高中数学学习材料鼎尚图文*整理制作§3.3 导数在研究函数中的应用3.3.1 单调性 课时目标 掌握导数与函数单调性之间的关系，会利用导数研究函数的单调性，会求不超过三次的多项式函数的单调区间．1．导函数的符号与函数的单调性的关系：如果在某个区间内，函数y ＝f (x )的导数________，则函数y ＝f (x )这个区间上是增函数； 如果在某个区间内，函数y ＝f (x )的导数f ′(x )<0，则函数f (x )这个区间上是__________．2．函数的单调性决定了函数图象的大致形状．一、填空题1．命题甲：对任意x ∈(a ，b )，有f ′(x )>0；命题乙：f (x )在(a ，b )内是单调递增的．则甲是乙的____________条件．2．函数f (x )＝2x －ln x 的单调增区间为________．3．函数f (x )＝x cos x 的导函数f ′(x )在区间[－π，π]上的图象大致是________．(填序号)4．函数f (x )＝ln x －ax (a >0)的单调增区间为__________．5．函数y ＝ax －ln x 在(12，＋∞)内单调递增，则a 的取值范围为__________． 6．函数f (x )＝x 3－15x 2－33x ＋6的单调减区间是____________．7．已知f (x )＝ax 3＋3x 2－x ＋1在R 上是减函数，则a 的取值范围为________．8．使y ＝sin x ＋ax 在R 上是增函数的a 的取值范围为____________．二、解答题9．求函数f (x )＝2x 2－ln x 的单调区间．10．(1)已知函数f(x)＝x3＋bx2＋cx＋d的单调减区间为[－1,2]，求b，c的值．(2)设f(x)＝ax3＋x恰好有三个单调区间，求实数a的取值范围．能力提升11．判断函数f(x)＝(a＋1)ln x＋ax2＋1的单调性．12．已知函数f(x)＝x3－ax－1.(1)若f(x)在实数集R上单调递增，求实数a的取值范围；(2)是否存在实数a，使f(x)在(－1,1)上单调递减？若存在，求出a的取值范围；若不存在，请说明理由．1．利用导数的正负与函数单调性的关系可以求函数的单调区间；在求函数单调区间时，只能在定义域内讨论导数的符号．2．根据函数单调性可以求某些参数的范围．§3.3 导数在研究函数中的应用3．3.1 单调性知识梳理1．f ′(x )>0 减函数作业设计1．充分不必要解析 f (x )＝x 3在(－1,1)内是单调递增的，但f ′(x )＝3x 2≥0(－1<x <1)，故甲是乙的充分不必要条件．2．(12，＋∞) 解析 f ′(x )＝2－1x ＝2x －1x， ∵x >0，f ′(x )＝2x －1x >0，∴x >12. 3．①解析 ∵f (x )＝x cos x ，∴f ′(x )＝cos x －x sin x .∴f ′(－x )＝f ′(x )，∴f ′(x )为偶函数，∴函数图象关于y 轴对称．由f ′(0)＝1可排除③、④.而f ′(1)＝cos 1－sin 1<0，从而观察图象即可得到答案为①.4.⎝⎛⎭⎫0，1a 解析 函数的定义域为{x |x >0}，f ′(x )＝1x－a ， 由f ′(x )>0，得1－ax x >0，∴a ⎝⎛⎭⎫x －1a x<0， ∴x <1a，故f (x )的单调增区间为⎝⎛⎭⎫0，1a . 5．[2，＋∞)解析 ∵y ′＝a －1x ，∴在(12，＋∞)上y ′≥0，即a －1x ≥0，∴a ≥1x. 由x >12得1x <2，要使a ≥1x恒成立，只需a ≥2. 6．(－1,11)解析 ∵f ′(x )＝3x 2－30x －33＝3(x ＋1)(x －11)．由f ′(x )<0，得－1<x <11，∴f (x )的单调减区间为(－1,11)．7．(－∞，－3]解析 f ′(x )＝3ax 2＋6x －1≤0恒成立⇔⎩⎪⎨⎪⎧ a <0Δ≤0，即⎩⎪⎨⎪⎧a <036＋12a ≤0，∴a ≤－3. 8．[1，＋∞)解析 ∵f ′(x )＝cos x ＋a ≥0，∴a ≥－cos x ，又－1≤cos x ≤1，∴a ≥1.9．解 由题设知函数f (x )的定义域为(0，＋∞)． f ′(x )＝4x －1x ＝4x 2－1x， 由f ′(x )>0，得x >12，由f ′(x )<0，得0<x <12， ∴函数f (x )＝2x 2－ln x 的单调增区间为⎝⎛⎭⎫12，＋∞，单调减区间为⎝⎛⎭⎫0，12. 10．解 (1)∵函数f (x )的导函数f ′(x )＝3x 2＋2bx ＋c ，由题设知－1<x <2是不等式3x 2＋2bx ＋c <0的解集．∴－1,2是方程3x 2＋2bx ＋c ＝0的两个实根，∴－1＋2＝－23b ，(－1)×2＝c 3， 即b ＝－32，c ＝－6. (2)∵f ′(x )＝3ax 2＋1，且f (x )有三个单调区间，∴方程f ′(x )＝3ax 2＋1＝0有两个不等的实根，∴Δ＝02－4×1×3a >0，∴a <0.∴a 的取值范围为(－∞，0)．11．解 由题意知f (x )的定义域为(0，＋∞)，f ′(x )＝a ＋1x ＋2ax ＝2ax 2＋a ＋1x. ①当a ≥0时，f ′(x )>0，故f (x )在(0，＋∞)上单调递增．②当a ≤－1时，f ′(x )<0，故f (x )在(0，＋∞)上单调递减．③当－1<a <0时，令f ′(x )＝0，解得x ＝－a ＋12a， 则当x ∈⎝⎛⎭⎪⎫0， －a ＋12a 时，f ′(x )>0； 当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫ －a ＋12a ，＋∞时，f ′(x )<0. 故f (x )在⎝⎛⎭⎪⎫0， －a ＋12a 上单调递增， 在⎝ ⎛⎭⎪⎫ －a ＋12a ，＋∞上单调递减． 综上，当a ≥0时，f (x )在(0，＋∞)上单调递增；当a ≤－1时，f (x )在(0，＋∞)上单调递减；当－1<a <0时，f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0， －a ＋12a 上单调递增，在⎝ ⎛⎭⎪⎫ －a ＋12a ，＋∞上单调递减． 12．解 (1)由已知，得f ′(x )＝3x 2－a .因为f (x )在(－∞，＋∞)上是单调增函数，所以f ′(x )＝3x 2－a ≥0在(－∞，＋∞)上恒成立，即a ≤3x 2对x ∈(－∞，＋∞)恒成立． 因为3x 2≥0，所以只需a ≤0.又a ＝0时，f ′(x )＝3x 2≥0，f (x )在实数集R 上单调递增，所以a ≤0.(2)假设f ′(x )＝3x 2－a ≤0在(－1,1)上恒成立，则a ≥3x 2在x ∈(－1,1)时恒成立．因为－1<x <1，所以3x 2<3，所以只需a ≥3.当a ＝3时，在x ∈(－1,1)上，f ′(x )＝3(x 2－1)<0，即f (x )在(－1,1)上为减函数，所以a ≥3.故存在实数a ≥3，使f (x )在(－1,1)上单调递减．。
