用导数解决函数的单调性、极值、最值的方法步骤

用导数解决函数的单调性、极值、最值的方法步骤（833200）新疆奎屯市第一高级中学特级教师王新敞极值是一个局部概念奎屯王新敞新疆由定义，极值只是某个点的函数值与它附近点的函数值比较是最大或最小奎屯王新敞新疆并不意味着它在函数的整个的定义域内最大或最小奎屯王新敞新疆函数的极值不是唯一的奎屯王新敞新疆即一个函数在某区间上或定义域内极大值或极小值可以不止一个奎屯王新敞新疆极大值与极小值之间无确定的大小关系奎屯王新敞新疆即一个函数的极大值未必大于极小值.函数的极值点一定出现在区间的内部，区间的端点不能成为极值点奎屯王新敞新疆而使函数取得最大值、最小值的点可能在区间的内部，也可能在区间的端点奎屯王新敞新疆用导数判别f(x0)是极大、极小值的思路:若0x满足0)(0xf，且在0x的两侧)(xf的导数异号，则0x是)(xf的极值点，)(0xf是极值，并且如果)(xf在0x两侧满足“左正右负”，则0x是)(xf的极大值点，)(0xf是极大值；如果)(xf在0x两侧满足“左负右正”，则0x是)(xf的极小值点，)(0xf是极小值奎屯王新敞新疆求函数f(x)的极值的步骤:(1)确定函数的定义区间，求导数f′(x)奎屯王新敞新疆(2)求方程f′(x)=0的根奎屯王新敞新疆(3)用函数的导数为0的点，顺次将函数的定义区间分成若干小开区间，并列成表格.检查f′(x)在方程根左右的值的符号，如果左正右负，那么f(x)在这个根处取得极大值；如果左负右正，那么f(x)在这个根处取得极小值；如果左右不改变符号即都为正或都为负，则f(x)在这个根处无极值奎屯王新敞新疆在闭区间ba,上连续的函数)(xf在ba,上必有最大值与最小值；在开区间(,)ab内连续的函数)(xf不一定有最大值与最小值.函数的最值是比较整个定义域内的函数值得出的，函数的极值是比较极值点附近函数值得出的．函数在其定义区间上的最大值、最小值最多各有一个，而函数的极值可能不止一个，也可能没有一个奎屯王新敞新疆利用导数求函数的最值步骤:⑴求)(xf在(,)ab内的极值；⑵将)(xf的各极值与)(af、)(bf比较得出函数)(xf在ba,上的最值奎屯王新敞新疆例1求列函数的极值：（1）22)2()1(xxy；（2）2122xxy解：（1）2/22)2)(75)(1()(,)2()1()(xxxxfxxxf令0)(/xf，得驻点2,57,1321xxxx)1,(1)57,1(57)2,57(2),2()(/xf+0-0+0+)(xf↗极大↘极小↗↗0)1(f是函数的极大值；3125108)57(f是函数的极小值.（2）22222/2)1()1)(1(2)1(22)1(2)(,212)(xxxxxxxxfxxxf令0)(/xf，得驻点121,1xxx)1,(-1)1,1(1),1()(/xf-0+0-)(xf↘极大↗极小↘当1x时，f极小=-3；当1x时，f极大=-1值。例2设eexaxxfx()1()(2为自然对数的底，a为常数且Rxa,0），)(xf取极小值时，求x的值.解：)1()1()12()(2xxexaxeaxxf)2)(1(xaxez令210)(或axxf（1）02121aa即当，由表x（－∞，－2）－2)1,2(aa1),1(af′(x)+0－0+f（x）↗极大值↘极小值↗)(,1xfax时取极小值.（2）0)2(21)(,21212xexfaax时即当无极值.（3）2121aa即当时，由表x（－∞，－a1）a1)2,1(a－2),2(f′(x)+0－0+f（x）↗极大值↘极小值↗取极小值时时当综上取极小值时)(,1,021,.)(,2xfaxaxfx取极小值时时当)(,2,21xfxa。例3求抛物线221xy上与点)0,6(A距离最近的点。解：设),(yxM为抛物线221xy上一点，则22)6(||yxMA4241)6(xx。||MA与2||MA同时取到极值，令42241)6(||)(xxMAxf。由0)62)(2()(2/xxxxf得2x是唯一的驻点.当x或x时，2,)(,||xxfMA是)(xf的最小值点，此时2221,22yx.即抛物线221xy上与点)0,6(A距离最近的点是（2，2）.例4设函数f（x）=12x－ax，其中a＞0，求a的范围，使函数f（x）在区间［0，+∞）上是单调函数.分析：要使f（x）在［0，+∞）上是单调函数，只需f′（x）在［0，+∞）上恒正或恒负即可.解：f′（x）=21xx－a.当x＞0时，2011xx因为a＞0，所以当且仅当a≥1时，f′（x）=21xx－a在［0，+∞）上恒小于0，此时f（x）是单调递减函数.点评：要使f（x）在（a，b）上单调，只需f′（x）在（a，b）上恒正或恒负，即f′（x）＞0（或＜0）单调递增（或减）.例5已知函数f（x）=ax3+bx2－3x在x=±1处取得极值.（1）讨论f（1）和f（－1）是函数f（x）的极大值还是极小值；（2）过点A（0，16）作曲线y=f（x）的切线，求此切线方程.解：（1）f′（x）=3ax2+2bx－3，依题意，f′(1)=f′(－1)=0，即.0323,0323baba解得a=1，b=0.∴f（x）=x3－3x，f′（x）=3x2－3=3（x+1）（x－1）.令f′（x）=0，得x=－1，x=1.若x∈（－∞，－1）∪（1，+∞），则f′（x）＞0，故f（x）在（－∞，－1）上是增函数，f（x）在（1，+∞）上也是增函数.若x∈（－1，1），则f′（x）＜0，故f（x）在（－1，1）上是减函数.所以f（－1）=2是极大值，f（1）=－2是极小值.（2）曲线方程为y=x3－3x，点A（0，16）不在曲线上.设切点为M（x0，y0），则点M的坐标满足y0=x03－3x0.因f′（x0）=3（x02－1），故切线的方程为y－y0=3（x02－1）（x－x0）.注意到点A（0，16）在切线上，有16－（x03－3x0）=3（x02－1）（0－x0），化简得x03=－8，解得x0=－2.所以切点为M（－2，－2），切线方程为9x－y+16=0.点评：本题考查函数和函数极值的概念，考查运用导数研究函数性质和求曲线切线的方法，以及分析和解决问题的能力.