【配套K12】2018高考数学一轮复习第2章函数导数及其应用第2节函数的单调性与最值教师用书文北师大
- 格式:doc
- 大小:246.50 KB
- 文档页数:8
第二节 函数的单调性与最值[考纲传真] 1.理解函数的单调性、最大值、最小值及其几何意义;结合具体函数,了解函数奇偶性的含义.2.会运用函数的图像理解和研究函数的性质.1.函数的单调性 (1)增、减函数①如果函数y =f (x )在区间A上是增加的或是减少的,那么称A 为单调区间. ②如果函数y =f (x )在定义域的某个子集上是增加的或是减少的,那么就称函数y =f (x )在这个子集上具有单调性.(3)单调函数如果函数y =f (x )在整个定义域内是增加的或是减少的,我们分别称这个函数为增函数或减函数,统称为单调函数.2.函数的最值1.(思考辨析)判断下列结论的正误.(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)函数y =1x在其定义域上递减.( )(2)函数y =|x |x+x 在其定义域上递增.( )(3)对于函数f (x ),x ∈D ,若x 1,x 2∈D 且f x 2-f x 1x 2-x 1>0,则函数f (x )在D上是增加的.( )(4)若函数f (x )的最大值是M ,最小值是m ,则函数f (x )的值域一定是[m ,M ].( ) [答案] (1)× (2)√ (3)√ (4)×2.(2016·北京高考)下列函数中,在区间(-1,1)上为减函数的是( )【导学号:66482027】A .y =11-xB .y =cos xC .y =ln(x +1)D .y =2-xD [选项A 中,y =11-x 在(-∞,1)和(1,+∞)上为增函数,故y =11-x 在(-1,1)上为增函数;选项B 中,y =cos x 在(-1,1)上先增后减;选项C 中,y =ln(x +1)在(-1,+∞)上为增函数,故y =ln(x +1)在(-1,1)上为增函数;选项D 中,y =2-x =⎝ ⎛⎭⎪⎫12x 在R 上为减函数,故y =2-x在(-1,1)上是减函数.]3.(教材改编)已知函数f (x )=2x -1,x ∈[2,6],则f (x )的最大值为________,最小值为________.2 25 [可判断函数f (x )=2x -1在[2,6]上为减少的,所以f (x )max =f (2)=2,f (x )min=f (6)=25.]4.函数y =(2k +1)x +b 在R 上是减函数,则k 的取值范围是________.【导学号:66482028】⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,-12 [由题意知2k +1<0,得k <-12.] 5.f (x )=x 2-2x ,x ∈[-2,3]的单调增区间为________,f (x )max =________.[1,3] 8 [f (x )=(x -1)2-1,故f (x )的单调增区间为[1,3],f (x )max =f (-2)=8.](1)函数f (x )=log 2(x 2-1)的递减区间为________.(2)试讨论函数f (x )=x +kx(k >0)的单调性.(1)(-∞,-1) [由x 2-1>0得x >1或x <-1,即函数f (x )的定义域为(-∞,-1)∪(1,+∞).令t =x 2-1,因为y =log 2t 在t ∈(0,+∞)上为增函数,t =x 2-1在x ∈(-∞,-1)上是减函数,所以函数f (x )=log 2(x 2-1)的递减区间为(-∞,-1).](2)法一:由解析式可知,函数的定义域是(-∞,0)∪(0,+∞).在(0,+∞)内任取x 1,x 2,令0<x 1<x 2,那么f (x 2)-f (x 1)=⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2+k x 2-⎝ ⎛⎭⎪⎫x 1+k x 1=(x 2-x 1)+k ⎝ ⎛⎭⎪⎫1x 2-1x 1=(x 2-x 1)x 1x 2-kx 1x 2. 2分 因为0<x 1<x 2,所以x 2-x 1>0,x 1x 2>0. 故当x 1,x 2∈(k ,+∞)时,f (x 1)<f (x 2), 即函数在(k ,+∞)上递增. 6分 当x 1,x 2∈(0,k )时,f (x 1)>f (x 2), 即函数在(0,k )上递减.考虑到函数f (x )=x +kx(k >0)是奇函数,在关于原点对称的区间上具有相同的单调性,故在(-∞,-k )上递增,在(-k ,0)上递减.综上,函数f (x )在(-∞,-k )和(k ,+∞)上递增,在(-k ,0)和(0,k )上递减. 12分法二:f ′(x )=1-k x2. 2分令f ′(x )>0得x 2>k ,即x ∈(-∞,-k )或x ∈(k ,+∞),故函数的单调增区间为(-∞,-k )和(k ,+∞). 6分令f ′(x )<0得x 2<k ,即x ∈(-k ,0)或x ∈(0,k ),故函数的单调减区间为(-k ,0)和(0,k ). 10分故函数f (x )在(-∞,-k )和(k ,+∞)上递增,在(-k ,0)和(0,k )上递减. 12分[规律方法] 1.利用定义判断或证明函数的单调性时,作差后应注意差式的分解变形要彻底.2.利用导数法证明函数的单调性时,求导运算及导函数符号判断要准确.易错警示:求函数的单调区间,应先求定义域,在定义域内求单调区间,如本题(1). [变式训练1] (1)(2017·深圳二次调研)下列四个函数中,在定义域上不是单调函数的是( )A .y =x 3B .y =xC .y =1xD .y =⎝ ⎛⎭⎪⎫12x(2)函数f (x )=log 12(x 2-4)的递增区间是( ) A .(0,+∞) B .(-∞,0) C .(2,+∞)D .(-∞,-2)(1)C (2)D [(1)选项A ,B 中函数在定义域内均为递增函数,选项D 为在定义域内为递减函数,选项C 中,设x 1<x 2(x 1,x 2≠0),则y 2-y 1=1x 2-1x 1=x 1-x 2x 1x 2,因为x 1-x 2<0,当x 1,x 2同号时x 1x 2>0,1x 2-1x 1<0,当x 1,x 2异号时x 1x 2<0,1x 2-1x 1>0,所以函数y =1x在定义域上不是单调函数,故选C.(2)由x 2-4>0得x >2或x <-2,所以函数f (x )的定义域为(-∞,-2)∪(2,+∞),因为y =log 12t 在定义域上是减函数,所以求原函数的递增区间,即求函数t =x 2-4的递减区间,可知所求区间为(-∞,-2).]已知f (x )=x,x ∈[1,+∞),且a ≤1.(1)当a =12时,求函数f (x )的最小值;(2)若对任意x ∈[1,+∞),f (x )>0恒成立,试求实数a 的取值范围.【导学号:66482029】[思路点拨] (1)先判断函数f (x )在[1,+∞)上的单调性,再求最小值;(2)根据f (x )min>0求a 的范围,而求f (x )min 应对a 分类讨论.[解] (1)当a =12时,f (x )=x +12x +2,f ′(x )=1-12x 2>0,x ∈[1,+∞),即f (x )在[1,+∞)上是增函数,∴f (x )min =f (1)=1+12×1+2=72. 4分(2)f (x )=x +ax+2,x ∈[1,+∞).法一:①当a ≤0时,f (x )在[1,+∞)内为增函数.f (x )min =f (1)=a +3.要使f (x )>0在x ∈[1,+∞)上恒成立,只需a +3>0, ∴-3<a ≤0. 7分②当0<a ≤1时,f (x )在[1,+∞)内为增函数,f (x )min =f (1)=a +3,∴a +3>0,a >-3,∴0<a ≤1.综上所述,f (x )在[1,+∞)上恒大于零时,a 的取值范围是(-3,1]. 10分 法二:f (x )=x +a x+2>0,∵x ≥1,∴x 2+2x +a >0,8分∴a >-(x 2+2x ),而-(x 2+2x )在x =1时取得最大值-3,∴-3<a ≤1,即a 的取值范围为(-3,1]. 12分[规律方法] 利用函数的单调性求最值是求函数最值的重要方法,若函数f (x )在闭区间[a ,b ]上是增函数,则f (x )在[a ,b ]上的最大值为f (b ),最小值为f (a ).请思考,若函数f (x )在闭区间[a ,b ]上是减函数呢? [变式训练2] (2016·北京高考)函数f (x )=xx -1(x ≥2)的最大值为________.2 [法一:∵f ′(x )=-1x -2,∴x ≥2时,f ′(x )<0恒成立,∴f (x )在[2,+∞)上递减,∴f (x )在[2,+∞)上的最大值为f (2)=2. 法二:∵f (x )=xx -1=x -1+1x -1=1+1x -1, ∴f (x )的图像是将y =1x的图像向右平移1个单位,再向上平移1个单位得到的.∵y =1x在[2,+∞)上递减,∴f (x )在[2,+∞)上递减,故f (x )在[2,+∞)上的最大值为f(2)=2.法三:由题意可得f (x )=1+1x -1.∵x ≥2,∴x -1≥1,∴0<1x -1≤1, ∴1<1+1x -1≤2,即1<x x -1≤2. 故f (x )在[2,+∞)上的最大值为2.]☞角度(2015·山东高考)设a =0.60.6,b =0.61.5,c =1.50.6,则a ,b ,c 的大小关系是( )A .a <b <cB .a <c <bC .b <a <cD .b <c <aC [因为函数y =0.6x是减函数,0<0.6<1.5,所以1>0.60.6>0.61.5,即b <a <1.因为函数y =x 0.6在(0,+∞)上是增函数,1<1.5,所以1.50.6>10.6=1,即c >1.综上,b <a <c .]☞角度2 解不等式已知函数f (x )是定义在区间[0,+∞)上的函数,且在该区间上递增,则不等式f (2x -1)<f ⎝ ⎛⎭⎪⎫13的x 的解集是________.⎣⎢⎡⎭⎪⎫12,23 [由题意知⎩⎪⎨⎪⎧2x -1≥0,2x -1<13,即⎩⎪⎨⎪⎧x ≥12,x <23,所以12≤x <23.]☞角度3 求参数的取值范围(1)如果函数f (x )=ax 2+2x -3在区间(-∞,4)上是递增的,则实数a 的取值范围是( )A.⎝ ⎛⎭⎪⎫-14,+∞B .⎣⎢⎡⎭⎪⎫-14,+∞ C.⎣⎢⎡⎭⎪⎫-14,0 D .⎣⎢⎡⎦⎥⎤-14,0 (2)已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧a -x -1,x ≤1,log a x ,x >1,若f (x )在(-∞,+∞)上递增,则实数a 的取值范围为________.【导学号:66482030】(1)D (2)(2,3] [(1)当a =0时,f (x )=2x -3,在定义域R 上是递增的,故在(-∞,4)上递增;当a ≠0时,二次函数f (x )的对称轴为x =-1a,因为f (x )在(-∞,4)上递增, 所以a <0,且-1a ≥4,解得-14≤a <0.综上所述,实数a 的取值范围是⎣⎢⎡⎦⎥⎤-14,0.(2)要使函数f (x )在R 上递增,则有⎩⎪⎨⎪⎧a >1,a -2>0,f,即⎩⎪⎨⎪⎧a >1,a >2,a -2-1≤0,解得2<a ≤3,即实数a 的取值范围是(2,3].][规律方法] 1.比较大小.比较函数值的大小,应将自变量转化到同一个单调区间内,然后利用函数的单调性解决.2.解不等式.在求解与抽象函数有关的不等式时,往往是利用函数的单调性将“f ”符号脱掉,使其转化为具体的不等式求解.此时应特别注意函数的定义域.3.利用单调性求参数.视参数为已知数,依据函数的图像或单调性定义,确定函数的单调区间,与已知单调区间比较求参数.易错警示:(1)若函数在区间[a ,b ]上单调,则该函数在此区间的任意子区间上也是单调的;(2)分段函数的单调性,除注意各段的单调性外,还要注意衔接点的取值.[思想与方法]1.判断函数单调性的四种方法(1)定义法:取值、作差、变形、定号、下结论.(2)复合法:同增异减,即内外函数的单调性相同时为增函数,不同时为减函数. (3)图像法:如果f (x )是以图像形式给出的,或者f (x )的图像易作出,可由图像的直观性判断函数单调性.(4)导数法:利用导函数的正负判断函数单调性. 2.求函数最值的常用方法(1)单调性法:先确定函数的单调性,再由单调性求最值.(2)图像法:先作出函数的图像,再观察其最高点、最低点,求出最值.(3)换元法:对比较复杂的函数可通过换元转化为熟悉的函数,再用相应的方法求最值.[易错与防范]1.易混淆两个概念:“函数的单调区间”和“函数在某区间上单调”,前者指函数具备单调性的“最大”的区间,后者是前者“最大”区间的子集.2.分段函数单调性不仅要考虑各段的单调性,还要注意衔接点.3.函数在两个不同的区间上单调性相同,要分开写,用“,”隔开,不能用“∪”连接.。