4.导数与单调性、极(最)值问题.
导数作为工具来研究三次函数、指数函数、对数函数的单调性,极值、最值时,具有其独特的优越性,要理解导数的几何意义,熟练导数的运算公式,善于借助导数解决有关的问题.
例4.已知函数
,其中
.
(1)当
满足什么条件时,
取得极值?
(2)已知
,且
在区间
上单调递增,试用
表示出
的取值范围.
解析: (1)由已知得
,令
,得
,
要取得极值,方程
必须有解,
所以△
,即
, 此时方程
的根为:
,
,
所以
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
当
时,
|
x |
(-∞,x1) |
x 1 |
(x1,x2) |
x2 |
(x2,+∞) |
|
f’(x) |
+ |
0 |
- |
0 |
+ |
|
f (x) |
增函数 |
极大值 |
减函数 |
极小值 |
增函数 |
所以
在x 1, x2处分别取得极大值和极小值.
当
时,
|
x |
(-∞,x2) |
x 2 |
(x2,x1) |
x1 |
(x1,+∞) |
|
F’(x) |
- |
0 |
+ |
0 |
- |
|
f (x) |
减函数 |
极小值 |
增函数 |
极大值 |
减函数 |
所以
在x 1, x2处分别取得极大值和极小值.
综上,当
满足
时,
取得极值.
(2)要使
在区间
上单调递增,需使
在
上恒成立.
即
恒成立,所以
,
设
,
,
令
得
或
(舍去),
当
时,
,当
时
,
单调增函数;
当
时
,
单调减函数,
所以当
时,
取得最大,最大值为
.
所以
.
当
时,
,此时
在区间
恒成立,
所以
在区间
上单调递增,
当
时
最大,最大值为
,所以
.
综上,当
时,
;当
时,
.
点评:本题为三次函数,利用求导的方法研究函数的极值、单调性和函数的最值,函数在区间上为单调函数,则导函数在该区间上的符号确定,从而转为不等式恒成立,再转为函数研究最值.运用函数与方程的思想,化归思想和分类讨论的思想解答问题.
[思想方法]
[例1]若
是方程
的解,
是
的解,则
的值为( )
A.
B.
C.
D.![]()
[解析]作出
的图象,
交点横坐标为
,而
.
[答案]C
[点评]该题考查了指数函数、对数函数的图象及性质.综合了函数的图象、方程的解及曲线的交点等问题.指数函数、对数函数是两类重要的基本初等函数, 高考中以它们为载体的函数综合题既考查双基, 又考查对蕴含其中的函数思想、等价转化、分类讨论等思想方法的理解与运用.
[例2]若函数f(x)=a
-x-a(a>0且a
1)有两个零点,则实数a的取值范围是 .
[解析]设函数
且
和函数
,则函数f(x)=a
-x-a(a>0且a
1)有两个零点,
就是函数
且
与函数
有两个交点,由图象可知当
时两函数只有一个交点,不符合,当
时,因为函数
的图象过点(0,1),而直线
所过的点一定在点(0,1)的上方,所以一定有两个交点.所以实数a的取值范围是
.
[答案]![]()
[点评]本题考查了指数函数的图象与直线的位置关系,隐含着对指数函数的性质的考查,根据其底数的不同取值范围而分别画出函数的图象解答.体现了对分类讨论思想的考查,分类讨论时,要注意该分类时才分类,讨论务必要全面.
[例3]已知偶函数
在区间
单调增加,则满足
<
的x 取值范围是( )
(A)(
,
) (B) [
,
) (C)(
,
) (D) [
,
)
[解析]由于f(x)是偶函数,故f(x)=f(|x|),
∴得f(|2x-1|)<f(
),再根据f(x)的单调性,得|2x-1|<
,解得
<x<
.
[答案]B
[点评]该题的关键是将含有函数符号的不等式转化为普通的不等式,体现的对转化思想的考查,同时还综合考查了函数的性质,而该题的转化的依据就是函数的奇偶性和单调性.考题中通过这种形式来考查函数的性质与方程、不等式等的综合不但是一个热点,而且成了一个固定的必考题型.
[专题演练]
1.函数的性质与图象
函数的性质是高考考查的重点内容.根据函数单调性和奇偶性的定义,能判断函数的奇偶性,以及函数在某一区间的单调性,从数形结合的角度认识函数的单调性和奇偶性,掌握求函数最大值和最小值的常用方法.函数的图象是函数性质的直观载体,能够利用函数的图象归纳函数的性质.对于抽象函数一类,也要尽量画出函数的大致图象,利用数形结合讨论函数的性质.
例1.“龟兔赛跑”讲述了这样的故事:领先的兔子看着慢慢爬行的乌龟,骄傲起来,睡了一觉,当它醒来时,发现乌龟快到终点了,于是急忙追赶,但为时已晚,乌龟还是先到达了终点……用S1、S2分别表示乌龟和兔子所行的路程,t为时间,则下图与故事情节相吻合的是( )
|
答案:B
解析:在选项B中,乌龟到达终点时,兔子在同一时间的路程比乌龟短.
点评:函数图象是近年高考的热点的试题,考查函数图象的实际应用,考查学生解决问题、分析问题的能力,在复习时应引起重视.
例2.已知定义在R上的奇函数
,满足
,且在区间[0,2]上是增函数,若方程f(x)=m(m>0)在区间
上有四个不同的根
,则![]()
答案:-8
解析:因为定义在R上的奇函数,满足
,所以
,所以, 由
为奇函数,所以函数图象关于直线
对称且
,由
知
,所以函数是以8为周期的周期函数,又因为
在区间[0,2]上是增函数,所以
在区间[-2,0]上也是增函数.如图所示,那么方程f(x)=m(m>0)在区间
上有四个不同的根
,不妨设
,由对称性知
,
.所以
.
点评:本题综合考查了函数的奇偶性,单调性,对称性,周期性,以及由函数图象解答方程问题,运用数形结合的思想和函数与方程的思想解答问题.