln(-2a),+∞)内单调递增.
又当 x≤1 时,f(x)<0,所以 f(x)不存在两个零点.
综上,a 的取值范围为(0,+∞).
(2)证明:不妨设 x1f(2-x2),即 f(2-x2)<0.
由于 f(2-x2)=-x2e2-x2+a(x2-1)2,
而 f(x2)=(x2-2)ex2+a(x2-1)2=0,
所以 f(2-x2)=-x2e2-x2-(x2-2)ex2.
设 g(x)=-xe2-x-(x-2)ex,
则 g′(x)=(x-1)(e2-x-ex).
所以当 x>1 时,g′(x)<0,而 g(1)=0,
故当 x>1 时,g(x)<0.
从而 g(x2)=f(2-x2)<0,故 x1+x2<2.
4.(2015·全国卷Ⅰ)设函数 f(x)=e2x-aln x.
(1)讨论 f(x)的导函数 f′(x)零点的个数;
(2)证明:当 a>0 时,f(x)≥2a+aln2
a.
解:(1)f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=2e2x-a
x.
当 a≤0 时,f′(x)>0,f′(x)没有零点;
当 a>0 时,设 u(x)=e2x,v(x)=-a
x
,
因为 u(x)=e2x 在(0,+∞)上单调递增,v(x)=-a
x
在(0,+∞)上单调递增,
所以 f′(x)在(0,+∞)上单调递增.
又 f′(a)>0,当 b 满足 00 时,f′(x)存在唯一零点.
(2)证明:由(1),可设 f′(x)在(0,+∞)上的唯一零点为 x0,当 x∈(0,x0)时,f′(x)<0;
当 x∈(x0,+∞)时,f′(x)>0.
故 f(x)在(0,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增,
所以当 x=x0 时,f(x)取得最小值,最小值为 f(x0).
由于 2e2x0- a
x0
=0,
所以 f(x0)= a
2x0
+2ax0+aln2
a
≥2a+aln2
a.
故当 a>0 时,f(x)≥2a+aln2
a.
1.(2014·全国卷Ⅰ)设函数 f(x)=aln x+1-a
2
x2-bx(a≠1),曲线 y=f(x)在点(1,f(1))
处的切线斜率为 0.
(1)求 b;
(2)若存在 x0≥1,使得 f(x0)< a
a-1
,求 a 的取值范围.
解:(1)f′(x)=a
x
+(1-a)x-b.
由题设知 f′(1)=0,解得 b=1.
(2)f(x)的定义域为(0,+∞),
由(1)知,f(x)=aln x+1-a
2
x2-x,
f′(x)=a
x
+(1-a)x-1=1-a
x
x- a
1-a (x-1).
①若 a≤1
2
,则 a
1-a
≤1,故当 x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)在(1,+∞)上单调递增.
所以,存在 x0≥1,使得 f(x0)< a
a-1
的充要条件为 f(1)< a
a-1
,即1-a
2
-1< a
a-1
,解得-
2-11,故当 x∈ 1, a
1-a 时,f′(x)<0;当 x∈
a
1-a
,+∞
时,f′(x)>0,
f(x)在 1, a
1-a 上单调递减,在
a
1-a
,+∞
上单调递增.
所以,存在 x0≥1,使得 f(x0)< a
a-1
的充要条件为 f
a
1-a < a
a-1.
而 f
a
1-a =aln a
1-a
+ a2
21-a
+ a
a-1
> a
a-1
,所以不符合题意.
③若 a>1,则 f(1)=1-a
2
-1=-a-1
2
< a
a-1.
综上,a 的取值范围是(- 2-1, 2-1)∪(1,+∞).
2.已知函数 f(x)=ln x-a
x
+ a
x2(a∈R).
(1)若 a=1,求函数 f(x)的极值;
(2)若 f(x)在[1,+∞)内为单调增函数,求实数 a 的取值范围;
(3)对于 n∈N*,求证: 1
1+12
+ 2
2+12
+ 3
3+12
+…+ n
n+120).
(1)若 a=1,则 f′(x)=x2+x-2
x3
,令 f′(x)=0,得 x=1 或 x=-2(舍去),
由 f′(x)>0,得 x>1,由 f′(x)<0,得 01 时,即 a<-2 时,g
-a
2 ≥0⇒-8≤a≤0,所以-8≤a<-2,
综上,实数 a 的取值范围为[-8,1].
(3)证明:当 a=1 时,由(1)知,f(x)在[1,+∞)上单调递增,
即 x>1 时,f(x)>f(1)=0,即 ln x>1
x
- 1
x2
,
令 x=n+1
n (n∈N*),因为n+1
n >1,
所以 ln n+1
n > n
n+1
- n2
n+12
= n
n+12
,
所以错误! i
i+12h(0)=0,∴g′(x)>0,
∴g(x)在(0,+∞)上单调递增,
∴g(x)>g(0)=0(不合题意).
②当 3a≥1,即 a≥1
3
时,h′(x)≤0,
∴h(x)在(0,+∞)上单调递减,
∴h(x)0,h′(π)=-1-3a<0,∴在(0,π)
上,∃x0 使 h′(x0)=0,
且 x∈(0,x0)时,h′(x)>0⇒g′(x)>0,∴g(x)在(0,x0)上单调递增,
∴存在 g(x)>g(0)=0(不符合题意),
综上,a 的取值范围为
1
3
,+∞
.
4.(2017·天津高考)设 a∈Z,已知定义在 R 上的函数 f(x)=2x4+3x3-3x2-6x+a 在区
间(1,2)内有一个零点 x0,g(x)为 f(x)的导函数.
(1)求 g(x)的单调区间;
(2)设 m∈[1,x0)∪(x0,2],函数 h(x)=g(x)(m-x0)-f(m),求证:h(m)h(x0)<0;
(3)求证:存在大于 0 的常数 A,使得对于任意的正整数 p,q,且p
q
∈[1,x0)∪(x0,2],满
足|p
q
-x0|≥ 1
Aq4.
解:(1)由 f(x)=2x4+3x3-3x2-6x+a,
可得 g(x)=f′(x)=8x3+9x2-6x-6,
进而可得 g′(x)=24x2+18x-6.
令 g′(x)=0,解得 x=-1 或 x=1
4.
当 x 变化时,g′(x),g(x)的变化情况如下表:
x (-∞,-1)
g′(x) + - +
g(x)
所以 g(x)的单调递增区间是(-∞,-1),
1
4
,+∞ ,单调递减区间是 -1,1
4 .
(2)证明:由 h(x)=g(x)(m-x0)-f(m),
得 h(m)=g(m)(m-x0)-f(m),
h(x0)=g(x0)(m-x0)-f(m).
令函数 H1(x)=g(x)(x-x0)-f(x),
则 H1′(x)=g′(x)(x-x0).
由(1)知,当 x∈[1,2]时,g′(x)>0,
故当 x∈[1,x0)时,H1′(x)<0,H1(x)单调递减;
当 x∈(x0,2]时,H1′(x)>0,H1(x)单调递增.
因此,当 x∈[1,x0)∪(x0,2]时,H1(x)>H1(x0)=-f(x0)=0,可得 H1(m)>0,即 h(m)>0.
令函数 H2(x)=g(x0)(x-x0)-f(x),
则 H2′(x)=g(x0)-g(x).
由(1)知 g(x)在[1,2]上单调递增,
故当 x∈[1,x0)时,H2′(x)>0,H2(x)单调递增;
当 x∈(x0,2]时,H2′(x)<0,H2(x)单调递减.
因此,当 x∈[1,x0)∪(x0,2]时,H2(x)0,故 f(x)在[1,2]上单调递增,所以 f(x)在区间[1,2]上除 x0 外没
有其他的零点,而p
q
≠x0,故 f
p
q ≠0.
又因为 p,q,a 均为整数,
所以|2p4+3p3q-3p2q2-6pq3+aq4|是正整数,
从而|2p4+3p3q-3p2q2-6pq3+aq4|≥1.
所以|p
q
-x0|≥ 1
g2q4.
所以只要取 A=g(2),就有|p
q
-x0|≥ 1
Aq4.
已知函数 f(x)=ln(1+x)-x,g(x)=x2+2x+a
x+2
(a∈R).
(1)求函数 f(x)的单调区间及最值;
(2)若对∀x>0,f(x)+g(x)>1 恒成立,求 a 的取值范围;
解:(1)f(x)的定义域为(-1,+∞),
f′(x)= 1
1+x
-1=- x
1+x
,
由 f′(x)>0,得-1