当前位置:首页>文档>专题04用导数研究函数的最值(教师版)-2025年高考数学压轴大题必杀技系列·导数_2.2025数学总复习_2025年新高考资料_二轮复习_冲刺高考2025年高考数学二轮复习之压轴大题必杀技系列

专题04用导数研究函数的最值(教师版)-2025年高考数学压轴大题必杀技系列·导数_2.2025数学总复习_2025年新高考资料_二轮复习_冲刺高考2025年高考数学二轮复习之压轴大题必杀技系列

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专题04用导数研究函数的最值(教师版)-2025年高考数学压轴大题必杀技系列·导数_2.2025数学总复习_2025年新高考资料_二轮复习_冲刺高考2025年高考数学二轮复习之压轴大题必杀技系列
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专题 4 用导数研究函数的最值 函数与导数一直是高考中的热点与难点,函数的最值是函数的一个重要性质,有些复杂的函数的最值,只能借 助导数来求,高考常考题型一是给出确定函数或含有参数的函数求最值,二是求解不等式恒成立问题,常常利 用函数的最值来求解,此类问题一般难度较大,多以压轴题形式出现. (一) 求函数y  f x在闭区间a,b上的最值 一般地,如果在区间a,b上函数y  f x的图象是一条连续不断的曲线,那么它必有最大值与最小值. 求函数f(x)在[a,b]上的最大值和最小值的步骤 (1)求函数在(a,b)内的极值; (2)求函数在区间端点的函数值f(a),f(b); (3)将函数f(x)的极值与f(a),f(b)比较,其中最大的一个为最大值,最小的一个为最小值. π 【例1】(2024届山西省晋中市平遥县高三冲刺调研)已知函数 f xlnx+sinx+sin . 10 (1)求函数 f x在区间1,e上的最小值; (2)判断函数 f x的零点个数,并证明. π 【解析】(1)因为 f xlnx+sinx+sin , 10 1 1 1 所以 f¢(x) +cosx,令gx f¢(x) +cosx,g¢x- -sinx, x x x2 1 当xÎ1,e时,g¢x- -sinx<0, x2 所以gx在1,e上单调递减,且g11+cos1>0, 1 1 2π 1 1 ge +cose< +cos  - <0, e e 3 e 2 所以由零点存在定理可知,在区间[1,e]存在唯一的a,使ga f¢a0 又当xÎ1,a时,gx f¢x>0;当xÎa,e时,gx f¢x<0;所以 f x在xÎ1,a上单调递增,在xÎa,e上单调递减, π π 又因为 f 1ln1+sin1+sin sin1+sin , 10 10 π π f elne+sine+sin 1+sine+sin > f 1, 10 10 π 所以函数 f(x)在区间[1,e]上的最小值为 f 1sin1+sin . 10 (2)函数 f x在0,+¥上有且仅有一个零点,证明如下: π 1 函数 f xlnx+sinx+sin ,xÎ0,+¥,则 f¢(x) +cosx, 10 x 1 若00, x π 所以 f(x)在区间0,1上单调递增,又 f 1sin1+sin >0, 10 æ1ö 1 π π π f ç ÷-1+sin +sin <-1+sin +sin 0, èeø e 10 6 6 结合零点存在定理可知, f(x)在区间0,1有且仅有一个零点, π 若10,sinx³0,sin >0,则 f x>0, 10 若x>π,因为lnx>lnπ>1³-sinx,所以 f x>0, 综上,函数 f(x)在0,+¥有且仅有一个零点. (二) 求函数在非闭区间上的最值 求函数在非闭区间上的最值,一般通过研究函数的单调性与极值来确定,若函数在某一区间上有唯一极值点, 则该点处的极值一定是函数的最值. 1 【例2】(2024届青海省部分学校高三下学期协作考试模拟预测)已知函数 f xeax+ x2-ax(aÎR). 2 (1)当a1时,求 f x的最值; (2)当aÎ-1,1时,证明:对任意的x,x Î-2,2,都有 f x - f x  ≤e2-1. 1 2 1 2 1 【解析】(1)当a1时, f xex+ x2-x, f¢xex+x-1, 2 易知 f¢xex+x-1在上R单调递增. 因为 f¢00,所以当x<0时, f¢x<0,当x>0时, f¢x>0, 所以 f x在-¥,0上单调递减,在0,+¥上单调递增,所以 f x有最小值 f 01,无最大值. (2)证明: f¢xaeax+x-a.令gx f¢xaeax+x-a,则g¢xa2eax+1>0, 所以 f 'x在-2,2上单调递增. 又 f¢00,所以当x<0时, f¢x<0,当x>0时, f¢x>0, 所以 f x在-2,0上单调递减,在0,2上单调递增, 即当aÎ-1,1时, f x在-2,0上单调递减,在0,2上单调递增. 所以 f 2- f 0e2a -2a+1, f -2- f 0e-2a +2a+1. 令hte2t -2t-e2+2,则h¢t2e2t -2,当t<0时,h¢t<0,当t>0时,h¢t>0, 所以ht在-¥,0上单调递减,在0,+¥上单调递增. 1 因为h10,h-1 +4-e2 <0,所以当tÎ-1,1时,ht£0, e2 即当tÎ-1,1时,e2t -2t+1£e2-1, 所以当aÎ-1,1时,e2a -2a+1≤e2-1且e-2a+2a+1≤e2-1, 即 f 2- f 0 £e2-1且 f -2- f 0 £e2-1, 即对任意的x,x Î-2,2,都有 f x - f x  ≤e2-1. 1 2 1 2 (三) 含单参数的函数在闭区间上的最值问题 含单参数的函数的最值一般不通过比值求解,而是先讨论函数的单调性,再根据单调性求出最值.含参函数在 区间上的最值通常有两类:一是动极值点定区间,二是定极值点动区间,这两类问题一般根据区间与极值点的 位置关系来分类讨论. 【例3】(2024届广东省东莞中学、广州二中等高三下学期六校联考)已知函数 1 f x x2+1-ax-alnxaÎR. 2 (1)求函数 f x的单调区间; (2)当a>0时,求函数 f x在区间1,e上的最大值. 【解析】(1) f x的定义域为0,+¥ ,a x2+1-ax-a x+1x-a 求导数,得 f¢xx+1-a-   , x x x 若a£0,则 f¢x>0,此时 f x在0,+¥上单调递增, 若a>0,则由 f¢x0得xa,当0a时, f¢x>0 , f x在a,+¥上单调递增, 综上,当a£0, f x的增区间为0,+¥,无减区间, 若a>0, f x减区间为0,a,增区间为a,+¥ . (2)由(1)知,当00,得a< e+1- , 2 2 2 2e 1 3 1 若10,则12, 所以x2是函数 f x的一个极值点, 所以a1; 1+lnx-1 (2)由(1)得 f x ,定义域为1,+¥, x-1 1+lnx-1 所以问题等价于m£x× 在2,+¥上恒成立, x-1 1+lnx-1 x-1-lnx-1 构造函数gxx× ,x³2,则g¢x , x-1 x-12 x-2 令hxx-1-lnx-1,x³2,则h¢x , x-1 所以x³2时,h¢x³0,hx在2,+¥递增, 所以hx³h21>0,所以g¢x>0, 所以gx在2,+¥递增, 所以gx g22,所以m£2, min 所以实数m的最大值为2; 2 1+lnx-1 2 (3)由(2)得:x³2时, f x³ ,即 ³ , x x-1 x 2 2 整理得lnx-1³1- >1- , x x-1 k+1 2 2k k+1 2k 令x-1 ,则1- 1- ,即ln >1- , k x-1 k+1 k k+11 2 2 3 k1时,1-2´ 0时,若 fx³0,求b的最小值. 【解析】 (1)当b0时, f xex-ax, f¢xex-a,当a£0时, f¢xex-a>0, f x在R上单调 递增;当a>0时,令 f¢x0有xlna,当xÎ-¥,lna时, f¢x<0, f x单调递减,当xÎlna,+¥ 时, f¢x>0, f x单调递增. (2)当a>0时,由(1)若 fx³0,则 f lna³0有解即可,即a-alna+b ³ 0有解,即b ³ alna - a 有解, 设gaalna-a,则g¢alna,故当01时,g¢a>0, ga单调递增.故g aln1-1 -1,故当b³alna-a -1.故b的最小值为-1 min min (六) 根据 f x³a恒成立,求整数a的最大值 根据 f x³a恒成立,求整数a的最大值,通常情况是 f x有最小值,但无法求出,这种情况下一般设出函数 的极值点,把最小值转化为关于极值点的式子,根据极值所在范围,确定最小值的大致范围,由此确定整数a的 最大值. 【例6】(2024届山东省日照市高三下学期三模)已知函数 f xalnx-x2+a-2x, gxx-2ex-x2-4x+m,aÎR. (1)讨论函数 f x的单调性;(2)当a-1时,对"xÎ0,1, f x>gx,求正整数m的最大值. a x+1-2x+a 【解析】(1)函数 f x的定义域为0,+¥,求导得 f¢x -2x+a-2 , x x ①当a£0时,有 f¢x<0,此时函数 f x在区间0,+¥上单调递减; æ aö æ aö ②当a>0时,当xÎç0, ÷时, f¢x>0,此时函数 f x在区间ç0, ÷上单调递增; è 2ø è 2ø æa ö æa ö 当xÎç ,+¥÷时, f¢x<0,此时函数 f x在区间ç ,+¥÷上单调递减. è2 ø è2 ø 所以当a£0时,函数 f x在区间0,+¥上单调递减; æ aö æa ö 当a>0时,函数 f x在区间ç0, ÷上单调递增,在区间ç ,+¥÷上单调递减. è 2ø è2 ø (2)当a-1,xÎ0,1时, f x>gx恒成立,等价于m<-x+2ex-lnx+x恒成立, æ 1ö 设hx-x+2ex-lnx+x,xÎ0,1,则h¢x1-x çex- ÷, è xø 当0< x<1时,有1-x>0, 1 æ1ö 函数uxex- 在0,1上单调递增,且uç ÷ e-2<0,u1e-1>0, x è2ø æ1 ö 1 则存在唯一的x Îç ,1÷,使得ux 0,即ex0  , 0 è2 ø 0 x 0 当xÎ0,x 时,ux<0,h¢x<0;当xÎx ,1时,ux>0,h¢x>0, 0 0 函数hx在0,x 上单调递减,在x ,1上单调递增, 0 0 1 2 hx hx -x +2ex0 -lnx +x -x +2 +2x -1+ +2x min 0 0 0 0 0 x 0 x 0 0 0 2 2 2 设y-1+ +2x,则当xÎ0,1时,y¢- +2<0,函数y-1+ +2x在0,1上单调递减, x x2 x æ1 ö 又因为x Îç ,1÷,所以hx Î3,4 . 0 è2 ø 0 所以正整数m的最大值是3. 【例1】(2024届湖南省岳阳市汨罗市高三下学期5月月考)函数 f xlnx,gxx2-x-m+2. (1)若me,求函数Fx f x-gx的最大值;(2)若 f x+gx£x2-x-2ex在xÎ(0,2]恒成立,求实数m的取值范围. 【解析】(1)因为Fxlnx-x2+x+e-2, 1 (2x+1)(x-1) 可知F(x)的定义域为0,+¥,且F¢(x) -2x+1- , x x 由F¢(x)>0,解得01. 可知F(x)在(0,1)内单调递增,在(1,+¥)内单调递减, 所以函数Fx f x-gx的最大值为F1e-2. (2)因为 f(x)+g(x)£x2-(x-2)ex在xÎ(0,2]恒成立, 等价于m³(x-2)ex+lnx-x+2在xÎ(0,2]恒成立. 设h(x)(x-2)ex+lnx-x+2,xÎ(0,2], 1 æ 1ö 则h¢(x)(x-1)ex+ -1x-1 çex- ÷, x è xø 1 1 当x>1时,则x-1>0,且ex >e, <1,可得ex- >e-1>0, x x 所以h¢(x)>0; 当00, x x2 æ1ö 可知u(x)在(0,1)递增,且uç ÷ e-2 0,u(1)e-1 0. è2ø æ1 ö 则$x Îç ,1÷,使得ux 0. 0 è2 ø 0 当xÎ0,x 时,u(x)<0;当xÎx ,1时,u(x)>0. 0 0 当xÎ0,x 时,h¢(x)>0;当xÎx ,1时,h¢(x)<0. 0 0 可知函数h(x)在0,x 递增,在x ,1递减,在(1,2)递增. 0 0 1 1 由ux ex0 - 0,得ex0  ,且lnx -x . 0 x x 0 0 0 0 1 æ 1 ö 可得hx x -2ex 0 +lnx -x +2x -2 -2x +23-2çx + ÷, 0 0 0 0 0 x 0 è 0 x ø 0 0 æ1 ö 且x Îç ,1÷,则hx <0, 0 è2 ø 0又因为h(2)ln2>0,可知当xÎ(0,2]时,h(x) h2ln2, max 所以m的取值范围是[ln2,+¥). 【例2】(2024届云南省昆明市第一中学高三考前适应性训练)已知函数 f xxa-lnx,a>0. (1)求 f x的最小值ga; 1 (2)证明:ga£a+ -1. a 【解析】(1) f(x)的定义域为0,+¥, f¢xaxa-1- 1  axa -1 , x x 1 令ax 0 a -10解得x 0  æ ç è 1 a ö ÷ ø a,又因为当a>0时,yaxa -1为增函数, 故当xÎ0,x 时, f¢x<0,则 f x在0,x 上单调递减; 0 0 当xÎx ,+¥时, f¢x>0,则 f x在x ,+¥上单调递增; 0 0 1 1 1 1+lna 1+lna 故 fx  fx xa -lnx  - ln  ,故ga . min 0 0 0 a a a a a 1+lna -lna (2)ga ,a>0,则g¢a , a a2 故当aÎ0,1时,g¢a>0,则ga在0,1单调递增; 当aÎ1,+¥时,g¢a<0,则ga在1,+¥单调递减; 故ga g11. max 1 1 1 又因为a+ ³2 a´ 2,所以a+ -1³1(当且仅当a1时,取“”), a a a 1 所以ga£a+ -1. a 【例3】(2024届河南省信阳市高级中学高三下学期三模)已知函数 f xax-ln1-xaÎR. (1)若 fx³0恒成立,求a的值; (2)若 f x有两个不同的零点x,x ,且 x -x >e-1,求a的取值范围. 1 2 2 1 1 -ax+a+1 【解析】(1) f¢xa+  (x<1), 1-x 1-x ①当a³0时, f(-1)-a-ln2<0,不符合题意. 1 ②当a<0时,令 f¢(x)0,解得x 1+ , aæ 1ö æ 1ö 当xÎç-¥,1+ ÷时, f¢(x)<0, f(x)在区间ç-¥,1+ ÷上单调递减, è aø è aø æ 1 ö æ 1 ö 当xÎç1+ ,1÷时, f¢(x)>0, f(x)在区间ç1+ ,1÷上单调递增, è a ø è a ø 1 æ 1ö 所以当x 1+ 时, f(x)取得最小值 f ç1+ ÷a+1+ln-a; a è aø 若 fx³0恒成立,则a+1+ln-a³0, 1 x+1 设jxx+1+ln-x(x<0),则j¢x1+  , x x 当xÎ-¥,-1时,j¢x>0,jx在区间-¥,-1上单调递增, 当xÎ(-1,0)时,j¢x<0,jx在区间-1,0上单调递减, 所以jx£j-10,即a+1+ln-a³0的解为a-1. 所以a-1. (2)当a³0时, f¢(x)>0, f(x)在区间(-¥,1)上单调递增, 所以 f(x)至多有一个零点,不符合题意; 当a<0时,因为 f(0)0,不妨设x 0, 1 若00). (1)求 f x在区间-1,1上的最大值与最小值; (2)当a³1时,求证: f x³lnx+x+1. 【解析】(1)解: f¢xeax1+ax(x>0)(a>0), 1 令 f¢x0,则x- , a 1 当01时,-1<- <1,则当xÎ ê -1,- ÷时, f¢x<0, f x在区间 ê -1,- ÷上单调递减; a ë aø ë aø 当xÎ æ ç- 1 ,1 ú ù 时, f¢x>0, f x在区间 æ ç- 1 ,1 ú ù 上单调递增, è a û è a û æ 1ö 1 所以 f x  f ç- ÷- , min è aø ae 而 f -1-e-a <0, f 1ea >0.所以 f x  f 1ea max 综上所述,当01时,所以 f x - , f x ea. min ae max (2)方法一:隐零点法 因为x>0,a³1,所以xeax ³xex,欲证xeax ³lnx+x+1,只需证明xex ³lnx+x+1, æ 1ö 设gxxex-lnx-x-1,(x>0),g¢xx+1 çex- ÷, è xø 1 令fxex- ,易知fx在0,+¥上单调递增, x æ1ö 而fç ÷ e-2<0,f1e-1>0, è2ø æ1 ö 所以由零点的存在性定理可知,存在唯一的x Îç ,1÷使得fx 0, 0 è2 ø 0 1 1 即ex0 - 0,因此ex0  ,x -lnx , x x 0 0 0 0 当xÎ0,x 时,f¢x<0,g¢x<0,gx在0,x 上单调递减; 0 0 当xÎx ,+¥时,f¢x>0,g¢x>0,gx在x ,+¥上单调递增; 0 0 1 所以gx gx ex0x -lnx -x -1 x --lnx -x -10 min 0 0 0 0 x 0 0 0 0 所以gx³0,因此 f x³lnx+x+1. 方法二:(同构) 因为x>0,a³1,所以xeax ³xex,欲证xeax ³lnx+x+1,只需证明xex ³lnx+x+1, 只需证明xex elnxex exlnx+x ³lnx+x+1, 因此构造函数hxex-x-1(xÎR), h¢xex-1, 当xÎ-¥,0时,h¢x<0,hx在-¥,0上单调递减;当xÎ0,+¥时,h¢x>0,hx在0,+¥上单调递增: 所以hx³h00,所以ex ³x+1, 所以xex ³lnx+x+1, 因此 f x³lnx+x+1. 【例5】(2024届江苏省宿迁市高三下学期三模)已知函数 f(x)ln(x-a)+ 9a-4x(a>0). (1)若曲线y f(x)在x2处的切线的方程为x+yb,求实数b的值; (2)若函数 f(x)≤lna+2a恒成立,求a的取值范围. 9a 【解析】(1)因为 f(x)ln(x-a)+ 9a-4x(a>0),函数的定义域为(a, ], 4 1 2 所以 f¢(x) - , x-a 9a-4x 由曲线y f(x)在x2处的切线的方程为x+yb,得 f¢(2)-1, 1 2 所以 f¢(2) - -1, 2-a 9a-8 1 2 8 1 9 设h(a) - ( 0, 2-a 9a-8 9 (a-2)2 (9a-8) 9a-8 8 所以函数h(a)是( ,2)上的递增函数,又h(1)-1, 9 1 2 所以方程 - -1有唯一解a1, 2-a 9a-8 所以 f(x)ln(x-1)+ 9-4x, f(2)1, 所以切点坐标为(2,1),代入直线方程x+yb得b3. 9a (2) f(x)ln(x-a)+ 9a-4x(a>0),定义域为(a, ], 4 1 2 9a-4x -2(x-a) f¢(x) -  , x-a 9a-4x (x-a) 9a-4x -2 设g(x) 9a-4x-2(x-a),所以g¢(x) -2<0, 9a-4x 9a 9a 5a 所以g(x)在(a, )上递减,又g(a) 5a >0,g( )- <0, 4 4 2 所以当xÎ(a,x )时,g(x)>0,即 f¢(x)>0,函数 f(x)递增, 0 9a 当xÎ(x , )时,g(x)<0,即 f¢(x)<0,函数 f(x)递减, 0 4 所以函数 f(x)的最大值 f (x) f(x ) ln(x -a)+ 9a-4x , max 0 0 0 又g(x ) 9a-4x -2(x -a)0, 0 0 0所以 9a-4x 2(x -a), 0 0 所以 f (x) f(x ) ln(x -a)+2(x -a), max 0 0 0 因为 f(x)≤lna+2a恒成立,即ln(x -a)+2(x -a)≤lna+2a恒成立, 0 0 1 设h(x)lnx+2x,则h¢(x) +2>0,所以h(x)递增, x 所以x -a≤a,即x £2a恒成立, 0 0 9a 因为g(x)在(a, )上递减,且g(x )0, 4 0 所以只需g(2a)≤0恒成立,即 a-2a≤0, 1 又a>0,所以a³ . 4 【例6】(山西省晋城5月第四次调研考)函数 f(x)  x2+ax  ex(aÎR). (1)求 f x的单调区间; f(x) (2)若 f xx只有一个解,则当x>0时,求使 >  kx-x2 ex-1  成立的最大整数k. ex 【解析】(1)函数 f(x)  x2+ax  ex,定义域为R,则 f¢xé ë x2+a+2x+aù û ex, 因为ex >0,设g(x)x2+(a+2)x+a,D(a+2)2-4aa2+4>0, -(a+2)- a2 +4 -(a+2)+ a2 +4 则令g(x)0得,x  ,x  , 1 2 2 2 -(a+2)- a2 +4 当xÎ(-¥, )时,g(x)>0, f¢(x)>0, f(x)单调递增, 2 -(a+2)- a2 +4 -(a+2)+ a2 +4 当xÎ( , )时,g(x)<0, f¢(x)<0, 2 2 f(x)单调递减, -(a+2)+ a2 +4 当xÎ( ,+¥)时,g(x)>0, f¢(x)>0, f(x)单调递增, 2 -(a+2)- a2 +4 -(a+2)+ a2 +4 综上所述: f(x)的单调递增区间为(-¥, ),( ,+¥), 2 2 -(a+2)- a2 +4 -(a+2)+ a2 +4 单调递减区间为( , ); 2 2 (2)若 f(x)x即  x2+ax  ex x只有一个解, 因为x0使方程成立,所以只有0是 f(x)x的解, 当x¹0时,(x+a)ex 1无非零解, 设h(x)(x+a)ex-1,则h'(x)(x+a+1)ex,当x<-a-1,h¢(x)<0,h(x)单调递减,当x>-a-1,h¢(x)>0,h(x)单调递增, 所以h(x)最小值为h(-a-1)-e-a-1-1<0, 当x®-¥时,h(x)®-1,当x®+¥时,h(x)®+¥, 故h(x)(x+a)ex-1定有零点,又因为(x+a)ex 1无非零解,有零点应还是0, 所以h(0)(0+a)e0-10,所以a1,则 f(x)  x2+x  ex, f(x) >  kx-x2 ex-1  ,得x2+x>  kx-x2 ex-1  ,x>0,ex >1, ex x+1 x+1 所以 >k-x,得k < +x, ex-1 ex-1 x+1 -1-xex ex ex-x-2  设F(x) +x,则F'(x) +1 , ex-1  ex-1 2  ex-1 2 令Gxex-x-2,则G¢xex-1, 因为x>0时,ex >1,所以G¢x>0,则Gx在0,+¥单调递增, 又G(1)e-3<0,G(2)e2-4>0 ex0  ex0 -x -2  所以$x Î(1,2)使得Gx 0,所以ex0 x +2,且F'x  0 0, 0 0 0 0  ex0 -1 2 x+1 当xÎ0,x 时,F¢x <0,F(x) +x单调递减, 0 0 ex-1 x+1 当xÎx ,+¥时,F¢(x)>0,F(x) +x单调递增, 0 ex-1 x +1 所以F(x)最小值Fx  0 +x ,且ex0 x +2, 0 ex0 -1 0 0 x +1 得Fx  0 +x x +1, 0 x +1 0 0 0 又因为x Î(1,2),所以x +1Î(2,3),因为k0,可得 f¢x在0,+¥单调递增,且 f¢10, x2 故xÎ0,1时, f¢x<0, f x单调递减;xÎ1,+¥时, f¢x>0, f x单调递增, 则 f x的最小值为 f 11. (2)若 f x在定义域内单调递增,则 f¢x³0在xÎ0,+¥上恒成立, 2 xex-1- x+a f¢xex-1+ a - 2  a , x a x 2 a+2a-1 令gxxex-1- x+a,则g1 ³0,且g0a³0可知a³1, a a 下证a³1时,gx³0, 2 由haxex-1- x+a关于a³1单调递增,则ha³xex-1-2x+1, a 令Gxxex-1-2x+1,则G¢xx+1ex-1-2, 故G¢x在xÎ0,+¥上单调递增,且G¢10, 则Gx在0,1上单调递减,在1,+¥上单调递增, 所以Gx³G10, 综上所述,aÎ1,+¥时, f x在定义域0,+¥上单调递增. a 2 a 2 (3) f¢xex-1+ - ,记nxex-1+ - x a x a a n¢xex-1- ,00, 所以存在唯一x Î0,1,使得n¢x 0, 0 0故 f¢x在0,x 上单调递减,x ,+¥单调递增,其中x2ex0-1 a, 0 0 0 根据函数yx2ex-1在0,+¥上单调递增且aÎ0,1,得00, f x在0,+¥上存在零点,求实数a的取值范围. 【解析】(1)当a-1时, f xex-sinx, 所以不等式转化为ex-bx-sinx-1³0,在0,+¥上恒成立. 令hxex-bx-sinx-1, 所以h¢xex-cosx-b. 当xÎ[0,+¥)时,ex-cosx³0恒成立. 若b£0,则h¢x³0在0,+¥上恒成立, hx在0,+¥上单调递增, 故hx³h00,符合题意; 若b >0,令函数mxex-cosx-b,则m¢xex +sinx³0在0,+¥上恒成立, 所以mx在0,+¥上单调递增, 因为m0-b<0,且当x®+¥时,mx®+¥. 所以$x Î0,+¥,mx ex0 -cosx -b0, 0 0 0 故当xÎ0,x 时,h¢xmx<0,hx单调递减, 0 当xÎx ,+¥时,h¢xmx>0,hx单调递增, 0 则h(x) hx =ex0 -bx -sinx -10,gx单调递减; è4 4 ø è 4ø æ πö æ5π 9π ö æ πö 当xÎç0, ÷,xÎç +2kπ, +2kπ÷时,sinçx- ÷<0,gx单调递增. è 4ø è 4 4 ø è 4ø 5π 所以当x +2kπ,kÎN时,gx取得极小值, 4 5π 13π 即当x , ,×××时,gx取得极小值. 4 4 5π 13π 2 5π 13π 又因为sin sin ×××- , , 0gç ÷>×××. è4ø è 4 ø 所以gx£g æ ç πö ÷ 2 e - π 4, è4ø 2 所以当xÎ0,+¥,- 2 e - 5 4 π £gx£ 2 e - π 4. 2 2 2 - 5π 1 2 - π 所以- e 4 £- £ e 4. 2 a 2 又因为a>0, 所以 5π 时, f x在0,+¥上存在零点, a³ 2e4 é 5π ö 所以实数a的取值范围为ê 2e4 ,+¥÷. ë ø 3.(2024届辽宁省凤城市第一中学高三下学期期初考)已知函数 f xxex-1-lnx-x. (1)求函数 f x的最小值; 1 (2)求证:eé ë f x+xù û >ex-e-1lnx- . 2 1 æ 1ö 【解析】(1)因为函数 f xxex-1-lnx-x,所以 f¢xx+1ex-1- -1x+1 çex-1- ÷, x è xø 1 1 记hxex-1- ,x>0,h¢xex-1+ >0, x x2 所以hx在0,+¥上单调递增,且h10, 所以当01时,hx>0,即 f¢x>0,所以 f x在1,+¥单调递增,且 f¢10, 所以 f x  f 10. min 1 (2)要证eéf x+xù>ex-e-1lnx- , ë û 2 1 只需证明:x-1ex-lnx+ >0对于x>0恒成立, 21 1 令gxx-1ex-lnx+ ,则g¢xxex- x>0, 2 x 1 当x>0时,令m(x)g¢(x)xex- , x 1 则m¢(x)(x+1)ex+ >0,m(x)在(0,+¥)上单调递增, x2 1 即g¢xxex- 在(0,+¥)上为增函数, x é 2ù 又因为g¢ æ ç 2ö ÷ 2 e 2 3 - 3  2 êe 2 3 - æ ç 27ö ÷ 3ú<0,g¢1e-1>0, è3ø 3 2 3ê è 8 ø ú ë û æ2 ö 1 x2ex0 -1 所以存在x Îç ,1÷使得g¢x 0,由g¢x x ex0 -  0 0, 0 è3 ø 0 0 0 x x 0 0 1 1 得x2ex0 1即ex0  即ex0  即-2lnx x , 0 x2 x2 0 0 0 0 1 所以当xÎ0,x 时,g¢xxex- <0,gx单调递减, 0 x 1 当xÎx ,+¥时,g¢xxex- >0,gx单调递增, 0 x 1 x -1 x 1 x3+x2+2x -2 所以gx gx x -1ex0 -lnx +  0 + 0 +  0 0 0 , min 0 0 0 2 x2 2 2 2x2 0 0 令jxx3+x2+2x-2 æ ç 2 0, è3 ø è 3ø 3 æ2 ö æ2ö 2 所以jx在ç ,1÷上单调递增,所以jx >jç ÷ >0, è3 ø 0 è3ø 27 jx  1 所以gx³gx  0 >0,所以x-1ex-lnx+ >0, 0 2x2 2 0 1 即eéf x+xù>ex-e-1lnx- . ë û 2 ax 4.(2024届河北省高三学生全过程纵向评价六)已知函数 f x ,gxsinx+cosx. ex (1)当a1时,求 f x的极值; (2)当xÎ0,π时, f x£gx恒成立,求a的取值范围. x 1-x 【解析】(1)当a1时 f x ,所以 f¢x , ex ex 所以当x<1时 f¢x>0,当x>1时 f¢x<0, 所以 f x在-¥,1上单调递增,在1,+¥上单调递减, 1 所以 f x在x1处取得极大值,即 f x  f 1 ,无极小值. 极大值 e(2)因为当xÎ0,π时, f x£gx恒成立, ax 即当xÎ0,π时, £sinx+cosx恒成立, ex 即exsinx+cosx-ax³0在0,π上恒成立, 3π 3π 当x 时- a³0,解得a£0, 4 4 设hxexsinx+cosx-ax,xÎ0,π, 则h¢xexsinx+cosx+excosx-sinx-a2excosx-a, æ πö 令mxh¢x2excosx-a,则m¢x2excosx-sinx2 2excosçx+ ÷, è 4ø æ πö 当xÎç0, ÷时m¢x>0,则h¢x单调递增, è 4ø æπ ö 当xÎç ,π÷时m¢x<0,则h¢x单调递减, è4 ø æπö π 因为a£0,h¢02-a>0,h¢ ç ÷ 2e4 -a>0,h¢π-2eπ-a, è4ø 当-2eπ-a³0,即a£-2eπ时h¢x³0在0,π上恒成立, 所以hx在0,π上单调递增, 所以hx h01>0,所以hx³0恒成立, min æπ ö 当-2eπ 0,hx单调递增; 0 当xÎx ,π时h¢x<0,hx单调递减; 0 ìïf 0³0 ì1³0 eπ 所以í ,则í ,解得-2eπ 0,当xÎç- ,+¥÷时, f¢x<0, è 2ø è 2 ø æ 1ö æ 1 ö 故 f x的单调递增区间为ç-1,- ÷,单调递减区间为ç- ,+¥÷. è 2ø è 2 ø 1 (2)由 f xax+lnx+1,xÎ-1,+¥,得 f¢xa+ , x+1 若a³0,则显然 f 22a+ln3>0,不符合题意, a+1 若a<0,令 f¢x0,解得x- >-1, a æ a+1ö 则当xÎç-1,- ÷时, f¢x>0, f x单调递增, è a ø æ a+1 ö 当xÎç- ,+¥÷时, f¢x<0, f x单调递减, è a ø æ a+1ö f x  f ç- ÷-a-1-ln-a, max è a ø 则-a-1-ln-a£0,即a+1+ln-a³0, 1 a+1 令gaa+1+ln-a,则g¢a1+  , a a 当xÎ-¥,-1时,g¢a>0,ga单调递增, 当xÎ-1,0时,g¢a<0,ga单调递减, 所以ga g-10,当满足ga³0时,a-1, max 所以a的取值集合为-1 . 6.(2024届重庆市育才中学教育集团高三下学期5月模拟)已知函数 f xax-ex+1. (1)求函数y f x的最值; (2)若a3,设曲线y f x与x轴正半轴的交点为P,该曲线在点P处的切线方程为ygx,求证: "xÎR, f x£gx; 【解析】(1)因为函数 f xax-ex+1,定义域为R. 所以 f¢xa-ex,当a£0时, f¢x<0,函数 f x单调递减,此时,函数无最值. 当a>0时, f¢x0,xlna, 则 f¢x>0,xlna, f x在lna,+¥单调递减, 所以函数 f x在xlna处取得最大值,最大值为 f lnaalna-a+1,无最小值. (2)因为a3,所以函数 f x3x-ex +1,则 f¢x3-ex 曲线y f x与x轴正半轴的交点为Px ,0, 0 则切线斜率为 f¢x 3-ex 0, 0 切线方程为:y  3-ex0 x-x . 0 则gx  3-ex0 x-x , 0 令Fx f x-gx3x-ex+1-  3-ex0 x-x  0 F¢x3-ex-  3-ex0  ex0 -ex, 所以Fx在-¥,x 单调递增,x,+¥单调递减, 0 0 Fx的最大值为Fx 0, 0 所以Fx f x-gx£0, 即"xÎR, f x£gx . 7.(2024届河北省秦皇岛市青龙县第一中学高三下学期5月模拟)已知m>0,函数 f xex-2x+m的图 象在点 0, f 0 处的切线与两坐标轴围成的三角形的面积为2. (1)求m的值; (2)求 f x在-1,2上的值域. 【解析】(1)因为 f xex-2x+m,所以 f¢xex-2,则k f¢0-1. 因为 f 01+m,所以切点坐标为0,1+m,所以 f x的图象在点 0, f 0 处的切线方程为y -x+1+m. 1 令y0,得x1+m,又m>0,所以 ´1+m´1+m2,所以m1. 2 (2)由(1)可知 f¢xex-2,令 f¢x>0,解得x>ln2,所以 f x在ln2,2上单调递增. 令 f¢x<0,解得x1-2x恒成立, 即xlnx-ax+a>1-2x, xlnx+2x-1 即a< 在xÎ1,+¥上恒成立, x-1 xlnx+2x-1 令gx ,xÎ1,+¥, x-1 lnx+3x-1-xlnx+2x-1 x-2-lnx 则g¢x  x>1 , x-12 x-12 1 x-1 令hxx-2-lnxx>1,则h¢x1-  >0x>1, x x 所以函数hx在1,+¥上单调递增, 又h31-ln3<0,h42-ln4>0, 所以存在x Î3,4使得hx 0,即x -2lnx , 0 0 0 0 当1x 时,hx>0,即g¢x>0, 0所以函数gx在1,x 上单调递减,在x ,+¥上单调递增, 0 0 x lnx +2x -1 x x -2+2x -1 所以gx gx  0 0 0  0 0 0 x +1, min 0 x -1 x -1 0 0 0 所以a< x +1, 0 又因x Î3,4,则x +1Î4,5, 0 0 所以正整数a的最大值为4. 9.(2024届陕西省西北工业大学附属中学高三适应性训练)已知函数 f(x)2sinx-ax (1)若函数在[0,π]内点A处的切线斜率为-a(a¹0),求点 A的坐标; é πù (2)①当 a1时,求 g(x) f(x)-ln(x+1)在 ê 0, ú 上的最小值; ë 6û 1 1 1 n+1 ②证明:sin +sin + L +sin >ln nÎN,n³2. 2 3 n 2 【解析】(1)设点Ax , f x ,x Î[0,π]. 0 0 0 由于 f¢(x)2cosx-a,则 f¢x 2cosx -a-a,得cosx 0, 0 0 0 π æπö π æπ π ö 则 x  ,且 f ç ÷2- a,所以点 A的坐标为ç ,2- a÷. 0 2 è2ø 2 è2 2 ø (2)① g(x)2sinx-x-ln(x+1), 1 1 则 g¢(x)2cosx-1- ,记h(x)2cosx-1- , x+1 x+1 1 则h¢(x)-2sinx+ (x+1)2 æπö 1 é πù h¢(0)1>0,h¢ ç ÷ -1<0 易知h¢(x)在 ê 0, ú 上单调递减,且 è6ø æπ ö 2 , ë 6û ç +1÷ è6 ø æ πö 1 \$x 0 Îç è 0, 6ø ÷,h¢x 0 0,即 -2sinx 0 + x +12 0, 0 所以,当 xÎ0,x 时, h¢(x)>0,hx在0,x 上单调递增; 0 0 æ πö æ πö 当 xÎçx , ÷时, h¢(x)<0,hx在çx , ÷上单调递减. è 0 6ø è 0 6ø æπö 1 1 5 h00,hç ÷ 3-1- > 3-1-  3- >0 因为 è6ø π 1 3 , +1 +1 6 2 æ πö é πù 所以 xÎç0, ÷时,hx>0, gx在 ê 0, ú 单调递增, è 6ø ë 6û所以,当 x0时, gx取得最小值 g00. æ πö ②由①可知 xÎç0, ÷,时 g(x)>0恒成立,即2sinx>ln(x+1)+x恒成立. è 6ø 1 x 设 s(x)x-ln(x+1),则 s¢(x)1-  , x+1 x+1 æ πö æ πö 当 xÎç0, ÷时, s¢(x)>0, s(x)在ç0, ÷上单调递增, è 6ø è 6ø 所以 s(x)>s(0)0,所以 x>ln(x+1), 又 2sinx>ln(x+1)+x>2ln(x+1),所以sinx>ln(x+1), 1 1 æ1 ö 取 x nÎN,n³2,则sin >lnç +1÷ln(n+1)-lnn, n n èn ø 1 1 1 \sin +sin + +sin >ln3-ln2+ln4-ln3+ +ln(n+1)-lnn L L 2 3 n n+1 ln(n+1)-ln2ln ,得证. 2 1 10.(2024届四川省南充高中高三下学期月考)已知函数 f(x)1- -alnx,aÎR. x (1)讨论 f(x)的单调性; (2)当 a>0时,函数 f(x)与函数 g(x)a(1-e1-x)-x+1有相同的最大值,求 a的值. 1 a 1-ax 【解析】(1) f¢x -  ,x>0. x2 x x2 1 1 ①当 a>0时,当 00,f(x)单调递增;当 x> 时, f¢x<0,f(x)单调递减. a a ②当 a£0时, f(x)在(0,+¥)单调递增. . 1 1 综上所述,当 a>0时, f(x)在(0, )单调递增,在( ,+¥)单调递减. a a 当 a£0时, f(x)在(0,+¥)单调递增. 1 (2)由(1)得当 a>0时,当 x 时, f(x)取得最大值1-a+alna, a g¢xae1-x-1,易知 g¢(x)单调递减 ,令 g¢(x)0, x1+alna, 当 x<1+alna时, g¢x>0, g(x)单调递增; 当 x>1+alna时, g¢x<0,单 g(x)调递减,所以,当 x1+alna时, g(x)取得最大值1-a+alna 依题意,有1-a+alnaa-1-lna,所以 2a-2-lna-alna0 1 1 令 h(x)2x-2-lnx-xlnx (x>0) 则 h¢x2- -lnx+11- -lnx. x x 1 由 f(x)的单调性可知,当 a1时, f(x)1- -lnx.在 x1时取得最大值0,即 f(x)£0,从而可得 x1 h¢x1- -lnx£0,因此 h(x)在(0,+¥)上单调递减,又 h(1)0, x 所以 2a-2-lna-alna0, a1. 11.(2024届山东省菏泽市高三下学期二模)已知函数 f xlnx+m的图象与 x轴交于点 P,且在 P处 的切线方程为 ygx,g11,记 hx2f x- 1+4x+1.(参考数据:e3 »20.09). (1)求 gx的解析式; (2)求hx的单调区间和最大值. 1 【解析】(1)由题意 f xlnx+m与 x轴的交点 P1-m,0,又 f¢x , x+m 1 \在点 P处的切线的斜率 k  1, 1-m+m \在点 P处的切线方程为 gxx-1+m, Q g11,\m1,即切线方程为 gxx æ 1ö (2)由(1)知 f xlnx+1,所以hx2lnx+1- 1+4x+1çx³- ÷, è 4ø   2 1+4x-x-1 2 2 \h¢x -  , x+1 1+4x x+1 1+4x 令h¢x0得 x 0,x 2,x,h¢x,hx的变化情况列表如下, 1 2 1 æ 1 ö x - ç- ,0÷ 0 0,2 2 2,+¥ 4 è 4 ø h¢x - + - hx 减函数 极小值 增函数 极大值 减函数 æ 1 ö 所以hx的单调增区间为0,2,单调减区间为ç- ,0÷和2,+¥, è 4 ø æ 1ö 3 h(x) h22ln3-2,又hç- ÷2ln +12ln3-2ln4+1, 极大值 è 4ø 4 æ 1ö e3 20.09 æ 1ö hç- ÷-hx 3-2ln4ln >ln >0,\hç- ÷>hx , è 4ø 极大值 16 16 è 4ø 极大值 3 \hx的最大值为2ln +1. 4 1 12.(2024届湖北省武昌实验中学高三下学期5月高考适应性考试)已知函数 f xlnx- ax2aÎR. 2(1)当 a1时,求 f x的最大值; (2)讨论函数 f x在区间 é ë 1,e2ù û 上零点的个数. 【解析】(1) f x的定义域是0,+¥, 1 1 1-ax2 Q f xlnx- ax2aÎR,\f¢x -ax , 2 x x 1-x2 当 a1时, f¢x 0,得 x±1. x x 0 Q > \当 xÎ0,1时, f¢x>0,函数 f x单调递增, 当 xÎ1,+¥时, f¢x<0,函数 f x单调递减 1 \当 x1时,函数 f x取最大值,最大值为 f 1- ; 2 2lnx (2)由 f x0,得 a , x2 2lnx 2-4lnx 令 gx ,则 g¢x , x2 x3 由 g¢x>0得1< x< e, 由 g¢x<0,得 e 时, f x在 é1,e2ù上没有零点. ë û e 13.(2024届安徽省鼎尖名校联盟高三下学期5月联考)已知函数 f x2x-1ex-ax2. (1)求曲线 y f x在 x0处的切线方程; (2)若 ae2,求函数 f x在1,3上的最值. 【解析】(1)由函数 f x2x-1ex-ax2,可得 f¢x2xex-2ax2x  ex-a  , 可得 f¢00,且 f 0-2,所以切线的斜率为 k 0,切点为0,-2, 则所求切线方程为y=-2. (2)由(1),当 ae2时,可得 f¢x2x  ex-e2 ,xÎ1,3, 当 xÎ1,2时, f¢x<0,函数 f x在1,2上单调递减, 当 xÎ2,3时, f¢x>0,函数 f x在2,3上单调递增, 而 f 1-e2, f 2-2e2, f 34e3-9e2, 故所求最大值为4e3-9e2,最小值为 -2e2. 14.(2024届湖北省武汉市华中师范大学附属中学高三五月适应性考试)已知函数 f x xeax(x>0). (1)求函数 f x的单调区间; (2)若函数 f x有最大值 1 ,求实数 a的值. 2 1 1+2ax 【解析】(1) f¢x ×eax+a xeax  eax(x>0) 2 x 2 x 1°当 a³0时 f¢x>0,\f x在区间0,+¥上单调递增。 æ 1 ö 2°当 a<0时, xÎç0,- ÷时, f¢x>0,\f x单调递增 è 2aø æ 1 ö xÎç- ,+¥÷时, f¢x<0,\f x单调递减 è 2a ø 综上,当 a³0时, f x的增区间是0,+¥, æ 1 ö æ 1 ö 当 a<0时, f x的增区间是ç0,- ÷,减区间是ç- ,+¥÷ è 2aø è 2a ø (2)由(1)知当 a³0时, f x无最大值。当 a<0时, f x  f æ ç- 1 ö ÷ - 1 e - 1 2  1 ,平方有 - 1  1 , max è 2aø 2a 2 2ae 4 2 2 解得 a- ,\a- . e e 1 15.(2024届四川省南充市高三三诊)已知函数 f x x2-sinx+ax. 2 (1)当 a1时,求 f x的最小值; (2)①求证: f x有且仅有一个极值点; 1 ②当 aÎ-1-π,1时,设 f x的极值点为 x ,若 gx- x2+2sinx-2x.求证: f x ³ gx  0 2 0 0 【解析】(1) f¢(x)x-cosx+a,令 f¢(x)h(x), 1 当 a1时, f x x2-sinx+x,h(x)x-cosx+1, 2 Q h¢(x)1+sinx³0,故 h(x)在 R上单调递增,又 h(0)0, \xÎ(-¥,0), f¢(x)h(x)<0, f(x)在-¥,0上单调递减, xÎ(0,+¥), f¢(x)h(x)>0, f(x)在0,+¥上单调递增, \f(x)的最小值为 f(0)0. (2)由(1)知, h(x) f¢(x)x-cosx+a, Q h¢(x)1+sinx³0,故 h(x)在 R上单调递增,即 f¢(x)在 R上单调递增, 又 f¢(-2-a)-2-cos(2+a)<0, f¢(2-a)2-cos(2-a)>0, \f¢(-2-a)× f¢(2-a)<0, \f¢(x)存在唯一的变号零点 x , 0 即 f(x)有且仅有一个极值点 x . 0 ②由①知: f(x)有且仅有一个极值点 x 且 f¢x x -cosx +a0,则 acosx -x 0 0 0 0 0 0 当 aÎ[-1-π,1]时, f¢(0)-1+a£0, f¢(π)π+1+a³0, 由①知:0£x £π,要证 f(x )³ g(x ), 0 0 0 1 æ 1 ö 只需证: Fx  f x -gx  x2-sinx +ax -ç- x2+2sinx -2x ÷³0, 0 0 0 2 0 0 0 è 2 0 0 0 ø 而 acosx -x ,那么 Fx 2x -3sinx +x cosx 0£x £π. 0 0 0 0 0 0 0 0 \F¢x 2-2cosx -x sinx , 0 0 0 0令 Px F¢x ,则 P¢x sinx -x cosx , 0 0 0 0 0 0 设 Sx P¢x ,则 S¢x x sinx ,又 x Î0,π, 0 0 0 0 0 0 所以 S¢x ³0,\Sx 在0,π上单调递增,即 P¢x 在0,π上单调递增, 0 0 0 又 P¢(0)0,\P¢x ³0,\Px 在0,π上单调递增, 0 0 即 F¢x 在0,π上单调递增,又 F¢(0)0,\F¢x ³0, 0 0 \Fx 在0,π上单调递增,\Fx ³F00, 0 0 综上所述, aÎ[-1-π,1]时, f x ³gx . 0 0 16.(2024届江苏省连云港市厉庄高级中学高三考前模拟)已知函数 f xax-1-log x( a>0,且 a a¹1). (1)若 ae,求函数 f x的最小值; (2)若 a³2,证明: x| f x<1 Í æ ç 1 ,a ö ÷. èa ø 1 【解析】(1)若 ae,则 f xex-1-log xex-1-lnx, xÎ0,+¥,所以 f¢xex-1- , e x 1 1 1 设 gxex-1- 则 g¢xex-1+ >0,得 f¢xex-1- 在0,+¥上为增函数. x x2 x 又 f¢10,当01时 f¢x>0, 所以 f x在0,1上单调递减,在1,+¥上单调递增, 所以 f x在 x1处取得极小值即最小值.所以 f x的最小值为1. 1 (2)因为 f xax-1-log x, a³2, xÎ0,+¥,所以 f¢xax-1lna- , a xlna 1 1 设jxax-1lna- ,其中lna>0,得j¢xax-1ln2a+ >0, xlna x2lna 所以 f¢x在0,+¥上为增函数,当 x®0时, f¢x®-¥,x®+¥时, f¢x®+¥, 所以存在 x Î0,+¥使得 f¢x 0,当0x 时 f¢x >0, 0 0 0 0 0 0 所以 f x在0,x 上单调递减,在x ,+¥上单调递增,且 f 11, 0 0 ①当 ae时,由(1)知,由 f x³1,有 x| f x<1 ÆÍ æ ç 1 ,a ö ÷; èa ø1 ln2a-1 ②当 2£a1,得 f x在x ,+¥上单调递增,且 f x < f 11, 0 0 0 所以存在 x >x 使得 f x 1,要证 x| f x<1Í æ ç 1 ,a ö ÷, 1 0 1 èa ø 1 因为 <1, f x在x ,+¥上单调递增,只要证 a³x ,只要证 f a³ f x 1, a 0 1 1 又当 2£ae时, f¢1lna-  >0,由 f¢x在0,+¥上为增函数, lna lna 所以 x <1,且 f x < f 11,所以存在x < x 使得 f x 1, 0 0 1 0 1 要证 x| f x<1Í æ ç 1 ,a ö ÷,因为 a >1, f x在0,x 上单调递减, èa ø 0 1 æ1ö 且 x®0+时 f x®+¥,只要证 £x ,只要证 f ç ÷³ f x 1, a 1 èaø 1 æ1ö 1 -1 1 1 -1 1 æ1ö 又 f ç èa ÷ ø aa -log a a aa +1,由 aa -1 >0 恒成立,故 f ç èa ÷ ø >1成立, 所以当 a>e时, x| f x<1Í æ ç 1 ,a ö ÷也成立, èa ø 综上,当 a³2时, x| f x<1Í æ ç 1 ,a ö ÷成立. èa ø