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第13讲 导数的最值四种题型总结-【同步题型讲义】2023-2024学年高二数学同步教学题型讲义(人教A版2019选择性必修第二册)
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这是一份第13讲 导数的最值四种题型总结-【同步题型讲义】2023-2024学年高二数学同步教学题型讲义(人教A版2019选择性必修第二册),文件包含第13讲导数的最值四种题型总结解析版docx、第13讲导数的最值四种题型总结原卷版docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共51页, 欢迎下载使用。
第13讲 导数的最值四种题型总结
【考点分析】
考点一:函数的最值
一个连续函数在闭区间上一定有最值,最值要么在极值点处取得,要么在断点处取得。
求函数最值的步骤为:
①求在内的极值(极大值或极小值);
②将的各极值与和比较,其中最大的一个为最大值,最小的一个为最小值.
【题型目录】
题型一:利用导数求函数的最值(不含参)
题型二:根据最值求参数
题型三:根据最值求参数范围
题型四:含参数最值讨论问题
【典型例题】
题型一:利用导数求函数的最值(不含参)
【例1】(2022·全国·高三专题练习)已知函数在区间上可导,则“函数在区间上有最小值”是“存在,满足”的
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件 C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
【答案】A
【分析】由开区间最小值点必为极小值点可知极小值点导数值为,充分性成立;利用可验证出必要性不成立,由此得到结论.
【详解】为开区间 最小值点一定是极小值点 极小值点处的导数值为
充分性成立
当,时,,结合幂函数图象知无最小值,必要性不成立
“函数在区间上有最小值”是“存在,满足”的充分不必要条件
故选:
【点睛】本题考查充分条件、必要条件的判断,涉及到导数极值与最值的相关知识;关键是能够明确极值点处的导数值为,但导数值为的点未必是极值点.
【例2】(2022·全国·高二课时练习)函数在上的最大值、最小值分别是
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】求得导函数,令即可求得极值点.再代入端点值即可求得最大值与最小值.
【详解】函数
所以,令解方程可得
极大值
由表格可知,函数在上的最大值为,最小值为
所以选D
【点睛】本题考查利用导数求函数在某区间内的最大值与最小值,注意函数端点处对函数最值的影响,属于基础题.
【例3】(2022江苏单元测试)函数在[0,2]上的最大值是( )
A. B. C.0 D.
【答案】A
【解析】由,得,
当时,,当时,,
所以在上递增,在上递减,
所以,故选:A
【例4】(2022·全国·高二课时练习)设,在上,以下结论正确的是 ( )
A.的极值点一定是最值点 B.的最值点一定是极值点
C.在上可能没有极值点 D.在上可能没有最值点
【答案】C
【分析】结合极值点、最值点的概念对所给选项进行分析即可.
【详解】由已知,,由,得或时;由,
得时,所以在上单调递增,在,上单调递减.
对于选项A,取 ,易知的极值点为,
且,而,所以不是最小值点,故A错误;
对于选项B,取,则在上单调递减,故是最值点,但
不是极值点,故B错误,C正确;
对于选项D,由连续函数在闭区间上一定存在最值,知选项D错误.
故选:C
【点睛】本题考查函数的极值点、最值点概念的辨析,考查学生对极值点、最值点的理解,是一道容易题.
【例5】已知函数,,则函数的最大值为( )
A.0 B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】
根据函数的导函数的正负性判断函数在已知区间的单调性,结合余弦函数的性质进行求解即可.
【详解】
∵,∴当时,单调递增,
当时, 单调递减,
∴.
故选:C.
【例6】(2022·全国·高二课时练习)已知函数在x=2处取得极小值,则在上的最大值为______.
【答案】
【分析】根据函数在x=2处取得极小值可得,求得a的值,继而判断函数在上的极值情况,计算端点处函数值并进行比较,可得答案.
【详解】因为,所以,
由题意可得,解得,
则,,
令,可得x=1或x=2,当x在上变化时,与的变化情况如下表:
x
1
2
0
0
递增
极大值
递减
极小值
递增
所以函数的极大值为,极小值为,
又因为,
且,所以,
所以,
故答案为:
【例7】(2022·山东·滕州市第一中学新校高三阶段练习)已知函数
(1)当时,求在上的值域;
【答案】(1)
【分析】(1)由,可知单调递增,从而 可求得值域;
(1)
由题意知,
,
时,,,
时,恒成立,所以单调递增,
∴,即
所以的值域为.
【例8】(2022·江苏省响水中学高二阶段练习)已知函数.
(1)求函数在区间上的最小值;
【答案】(1)0
【分析】(1)先对函数求导得,令,求导后判断其单调性,结合零点存在性定理可求出原函数的单调性,从而可求出其最小值,
(1)
因为,所以.
记.
则,所以为上的单调减函数.
又,,
所以存在唯一的实数,使得.
所以当时,;当时,,
所以函数在单调递增,在单调递减,
因为,,
所以,
【题型专练】
1.(2022·全国·高二课时练习)(多选)下列结论中不正确的是( ).
A.若函数在区间上有最大值,则这个最大值一定是函数在区间上的极大值
B.若函数在区间上有最小值,则这个最小值一定是函数在区间上的极小值
C.若函数在区间上有最值,则最值一定在或处取得
D.若函数在区间内连续,则在区间内必有最大值与最小值
【答案】ABC
【分析】根据极值与最值的关系判断即可.
【详解】若函数在区间上有最值,则最值可能在极值点或区间端点处取得,故A,B,C都不正确;函数在闭区间上一定有最值,故D正确.
故选:ABC.
2.(2022全国课时练习)函数y=的最大值为( )
A.e-1 B.e C.e2 D.10
【答案】A
【解析】令 当时, ;当 时 ,
所以函数得极大值为 ,因为在定义域内只有一个极值,所以故选:A.
3.(2023陕西安康市教学研究室一模(文))函数在上的最小值为___________.
【答案】
【分析】利用导数确定单调性即可求解最值.
【详解】因为,当时,,所以在上单调递增,
所以.
故答案为:
4.函数在上的最大值为( )
A. B.π C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
利用导数研究的单调性,进而求其最大值.
【详解】
由题意,在上,即单调递增,
∴.
故选:B
5.(2022山东淄川中学高二阶段练习(文))定义在闭区间上的连续函数有唯一的极值点,且,则下列说法正确的是
A.函数的最大值也可能是 B.函数有最小值,但不一定是
C.函数有最小值 D.函数不一定有最小值
【答案】C
【分析】根据函数的极值与最值的定义即可求解.
【详解】∵定义在闭区间上的连续函数有唯一的极值点,且,
∴函数在区间上单调递减,在上单调递增,
∴当时,函数有极小值,也为最小值.
故选:C.
6.(2022·河南郑州·三模(文))在区间上的最小值是( )
A. B.1 C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
求导函数,分析其导函数的符号,得出原函数的单调性,从而可求得最小值.
【详解】
因为,所以,令,解得,
所以当时,,函数单调递减,当时,,函数单调递增,
所以函数在上的最小值为,
故选:B.
7.(2022·浙江省诸暨市第二高级中学高二期中多选题)下列说法错误的是( )
A.函数在闭区间上的极大值一定比极小值大;
B.函数在闭区间上的最大值一定是极大值;
C.对于,若,则无极值;
D.函数在区间上一定存在最值.
【答案】ABD
【分析】对于A,利用函数极值的概念判断,对于BD,利用函数最值的概念判断,对于C,对函数求导后,可知,从而可求出的范围
【详解】对于A,因为函数的极值是它附近的函数值比较,是一个局部概念,所以函数在闭区间上的极大值不一定比极小值大,所以A错误,
对于B,因为函数在闭区间上的最大值在极大值或端点处取得,所以函数在闭区间上的最大值不一定是极大值,所以B错误,
对于C,由,得,当时,,所以,所以在上递增,所以无极值,所以C正确,
对于D,若函数在区间上是增函数或减函数,由于端点处函数值无意义,所以函数在区间上没有最大值和最小值,所以D错误,
故选:ABD
8.(2022·全国·高三专题练习)函数的最大值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
先对函数求导,求出函数的单调区间,进而可求出函数的最大值
【详解】
解:由,得,
当时,,当时,,
所以函数在上递减,在上递增,
因为,
所以函数的最大值为,
故选:B
题型二:根据最值求参数
【例1】(2022·全国·高三专题练习(理))已知函数(为常数),在区间上有最大值,那么此函数在区间上的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】求得导数,得出函数的额单调性,结合函数单调性和端点的函数值,即可求解.
【详解】由题意,函数,可得,
令,即,解得或(舍去).
当时,,单调递减;
当时,,单调递增,
所以当时取最小值,而,
即最大值为,所以,
所以此函数在区间上的最小值为
故选:B.
【例2】(2021·全国·高三专题练习)已知函数(),,的最大值为3,最小值为,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】先利用导数求出函数的单调性,得到的最小值为,最大值为,解方程组即得解.
【详解】.令,得或(舍去).
当时,,当时,,
故为极小值点,也是最小值点.
∵,,,
∴的最小值为,最大值为,
∴,解得,
∴.
故选:C
【例3】(2022·河南·高三阶段练习(理))已知函数的最小值为0.
(1)求实数的值;
【答案】(1);
【分析】(1)求导函数,导函数为增函数,由题意在定义域内有实数解,即,而,由此得出关于的方程,引入新函数,利用导数证明此方程只有唯一解,从而可得结论;
(1)
,显然在定义域内是增函数,有最小值,则有实数解,时,,
,,
,,
令,,
时,,递减,时,,递增,
所以,因此由得;
【例4】(2022·全国·高三阶段练习)已知和有相同的最大值.()
(1)求的值;
【答案】(1)
【分析】(1)分别用导数法求出与的最大值,由最大值相等建立等式即可求解;
(1)
的定义域为,且,,
当时,,递增;当时,,递减;
所以,
的定义域为,且,
当时,,递增;当时,,递减;
所以,
又和有相同的最大值,
所以,解得,
又,
所以;
【例5】(2023天津市南开区南大奥宇培训学校高三阶段练习)已知函数.
(1)若f(x)在(–1,f(–1))处的切线方程为,求a,k的值;
(2)求f(x)的单调递减区间;
(3)若f(x)在区间[–2,2]上的最大值为20,求它在该区间上的最小值.
【答案】(1)
(2)和
(3)
【分析】(1)利用切点和斜率求得.
(2)利用导数求得的单调递减区间.
(3)分析在区间上的极值以及区间端点的函数值,结合最大值为求得,进而求得最小值.
(1)
因为,
所以,
由题设可得,
解得.
(2)
令,解得或,
所以函数f(x)的单调递减区间为和.
(3)
因为,
所以.
因为在上,所以f(x)在[– 1,2]上单调递增,
又由于f(x)在[– 2,– 1]上单调递减,
因此f(2)和f(– 1)分别是f(x)在区间[– 2,2]上的最大值和最小值.
于是有22+a=20,解得.
故.
因此,
即函数f(x)在区间[– 2,2]上的最小值为– 7.
【题型专练】
1.(2022江苏高二专题练习)若函数在区间上的最大值是4,则m的值为( )
A.3 B.1 C.2 D.
【答案】B
【分析】利用导函数求出在上的单调性,然后结合已知条件即可求解.
【详解】,令,解得或,
当时,;当时,或,
故在和上单调递增,在上单调递减,
从而在上单调递减,在上单调递增,
又,,则,
所以在区间上的最大值为,解得.
故选:B.
2.(2022全国高二课时练习)已知函数(a是常数)在上有最大值3,那么它在上的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】求导得到函数的单调区间得到函数最大值为,再比较端点值的大小得到最小值.
【详解】,
由得或,故函数在上单调递增;
由得,故函数在上单调递减,
故函数的最大值为.
故.
又,,
故当时,函数取得最小值为-37.
故选:D.
3.(2020·河北·张家口市第一中学高二期中)若函数在区间上的最大值为2,则它在该区间上的最小值为( )
A.-5 B.7 C.10 D.-19
【答案】A
【分析】利用导数判断函数的单调性,根据最值,即可求得,再求函数在该区间的最小值.
【详解】,,
当时,,函数单调递减,
所以函数的最大值是,得,
函数的最小值是.
故选:A
4.(2023·全国·高三专题练习)已知函数,若区间的最小值为且最大值为1,则的值可以是( )
A.0 B.4 C. D.
【答案】AB
【分析】先求导,分类讨论利用导数法研究函数的最值,即可求解
【详解】,
令,解得或.
①当时,可知在上单调递增,
所以在区间的最小值为,最大值为.
此时,满足题设条件当且仅当,,
即,.故A正确.
②当时,可知在上单调递减,
所以在区间的最大值为,最小值为.
此时,满足题设条件当且仅当,,
即,.故B正确.
③当时,可知在的最小值为,
最大值为b或或,,
则,与矛盾.
若,,
则或或,与矛盾.故C、D错误.
故选:AB
5.(2022·广东梅州·高二阶段练习)已知函数.
(1)若函数的最大值是,求实数的值;
【答案】(1)1
【分析】(1)求出函数的导函数,对分两种情况讨论得到函数的单调性,结合,求出参数的值;
(1)
解:因为的定义域为,
由题意
由.
当时,,,则函数在上单调递增,
故当时,,不合乎题意;
当时,由,可得.
当时,,此时函数单调递增,
当时,,此时函数单调递减
则,故,解得.
6.(2022·全国·高二期末)已知函数的最小值为.
(1)求的值;
【答案】(1)
【分析】(1)利用导数求得函数的单调区间可得,计算可得结果.
(1)
由题可知.
令,解得;令,解得.
所以在上单调递减,在上单调递增,所以,解得.
7.(2022·甘肃·高台县第一中学高二阶段练习(理))设函数的导数满足,.
(1)求的单调区间;
(2)在区间上的最大值为,求的值.
(3)若函数的图象与轴有三个交点,求的范围.
【答案】(1)递增区间为,递减区间为,
(2)
(3)
【分析】(1)求函数的导数,根据条件建立方程组关系求出,的值,结合函数单调性和导数之间的关系即可求的单调区间;
(2)利用导数求出函数在区间上的最大值,建立方程关系即可求的值.
(3)根据的单调性求得极值,令极大值大于,极小值小于,解不等式即可求的范围.
(1)
由可得,
因为,,
所以,解得:,,
所以,,
由即可得:,
由即可得:或,
所以的单调递增区间为,单减区间为和.
(2)
由(1)知,在上单调递减,在上单调递增,
所以当时,取得极小值,
,
,
则在区间上的最大值为,
所以.
(3)
由(1)知当时,取得极小值,
当时,取得极大值
,
若函数的图象与轴有三个交点,
则得,解得,
即的范围是.
题型三:根据最值求参数范围
【例1】(2022·重庆十八中高二期末)若函数在区间上有最小值,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】求导,求得其最小值点,再根据在区间上有最小值,由最小值点在区间内求解可得.
【详解】因为函数,所以,
当或时,,当时,,
所以当时,取得最小值,
因为在区间上有最小值,且
所以,
解得,
所以实数的取值范围是.
故选:C
【例2】(2022·山西运城·模拟预测(理))已知函数,若函数在上存在最小值.则实数的取值范围是________.
【答案】
【解析】
【分析】
先利用导数判断出函数的极值点,建立不等式,即可求出的取值范围.
【详解】
,,
当时,,单调递减;当或时,,单调递增,
∴在处取得极小值,在处取得极大值.
令,解得或,
又∵函数在上存在最小值,且为开区间,
所以,解得.
即的取值范围是.
故答案为:.
【例3】(2022·全国·高三专题练习(文))若函数在上有最大值,则a的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】求导分析,并分析函数的单调性,得在处取到极大值,根据条件可知,代入函数解不等式即可.
【详解】由得,
当时,;当时,;当时,;
所以在和上单调递增,在上单调递减,
故在处取到极大值,又因为在上有最大值,且
所以,则
解得
故选:A
【例4】(2022·全国·高三专题练习)已知函数无最大值,则实数a的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】令,求导研究其单调性和极值,作出和y=-2x的图像,数形结合即可得到f(x)无最大值时,a的取值范围.
【详解】令,则,
令,解得或;令,解得,
∴在上单调递增,在上单调递减,在上单调递增,
g(-1)=2,g(1)=-2,
据此,作出和y=-2x的图像,
由图可知,当x=a<-1时,函数f(x)无最大值.
故选:D.
【点睛】本题关键是利用导数求出g(x)单调性,求出其极值点和极值,以便准确作出其图像,然后数形结合即可求解.
【例5】(2022·全国·高二单元测试)若函数在上有最小值,则实数a的值可能是( ).
A. B. C.0 D.1
【答案】ABC
【分析】利用导数研究函数的性质可得为函数的极小值点,为极大值点.
根据题意可知函数的极小值点必在区间内,即且,
解不等式组即可.
【详解】令,解得,
所以当时,
当时,
所以为函数的极小值点,为函数的极大值点.
因为函数在区间上有最小值,
所以函数的极小值点必在区间内,
即实数a满足,且.
由,解得.
不等,即,
有,,
所以,即.
故实数a的取值范围是.
故选:ABC.
【题型专练】
1.(2022·重庆·高二阶段练习)函数在区间上有最小值,则m的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据f(x)的导数求f(x)的单调性和极值,作出f(x)简图,数形结合即可求m的范围.
【详解】,
易知在,单调递增,在单调递减,
又,,,,
故f(x)图像如图:
函数在区间上有最小值,则由图可知.
故选:B.
2.(2022重庆高二期末)若函数在区间内有最小值,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】先求出函数的导数,分析函数的单调性,可得在处取得最小值,由题意可得,从而可求实数的取值范围
【详解】由,得,
当或时,,当时,,
所以在和上单调递减,在上单调递增,
所以在处取得最小值,
因为函数在区间内有最小值,
所以,且,
所以,且,
解得,
故选:D
3.(2022·辽宁实验中学高二期中)已知函数,若函数在上存在最小值,则a的取值范围是______.
【答案】
【分析】对函数求导,求出函数的单调区间和极值,再根据函数在上存在最小值求参数范围.
【详解】
,
当时,单调递减;当或时,单调递增,
∴在取得极大值,处取得极小值.
令,整理得,解得:或
∵函数在上存在最小值,
∴,解得.
故答案为:.
4.(2022·全国·高二专题练习)已知函数,若函数在区间上存在最大值,则实数的取值范围是____________.
【答案】
【分析】利用导数分析函数的单调性与极值,作出函数的图象,由已知条件可得出关于实数的不等式组,由此可解得实数的取值范围.
【详解】因为,则,
令,可得;令,可得或.
所以,函数的单调递增区间为、,单调递减区间为,
所以,,
令,即,即,解得,
如下图所示:
由题意可得,解得.
因此,实数的取值范围是.
故答案为:.
5.(2022宁夏石嘴山市第一中学高三月考(文))设函数.
①若,则的最大值为____________________;
②若无最大值,则实数的取值范围是_________________.
【答案】2
【解析】
①若,则,时的值域为,
时,则
故时,单调递增;时,单调递减,
,故值域为,
综上,值域为,最大值为2;
②函数,故时的值域为,所以要使无最大值,则需时的最大值小于.
由,知,
当时在上单调递增,,故解得;
当时或,故且,无解,
综上,要使无最大值,则.
故答案为:2;.
题型四:含参数最值讨论问题
【例1】(2020·四川省阆中东风中学校高三月考(文))已知函数,其中为常数,且.
(1)当时,求的单调区间;
(2)若在处取得极值,且在的最大值为1,求的值.
【答案】(1)在和上单调递增,在上单调递减;(2)或.
【解析】
(1),,令,得或1,则列表如下:
1
+
0
_
0
+
增
极大值
减
极小值
增
所以在和上单调递增,在上单调递减.
(2)∵,
令,,,
因为在处取得极值,
所以,
①时,在上单调递增,在上单调递减,
所以在区间上的最大值为,令,解得;
②当,;
(i)当时,在上单调递增,上单调递减,上单调递增,
所以最大值1可能在或处取得,而,
∴,
∴,
(ii)当时,在区间上单调递增;上单调递减,上单调递增,
所以最大值1可能在或处取得而,
所以,解得,与矛盾;
(iii)当时,在区间上单调递增,在单调递减,
所以最大值1可能在处取得,而,矛盾,
综上所述,或
【例2】(2022北京市第十三中学高三开学考试)已知函数.
(1)函数的最大值等于________;
(2)若对任意,都有成立,则实数a的最小值是________.
【答案】 1
【解析】
(1)函数定义域是,,
时,,递增,时,,递减,
∴时,取得极大值也是最大值;
(2)若对任意,都有成立,
等价于当时,,
由(1)当时,,且,满足题意;
当,在上递增,,在递减,,
只要即可,∴,
综上,的最小值是1..
故答案为:;1.
【例3】(2021·湖北·武汉市第一中学高三阶段练习)已知函数.
(1)若,求函数在区间上的最大值与最小值;
(2)若函数的最小值为0,求实数的值.
【答案】(1),;(2).
【分析】(1)求导,得到函数的单调区间,即可求出最值.
(2)对参数进行分类讨论,即可求解.
【详解】解:(1)∵,∴.
令,得.
当,∴,∴是单调递减的;
当,∴,∴是单调递增的,
∴,.
又∵,,∴,
∴,
.
(2),
当时,,∴在上是递增的,无最小值,不满足题意;
当时,令,得.
当时,,∴是单调递减的;
当时,,∴是单调递增的,
∴.
令,.
令,则.
当,,∴是递增的;当,,∴是递减的.
∴,∴,
即.
【题型专练】
1.(2022·山东烟台·高二期末)若函数在区间[1,2]上的最小值为0,则实数a的值为( )
A.-2 B.-1 C.2 D.
【答案】C
【分析】对函数求导后,分和两种情况求出函数的单调区间,从而可求出函数的最小值,使最小值等于零,从而可出实数a的值
【详解】由,得,
当时,在上恒成立,
所以在上递增,
所以,解得(舍去),
当时,由,得或,
当时,在上恒成立,
所以在上递增,
所以,解得(舍去),
当时,当时,,当时,,
所以在上递减,在上递增,
所以当时,取得最小值,所以,解得(舍去),
当时,当时,,所以在上递减,
所以,解得,
综上,,
故选:C
2.【2019年高考全国Ⅲ卷】已知函数.
(1)讨论的单调性;
(2)是否存在,使得在区间的最小值为且最大值为1?若存在,求出的所有值;若不存在,说明理由.
【答案】(1)见解析;(2)或.
【解析】(1).令,得x=0或.
若a>0,则当时,;当时,.故在单调递增,在单调递减;
若a=0,在单调递增;
若a<0,则当时,;当时,.故在单调递增,在单调递减.
(2)满足题设条件的a,b存在.
(i)当a≤0时,由(1)知,在[0,1]单调递增,所以在区间[0,l]的最小值为,最大值为.此时a,b满足题设条件当且仅当,,即a=0,.
(ii)当a≥3时,由(1)知,在[0,1]单调递减,所以在区间[0,1]的最大值为,最小值为.此时a,b满足题设条件当且仅当,b=1,即a=4,b=1.
(iii)当0 若,b=1,则,与0 若,,则或或a=0,与0 综上,当且仅当a=0,或a=4,b=1时,在[0,1]的最小值为-1,最大值为1.
3.(2022·浙江宁波·高二期中)已知函数,.
(1)若函数在上单调递增,求实数a的取值范围;
(2)当时,函数在上的最小值为2,求实数a的值.
【答案】(1),(2)
【分析】(1)转换为恒成立问题即在上恒成立,进行求解即可;
(2)求导可得,按照,进行讨论,由单调性求最值即可得解.
(1)
∵,∴
∵在上是增函数,
∴在上恒成立,即在上恒成立.
∴.
(2)
由(1)得,.
①若,在上恒成立,此时在上是增函数.
所以,解得(舍去).
②若时,在上是减函数,在上是增函数.
所以,解得
综上,
4.(2022·江苏·星海实验中学高二期中)已知函数.
(1)求的单调性;
(2)是否存在a,b,使得在区间[0,2]上的最小值为,最大值为6?若存在,求出的值;若不存在,说明理由.
【答案】(1)答案见解析;
(2)存在,或
【分析】(1)由,得出,求出的两根,比较根的大小并分类讨论,进而求出函数的单调性;
(2)利用(1)中的单调区间讨论在上的最值,最终确定参数的值.
(1)
由,得.
令,即,解得或.
若,则当时,;
当时,.
所以)在上单调递增,在上单调递减.
若,则在上恒成立,
所以在单调递增.
若,则当时,;
当时,.
所以在上单调递增,在上单调递减.
综上,时,在R上单调递增;时,)在上单调递增,在上单调递减;当时,)在上单调递增,在上单调递减.
(2)
满足题设条件的存在.
当时,由(1)知,在单调递增,
所以在区间的最小值为,最大值为.
此时满足题设条件当且仅当,,即.
当时,(i)当即时,由(1)知,在单调递减,
所以在区间的最大值为,最小值为.
此时满足题设条件当且仅当,,即.
(ii)当即时,由(1)知,
)在上单调递减,在上单调递增.
当时,取得极小值即为的最小值,
的最大值为或.
若,,则,与矛盾.
若,则或或,与矛盾
综上,当或时,在区间的最小值为且最大值为.
第13讲 导数的最值四种题型总结
【考点分析】
考点一:函数的最值
一个连续函数在闭区间上一定有最值,最值要么在极值点处取得,要么在断点处取得。
求函数最值的步骤为:
①求在内的极值(极大值或极小值);
②将的各极值与和比较,其中最大的一个为最大值,最小的一个为最小值.
【题型目录】
题型一:利用导数求函数的最值(不含参)
题型二:根据最值求参数
题型三:根据最值求参数范围
题型四:含参数最值讨论问题
【典型例题】
题型一:利用导数求函数的最值(不含参)
【例1】(2022·全国·高三专题练习)已知函数在区间上可导,则“函数在区间上有最小值”是“存在,满足”的
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件 C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
【答案】A
【分析】由开区间最小值点必为极小值点可知极小值点导数值为,充分性成立;利用可验证出必要性不成立,由此得到结论.
【详解】为开区间 最小值点一定是极小值点 极小值点处的导数值为
充分性成立
当,时,,结合幂函数图象知无最小值,必要性不成立
“函数在区间上有最小值”是“存在,满足”的充分不必要条件
故选:
【点睛】本题考查充分条件、必要条件的判断,涉及到导数极值与最值的相关知识;关键是能够明确极值点处的导数值为,但导数值为的点未必是极值点.
【例2】(2022·全国·高二课时练习)函数在上的最大值、最小值分别是
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】求得导函数,令即可求得极值点.再代入端点值即可求得最大值与最小值.
【详解】函数
所以,令解方程可得
极大值
由表格可知,函数在上的最大值为,最小值为
所以选D
【点睛】本题考查利用导数求函数在某区间内的最大值与最小值,注意函数端点处对函数最值的影响,属于基础题.
【例3】(2022江苏单元测试)函数在[0,2]上的最大值是( )
A. B. C.0 D.
【答案】A
【解析】由,得,
当时,,当时,,
所以在上递增,在上递减,
所以,故选:A
【例4】(2022·全国·高二课时练习)设,在上,以下结论正确的是 ( )
A.的极值点一定是最值点 B.的最值点一定是极值点
C.在上可能没有极值点 D.在上可能没有最值点
【答案】C
【分析】结合极值点、最值点的概念对所给选项进行分析即可.
【详解】由已知,,由,得或时;由,
得时,所以在上单调递增,在,上单调递减.
对于选项A,取 ,易知的极值点为,
且,而,所以不是最小值点,故A错误;
对于选项B,取,则在上单调递减,故是最值点,但
不是极值点,故B错误,C正确;
对于选项D,由连续函数在闭区间上一定存在最值,知选项D错误.
故选:C
【点睛】本题考查函数的极值点、最值点概念的辨析,考查学生对极值点、最值点的理解,是一道容易题.
【例5】已知函数,,则函数的最大值为( )
A.0 B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】
根据函数的导函数的正负性判断函数在已知区间的单调性,结合余弦函数的性质进行求解即可.
【详解】
∵,∴当时,单调递增,
当时, 单调递减,
∴.
故选:C.
【例6】(2022·全国·高二课时练习)已知函数在x=2处取得极小值,则在上的最大值为______.
【答案】
【分析】根据函数在x=2处取得极小值可得,求得a的值,继而判断函数在上的极值情况,计算端点处函数值并进行比较,可得答案.
【详解】因为,所以,
由题意可得,解得,
则,,
令,可得x=1或x=2,当x在上变化时,与的变化情况如下表:
x
1
2
0
0
递增
极大值
递减
极小值
递增
所以函数的极大值为,极小值为,
又因为,
且,所以,
所以,
故答案为:
【例7】(2022·山东·滕州市第一中学新校高三阶段练习)已知函数
(1)当时,求在上的值域;
【答案】(1)
【分析】(1)由,可知单调递增,从而 可求得值域;
(1)
由题意知,
,
时,,,
时,恒成立,所以单调递增,
∴,即
所以的值域为.
【例8】(2022·江苏省响水中学高二阶段练习)已知函数.
(1)求函数在区间上的最小值;
【答案】(1)0
【分析】(1)先对函数求导得,令,求导后判断其单调性,结合零点存在性定理可求出原函数的单调性,从而可求出其最小值,
(1)
因为,所以.
记.
则,所以为上的单调减函数.
又,,
所以存在唯一的实数,使得.
所以当时,;当时,,
所以函数在单调递增,在单调递减,
因为,,
所以,
【题型专练】
1.(2022·全国·高二课时练习)(多选)下列结论中不正确的是( ).
A.若函数在区间上有最大值,则这个最大值一定是函数在区间上的极大值
B.若函数在区间上有最小值,则这个最小值一定是函数在区间上的极小值
C.若函数在区间上有最值,则最值一定在或处取得
D.若函数在区间内连续,则在区间内必有最大值与最小值
【答案】ABC
【分析】根据极值与最值的关系判断即可.
【详解】若函数在区间上有最值,则最值可能在极值点或区间端点处取得,故A,B,C都不正确;函数在闭区间上一定有最值,故D正确.
故选:ABC.
2.(2022全国课时练习)函数y=的最大值为( )
A.e-1 B.e C.e2 D.10
【答案】A
【解析】令 当时, ;当 时 ,
所以函数得极大值为 ,因为在定义域内只有一个极值,所以故选:A.
3.(2023陕西安康市教学研究室一模(文))函数在上的最小值为___________.
【答案】
【分析】利用导数确定单调性即可求解最值.
【详解】因为,当时,,所以在上单调递增,
所以.
故答案为:
4.函数在上的最大值为( )
A. B.π C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
利用导数研究的单调性,进而求其最大值.
【详解】
由题意,在上,即单调递增,
∴.
故选:B
5.(2022山东淄川中学高二阶段练习(文))定义在闭区间上的连续函数有唯一的极值点,且,则下列说法正确的是
A.函数的最大值也可能是 B.函数有最小值,但不一定是
C.函数有最小值 D.函数不一定有最小值
【答案】C
【分析】根据函数的极值与最值的定义即可求解.
【详解】∵定义在闭区间上的连续函数有唯一的极值点,且,
∴函数在区间上单调递减,在上单调递增,
∴当时,函数有极小值,也为最小值.
故选:C.
6.(2022·河南郑州·三模(文))在区间上的最小值是( )
A. B.1 C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
求导函数,分析其导函数的符号,得出原函数的单调性,从而可求得最小值.
【详解】
因为,所以,令,解得,
所以当时,,函数单调递减,当时,,函数单调递增,
所以函数在上的最小值为,
故选:B.
7.(2022·浙江省诸暨市第二高级中学高二期中多选题)下列说法错误的是( )
A.函数在闭区间上的极大值一定比极小值大;
B.函数在闭区间上的最大值一定是极大值;
C.对于,若,则无极值;
D.函数在区间上一定存在最值.
【答案】ABD
【分析】对于A,利用函数极值的概念判断,对于BD,利用函数最值的概念判断,对于C,对函数求导后,可知,从而可求出的范围
【详解】对于A,因为函数的极值是它附近的函数值比较,是一个局部概念,所以函数在闭区间上的极大值不一定比极小值大,所以A错误,
对于B,因为函数在闭区间上的最大值在极大值或端点处取得,所以函数在闭区间上的最大值不一定是极大值,所以B错误,
对于C,由,得,当时,,所以,所以在上递增,所以无极值,所以C正确,
对于D,若函数在区间上是增函数或减函数,由于端点处函数值无意义,所以函数在区间上没有最大值和最小值,所以D错误,
故选:ABD
8.(2022·全国·高三专题练习)函数的最大值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
先对函数求导,求出函数的单调区间,进而可求出函数的最大值
【详解】
解:由,得,
当时,,当时,,
所以函数在上递减,在上递增,
因为,
所以函数的最大值为,
故选:B
题型二:根据最值求参数
【例1】(2022·全国·高三专题练习(理))已知函数(为常数),在区间上有最大值,那么此函数在区间上的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】求得导数,得出函数的额单调性,结合函数单调性和端点的函数值,即可求解.
【详解】由题意,函数,可得,
令,即,解得或(舍去).
当时,,单调递减;
当时,,单调递增,
所以当时取最小值,而,
即最大值为,所以,
所以此函数在区间上的最小值为
故选:B.
【例2】(2021·全国·高三专题练习)已知函数(),,的最大值为3,最小值为,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】先利用导数求出函数的单调性,得到的最小值为,最大值为,解方程组即得解.
【详解】.令,得或(舍去).
当时,,当时,,
故为极小值点,也是最小值点.
∵,,,
∴的最小值为,最大值为,
∴,解得,
∴.
故选:C
【例3】(2022·河南·高三阶段练习(理))已知函数的最小值为0.
(1)求实数的值;
【答案】(1);
【分析】(1)求导函数,导函数为增函数,由题意在定义域内有实数解,即,而,由此得出关于的方程,引入新函数,利用导数证明此方程只有唯一解,从而可得结论;
(1)
,显然在定义域内是增函数,有最小值,则有实数解,时,,
,,
,,
令,,
时,,递减,时,,递增,
所以,因此由得;
【例4】(2022·全国·高三阶段练习)已知和有相同的最大值.()
(1)求的值;
【答案】(1)
【分析】(1)分别用导数法求出与的最大值,由最大值相等建立等式即可求解;
(1)
的定义域为,且,,
当时,,递增;当时,,递减;
所以,
的定义域为,且,
当时,,递增;当时,,递减;
所以,
又和有相同的最大值,
所以,解得,
又,
所以;
【例5】(2023天津市南开区南大奥宇培训学校高三阶段练习)已知函数.
(1)若f(x)在(–1,f(–1))处的切线方程为,求a,k的值;
(2)求f(x)的单调递减区间;
(3)若f(x)在区间[–2,2]上的最大值为20,求它在该区间上的最小值.
【答案】(1)
(2)和
(3)
【分析】(1)利用切点和斜率求得.
(2)利用导数求得的单调递减区间.
(3)分析在区间上的极值以及区间端点的函数值,结合最大值为求得,进而求得最小值.
(1)
因为,
所以,
由题设可得,
解得.
(2)
令,解得或,
所以函数f(x)的单调递减区间为和.
(3)
因为,
所以.
因为在上,所以f(x)在[– 1,2]上单调递增,
又由于f(x)在[– 2,– 1]上单调递减,
因此f(2)和f(– 1)分别是f(x)在区间[– 2,2]上的最大值和最小值.
于是有22+a=20,解得.
故.
因此,
即函数f(x)在区间[– 2,2]上的最小值为– 7.
【题型专练】
1.(2022江苏高二专题练习)若函数在区间上的最大值是4,则m的值为( )
A.3 B.1 C.2 D.
【答案】B
【分析】利用导函数求出在上的单调性,然后结合已知条件即可求解.
【详解】,令,解得或,
当时,;当时,或,
故在和上单调递增,在上单调递减,
从而在上单调递减,在上单调递增,
又,,则,
所以在区间上的最大值为,解得.
故选:B.
2.(2022全国高二课时练习)已知函数(a是常数)在上有最大值3,那么它在上的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】求导得到函数的单调区间得到函数最大值为,再比较端点值的大小得到最小值.
【详解】,
由得或,故函数在上单调递增;
由得,故函数在上单调递减,
故函数的最大值为.
故.
又,,
故当时,函数取得最小值为-37.
故选:D.
3.(2020·河北·张家口市第一中学高二期中)若函数在区间上的最大值为2,则它在该区间上的最小值为( )
A.-5 B.7 C.10 D.-19
【答案】A
【分析】利用导数判断函数的单调性,根据最值,即可求得,再求函数在该区间的最小值.
【详解】,,
当时,,函数单调递减,
所以函数的最大值是,得,
函数的最小值是.
故选:A
4.(2023·全国·高三专题练习)已知函数,若区间的最小值为且最大值为1,则的值可以是( )
A.0 B.4 C. D.
【答案】AB
【分析】先求导,分类讨论利用导数法研究函数的最值,即可求解
【详解】,
令,解得或.
①当时,可知在上单调递增,
所以在区间的最小值为,最大值为.
此时,满足题设条件当且仅当,,
即,.故A正确.
②当时,可知在上单调递减,
所以在区间的最大值为,最小值为.
此时,满足题设条件当且仅当,,
即,.故B正确.
③当时,可知在的最小值为,
最大值为b或或,,
则,与矛盾.
若,,
则或或,与矛盾.故C、D错误.
故选:AB
5.(2022·广东梅州·高二阶段练习)已知函数.
(1)若函数的最大值是,求实数的值;
【答案】(1)1
【分析】(1)求出函数的导函数,对分两种情况讨论得到函数的单调性,结合,求出参数的值;
(1)
解:因为的定义域为,
由题意
由.
当时,,,则函数在上单调递增,
故当时,,不合乎题意;
当时,由,可得.
当时,,此时函数单调递增,
当时,,此时函数单调递减
则,故,解得.
6.(2022·全国·高二期末)已知函数的最小值为.
(1)求的值;
【答案】(1)
【分析】(1)利用导数求得函数的单调区间可得,计算可得结果.
(1)
由题可知.
令,解得;令,解得.
所以在上单调递减,在上单调递增,所以,解得.
7.(2022·甘肃·高台县第一中学高二阶段练习(理))设函数的导数满足,.
(1)求的单调区间;
(2)在区间上的最大值为,求的值.
(3)若函数的图象与轴有三个交点,求的范围.
【答案】(1)递增区间为,递减区间为,
(2)
(3)
【分析】(1)求函数的导数,根据条件建立方程组关系求出,的值,结合函数单调性和导数之间的关系即可求的单调区间;
(2)利用导数求出函数在区间上的最大值,建立方程关系即可求的值.
(3)根据的单调性求得极值,令极大值大于,极小值小于,解不等式即可求的范围.
(1)
由可得,
因为,,
所以,解得:,,
所以,,
由即可得:,
由即可得:或,
所以的单调递增区间为,单减区间为和.
(2)
由(1)知,在上单调递减,在上单调递增,
所以当时,取得极小值,
,
,
则在区间上的最大值为,
所以.
(3)
由(1)知当时,取得极小值,
当时,取得极大值
,
若函数的图象与轴有三个交点,
则得,解得,
即的范围是.
题型三:根据最值求参数范围
【例1】(2022·重庆十八中高二期末)若函数在区间上有最小值,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】求导,求得其最小值点,再根据在区间上有最小值,由最小值点在区间内求解可得.
【详解】因为函数,所以,
当或时,,当时,,
所以当时,取得最小值,
因为在区间上有最小值,且
所以,
解得,
所以实数的取值范围是.
故选:C
【例2】(2022·山西运城·模拟预测(理))已知函数,若函数在上存在最小值.则实数的取值范围是________.
【答案】
【解析】
【分析】
先利用导数判断出函数的极值点,建立不等式,即可求出的取值范围.
【详解】
,,
当时,,单调递减;当或时,,单调递增,
∴在处取得极小值,在处取得极大值.
令,解得或,
又∵函数在上存在最小值,且为开区间,
所以,解得.
即的取值范围是.
故答案为:.
【例3】(2022·全国·高三专题练习(文))若函数在上有最大值,则a的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】求导分析,并分析函数的单调性,得在处取到极大值,根据条件可知,代入函数解不等式即可.
【详解】由得,
当时,;当时,;当时,;
所以在和上单调递增,在上单调递减,
故在处取到极大值,又因为在上有最大值,且
所以,则
解得
故选:A
【例4】(2022·全国·高三专题练习)已知函数无最大值,则实数a的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】令,求导研究其单调性和极值,作出和y=-2x的图像,数形结合即可得到f(x)无最大值时,a的取值范围.
【详解】令,则,
令,解得或;令,解得,
∴在上单调递增,在上单调递减,在上单调递增,
g(-1)=2,g(1)=-2,
据此,作出和y=-2x的图像,
由图可知,当x=a<-1时,函数f(x)无最大值.
故选:D.
【点睛】本题关键是利用导数求出g(x)单调性,求出其极值点和极值,以便准确作出其图像,然后数形结合即可求解.
【例5】(2022·全国·高二单元测试)若函数在上有最小值,则实数a的值可能是( ).
A. B. C.0 D.1
【答案】ABC
【分析】利用导数研究函数的性质可得为函数的极小值点,为极大值点.
根据题意可知函数的极小值点必在区间内,即且,
解不等式组即可.
【详解】令,解得,
所以当时,
当时,
所以为函数的极小值点,为函数的极大值点.
因为函数在区间上有最小值,
所以函数的极小值点必在区间内,
即实数a满足,且.
由,解得.
不等,即,
有,,
所以,即.
故实数a的取值范围是.
故选:ABC.
【题型专练】
1.(2022·重庆·高二阶段练习)函数在区间上有最小值,则m的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据f(x)的导数求f(x)的单调性和极值,作出f(x)简图,数形结合即可求m的范围.
【详解】,
易知在,单调递增,在单调递减,
又,,,,
故f(x)图像如图:
函数在区间上有最小值,则由图可知.
故选:B.
2.(2022重庆高二期末)若函数在区间内有最小值,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】先求出函数的导数,分析函数的单调性,可得在处取得最小值,由题意可得,从而可求实数的取值范围
【详解】由,得,
当或时,,当时,,
所以在和上单调递减,在上单调递增,
所以在处取得最小值,
因为函数在区间内有最小值,
所以,且,
所以,且,
解得,
故选:D
3.(2022·辽宁实验中学高二期中)已知函数,若函数在上存在最小值,则a的取值范围是______.
【答案】
【分析】对函数求导,求出函数的单调区间和极值,再根据函数在上存在最小值求参数范围.
【详解】
,
当时,单调递减;当或时,单调递增,
∴在取得极大值,处取得极小值.
令,整理得,解得:或
∵函数在上存在最小值,
∴,解得.
故答案为:.
4.(2022·全国·高二专题练习)已知函数,若函数在区间上存在最大值,则实数的取值范围是____________.
【答案】
【分析】利用导数分析函数的单调性与极值,作出函数的图象,由已知条件可得出关于实数的不等式组,由此可解得实数的取值范围.
【详解】因为,则,
令,可得;令,可得或.
所以,函数的单调递增区间为、,单调递减区间为,
所以,,
令,即,即,解得,
如下图所示:
由题意可得,解得.
因此,实数的取值范围是.
故答案为:.
5.(2022宁夏石嘴山市第一中学高三月考(文))设函数.
①若,则的最大值为____________________;
②若无最大值,则实数的取值范围是_________________.
【答案】2
【解析】
①若,则,时的值域为,
时,则
故时,单调递增;时,单调递减,
,故值域为,
综上,值域为,最大值为2;
②函数,故时的值域为,所以要使无最大值,则需时的最大值小于.
由,知,
当时在上单调递增,,故解得;
当时或,故且,无解,
综上,要使无最大值,则.
故答案为:2;.
题型四:含参数最值讨论问题
【例1】(2020·四川省阆中东风中学校高三月考(文))已知函数,其中为常数,且.
(1)当时,求的单调区间;
(2)若在处取得极值,且在的最大值为1,求的值.
【答案】(1)在和上单调递增,在上单调递减;(2)或.
【解析】
(1),,令,得或1,则列表如下:
1
+
0
_
0
+
增
极大值
减
极小值
增
所以在和上单调递增,在上单调递减.
(2)∵,
令,,,
因为在处取得极值,
所以,
①时,在上单调递增,在上单调递减,
所以在区间上的最大值为,令,解得;
②当,;
(i)当时,在上单调递增,上单调递减,上单调递增,
所以最大值1可能在或处取得,而,
∴,
∴,
(ii)当时,在区间上单调递增;上单调递减,上单调递增,
所以最大值1可能在或处取得而,
所以,解得,与矛盾;
(iii)当时,在区间上单调递增,在单调递减,
所以最大值1可能在处取得,而,矛盾,
综上所述,或
【例2】(2022北京市第十三中学高三开学考试)已知函数.
(1)函数的最大值等于________;
(2)若对任意,都有成立,则实数a的最小值是________.
【答案】 1
【解析】
(1)函数定义域是,,
时,,递增,时,,递减,
∴时,取得极大值也是最大值;
(2)若对任意,都有成立,
等价于当时,,
由(1)当时,,且,满足题意;
当,在上递增,,在递减,,
只要即可,∴,
综上,的最小值是1..
故答案为:;1.
【例3】(2021·湖北·武汉市第一中学高三阶段练习)已知函数.
(1)若,求函数在区间上的最大值与最小值;
(2)若函数的最小值为0,求实数的值.
【答案】(1),;(2).
【分析】(1)求导,得到函数的单调区间,即可求出最值.
(2)对参数进行分类讨论,即可求解.
【详解】解:(1)∵,∴.
令,得.
当,∴,∴是单调递减的;
当,∴,∴是单调递增的,
∴,.
又∵,,∴,
∴,
.
(2),
当时,,∴在上是递增的,无最小值,不满足题意;
当时,令,得.
当时,,∴是单调递减的;
当时,,∴是单调递增的,
∴.
令,.
令,则.
当,,∴是递增的;当,,∴是递减的.
∴,∴,
即.
【题型专练】
1.(2022·山东烟台·高二期末)若函数在区间[1,2]上的最小值为0,则实数a的值为( )
A.-2 B.-1 C.2 D.
【答案】C
【分析】对函数求导后,分和两种情况求出函数的单调区间,从而可求出函数的最小值,使最小值等于零,从而可出实数a的值
【详解】由,得,
当时,在上恒成立,
所以在上递增,
所以,解得(舍去),
当时,由,得或,
当时,在上恒成立,
所以在上递增,
所以,解得(舍去),
当时,当时,,当时,,
所以在上递减,在上递增,
所以当时,取得最小值,所以,解得(舍去),
当时,当时,,所以在上递减,
所以,解得,
综上,,
故选:C
2.【2019年高考全国Ⅲ卷】已知函数.
(1)讨论的单调性;
(2)是否存在,使得在区间的最小值为且最大值为1?若存在,求出的所有值;若不存在,说明理由.
【答案】(1)见解析;(2)或.
【解析】(1).令,得x=0或.
若a>0,则当时,;当时,.故在单调递增,在单调递减;
若a=0,在单调递增;
若a<0,则当时,;当时,.故在单调递增,在单调递减.
(2)满足题设条件的a,b存在.
(i)当a≤0时,由(1)知,在[0,1]单调递增,所以在区间[0,l]的最小值为,最大值为.此时a,b满足题设条件当且仅当,,即a=0,.
(ii)当a≥3时,由(1)知,在[0,1]单调递减,所以在区间[0,1]的最大值为,最小值为.此时a,b满足题设条件当且仅当,b=1,即a=4,b=1.
(iii)当0 若,b=1,则,与0 若,,则或或a=0,与0 综上,当且仅当a=0,或a=4,b=1时,在[0,1]的最小值为-1,最大值为1.
3.(2022·浙江宁波·高二期中)已知函数,.
(1)若函数在上单调递增,求实数a的取值范围;
(2)当时,函数在上的最小值为2,求实数a的值.
【答案】(1),(2)
【分析】(1)转换为恒成立问题即在上恒成立,进行求解即可;
(2)求导可得,按照,进行讨论,由单调性求最值即可得解.
(1)
∵,∴
∵在上是增函数,
∴在上恒成立,即在上恒成立.
∴.
(2)
由(1)得,.
①若,在上恒成立,此时在上是增函数.
所以,解得(舍去).
②若时,在上是减函数,在上是增函数.
所以,解得
综上,
4.(2022·江苏·星海实验中学高二期中)已知函数.
(1)求的单调性;
(2)是否存在a,b,使得在区间[0,2]上的最小值为,最大值为6?若存在,求出的值;若不存在,说明理由.
【答案】(1)答案见解析;
(2)存在,或
【分析】(1)由,得出,求出的两根,比较根的大小并分类讨论,进而求出函数的单调性;
(2)利用(1)中的单调区间讨论在上的最值,最终确定参数的值.
(1)
由,得.
令,即,解得或.
若,则当时,;
当时,.
所以)在上单调递增,在上单调递减.
若,则在上恒成立,
所以在单调递增.
若,则当时,;
当时,.
所以在上单调递增,在上单调递减.
综上,时,在R上单调递增;时,)在上单调递增,在上单调递减;当时,)在上单调递增,在上单调递减.
(2)
满足题设条件的存在.
当时,由(1)知,在单调递增,
所以在区间的最小值为,最大值为.
此时满足题设条件当且仅当,,即.
当时,(i)当即时,由(1)知,在单调递减,
所以在区间的最大值为,最小值为.
此时满足题设条件当且仅当,,即.
(ii)当即时,由(1)知,
)在上单调递减,在上单调递增.
当时,取得极小值即为的最小值,
的最大值为或.
若,,则,与矛盾.
若,则或或,与矛盾
综上,当或时,在区间的最小值为且最大值为.
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