2.2.1导数与函数的单调性
基础巩固题:
1.函数f(x)=
21
++x ax 在区间(-2,+∞)上为增函数,那么实数a 的取值范围为( ) A.021 C.a>2
1
D.a>-2
答案:C 解析:∵f(x)=a+221+-x a 在(-2,+∞)递增,∴1-2a<0,即a>2
1
.
2.已知函数f (x )=x 2+2x +a ln x ,若函数f (x )在(0,1)上单调,则实数a 的取值范围是( )
A .a ≥0
B .a <-4
C .a ≥0或a ≤-4
D .a >0或a <-4
答案:C 解析:∵f ′(x )=2x +2+a
x ,f (x )在(0,1)上单调, ∴f ′(x )≥0或f ′(x )≤0在(0,1)
上恒成立,即2x 2+2x +a ≥0或2x 2+2x +a ≤0在(0,1)上恒成立, 所以a ≥-(2x 2+2x )或a ≤-(2x 2+2x )在(0,1)上恒成立.记g (x )=-(2x 2+2x ),0 3.函数f (x )=x +9 x 的单调区间为________. 答案:(-3,0),(0,3) 解析:f ′(x )=1-9x 2=x 2 -9 x 2,令f ′(x )<0,解得-3 故单调减区间为(-3,0)和(0,3). 4 函数3 2x x y -=的单调增区间为 ,单调减区间为___________________ 答案:2(0,)3 ; 2(,0),(,)3 -∞+∞ 解析: '2 2320,0,3 y x x x x =-+===或 5.确定下列函数的单调区间:(1)y =x 3-9x 2+24x (2)y =3x -x 3 (1)解:y ′=(x 3-9x 2+24x )′=3x 2-18x +24=3(x -2)(x -4) 令3(x -2)(x -4)>0,解得x >4或x <2. ∴y =x 3-9x 2+24x 的单调增区间是(4,+∞)和(-∞,2) 令3(x -2)(x -4)<0,解得2<x <4 .∴y =x 3-9x 2+24x 的单调减区间是(2,4) (2)解:y ′=(3x -x 3)′=3-3x 2=-3(x 2-1)=-3(x +1)(x -1) 令-3(x +1)(x -1)>0,解得-1<x <1. ∴y =3x -x 3的单调增区间是(-1,1). 令-3(x +1)(x -1)<0,解得x >1或x <-1. ∴y =3x -x 3的单调减区间是(-∞,-1)和(1,+∞) 6.函数y =ln(x 2-x -2)的单调递减区间为__________. [答案] (-∞,-1) [解析] 函数y =ln(x 2-x -2)的定义域为(2,+∞)∪(-∞,-1),令f (x )=x 2-x -2,f ′(x )=2x -1<0,得x <1 2 , ∴函数y =ln(x 2-x -2)的单调减区间为(-∞,-1) 7.已知y =1 3 x 3+bx 2+(b +2)x +3在R 上不是单调增函数,则b 的范围为________. [答案] b <-1或b >2 [解析] 若y ′=x 2+2bx +b +2≥0恒成立,则Δ=4b 2-4(b + 2)≤0,∴-1≤b ≤2,由题意b <-1或b >2. 8.已知x ∈R ,求证:e x ≥x +1. 证明:设f (x )=e x -x -1,则f ′(x )=e x -1. ∴当x =0时,f ′(x )=0,f (x )=0. 当x >0时,f ′(x )>0,∴f (x )在(0,+∞)上是增函数.∴f (x )>f (0)=0. 当x <0时,f ′(x )<0,f (x )在(-∞,0)上是减函数,∴f (x )>f (0)=0. 9.已知函数y =x + x 1 ,试讨论出此函数的单调区间. 解:y ′=(x +x 1)′=1-1·x - 2=2 22)1)(1(1x x x x x -+=- 令2)1)(1(x x x -+>0. 解得x >1或x <-1.∴y =x +x 1 的单调增区间;是(-∞,-1)和(1,+∞).令2 )1)(1(x x x -+<0,解得-1<x <0或0<x <1. ∴y =x +x 1 的单调减区间是(-1,0)和(0,1) 10.已知函数32()f x x bx cx d =+++的图象过点P (0,2),且在点M (-1,f (-1))处的切线方程为076=+-y x .(Ⅰ)求函数y=f(x)的解析式;(Ⅱ)求函数y=f(x)的单调区间. 解:(Ⅰ)由f(x)的图象经过P (0,2),知d=2, 所以,2)(23+++=cx bx x x f .23)(2c bx x x f ++=' 由 在 M(-1,f(-1)) 处 的 切 线 方 程 是 76=+-y x , 知 .6)1(,1)1(,07)1(6=-'=-=+---f f f 即 {{ 326,23,12 1.0,3. b c b c b c b c b c -+=-=-∴-+-+=-===-即 解得 故所求的解析式是 .233)(23+--=x x x x f (Ⅱ)22()36 3.3630,f x x x x x '=----=令 2210.x x --=即 解得 .21,2121+=-=x x 当;0)(,21,21>'+>- 故)21,()(--∞在x f 内是增函数,在)21,21(+-内是减函数,在),21(+∞+内是增函数. 点拨:本题考查函数的单调性、导数的应用等知识,考查运用数学知识分析问题和解决问题的能力. 11.已知函数f(x)=x 3 -2 1x 2 +bx+c. (1)若f(x)在(-∞,+∞)上是增函数,求b 的取值范围; 解 (1))(x f '=3x 2-x+b,因f(x)在(-∞,+∞)上是增函数,则)(x f '≥0.即3x 2 -x+b≥0, ∴b≥x -3x 2在(-∞,+∞)恒成立.设g(x)=x-3x 2 . 当x=61时,g(x)max = 121,∴b≥12 1. 1 2.已知函数f(x)=x(x-1)(x-a)在(2,+∞)上是增函数,试确定实数a 的取值范围. 解 f(x)=x(x-1)(x-a)=x 3-(a+1)x 2+ax ∴)(x f '=3x 2 -2(a+1)x+a 要使函数 f(x)=x(x-1)(x-a)在(2,+∞)上是增函数,只需)(x f '=3x 2 -2(a+1)x+a 在(2,+∞)上满足 )(x f '≥0 即可. ∵)(x f '=3x 2 -2(a+1)x+a 的对称轴是x= 3 1 +a , ∴a 的取值应满足:?????≥'≤+0(2)231f a 或??? ????≥+'>+0)31(23 1 a f a 解得:a≤38.∴a 的取值范围是a≤38. 13.已知函数 2 3 2()4()3 f x x ax x x R =+-∈在区间[]1,1-上是增函数,求实数a 的取值范围. 解:'2()422f x ax x =+-,因为()f x 在区间[]1,1-上是增函数,所以'()0f x ≥对 []1,1x ∈-恒成立,即220x ax --≤对[]1,1x ∈-恒成立,解之得:11a -≤≤ 所以实数a 的取值范围为[]1,1-. 点拨:已知函数的单调性求参数的取值范围是一种常见的题型,常利用导数与函数单调性关系:即“若函数单调递增,则'()0f x ≥;若函数单调递减,则'()0f x ≤”来求解,注意此时公式中的等号不能省略,否则漏解. 14.已知函数d ax bx x x f +++=2 3 )(的图象过点P (0,2),且在点M (-1,)1(-f )处的切线方程076=+-y x ,(1)求函数)(x f y =的解析式;(2)求函数)(x f y =的单调区间。 解:(1)由)(x f 的图象经过P (0,2),知2=d ,所以2)(23+++=cx bx x x f , c bx x x f ++='23)(2 由在点M ()1(,1--f )处的切线方程为076=+-y x ∴ 6)1(,1)1(=-'=-f f 即 ∴ ???=+-+-=+-1 216 23c b c b 解得3-==c b 故所求的解析式是233)(23+--=x x x x f (2)363)(2--='x x x f 令03632 =--x x ,解得21,2121+=--x x 当21- >x 时,0)(>'x f 当2121+<<-x 时,0)(<'x f 故23)(23+-=x x x f 在)21,(--∞内是增函数,在)21,21(+-内是减函数 在),21(+∞+内是增函数 点拨:本题考查函数的单调性、导数的应用等知识,考查运用数学知识分析问题和解决问题的能力. 15.已知函数f (x )=2x -b (x -1)2 ,求导函数f ′(x ),并确定f (x )的单调区间. 解析:f ′(x )=2(x -1)2-(2x -b )·2(x -1) (x -1) 4 = -2x +2b -2(x -1)3 =-2[x -(b -1)] (x -1)3 令f ′(x )=0,得x =b -1且x ≠1. 当b -1 当b -1 (1,+∞)上单调递减. 当b >2时,函数f (x )在(-∞,1)上单调递减,在(1,b -1)上单调递增,在(b -1,+∞) 上单调递减. 当b -1=1,即b =2时,f (x )=2 x -1 ,所以函数f (x )在(-∞,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递减. 强化提高题: 16.设f (x )、g (x )是R 上的可导函数,f ′(x ),g ′(x )分别为f (x )、g (x )的导函数,且满足f ′(x )g (x )+f (x )g ′(x )<0,则当a 答案:C 解析:令y =f (x )·g (x ),则y ′=f ′(x )·g (x )+f (x )·g ′(x ),由于f ′(x )g (x )+f (x )g ′(x )<0,所以y 在R 上单调递减,又x f (b )g (b ). 17.若函数y =x 3-ax 2+4在(0,2)内单调递减,则实数a 的取值范围是____________. [答案] [3,+∞)[解析] y ′=3x 2-2ax ,由题意知3x 2-2ax <0在区间(0,2)内恒成立, 即a >3 2 x 在区间(0,2)上恒成立,∴a ≥3. 18.已知函数f (x )=ax -ln x ,若f (x )>1在区间(1,+∞)内恒成立,实数a 的取值范围为________. [答案] a ≥1[解析] 由已知a >1+ln x x 在区间(1,+∞)内恒成立. 设g (x )=1+ln x x ,则g ′(x )=-ln x x 2<0 (x >1),∴g (x )=1+ln x x 在区间(1,+∞)内单调 递减,∴g (x )<g (1), ∵g (1)=1, ∴1+ln x x <1在区间(1,+∞)内恒成立, ∴a ≥1. 19.函数y =x 2e - x 的单调递增区间是________. 答案:(0,2)解析:y ′=(2x -x 2)e - x >0?0<x <2,故选填(0,2). 20 若32 ()(0)f x ax bx cx d a =+++>在R 增函数,则,,a b c 的关系式为是_______________ 答案:2 0,3a b a c >≤且 解析: '2()320f x ax bx c =++>恒成立,则2 2 0,0,34120 a a b a c b ac >?>?=- 3 4x 3 +bx 有三个单调区间,则b 的取值范围是________. 答案:b >0 解析: y ′=-4x 2+b ,若y ′值有正、有负,则b >0. 22.定义在R 上的奇函数f(x)在[-a,-b ](a>b>0)上是减函数且f(-b)>0,判断F (x )=[f(x)]2在[b,a ]上的单调性并证明你的结论. 解析:设b ≤x 1 ∵f(x)在[-a,-b ]上是减函数,∴0 则f(x 2) 23.设函数f (x )=x 3-3ax 2+3bx 的图象与直线12x +y -1=0相切于点(1,-11). (1)求a 、b 的值;(2)讨论函数f (x )的单调性. [解析] (1)求导得f ′(x )=3x 2-6ax +3b . 由于f (x )的图象与直线12x +y -1=0相切于点(1,-11),所以f (1)=-11,f ′(1)=-12, 即? ???? 1-3a +3b =-113-6a +3b =-12,解得a =1,b =-3. (2)由a =1,b =-3 得f ′(x )=3x 2-6ax +3b =3(x 2-2x -3)=3(x +1)(x -3). 令f ′(x )>0,解得x <-1或x >3;又令f ′(x )<0,解得-1 当x ∈(3,+∞)时,f (x )也是增函数;当x ∈(-1,3)时,f (x )是减函数. 24.若函数3211()(1)132 f x x ax a x =-+-+在区间(1,4)内为减函数,在区间(6,) +∞上为增函数,试求实数a 的取值范围. 解:2()1(1)[(1)]f x x ax a x x a '=-+-=---, 令()0f x '=得1x =或1x a =-, ∴当(1,4)x ∈时,()0f x '≤,当(6,)x ∈+∞时,()0f x '≥, ∴416a ≤-≤,∴57a ≤≤. 25.设函数f(x)=x+ x a (a>0).(1)求函数在(0,+∞)上的单调区间,并证明之;(2)若函数f(x)在[a-2,+∞]上递增,求a 的取值范围. 解析:(1)f(x)在(0,+∞)上的增区间为[a ,+∞],减区间为(0,a ). 证明:∵f ′(x)=1-2x a ,当x ∈[a ,+∞]时, ∴f ′(x)>0,当x ∈(0,a )时,f ′(x)<0. 即f(x)在[a +∞]上单调递增,在(0,a )上单调递减.(或者用定义证) (2)[a-2,+∞]为[a ,+∞]的子区间,所以a-2≥a ?a-a -2≥0?(a +1)( a -2)≥0?a -2≥0?a ≥4. 26.已知函数y =ax 与y =-b x 在(0,+∞)上都是减函数,试确定函数y =ax 3+bx 2+5的单 调区间. 解析: 可先由函数y =ax 与y =-b x 的单调性确定a 、b 的取值范围,再根据a 、b 的 取值范围去确定y =ax 3+bx 2+5的单调区间. [解] ∵函数y =ax 与y =-b x 在(0,+∞)上都是减函数,∴a <0,b <0. 由y =ax 3+bx 2+5得y ′=3ax 2+2bx . 令y ′>0,得3ax 2+2bx >0,∴-2b 3a <x <0. ∴当x ∈????-2b 3a ,0时,函数为增函数. 令y ′<0,即3ax 2+2bx <0, ∴x <-2b 3a ,或x >0. ∴在? ???-∞,-2b 3a ,(0,+∞)上时,函数为减函数. 27 设x x e a a e x f a +=>)(,0是R 上的偶函数,(1)求a 的值;(2)证明)(x f 在(0,+∞)上是增函数。 解:(1)依题意,对一切R x ∈,有)()(x f x f =-,即x x x x ae ae e a a e +=+--1 即0)1)(1(=--x x e e a a ,所以对一切0)1 )(1(,=--∈x x e e a a R x 恒成立 由于x x e e 1-不恒为0,所以01=-a a ,即12 =a ,又因为0>a ,所以1=a (2)证明:由x x e e x f -+=)(,得)1()(2-=-='--x x x x e e e e x f 当),0(+∞∈x 时,有0)1(2>--x x e e ,此时0)(>'x f ,所以)(x f 在(0,+∞)内 是增函数 28.求证:方程x -1 2 sin x =0只有一个根x =0. [证明] 设f (x )=x -1 2sin x ,x ∈(-∞,+∞), 则f ′(x )=1-1 2 cos x >0, ∴f (x )在(-∞,+∞)上是单调递增函数. 而当x =0时,f (x )=0, ∴方程x -1 2 sin x =0有唯一的根x =0. 29已知f (x )=x 2+c ,且f [f (x )]=f (x 2+1) (1)设g (x )=f [f (x )],求g (x )的解析式; (2)设φ(x )=g (x )-λf (x ),试问:是否存在实数λ,使φ(x )在(-∞,-1)内为减函数,且在 (-1,0)内是增函数. 解:(1)由题意得f [f (x )]=f (x 2+c )=(x 2+c )2+c f (x 2+1)=(x 2+1)2+c ,∵f [f (x )]=f (x 2+1) ∴(x 2+c )2+c =(x 2+1)2+c , ∴x 2+c =x 2+1,∴c =1 ∴f (x )=x 2+1,g (x )=f [f (x )]=f (x 2+1)=(x 2+1)2+1 (2)φ(x )=g (x )-λf (x )=x 4+(2-λ)x 2+(2-λ) 若满足条件的λ存在,则φ′(x )=4x 3+2(2-λ)x ∵函数φ(x )在(-∞,-1)上是减函数, ∴当x <-1时,φ′(x )<0 即4x 3+2(2-λ)x <0对于x ∈(-∞,-1)恒成立 ∴2(2-λ)>-4x 2, ∵x <-1,∴-4x 2<-4 ∴2(2-λ)≥-4,解得λ≤4 又函数φ(x )在(-1,0)上是增函数 ∴当-1<x <0时,φ′(x )>0 即4x 2+2(2-λ)x >0对于x ∈(-1,0)恒成立 ∴2(2-λ)<-4x 2, ∵-1<x <0,∴-4<4x 2<0 ∴2(2-λ)≤-4,解得λ≥4 故当λ=4时,φ(x )在(-∞,-1)上是减函数,在(-1,0)上是增函数,即满足条件的λ存在. 课外延伸题: 30.方程x 3-3x +c =0在[0,1]上至多有_______个实数根 答案:1 解析.设f (x )=x 3-3x +c ,则f '(x )=3x 2-3=3(x 2-1). 当x ∈(0,1)时,f '(x )<0恒成立. ∴f (x )在(0,1)上单调递减. ∴f (x )的图象与x 轴最多有一个交点. 因此方程x 3-3x +c =0在[0,1)上至多有一实根. 31.若函数f (x )=x 3-3x +a 有三个不同的零点,则实数a 的取值范围是________. 答案:-2 ∴f (x )在(-∞,-1)和(1,+∞)上递增,在(-1,1)上递减, ∴? ???? f (-1)>0f (1)<0,∴-2 解析:(1)对于条件③,令x 1=x 2=0得f(0)≤0,又由条件①知f(0)≥0,故f(0)=0. (2)设0≤x 1 ∴f(x 2)-f(x 1)=f [(x 2-x 1)+x 1]-f(x 1)=f(x 2-x 1)+f(x 1)-f(x 1)=f(x 2-x 1)≥0. 即f(x 2)≥f(x 1),故f(x)在[0,1]上是单调递增,从而f(x)的最大值是f(1)=1. 33.已知函数f(x)=( m x -1)2+(x n -1)2 的定义域为[m,n)且1≤m (1)解析:解法一:∵f(x)=(m x -1)2+ (x n -1)2=x n m x x n m x 222222--++2, ∴ f ′ (x)=3223222 2222x m x n m x n m x =+--·(x 4-m 2n 2-mx 3+m 2nx)=322x m (x 2-mx+mn)(x+mn )(x-mn ). ∵1≤m ≤x x m >0,x 2-mx+mn=x(x-m)+mn>0,x+mn >0. 令f ′(x)=0,得x=mn , ①当x ∈[m,mn ]时,f ′(x)<0; ②当x ∈[mn ,n ]时,f ′(x)>0. ∴f(x)在[m,mn ]内为减函数,在[mn ,n )为内增函数. 解法二:由题设可得 f(x)=( x n m x +-1)2-m n 2+1. 令t=x n m x +. ∵1≤m ∴t= x n m x +≥2,m n >2. 令t ′=21x n m -=0,得x=mn . 当x ∈[m,mn ],t ′<0;当x ∈(mn ,n)时,t ′>0.∴t=x n m x +在[m,mn ]内是减函数,在[mn ,n ]内是增函数.∵函数y=(t-1)2-m n 2+1在[1,+∞]上是增函数,∴函数f(x)在[m, mn ]内是减函数,在[mn ,n ]内是增函数. (2)证明:由(1)可知,f(x)在[m,n ]上的最小值为f(mn )=2(m n -1)2 ,最大值为f(m)=( m n -1)2 . 对任意x 1、x 2∈[m,n ],|f(x 1)-f(x 2)|≤(m n -1)2-2(m n -1)2=(m n )2-4·m n +4m n -1.令u= m n ,h(u)=u 4-4u 2+4u-1. ∵1≤m m n ≤2,即1 2 .∵h ′ (u)=4u 3-8u+4=4(u-1)(u- 215-)(u+2 1 5+)>0, ∴h(u)在(1,2)上是增函数.∴h(u)≤h(2)=4-8+42-1=42-5<1. ∴不等式|f(x 1)-f(x 2)|<1恒成立. 高考链接题: 34.(2009·广东文,8)函数f (x )=(x -3)e x 的单调递增区间是( ) A .(-∞,2) B .(0,3) C .(1,4) D .(2,+∞) [答案] D [解析] 考查导数的简单应用. f ′(x )=(x -3)′e x +(x -3)(e x )′=(x -2)e x ,令f ′(x )>0,解得x >2,故选D. 35.(2010·新课标全国文)设函数f (x )=x (e x -1)-ax 2. (1)若a =1 2 ,求f (x )的单调区间; (2)若当x ≥0时f (x )≥0,求a 的取值范围. [解析] (1)a =12时,f (x )=x (e x -1)-1 2x 2, f ′(x )=e x -1+xe x -x =(e x -1)(x +1). 当x ∈(-∞,-1)时,f ′(x )>0;当x ∈(-1,0)时,f ′(x )<0;当x ∈(0,+∞)时,f ′(x )>0. 故f (x )在(-∞,-1],[0,+∞)上单调递增,在[-1,0]上单调递减. (2)f (x )=x (e x -1-ax ). 令g (x )=e x -1-ax ,则g ′(x )=e x -a . 若a ≤1,则当x ∈(0,+∞)时,g ′(x )>0,g (x )为增函数,而g (0)=0,从而当x ≥0时g (x )≥0,即f (x )≥0. 当a >1,则当x ∈(0,ln a )时,g ′(x )<0,g (x )为减函数,而g (0)=0,从而当x ∈(0,ln a )时g (x )<0,即f (x )<0. 综合得a 的取值范围为(-∞,1]. 36.(2009江西)设函数()x e f x x = (1) 求函数()f x 的单调区间; (2) 若0k >,求不等式' ()(1)()0f x k x f x +->的解集. 解: (1) ' 22111()x x x x f x e e e x x x -=- +=, 由'()0f x =,得 1x = 因为 当0x <时,'()0f x <; 当01x <<时,'()0f x <; 当1x >时,'()0f x >; 所以()f x 的单调增区间是:[1,)+∞; 单调减区间是: (,0)(0,1]-∞, . (2) 由 2' 2 1()(1)()x x kx kx f x k x f x e x -+-+-= 2(1)(1)0x x kx e x --+=>, 得:(1)(1)0x kx --<. 故:当 01k <<时, 解集是:1 {1}x x k <<; 当 1k =时,解集是: ?; 当 1k >时, 解集是:1 {1}x x k << 导数单调性练习题 1.函数f(x)=ax 3 -x 在R 上为减函数.则( ) A .a≤0 B .a <1 C .a <0 D .a≤1 2.函数x x x f ln )(=.则( ) (A )在),0(∞上递增; (B )在),0(∞上递减; (C )在)1,0(e 上递增; (D )在)1,0(e 上递减 3.函数32()31f x x x =-+是减函数的区间为( ) A.(2,)+∞ B.(,2)-∞ C.(,0)-∞ D.(0,2) 4、设函数f (x )在定义域可导.y =f (x )的图象如右图.则导函数f ′(x )的图象可能是( ) 5.设函数()y f x =的图像如左图.则导函数'()y f x =的图像可能是下图中的() 、 6、曲线y =13x 3+x 在点? ????1,43处的切线与坐标轴围成的三角形面积为( ) A.19 B.29 C.13 D.23 7、函数f (x )=x 2 -2ln x 的单调减区间是________ 8、函数y =x sin x +cos x .x ∈(-π.π)的单调增区间是________ 9、已知函数f (x )=x 2+2x +a ln x .若函数f (x )在(0,1)上单调.则实数a 的取值围是________________ 10.________________ 11、求下列函数的导数 (1)y(2)y=sin3(3x 12(1,1)处的切线方程? 13.. 切线方程; 1 【解析】 ,成立; 根据题意可知 考点:导数法判断函数的单调性;二次函数恒成立. 2.D 【解析】 试题分析:解得则函数的单 解得则函数的单调递减区间为故选 D. 考点:导数与函数的单调性. 3.D 【解析】 .函数先增.再减.再增.对应的导数值.应该是先大于零.再小 于零.最后大于0.故选D. 考点:导数与函数的单调性. 4.D 【解析】 . 【考点】利用导数判断函数的单调性. 5.B 【解析】 试题分析:函数的定义域为.所以即 高中数学函数的单调性与导数测试题(附答 案) 选修2-21.3.1函数的单调性与导数 一、选择题 1.设f(x)=ax3+bx2+cx+d(a0),则f(x)为R上增函数的充要条件是() A.b2-4ac0 B.b0,c0 C.b=0,c D.b2-3ac0 [答案] D [解析]∵a0,f(x)为增函数, f(x)=3ax2+2bx+c0恒成立, =(2b)2-43ac=4b2-12ac0,b2-3ac0. 2.(2009广东文,8)函数f(x)=(x-3)ex的单调递增区间是() A.(-,2) B.(0,3) C.(1,4) D.(2,+) [答案] D [解析]考查导数的简单应用. f(x)=(x-3)ex+(x-3)(ex)=(x-2)ex, 令f(x)0,解得x2,故选D. 3.已知函数y=f(x)(xR)上任一点(x0,f(x0))处的切线斜率k =(x0-2)(x0+1)2,则该函数的单调递减区间为() A.[-1,+) B.(-,2] C.(-,-1)和(1,2) D.[2,+) [答案] B [解析]令k0得x02,由导数的几何意义可知,函数的单调减区间为(-,2]. 4.已知函数y=xf(x)的图象如图(1)所示(其中f(x)是函数f(x)的导函数),下面四个图象中,y=f(x)的图象大致是() [答案] C [解析]当01时xf(x)0 f(x)0,故y=f(x)在(0,1)上为减函数 当x1时xf(x)0,f(x)0,故y=f(x)在(1,+)上为增函数,因此否定A、B、D故选C. 5.函数y=xsinx+cosx,x(-)的单调增区间是() A.-,-2和0,2 B.-2,0和0,2 C.-,-2, D.-2,0和 [答案] A [解析]y=xcosx,当-x2时, cosx0,y=xcosx0, 当02时,cosx0,y=xcosx0. 6.下列命题成立的是() A.若f(x)在(a,b)内是增函数,则对任何x(a,b),都有f(x)0 2.2.1导数与函数的单调性 基础巩固题: 1.函数f(x)= 21 ++x ax 在区间(-2,+∞)上为增函数,那么实数a 的取值范围为( ) A.021 C.a>2 1 D.a>-2 答案:C 解析:∵f(x)=a+221+-x a 在(-2,+∞)递增,∴1-2a<0,即a>2 1 . 2.已知函数f (x )=x 2+2x +a ln x ,若函数f (x )在(0,1)上单调,则实数a 的取值范围是( ) A .a ≥0 B .a <-4 C .a ≥0或a ≤-4 D .a >0或a <-4 答案:C 解析:∵f ′(x )=2x +2+a x ,f (x )在(0,1)上单调, ∴f ′(x )≥0或f ′(x )≤0在(0,1) 上恒成立,即2x 2+2x +a ≥0或2x 2+2x +a ≤0在(0,1)上恒成立, 所以a ≥-(2x 2+2x )或a ≤-(2x 2+2x )在(0,1)上恒成立.记g (x )=-(2x 2+2x ),0 选修2-21.3.1函数的单调性与导数 一、选择题 1.设f(x)=ax3+bx2+cx+d(a>0),则f(x)为R上增函数的充要条件是() A.b2-4ac>0 ?B.b>0,c>0 C.b=0,c>0 ??D.b2-3ac<0 [答案] D [解析]∵a>0,f(x)为增函数, ∴f′(x)=3ax2+2bx+c>0恒成立, ∴Δ=(2b)2-4×3a×c=4b2-12ac<0,∴b2-3ac<0. 2.(2009·广东文,8)函数f(x)=(x-3)e x的单调递增区间是() A.(-∞,2) ?B.(0,3) C.(1,4)???D.(2,+∞) [答案]D [解析] 考查导数的简单应用. f′(x)=(x-3)′ex+(x-3)(ex)′=(x-2)e x, 令f′(x)>0,解得x>2,故选D. 3.已知函数y=f(x)(x∈R)上任一点(x0,f(x0))处的切线斜率k=(x 2)(x0+1)2,则该函数的单调递减区间为( ) 0- A.[-1,+∞)???B.(-∞,2] C.(-∞,-1)和(1,2)??D.[2,+∞) [答案] B [解析] 令k≤0得x0≤2,由导数的几何意义可知,函数的单调 减区间为(-∞,2]. 4.已知函数y=xf′(x)的图象如图(1)所示(其中f′(x)是函数f(x)的导函数),下面四个图象中,y=f(x)的图象大致是() [答案] C [解析]当0 用导数判断函数的单调性 2003年高考(新课程卷·理)第19题对函数的单调性进行了考察,题目如下: 【题目】设0>a ,求函数)ln()(a x x x f +-=)),0((+∞∈x 的单调区间。 解:a x x x f +- = '1 21)((0>x ) 当0>a ,0>x 时, 0)(>'x f ?0)42(22>+-+a x a x , 0)(<'x f ?0)42(22<+-+a x a x , (i )当1>a 时,对所有0>x ,恒有0)42(2 2 >+-+a x a x ,即0)(>'x f ,此时)(x f 在),0(+∞单调递增; (ii )当1=a 时,对1≠x ,恒有0)42(2 2 >+-+a x a x ,即0)(>'x f ,此时)(x f 在)1,0(单调递增,在),1(+∞单调递增, 又知函数)(x f 在1=x 处连续,因此)(x f 在),0(+∞单调递增; (iii )当10<'x f ,即0)42(2 2>+-+a x a x , 解得a a x ---<122或a a x -+->122,因此,函数)(x f 在)122,0(a a ---单调递增,在),122(+∞-+-a a 单调递增, 令0)(<'x f ,即0)42(2 2<+-+a x a x , 解得a a x a a -+-<<---122122, 因此,函数)(x f 在)122,122(a a a a -+----上单调递减。 本题用传统作差比较法无法划分函数的单调区间,只有用导数才行,这是教材新增的内容。其理论依据如下(人教版试验本第三册P148): 高中数学-函数的单调性与导数练习 A 级 基础巩固 一、选择题 1.在下列结论中,正确的有( A ) (1)单调增函数的导数也是单调增函数; (2)单调减函数的导数也是单调减函数; (3)单调函数的导数也是单调函数; (4)导函数是单调的,则原函数也是单调的. A .0个 B .2个 C .3个 D .4个 [解析] 分别举反例:(1)y =ln x ,(2)y =1x (x >0),(3)y =2x ,(4)y =x 2 ,故选A . 2.函数f (x )=ax 3 -x 在R 上为减函数,则( A ) A .a ≤0 B .a <1 C .a <2 D .a ≤13 [解析] f ′(x )=3ax 2 -1≤0恒成立,∴a ≤0. 3.(2017·宣城高二检测)函数f (x )=2x +x 3 -2在区间(0,1)内的零点个数是( B ) A .0 B .1 C .2 D .3 [解析] 本小题考查函数的零点与用导数判断函数的单调性,考查分析问题、解决问题的能力. ∵f (x )=2x +x 3-2,0 高二(下)数学理科学案9、10、11:1.3.1利用导数判断函数的单调性 【知识目标】 (一)求函数)(x f 单调区间的方法: 1.如果在),(b a 内,0)(/ >x f ,则)(x f 在此区间是增函数,),(b a 为)(x f 的单调增区间; 2.如果在),(b a 内,0)(/ 【典型例题】 例题1(1)确定函数422+-=x x y 的单调区间; (2)找出函数14)(23-+-=x x x x f 的单调区间; (3)求函数0(ln 1)(>=x x x x f 且1≠x )的单调区间. 例题2求下列函数的单调区间 (1)x e x f x -=)(;(2)x e x x f ln 2)(2-=; (3)x e x x x f -++=)1()(2 例题3 (1)求方程0=7+6x -2x 23在区间(0,2)上的根的个数. (2)证明方程x -12 sinx =0有惟一解. 函数单调性与导数练习题 一、选择题 1.下列说法正确的是 A.当f ′(x 0)=0时,则f (x 0)为f (x )的极大值 B.当f ′(x 0)=0时,则f (x 0)为f (x )的极小值 C.当f ′(x 0)=0时,则f (x 0)为f (x )的极值 D.当f (x 0)为函数f (x )的极值且f ′(x 0)存在时,则有f ′(x 0)=0 2.下列四个函数,在x =0处取得极值的函数是 ①y =x 3 ②y =x 2+1 ③y =|x | ④y =2x A.①② B.②③ C.③④ D.①③ 3.函数y = 2 )13(1 -x 的导数是 A. 3)13(6-x B.2)13(6-x C.-3)13(6-x D.-2 )13(6 -x 4.函数y =sin 3(3x + 4π )的导数为 A.3sin 2(3x +4π)cos(3x +4π) B.9sin 2(3x +4π)cos(3x +4π ) C.9sin 2(3x +4π) D.-9sin 2(3x +4π)cos(3x +4 π ) 5.设f (x )=ax 3+bx 2+cx +d (a >0),则f (x )为R 上增函数的充要条件是( ) A .b 2-4ac >0 B .b >0,c >0 C .b =0,c >0 D .b 2-3ac <0 6.函数f (x )=(x -3)e x 的单调递增区间是( ) A .(-∞,2) B .(0,3) C .(1,4) D .(2,+∞) 7.已知函数y =f (x )(x ∈R)上任一点(x 0,f (x 0))处的切线斜率 k =(x 0-2)(x 0+1)2, 则 该函数的单调递减区间为( ) A .[-1,+∞) B .(-∞,2] C .(-∞,-1)和(1,2) D .[2,+∞) 1.设函数. ( 1)当时,函数与在处的切线互相垂直,求的值; ( 2)若函数在定义域内不单调,求的取值范围; ( 3)是否存在正实数,使得对任意正实数恒成立?若存在,求出 满足条件的实数;若不存在,请说明理由. 2.已知函数是的导函数,为自然对数的底数. ( 1)讨论的单调性; ( 2)当时,证明:; ( 3)当时,判断函数零点的个数,并说明理由. 3.已知函数(其中,). ( 1)当时,若在其定义域内为单调函数,求的取值范围; ( 2)当时,是否存在实数,使得当时,不等式恒成立,如果存在,求的取值范围,如果不存在,说明理由(其中是自然对数的底数,). 4.已知函数,其中为常数. ( 1)讨论函数的单调性; ( 2)若存在两个极值点,求证:无论实数取什么值都有. 5 .已知函数(为常数)是实数集上的奇函数,函数是区间上的减函数 . ( 1)求的值; ( 2)若在及所在的取值范围上恒成立,求的取值范围; 6.已知函数 ln , x ,其中. f x ax x F x e ax x 0, a 0 ( 1)若f x 和 F x 在区间 0,ln3 上具有相同的单调性,求实数 a 的取值范围;( 2)若a , 1 ,且函数 g x xe ax 1 2ax f x 的最小值为 M ,求 M 的 e2 最小值 . 7.已知函数 f ( x) e x m ln x . ( 1)如x 1 是函数 f (x) 的极值点,求实数m 的值并讨论的单调性 f (x) ; ( 2)若x x0是函数f ( x)的极值点,且f ( x) 0 恒成立,求实数m 的取值范围(注:已知常数 a 满足 a ln a 1 ) . 8.已知函数 f x ln 1 mx x2 mx ,其中0 m 1 .2 ( 1)当m 1时,求证: 1 x 0 时, f x x3 ;3 ( 2)试讨论函数y f x 的零点个数. 9.已知e 是自然对数的底数 , F x 2e x 1 x ln x, f x a x 1 3 . (1)设T x F x f x , 当a 1 2e 1时, 求证: T x 在 0, 上单调递增;(2)若x 1, F x f x , 求实数a的取值范围 . 10 .已知函数 f x e x ax 2 (1)若a 1 ,求函数f x 在区间[ 1,1]的最小值; (2)若a R, 讨论函数 f x 在 (0, ) 的单调性; (3)若对于任意的x1, x2 (0, ), 且 x1 x2, 都有 x2 f ( x1) a x1 f ( x2 ) a 成立, 求 a 的取值范围。 利用导数判断函数的单调性 【学习目标】会利用导数研究函数的单调性,掌握分类讨论思想的应用. 【重点、难点】利用导数研究函数的单调性. 【自主学习】 1、设函数()y f x =在区间(,)a b 内可导.(1)如果在(,)a b 内, ()0f x '> ,则()f x 在此区间是增函数;(2)如果在(,)a b 内, ()0f x '< ,则()f x 在此区间是减函数. 2、()/0f x <是()f x 为减函数的( A ) A .充分而不必要条件 B.必要而不充分条件 C .充分必要条件 D.既不充分也不必要条件 【自测】 求下列函数的单调区间: (1)3241y x x x =-+- (2)2()f x x x =+ 解:(1)函数的单调递增区间为:413413(,),(,)33 -+-∞+∞ 函数的单调递减区间为:413413(,)33 -+ (2)函数的单调递增区间为:(,2),(2,)-∞-+∞ 函数的单调递减区间为:(2,2)- 课内探究案 【精讲点拨】 例1、 求下列函数的单调区间: (1)()1x f x e x =-- (2)()ln f x x x =- 解:(1)函数的单调递增区间为:(0,)+∞ 函数的单调递减区间为:(,0)-∞ (2)函数的单调递增区间为:(1,)+∞ 函数的单调递减区间为:(0,1) 例2、 证明:函数16()f x x x =+ 在()0,4上是减函数 证明:222 221616()1(0,4)16 160 0,4.x f x x x x x x -'=-=∈∴<∴-<∴ 函数在()上是减函数 例3、 若函数321y x x mx =+++在(),-∞+∞上是增函数,求实数m 的取值范围。 解:232y x x m '=++ 4120 1 3 R R m m '∴≥∴?=-≤∴≥ 2函数在上是增函数 y =3x +2x+m 0在上恒成立 【当堂检测】 函数11 y x =+的减区间是 (,1),(1,)-∞--∞ 利用导数判断函数的单调性教学案 课后拓展案 A 组 1、求函数32()15336f x x x x =--+的增区间。 解:函数的递增区间: ∞∞(-,-1),(11,+) 2、求函数2()2ln f x x x =-的减区间。 解:函数的定义域(0,)+∞ 利用导数研究函数的单调性 考点一 函数单调性的判断 知识点: 函数()f x 在某个区间(),a b 内的单调性与其导数的正负关系 (1)若 ,则()f x 在(),a b 上单调递增; (2)若 ,则()f x 在(),a b 上单调递减; (3)若 ,则()f x 在(),a b 是常数函数. 1、求下列函数的单调区间. (1)()ln f x x e x =+ (2)2 1()ln 2 f x x x =- (3)()()3x f x x e =- (4)()2x f x e x =- (5)()3ln f x x x =+ (6)ln ()x f x x = (7)2()(0)1 ax f x a x =>+ (8)32333()x x x x f x e +--= 2、讨论下列函数的单调性. (1)()ln (1),f x x a x a R =+-∈ (2)3(),f x x ax b a R =--∈ (3)2 ()ln ,2 x f x a x a R =-∈ (4)32(),,f x x ax b a b R =++∈ (5)2()(22),0x f x e ax x a =-+> (6)2 1()2ln (2),2 f x x a x a x a R =-+-∈ (7)2()1ln ,0f x x a x a x =-+-> (8)221 ()(ln ),x f x a x x a R x -=-+∈ 3、已知函数32(),f x ax x a R =+∈在4 3 x =-处取得极值. (1)确定a 的值; (2)若()()x g x f x e =,讨论函数()g x 的单调性. 4、设2()(5)6ln ,f x a x x a R =-+∈,曲线()y f x =在点()1,(1)f 处的切线与y 轴相交于点()0,6. (1)确定a 的值; (2)求函数()f x 的单调区间. 5、(2016全国卷2节选)讨论2()2 x x f x e x -=+的单调性, 并证明当0x >时,(2)20x x e x -++>. 6、(2016年全国卷1节选)已知函数2()(2)(1)x f x x e a x =-+-.讨论()f x 的单调性. 《函数的单调性与导数》练习题 一、选择题: 1.函数32()31f x x x =-+是减函数的区间为( ) A.(2,)+∞ B.(,2)-∞ C.(,0)-∞ D.(0,2) 2.(09广东文8)函数x e x x f )3()(-=的单调递增区间是( ) A. )2,(-∞ B.(0,3) C.(1,4) D. ),2(+∞ 3 .(文科)设函数f (x )在定义域内可导,y =f (x )的图象如右图,则导函数f ′(x )的图象可能是( ) (理科)设f ′(x )是函数f (x )的导函数,将y =f (x )和y =f ′(x )的图象画在同一个直角坐标系中,不可能正确的是( ) 4.对于R 上可导的任意函数f (x ),若满足(x -1)f x '() ≥0,则必有( ) A.f (0)+f (2)<2f (1) B. f (0)+f (2)≤2f (1) C. f (0)+f (2)≥2f (1) D. f (0)+f (2)>2f (1) 5.已知对任意实数x ,有()()()()f x f x g x g x -=--=,,且0x >时,()0()0f x g x ''>>,,则0x <时( ) A.()0()0f x g x ''>>, B.()0()0f x g x ''><, C.()0()0f x g x ''<>, D.()0()0f x g x ''<<, 6.设)(),(x g x f 分别是定义在R 上的奇函数和偶函数,()0,g x ≠,当0 1.设函数. (1)当时,函数与在处的切线互相垂直,求的值; (2)若函数在定义域不单调,求的取值围; (3)是否存在正实数,使得对任意正实数恒成立?若存在,求出满足条件的实数;若不存在,请说明理由. 2.已知函数是的导函数,为自然对数的底数.(1)讨论的单调性; (2)当时,证明:; (3)当时,判断函数零点的个数,并说明理由. 3.已知函数(其中,). (1)当时,若在其定义域为单调函数,求的取值围; (2)当时,是否存在实数,使得当时,不等式恒成立,如果存在,求的取值围,如果不存在,说明理由(其中是自然对数的底数,). 4.已知函数,其中为常数. (1)讨论函数的单调性; (2)若存在两个极值点,求证:无论实数取什么值都有. 5.已知函数(为常数)是实数集上的奇函数,函数是区间上的减函数. (1)求的值; (2)若在及所在的取值围上恒成立,求的取值围; 6.已知函数()()ln ,x f x ax x F x e ax =-=+,其中0,0x a ><. (1)若()f x 和()F x 在区间()0,ln3上具有相同的单调性,数a 的取值围; (2)若21,a e ??∈-∞- ??? ,且函数()()12ax g x xe ax f x -=-+的最小值为M ,求M 的最小值. 7.已知函数()ln x m f x e x +=-. (1)如1x =是函数()f x 的极值点,数m 的值并讨论的单调性()f x ; (2)若0x x =是函数()f x 的极值点,且()0f x ≥恒成立,数m 的取值围(注:已知常数a 满足ln 1a a =). 8.已知函数()()2 ln 12 x f x mx mx =++-,其中01m <≤. (1)当1m =时,求证:10x -<≤时,()3 3 x f x ≤; (2)试讨论函数()y f x =的零点个数. 9.已知e 是自然对数的底数,()()()12ln ,13x F x e x x f x a x -=++=-+. (1)设()()()T x F x f x =-,当112a e -=+时, 求证:()T x 在()0,+∞上单调递增; (2)若()()1,x F x f x ?≥≥,数a 的取值围. 10.已知函数()2x f x e ax =+- (1)若1a =-,求函数()f x 在区间[1,1]-的最小值; (2)若,a R ∈讨论函数()f x 在(0,)+∞的单调性; (3)若对于任意的1212,(0,),,x x x x ∈+∞<且 [][]2112()()x f x a x f x a +<+都有成立,求a 的取值围。 导数单调性练习题 1.函数f(x)=ax 3-x 在R 上为减函数,则( ) A .a≤0 B .a <1 C .a <0 D .a≤1 2.函数x x x f ln )(=,则( ) (A )在),0(∞上递增; (B )在),0(∞上递减; (C )在)1,0(e 上递增; (D )在)1,0(e 上递减 3.设函数()y f x =的图像如左图,则导函数'()y f x =的图像可能是下图中的() 4.若函数()f x kx Inx =-在区间()1,+∞单调递增,则k 的取值范围是( ) (A )(],2-∞- (B )(],1-∞- (C )[)2,+∞ (D )[)1,+∞ 5.若函数1ln 21)(2+-=x x x f 在其定义域内的一个子区间)1,1(+-k k 内不是单调函数,则实数k 的取值范围 ( ) A .[)+∞,1 B .??????23,1 C .[)2,1+ D .?? ????2,23 6.函数)(x f y =的图象如下图所示,则导函数)('x f y =的图象的大致形状是( ) A . B . C . D . 7.若方程330x x m -+=在[0,2]上有解,则实数m 的取值范围是( ) A .[2,2]- B .[0,2] C .[2,0]- D .(,2)-∞-∪(2,)+∞ 8.已知函数32()f x x bx cx =++的图象如图所示,则2 221x x +等于( ) A .32 B .34 C .38 D .3 16 9.已知3)2(3 123++++=x b bx x y 是R 上的单调增函数,则b 的取值范围是( ) A .12b b ≤-≥或 B .21≤≤-b C .21<<-b D .12b b <->或 10.设)(x f ,)(x g 分别是定义在R 上的奇函数和偶函数,当0导数的单调性练习题35046
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