《3.5 导数的综合应用》导学案.doc

3.5 导数的综合应用导学案课程学习目标1.能利用导数研究函数的单调性、极值、最值等.2.能利用导数研究函数的一些综合性问题.课程导学建议重点:利用导数研究函数的性质.难点:导数的综合应用.第一层级 知识记忆与理解知识体系梳理复习导入函数与导数是高中数学的核心内容，函数思想贯穿中学数学全过程.导数作为工具，提供了研究函数性质的一般性方法.作为“平台”，可以把函数、方程、不等式、圆锥曲线等有机地联系在一起，在能力立意的命题思想指导下，与导数相关的问题已成为高考数学命题的必考考点之一.函数与方程、不等式相结合是高考热点与难点.重点知识问题1:在某个区间(a，b)内，如果f(x)0，那么函数y=f(x)在这个区间内单调递增；如果f(x)0(或0)只是函数f(x)在该区间单调递增(或递减)的充分条件，可导函数f(x)在(a，b)上单调递增(或递减)的充要条件是:对任意x(a，b)，都有f(x)0(或0)且f(x)在(a，b)的任意子区间上都不恒为零.利用此充要条件可以方便地解决“已知函数的单调性，反过来确定函数解析式中的参数的值或范围”问题.问题2:设函数f(x)在点x0附近有定义，如果对x0附近所有的点x，都有f(x)f(x0)，那么f(x0)是函数的一个极小值，记作y极小值=f(x0)，极大值与极小值统称为极值.导数f(x)=0的点不一定是函数y=f(x)的极值点，如使f(x)=0的点的左、右的导数值异号，则是极值点，其中左正右负点是极大值点，左负右正点是极小值点.极大值未必大于极小值.问题3:将函数y=f(x)在(a，b)内的各极值与端点处的函数值f(a)，f(b)比较，其中最大的一个是最大值，最小的一个是最小值.知识链接利用导数解决不等式恒成立问题的“两种”常用方法:(1)分离参数法:第一步:将原不等式分离参数，转化为不含参数的函数的最值问题；第二步:利用导数求该函数的最值；第三步:根据要求得所求范围.(2)函数思想法:第一步:将不等式转化为某含待求参数的函数的最值问题；第二步:利用导数求该函数的极值(最值)；第三步:构建不等式求解.基础学习交流1.已知e为自然对数的底数，则函数y=xex的单调递增区间是( ).A.-1，+)B.(-，-1C.1，+)D.(-，1【解析】令y=ex(1+x)0，又ex0，1+x0，x-1.故选A.【答案】A2.已知曲线f(x)=ln x在点(x0，f(x0)处的切线经过点(0，-1)，则x0的值为( ).A.B.1C.e D.10【解析】依题意得，题中的切线方程是y-ln x0=(x-x0).又该切线经过点(0，-1)，于是有-1-ln x0=(-x0)，由此得ln x0=0，x0=1，选B.【答案】B3.函数f(x)的定义域为开区间(a，b)，导函数f(x)在(a，b)内的图像如图所示，则函数f(x)在开区间(a，b)内有极小值点个.【解析】注意审题，题目给出的是导函数的图像.先由导函数取值的正负确定函数的单调性，然后列表可判断函数极小值点有1个.【答案】14.等比数列an中，a1=1，a2012=4，函数f(x)=x(x-a1)(x-a2)(x-a2012)，求函数f(x)在点(0，0)处的切线方程.【解析】f(x)=(x-a1)(x-a2)(x-a2012)+x(x-a2)(x-a3)(x-a2012)+x(x-a1)(x-a3)(x-a2012)+x(x-a1)(x-a2)(x-a2 011)，f(0)=(-a1)(-a2)(-a2012)=(a1a2012)1 006=22012，切线方程为y=22012x.第二层级 思维探究与创新重点难点探究探究一已知函数的单调性求参数的取值范围问题若函数f(x)=x3-ax2+1在0，2内单调递减，求实数a的取值范围.【方法指导】先求出导函数，再利用导数与单调性的关系求解.【解析】f(x)=3x2-2ax=x(3x-2a)，当a=0时，f(x)0，故y=f(x)在(-，+)上单调递增，与y=f(x)在0，2内单调递减不符，舍去；当a0时，由f(x)0得0xa，即f(x)的减区间为0，a，由y=f(x)在0，2内单调递减得a2，即a3.综上，可知a的取值范围是3，+).【小结】已知f(x)在区间(a，b)上的单调性，求参数范围的方法:(1)利用集合的包含关系处理:f(x)在(a，b)上单调，则区间(a，b)是相应单调区间的子集；(2)利用不等式的恒成立处理:f(x)在(a，b)上单调，则f(x)0或f(x)0在(a，b)内恒成立，注意验证等号是否成立.探究二利用极值判断方程根的个数已知函数f(x)=x3-x2-x.(1)求f(x)的极值；(2)画出它的大致图像；(3)指出y=f(x)零点的个数.【方法指导】先求出f(x)的极值，再根据极值及f(x)的单调性画出f(x)的草图.【解析】(1)由已知得f(x)=3x2-2x-1，令f(x)=0，解得x1=-，x2=1.来源:学#科#网当x变化时，f(x)、f(x)的变化情况如下表:x(-，-)-(-，1)1(1，+)f(x)+0-0+f(x)极大值极小值所以f(x)的极大值是f(-)=，极小值是f(1)=-1.(2)当x-时，f(x)-；当x+时，f(x)+.令f(x)=0得x=0或，结合函数的单调性及极值可画出f(x)的大致图像，如图:(3)由图像可知函数f(x)图像与x轴有3个交点，即y=f(x)有3个零点.【小结】先求出函数的极值点和极值，从而把握函数在定义域上各个区间的单调性和在极值点处的函数值及x时，f(x)的变化趋势，据此可画出函数的大致图像，根据图像，利用必修一中的零点定理，确定方程实数(函数零点)的个数，这是导数的一个重要应用.探究三对导数的综合考查已知函数f(x)=x2+2aln x.(1)若函数f(x)的图像在(2，f(2)处的切线斜率为1，求实数a的值；(2)求函数f(x)的单调区间和极值；(3)若函数g(x)=+f(x)在1，2上是减函数，求实数a的取值范围.【方法指导】本题考查了导数的几何意义，利用导数研究函数的单调性、极值、恒成立问题.【解析】(1)f(x)=2x+=，由已知f(2)=1，解得a=-3.(2)函数f(x)的定义域为(0，+).当a0时，f(x)0，因此f(x)的单调递增区间为(0，+)，这时函数无极值；当a0时f(x)=.当x变化时，f(x)，f(x)的变化情况如下:x(0，)(，+)f(x)-0+f(x)极小值因此函数f(x)的单调递减区间是(0，)，单调递增区间是(，+).当x=时，函数有极小值f()=-a+2aln .(3)由g(x)=+x2+2aln x得g(x)=-+2x+，因函数g(x)为1，2上的单调减函数，则g(x)0在1，2上恒成立，即-+2x+0在1，2上恒成立，即a-x2在1，2上恒成立.令h(x)=-x2，则h(x)=-2x=-(+2x)1，即a2时，函数f(x)在(-，1)上为增函数，在(1，a-1)内为减函数，在(a-1，+)上为增函数.依题意应当x(1，4)时，f(x)0.所以4a-16，即5a7.所以a的取值范围是5，7.应用二已知函数f(x)=x3-ax2+bx+c(a，b，cR).(1)若函数f(x)在x=-1和x=3处取得极值，试求a，b的值；(2)在(1)的条件下，f(x)与x轴有3个交点，求c的取值范围.【解析】(1)f(x)=3x2-2ax+b，函数f(x)在x=-1和x=3处取得极值，-1，3是方程3x2-2ax+b=0的两根，(2)由(1)知f(x)=x3-3x2-9x+c，f(x)=3x2-6x-9，当x变化时，f(x)、f(x)的变化情况如下表:x(-，-1)-1(-1，3)3(3，+)f(x)+0-0+f(x)极大值极小值而f(-1)=c+5，f(3)=c-27，根据题意有c+50且c-270，c的取值范围为-5cg(x)+恒成立.(2)是否存在实数a，使f(x)的最小值为3？若存在，求出a的值；若不存在，请说明理由.【解析】(1)当a=1时，f(x)=x-ln x，f(x)=1-=.当0x1时，f(x)0，此时f(x)单调递减；当10，此时f(x)单调递增.f(x)的极小值为f(1)=1.f(x)在(0，e上的最小值为1.令h(x)=g(x)+=+，则h(x)=，当0x0，则h(x)在(0，e上单调递增，h(x)max=h(e)=+g(x)+恒成立.(2)假设存在实数a，使f(x)=ax-ln x(x(0，e)有最小值3.f(x)=a-=.当a0时，f(x)在(0，e上单调递减，f(x)min=f(e)=ae-1=3，a=(舍去)，当a0时，不存在实数a使f(x)的最小值为3.当0时，f(x)在(0，)上单调递减，在(，e上单调递增，f(x)min=f()=1+ln a=3，a=e2，满足条件.当e，即00，f(x)0，则函数y=xf(x)( ).A.存在极大值B.存在极小值C.是增函数D.是减函数【解析】y=f(x)+xf(x)，而函数f(x)的定义域为(0，+)且f(x)0，f(x)0，y0在(0，+)上恒成立.因此y=xf(x)在(0，+)上是增函数.【答案】C2.函数y=x3+在(0，+)上的最小值为().A.4B.5C.3D.1【解析】y=3x2-，令y=0，即x2-=0，解得x=1.由于x0，所以x=1.在(0，+)上，由于只有一个极小值，所以它也是最小值，从而函数在(0，+)上的最小值为13+=4.【答案】A3.已知函数f(x)=aln x+x在区间2，3上单调递增，则实数a的取值范围是.【解析】f(x)=aln x+x，f(x)=+1.又f(x)在2，3上单调递增，+10在x2，3上恒成立，a(-x)max=-2，a-2，+).【答案】-2，+)4.已知幂函数f(x)=(mZ)为偶函数，且在区间(0，+)上是单调增函数.(1)求函数f(x)的解析式；(2)设函数g(x)=f(x)+ax3+x2-b(xR)，其中a，bR.若函数g(x)仅在x=0处有极值，求a的取值范围.【解析】(1)f(x)在区间(0，+)上是单调增函数，-m2+2m+30，即m2-2m-30，-1m3.又mZ，m=0，1，2，而m=0，2时，f(x)=x3不是偶函数，m=1时，f(x)=x4是偶函数，f(x)=x4.(2)g(x)=x4+ax3+x2-b， g(x)=x(x2+3ax+9)，显然x=0不是方程x2+3ax+9=0的根.为使g(x)仅在x=0处有极值，则有x2+3ax+90恒成立，即有=9a2-360，解不等式，得a-2，2.这时，g(0)=-b是唯一极值，a-2，2.全新视角拓展(2013年新课标卷)已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c，下列结论中错误的是().A.存在x0R，f(x0)=0B.函数y=f(x)的图像是中心对称图形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】f(x)=3x2+2ax+b，若x0是f(x)的极小值点，则f(x)必有两个极值点，不妨设另一个极值点为x1，则f(x)在(-，x1)上单调递增，在(x1，x0)上单调递减.【答案】C第四层级 总结评价与反思思维导图构建学习体验分享固学案基础达标检测1.函数y=x3-4x+4的图像(如图)为().【解析】当y=x2-4=0时，x=2.当x(-，-2)和(2，+)时，y单调递增；当x(-2，2)时，y单调递减.当x=2时，当y=-；x=-2时，y=.【答案】A2.若函数f(x)=mx+在区间，1单调递增，则m的取值范围为().A.-，+)B.，+)C.-2，+)D.2，+)【解析】f(x)=m+0在，1上恒成立，即m-在，1上恒成立，故m-.【答案】A3.函数y=f(x)定义在区间(-3，7)上，其导函数如图所示，则函数y=f(x)在区间(-3，7)上极小值的个数是.【解析】A、O、B、C、E这5个点是函数的极值点，观察这5个极值点左、右导数的正、负，可知O点、C点是极小值点，故在区间(-3，7)上函数y=f(x)的极小值个数是2.【答案】24.讨论三次方程x3-9x-a=0解的个数，其中a为常数.【解析】设方程对应的函数为f(x)=x3-9x-a，则f(x)=3x2-9，令f(x)=0，则x=，即函数f(x)有两个极值点为x1=，x2=-.若f()f(-)0，对应方程有三个解，解得-6a0，对应方程有一个解，解得a6或a-6.综上，当-6a6或a1，则不等式exf(x)ex+1的解集为( ).A.x|x0B.x|x0C.x|x1D.x|x-1或0xex-ex=0，所以g(x)=exf(x)-ex为R上的增函数.又因为g(0)=e0f(0)-e0=1，所以原不等式转化为g(x)g(0)，解得x0.【答案】A7.方程-ln x-2=0的根的个数为.【解析】设f(x)=-ln x-2，则f(x)=-，令f(x)=0，得x=4，当0x4时，f(x)4时，f(x)0.故x=4是f(x)的唯一极小值点，且f(4)0，f(e4)=e2-60，f(x)在(e-2，4)，(4，e4)上各有一个零点，故对应方程有2个根.来源:Z。xx。k.Com【答案】28.已知函数f(x)=ex+ax-1.求证:当x0且a-1时，f(x)f(-x).【解析】令h(x)=f(x)-f(-x)=ex-+2ax(x0)，则h(x)=ex+2a，因为ex+2a2+2a=2+2a，当且仅当x=0时等号成立.又a-1，所以h(x)=ex+2a0，所以h(x)=ex-+2ax在区间0，+)上是增函数，又h(0)=0.故当x0时，h(x)=ex-e-x+2ax0，即ex+axe-x-ax，即当x0且a-1时，f(x)f(-x).技能拓展训练9.函数f(x)=ax3-3x+1对于x-1，1总有f(x)0成立，则a=.【解析】若x=0，则不论a取何值，f(x)0显然成立；当x0，即x(0，1时，f(x)=ax3-3x+10可化为a-.设g(x)=-，则g(x)=，所以g(x)在区间(0，)上单调递增，在区间(，1上单调递减，因此g(x)max=g()=4，从而a4；当x0，即x