【精编】人教A版高中数学选修1-1课件《3.3.7函数的最大(小)值与导数复习课》课件-精心整理
- 格式:pptx
- 大小:361.85 KB
- 文档页数:2
3.3.3 函数的最大(小)值与导数 课时目标 1.能够区分极值与最值两个不同的概念.2.会求闭区间上函数的最大值、最小值(其中多项式函数一般不超过三次).1.最大值:如果在函数定义域I 内存在x 0,使得对任意的x ∈I ,总有______________,则称f (x 0)为函数在______________的最大值.2.一般地,如果在区间[a ,b ]上的函数y =f (x )的图象是一条______________的曲线,那么f (x )必有最大值和最小值.此性质包括两个条件:(1)给定函数的区间是____________;(2)函数图象在区间上的每一点必须______________.函数的最值是比较整个__________的函数值得出的,函数的极值是比较______________的函数值得到的.3.一般地,求f (x )在[a ,b ]上的最大值与最小值的步骤如下:(1)求f (x )在(a ,b )内的________;(2)将f (x )的各极值与________________________比较,其中________的一个是最大值,________的一个是最小值.一、选择题1.下列结论正确的是( )A .若f (x )在[a ,b ]上有极大值,则极大值一定是[a ,b ]上的最大值B .若f (x )在[a ,b ]上有极小值,则极小值一定是[a ,b ]上的最小值C .若f (x )在[a ,b ]上有极大值,则极小值一定是x =a 和x =b 时取得D .若f (x )在[a ,b ]上连续,则f (x )在[a ,b ]上存在最大值和最小值2.函数f (x )=x 2-4x +1在[1,5]上的最大值和最小值是( )A .f (1),f (3)B .f (3),f (5)C .f (1),f (5)D .f (5),f (2)3.函数y =x e x 在[0,2]上的最大值是( ) A .当x =1时,y =1e B .当x =2时,y =2e 2 C .当x =0时,y =0 D .当x =12,y =12e 4.函数y =x +1-x 在(0,1)上的最大值为( )A. 2 B .1 C .0 D .不存在5.已知函数f (x )=ax 3+c ,且f ′(1)=6,函数在[1,2]上的最大值为20,则c 的值为( )A .1B .4C .-1D .06.已知函数y =-x 2-2x +3在[a,2]上的最大值为154,则a 等于( ) A .-32 B.12 C .-12 D .-12或-32题 号 1 2 3 4 5 6 答 案7.函数f (x )=ln x -x 在(0,e]上的最大值为________.8.函数f (x )=12e x (sin x +cos x )在区间⎣⎡⎦⎤0,π2上的值域为__________________. 9.若函数f (x )=x 3-3x -a 在区间[0,3]上的最大值、最小值分别为M 、N ,则M -N 的值为________.10.求下列各函数的最值.(1)f (x )=12x +sin x ,x ∈[0,2π]; (2)f (x )=x 3-3x 2+6x -2,x ∈[-1,1].11.已知f (x )=x 3-x 2-x +3,x ∈[-1,2],f (x )-m <0恒成立,求实数m 的取值范围.能力提升12.设函数f (x )=12x 2e x . (1)求f (x )的单调区间;(2)若当x ∈[-2,2]时,不等式f (x )>m 恒成立,求实数m 的取值范围.13.若f (x )=ax 3-6ax 2+b ,x ∈[-1,2]的最大值为3,最小值是-29,求a 、b 的值.1.求闭区间上函数的最值也可直接求出端点函数值和导数为零时x 对应的函数值,通过比较大小确定函数的最值.2.在求解与最值有关的函数综合问题时,要发挥导数的解题功能,同时也要注意对字母的分类讨论;而有关恒成立问题,一般是转化为求函数的最值问题.3.3.3 函数的最大(小)值与导数答案知识梳理1.f (x )≤f (x 0) 定义域上2.连续不断 (1)闭区间 (2)连续不间断 定义域 极值点附近3.(1)极值 (2)端点处的函数值f (a ),f (b ) 最大 最小1.D [函数f (x )在[a ,b ]上的极值不一定是最值,最值也不一定是极值,极值一定不会在端点处取得,而在[a ,b ]上一定存在最大值和最小值.]2.D [f ′(x )=2x -4,令f ′(x )=0,得x =2.∵f (1)=-2,f (2)=-3,f (5)=6.∴最大值为f (5),最小值为f (2).]3.A [y ′=e x -x ·e x (e x )2=1-x e x ,令y ′=0得x =1. ∵x =0时,y =0,x =1时,y =1e ,x =2时,y =2e 2, ∴最大值为1e(x =1时取得).] 4.A [y ′=12x -121-x.由y ′=0,得x =12. 又0<x <12时,y ′>0,12<x <1时,y ′<0, 所以y max = 12+ 1-12= 2.] 5.B [∵f ′(x )=3ax 2,∴f ′(1)=3a =6,∴a =2.当x ∈[1,2]时,f ′(x )=6x 2>0,即f (x )在[1,2]上是增函数,∴f (x )max =f (2)=2×23+c =20,∴c =4.]6.C [y ′=-2x -2,令y ′=0,得x =-1.当a ≤-1时,最大值为f (-1)=4,不合题意.当-1<a <2时,f (x )在[a,2]上单调递减,最大值为f (a )=-a 2-2a +3=154,解得a =-12或a =-32(舍去).] 7.-1解析 f ′(x )=1x -1=1-x x,令f ′(x )>0得0<x <1,令f ′(x )<0得x <0或x >1,∴f (x )在(0,1]上是增函数,在(1,e]上是减函数.∴当x =1时,f (x )有最大值f (1)=-1.8.⎣⎡⎦⎤12,12e π2解析 ∵x ∈⎣⎡⎦⎤0,π2,∴f ′(x )=e x cos x ≥0, ∴f (0)≤f (x )≤f ⎝⎛⎭⎫π2.即12≤f (x )≤12e π2. 9.20解析 f ′(x )=3x 2-3,令f ′(x )=0,得x =1,(x =-1舍去).∵f (0)=-a ,f (1)=-2-a ,f (3)=18-a .∴M =18-a ,N =-2-a .∴M -N =20.10.解 (1)f ′(x )=12+cos x . 令f ′(x )=0,又∵0≤x ≤2π,∴x =2π3或x =4π3.∴f ⎝⎛⎭⎫2π3=π3+32,f ⎝⎛⎭⎫4π3=2π3-32,又∵f (0)=0,f (2π)=π.∴当x =0时,f (x )有最小值f (0)=0,当x =2π时,f (x )有最大值f (2π)=π.(2)f ′(x )=3x 2-6x +6=3(x 2-2x +2)=3(x -1)2+3,∵f ′(x )在[-1,1]内恒大于0,∴f (x )在[-1,1]上为增函数.故x =-1时,f (x )最小值=-12;x =1时,f (x )最大值=2.即f (x )在[-1,1]上的最小值为-12,最大值为2.11.解 由f (x )-m <0,即m >f (x )恒成立,知m >f (x )max ,f ′(x )=3x 2-2x -1,令f ′(x )=0,解得x =-13或x =1. 因为f (-13)=8627, f (1)=2,f (-1)=2,f (2)=5.所以f (x )的最大值为5,故m 的取值范围为(5,+∞).12.解 (1)f ′(x )=x e x +12x 2e x =e x 2x (x +2). 由e x2x (x +2)>0,解得x >0或x <-2, ∴(-∞,-2),(0,+∞)为f (x )的增区间,由e x2x (x +2)<0,得-2<x <0, ∴(-2,0)为f (x )的减区间.∴f (x )的单调增区间为(-∞,-2),(0,+∞);单调减区间为(-2,0).(2)令f ′(x )=0,得x =0或x =-2,∵f (-2)=2e2,f (2)=2e 2,f (0)=0, ∴f (x )∈[0,2e 2],又∵f (x )>m 恒成立,∴m <0.故m 的取值范围为(-∞,0).13.解 ∵f (x )=ax 3-6ax 2+b ,∴f ′(x )=3ax 2-12ax .令f ′(x )=0,解得x =0或4.∵4∉ [-1,2],故舍去,∴f (x )取最大值,最小值的点在x =-1、0、2上取得,f (-1)=-7a +b ,f (0)=b ,f (2)=-16a +b .当a >0时,最大值为b =3,最小值为-16a +b =-29,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =2,b =3, 当a <0时,最大值为-16a +b =3,b =-29,解得⎩⎪⎨⎪⎧ a =-2b =-29, 综上所述:⎩⎪⎨⎪⎧ a =2b =3或⎩⎪⎨⎪⎧a =-2b =-29.小课堂:如何培养中学生的自主学习能力? 自主学习是与传统的接受学习相对应的一种现代化学习方式。
3.3.3 函数的最大(小)值与导数1.能够区分极值与最值两个不同的概念.(易混点)2.掌握在闭区间上函数的最大值、最小值(其中多项式函数一般不超过三次)的求法.(重点)3.能根据函数的最值求参数的值.(难点)[基础·初探]教材整理函数的最大(小)值与导数阅读教材P96函数最大(小)值与导数~P98第一段,完成下列问题.1.函数f(x)在区间[a,b]上的最值如果在区间[a,b]上函数y=f(x)的图象是一条连续不断的曲线,则该函数在[a,b]上一定能够取得最大值和最小值,并且函数的最值必在极值点或区间端点取得.2.求函数y=f(x)在[a,b]上的最值的步骤(1)求函数y=f(x)在(a,b)内的极值.(2)将函数y=f(x)的各极值与端点处的函数值f(a),f(b)进行比较,其中最大的一个是最大值,最小的一个是最小值.判断(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)函数的最大值一定是函数的极大值.()(2)开区间上的单调连续函数无最值.()(3)函数f(x)在区间[a,b]上的最大值和最小值一定在两个端点处取得.()(4)函数f(x)=1x在区间[-1,1]上有最值.()【答案】(1)×(2)√(3)×(4)×[小组合作型]求已知函数的最值(1)f(x)=2x3-6x2+3,x∈[-2,4];(2)f(x)=e x(3-x2),x∈[2,5].【精彩点拨】求导→列表→下结论.【自主解答】(1)f′(x)=6x2-12x=6x(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 -2(-2,0)0(0,2)2(2,4)4 f′(x)+0-0+f(x)-37↗极大值3↘极小值-5↗35∴当x=4时,f(x)取最大值35.当x=-2时,f(x)取最小值-37.(2)∵f(x)=3e x-e x x2,∴f′(x)=3e x-(e x x2+2e x x)=-e x(x2+2x-3)=-e x(x+3)(x-1).∵在区间[2,5]上,f′(x)=-e x(x+3)(x-1)<0,即函数f(x)在区间[2,5]上单调递减,∴x=2时,函数f(x)取得最大值f(2)=-e2;x =5时,函数f (x )取得最小值f (5)=-22e 5.1.求函数最值时,若函数f (x )的定义域是闭区间,则需比较极值点处函数值与端点处函数值的大小,才能确定函数的最值.2.若f (x )的定义域是开区间且只有一个极值点,则该极值点就是最值点.[再练一题]1.(1)函数y =x -sin x ,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π2,π的最大值是( )A.π-1B.π2-1C.πD.π+1【解析】 y ′=1-cos x >0,∴y =x -sin x 在x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π2,π上单调递增,∴y max =π-sin π=π. 【答案】 C(2)求下列各函数的最值.①f (x )=-x 3+3x ,x ∈[-3,3]; ②f (x )=x 2-54x (x <0).【导学号:97792048】【解】 ①f ′(x )=3-3x 2=3(1-x )(1+x ). 令f ′(x )=0,得x =1或x =-1,当x 变化时,f ′(x ),f (x )的变化情况如下表:x -3(-3,-1) -1(-1,1)1 (1,3) 3f ′(x )-+-f (x )↘极小值↗极大值↘-18所以x =1和x =-1是函数在[-3,3]上的两个极值点,且f (1)=2,f (-1)=-2.又因为f (x )在区间端点处的取值为f (-3)=0,f (3)=-18, 所以f (x )max =2,f (x )min =-18. ②f ′(x )=2x +54x 2. 令f ′(x )=0,得x =-3.当x 变化时,f ′(x ),f (x )的变化情况如下表:x (-∞,-3)-3 (-3,0) f ′(x ) - 0 + f (x )↘极小值↗所以x =-3时,f (x )取得极小值,也就是最小值, 故f (x )的最小值为f (-3)=27,无最大值.含参数的函数的最值问题2. 【精彩点拨】 求导→讨论a 的正负→判断[0,2]上的单调性→得最值. 【自主解答】 f ′(x )=3x 2-2ax ,令f ′(x )=0,解得x 1=0,x 2=2a3. 当2a3≤0,即a ≤0时,f (x )在[0,2]上单调递增, 从而f (x )max =f (2)=8-4a .当2a3≥2,即a ≥3时,f (x )在[0,2]上单调递减, 从而f (x )max =f (0)=0.当0<2a3<2,即0<a <3时,f (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,2a 3上单调递减,在⎣⎢⎡⎦⎥⎤2a 3,2上单调递增,从而f (x )max =⎩⎪⎨⎪⎧8-4a ,(0<a ≤2),0,(2<a <3),综上所述,f (x )max =⎩⎪⎨⎪⎧8-4a ,(a ≤2),0,(a >2).由于参数的取值不同会导致函数在所给区间上的单调性的变化,从而导致最值的变化.所以解决这类问题常需要分类讨论,并结合不等式的知识进行求解.[再练一题]2.已知函数f (x )=ax 3-6ax 2+b ,x ∈[-1,2]的最大值为3,最小值为-29,求a ,b 的值.【解】 由题设知a ≠0,否则f (x )=b 为常函数,与题设矛盾.求导得f ′(x )=3ax 2-12ax =3ax (x -4),令f ′(x )=0,得x 1=0,x 2=4(舍去).(1)当a >0时,且x 变化时f ′(x ),f (x )的变化情况如下表:x -1 (-1,0) 0 (0,2) 2 f ′(x )+-f (x )-7a +b↗b↘-16a+b由表可知,当x =0时,f (x )取得极大值b ,也就是函数在[-1,2]上的最大值,∴f (0)=b =3.又f (-1)=-7a +3,f (2)=-16a +3<f (-1), ∴f (2)=-16a +3=-29,解得a =2.(2)当a <0时,同理可得,当x =0时,f (x )取得极小值b ,也就是函数在[-1,2]上的最小值,∴f (0)=b =-29.又f (-1)=-7a -29,f (2)=-16a -29>f (-1), ∴f (2)=-16a -29=3,解得a =-2. 综上可得,a =2,b =3或a =-2,b =-29.[探究共研型]与最值有关的恒成立问题探究 函数最值和“恒成立”问题有什么联系?【提示】 解决“恒成立”问题,可将问题转化为函数的最值问题.如f (x )>0恒成立,只要f (x )的最小值大于0即可.对含参不等式的恒成立问题,求参数范围时,可先分离参数.已知函数f (x )=x 3+ax 2+bx +c 在x =-23与x =1时都取得极值. (1)求a 、b 的值及函数f (x )的单调区间;(2)若对x ∈[-1,2],不等式f (x )<c 2恒成立,求c 的取值范围. 【精彩点拨】【自主解答】 (1)f (x )=x 3+ax 2+bx +c ,f ′(x )=3x 2+2ax +b , 由f ′⎝ ⎛⎭⎪⎫-23=129-43a +b =0,f ′(1)=3+2a +b =0,得a =-12,b =-2, 经检验,满足题意,f ′(x )=3x 2-x -2=(3x +2)(x -1),当x 变化时,f ′(x )及f (x )的变化情况如下表:x⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,-23 -23 ⎝ ⎛⎭⎪⎫-23,1 1 (1,+∞) f ′(x )+0 -0 +f (x ) ↗极大值↘极小值↗所以函数f (x )的递增区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,-23,(1,+∞),递减区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫-23,1.(2)f (x )=x 3-12x 2-2x +c ,x ∈[-1,2], 当x =-23时,f ⎝ ⎛⎭⎪⎫-23=2227+c 为极大值,而f (2)=2+c ,则f (2)=2+c 为最大值. 要使f (x )<c 2,x ∈[-1,2]恒成立,则只需要c 2>f (2)=2+c ,得c <-1或c >2. 所以c 的取值范围是(-∞,-1)∪(2,+∞).不等式恒成立问题常用的解题方法[再练一题]3.已知函数f (x )=(x +1)ln x -x +1.若xf ′(x )≤x 2+ax +1恒成立,求a 的取值范围.【导学号:97792049】【解】f′(x)=x+1x+ln x-1=ln x+1x,xf′(x)=x ln x+1,而xf′(x)≤x2+ax+1(x>0)等价于ln x-x≤a.令g(x)=ln x-x,则g′(x)=1x-1.当0<x<1时,g′(x)>0;当x≥1时,g′(x)≤0,x=1是g(x)的最大值点,所以g(x)≤g(1)=-1.综上可知,a的取值范围是[-1,+∞).1.函数f(x)=x3-3x(|x|<1)()A.有最大值,但无最小值B.有最大值,也有最小值C.无最大值,但有最小值D.既无最大值,也无最小值【解析】f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),当x∈(-1,1)时,f′(x)<0,所以f(x)在(-1,1)上是单调递减函数,无最大值和最小值,故选D.【答案】 D2.连续函数f(x)在(a,b)上有最大值是有极大值的()A.充分条件B.必要条件C.充要条件D.既不充分也不必要条件【解析】连续函数f(x)在(a,b)上有最大值,能推出其有极大值,但有极大值不一定有最大值,故选A.【答案】 A3.函数y=x-x(x≥0)的最大值为________.【解析】y′=12x-1=1-2x2x.令y′=0,得x=14.当0<x<14时,y′>0;当x>14时,y′<0.∴x=14时,y max=14-14=14.【答案】1 44.如果函数f(x)=x3-32x2+a在[-1,1]上的最大值是2,那么f(x)在[-1,1]上的最小值是________.【解析】∵f′(x)=3x2-3x,令f′(x)=0,∴x=0或x=1.∴在[-1,1]上有:当x∈[-1,0)时,f′(x)>0,当x∈(0,1]时,f′(x)<0,∴x=0是f(x)的极大值点,也是最大值点.∴f(x)max=f(0)=a=2,∴f(x)=x3-32x2+2,∴f(-1)=-12,f(1)=52,∴f(x)在[-1,1]上的最小值为-1 2.【答案】-1 25.已知函数f(x)=1-xx+ln x,求f(x)在⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,2上的最大值和最小值.【导学号:97792050】【解】 f ′(x )=-x -(1-x )x 2+1x =x -1x 2.由f ′(x )=0,得x =1.∴在⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,2上,当x 变化时,f ′(x ),f (x )的变化情况如下表:∵f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12-f (2)=32-2ln 2=12(ln e 3-ln 16), 而e 3>16,∴f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12>f (2)>0.∴f (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,2上的最大值为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12=1-ln 2,最小值为0.。
§1.3.3函数的最大(小)值与导数(1课时)【学情分析】:这部分是在高一学过的函数单调性的基础上,给出判定可导函数增减性的方法,然后讨论函数的极值,由极值的意义,结合图象,得到利用导数判别可导函数极值的方法,最后在可以确定函数极值的前提下,给出求可导函数的最大值与最小值的方法【教学目标】:(1)使学生理解函数的最大值和最小值的概念,能区分最值与极值的概念(2)使学生掌握用导数求函数最值的方法和步骤【教学重点】:利用导数求函数的最大值和最小值的方法.【教学难点】:函数的最大值、最小值与函数的极大值和极小值的区别与联系.熟练计算函数最值的步骤课后练习:1、函数32()23125f x x x x =--+在区间[]0,3上的最大值和最小值分别为( )A 5,-15B 5,-4C -4,-15D 5,-16 答案 D2、函数344+-=x x y 在区间[]2,3-上的最小值为( )A 72B 36C 12D 0答案D '3'3''44,0,440,1,1,0;1,0y x y x x x y x y =-=-==<<>>令当时当时3、函数xxy ln =的最大值为( ) A 1-e B e C 2e D310 答案A 令'''22(ln )ln 1ln 0,x x x x xy x e x x-⋅-====,当x e >时,'0y <;当x e <时,'0y >,1()y f e e==极大值,在定义域内只有一个极值,所以max 1y e =4、函数()cos sin f x x x x =-在[]0,2π上的最大值是__________最小值是__________ 答案5、函数2cos y x x =+在区间[0,]2π上的最大值是答案36+π'12s i n 0,6y x x π=-==,比较0,,62ππ处的函数值,得max 6y π=6、求函数32()39f x x x x a =-+++ (1)求函数()y f x =的单调递减区间(2)函数()y f x =在区间[]2,2-上的最大值是20,求它在该区间上的最小值 答案:'2()3693(3)(1)0f x x x x x =-++=--+<(),1-∞-,()3,+∞为减区间 ()1,3-为增区间(2)8349222f a a =-+⨯+⨯+=+>(2)8349(2)2f a a -=+⨯+⨯-+=+ 所以(2)834922220f a a =-+⨯+⨯+=+=a=-2,所以最小值为(1)1319(2)216f -=+⨯+⨯--=-。
§1.3.3函數的最大(小)值與導數(1課時)【學情分析】:這部分是在高一學過的函數單調性的基礎上,給出判定可導函數增減性的方法,然後討論函數的極值,由極值的意義,結合圖象,得到利用導數判別可導函數極值的方法,最後在可以確定函數極值的前提下,給出求可導函數的最大值與最小值的方法【教學目標】:(1)使學生理解函數的最大值和最小值的概念,能區分最值與極值的概念(2)使學生掌握用導數求函數最值的方法和步驟【教學重點】:利用導數求函數的最大值和最小值的方法.【教學難點】:函數的最大值、最小值與函數的極大值和極小值的區別與聯繫.熟練計算函數最值的步驟課後練習:1、函數32()23125f x x x x =--+在區間[]0,3上的最大值和最小值分別為( )A 5,-15B 5,-4C -4,-15D 5,-16 答案 D2、函數344+-=x x y 在區間[]2,3-上的最小值為( )A 72B 36C 12D 0答案D '3'3''44,0,440,1,1,0;1,0y x y x x x y x y =-=-==<<>>令当时当时3、函數xxy ln =的最大值為( ) A 1-e B e C 2e D310 答案A 令'''22(ln )ln 1ln 0,x x x x xy x e x x-⋅-====,當x e >時,'0y <;當x e <時,'0y >,1()y f e e ==极大值,在定義域內只有一個極值,所以max 1y e=4、函數()cos sin f x x x x =-在[]0,2π上的最大值是__________最小值是__________ 答案5、函數2cos y x x =+在區間[0,]2π上的最大值是答案36+π'12sin 0,6y x x π=-==,比較0,,62ππ處的函數值,得max 6y π=6、求函數32()39f x x x x a =-+++ (1)求函數()y f x =的單調遞減區間(2)函數()y f x =在區間[]2,2-上的最大值是20,求它在該區間上的最小值 答案:'2()3693(3)(1)0f x x x x x =-++=--+<(),1-∞-,()3,+∞為減區間 ()1,3-為增區間(2)8349222f a a =-+⨯+⨯+=+>(2)8349(2)2f a a -=+⨯+⨯-+=+所以(2)834922220f a a =-+⨯+⨯+=+=a=-2,所以最小值為(1)1319(2)216f -=+⨯+⨯--=-。