- 导数在研究函数中的应用
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已知函数f(x)=x3+
ax2+bx+1(a,b∈R,且b≥-2)当x∈[-
,
]时,总有f′(x)≤0.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)设函数g(x)=-3f(x)+mx2-6x(m∈R),求证:当x∈[0,1]时,若|g′(x)|≤1恒成立,则|g(x)|≤3.5也恒成立.
正确答案
解:(1)由题意得,f′(x)=x2+ax+b,
当x∈[-,
]时,总有f′(x)≤0,
故,
化简可得,4+2b≤0,又∵b≥-2,
∴b=-2,
∴,
解得,a=0;
因此f(x)=x3-2x+1.
(2)证明:g(x)=-3(x3-2x+1)+mx2-6x=-x3+mx2-3,
g′(x)=-3x2+2mx是关于x的二次函数,
当x∈[0,1]时,|g′(x)|≤1可化为
或
或
;
解得,1≤m≤.
因此,当x∈[0,1]时,|g′(x)|≤1的恒成立,则1≤m≤;
由g′(x)=-3x2+2mx>0(0≤x≤1)可知,
当1≤m≤时,g(x)在[0,
]为增函数,在[
,1]上为减函数,
|g(0)|=3≤3.5,|g(1)|=|m-4|≤3,|g()|=|
|≤3.5,
即|g(x)|≤3.5;
当≤m≤
时,g(x)在[0,1]为增函数,
|g(0)|=3≤3.5,|g(1)|=|m-4|≤2.5,即|g(x)|≤3.5.
综上所述,当x∈[0,1]时,若|g′(x)|≤1恒成立,则|g(x)|≤3.5也恒成立.
解析
解:(1)由题意得,f′(x)=x2+ax+b,
当x∈[-,
]时,总有f′(x)≤0,
故,
化简可得,4+2b≤0,又∵b≥-2,
∴b=-2,
∴,
解得,a=0;
因此f(x)=x3-2x+1.
(2)证明:g(x)=-3(x3-2x+1)+mx2-6x=-x3+mx2-3,
g′(x)=-3x2+2mx是关于x的二次函数,
当x∈[0,1]时,|g′(x)|≤1可化为
或
或
;
解得,1≤m≤.
因此,当x∈[0,1]时,|g′(x)|≤1的恒成立,则1≤m≤;
由g′(x)=-3x2+2mx>0(0≤x≤1)可知,
当1≤m≤时,g(x)在[0,
]为增函数,在[
,1]上为减函数,
|g(0)|=3≤3.5,|g(1)|=|m-4|≤3,|g()|=|
|≤3.5,
即|g(x)|≤3.5;
当≤m≤
时,g(x)在[0,1]为增函数,
|g(0)|=3≤3.5,|g(1)|=|m-4|≤2.5,即|g(x)|≤3.5.
综上所述,当x∈[0,1]时,若|g′(x)|≤1恒成立,则|g(x)|≤3.5也恒成立.
已知函数f(x)=ex(ax+b)-x2-4x,曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=4x+4.
(1)求a,b的值.
(2)讨论函数f(x)的单调区间,并求函数f(x)的极值.
正确答案
解:(1)f′(x)=ex(ax+a+b)-2x-4,
由已知得f(0)=4,f′(0)=4.
故b=4,a+b=8,
∴a=4,b=4.
(2)由(1)知,f(x)=4ex(x+1)-x2-4x,
∴.
令f′(x)=0,得x=-ln2或x=-2,
从而当x∈(-∞,-2)∪(-ln2,+∞)时,f′(x)>0;
当x∈(-2,-ln2)时,f′(x)<0;
故f(x)在(-∞,-2),(-ln2,+∞)上单调递增,在(-2,-ln2)上单调递减.
∴当x=-2时,函数f(x)取得极大值,极大值为f(-2)=4(1-e-2).
解析
解:(1)f′(x)=ex(ax+a+b)-2x-4,
由已知得f(0)=4,f′(0)=4.
故b=4,a+b=8,
∴a=4,b=4.
(2)由(1)知,f(x)=4ex(x+1)-x2-4x,
∴.
令f′(x)=0,得x=-ln2或x=-2,
从而当x∈(-∞,-2)∪(-ln2,+∞)时,f′(x)>0;
当x∈(-2,-ln2)时,f′(x)<0;
故f(x)在(-∞,-2),(-ln2,+∞)上单调递增,在(-2,-ln2)上单调递减.
∴当x=-2时,函数f(x)取得极大值,极大值为f(-2)=4(1-e-2).
求下列函数的单调区间
(1)f(x)=x3+
(2)y=xex.
正确答案
解:(1)f(x)的导数为f′(x)=3x2-=
,(x≠0),
由f′(x)>0,可得x>1或x<-1,由f′(x)<0,可得-1<x<0或0<x<1.
则f(x)的增区间为(-∞,-1),(1,+∞),减区间为(-1,0),(0,1);
(2)y=xex的导数为y′=ex(x+1),
令y′>0,可得x>-1;令y′<0,可得x<-1.
则f(x)的增区间为(-1,+∞),减区间为(-∞,-1).
解析
解:(1)f(x)的导数为f′(x)=3x2-=
,(x≠0),
由f′(x)>0,可得x>1或x<-1,由f′(x)<0,可得-1<x<0或0<x<1.
则f(x)的增区间为(-∞,-1),(1,+∞),减区间为(-1,0),(0,1);
(2)y=xex的导数为y′=ex(x+1),
令y′>0,可得x>-1;令y′<0,可得x<-1.
则f(x)的增区间为(-1,+∞),减区间为(-∞,-1).
设函数f(x)=2lnx-x2.则函数f(x)的单调递增区间为______.
正确答案
(1,+∞)
解析
解;∵函数f(x)=2lnx-x2,
∴f′(x)=-2x,
令f(x)>0,解得:x>1,x<-1(舍),
∴函数f(x)的单调递增区间为:(1,+∞).
故答案为:(1,+∞).
已知函数f(x)=x2-alnx.
(I)求f(x)的单调区间;
(Ⅱ)如果a>0,讨论函数y=f(x)在区间(1,e)上零点的个数.
正确答案
解:(Ⅰ)函数f(x)=x2-alnx的导数f′(x)=2x-=
(x>0),
若a≤0,则f′(x)>0,即有f(x)在(0,+∞)上递增;
若a>0,由f′(x)>0得到x>,由f′(x)<0得到0<x<
,
即有a>0时,f(x)的增区间为(,+∞),减区间为(0,
);
(Ⅱ)由(Ⅰ)知f(x)的极小值为f()=
(1-ln
),也为最小值.
当(1-ln
)>0,即0<a<2e,f(x)的最小值大于0,则y=f(x)在区间(1,e)上无零点;
当(1-ln
)=0,即a=2e,即有1<
<e,而f(1)=1>0,f(
)=0,f(e)>0,
则f(x)在(1,e)上有一个零点;
当(1-ln
)<0,即a>2e,即有
>
>1,若e>
>
>1
而f(1)=1>0,f()<0,f(e)>0,则f(x)在(1,e)上有两个零点;
若>
>1,且e
,则f(x)在(1,e)上有无零点.
综上,综上所述:当0<a<2e或a≥2e2时,函数f(x)无零点;
a=2e时,函数f(x)有一个零点;
当2e<a<2e2时,函数f(x)有两个零点.
解析
解:(Ⅰ)函数f(x)=x2-alnx的导数f′(x)=2x-=
(x>0),
若a≤0,则f′(x)>0,即有f(x)在(0,+∞)上递增;
若a>0,由f′(x)>0得到x>,由f′(x)<0得到0<x<
,
即有a>0时,f(x)的增区间为(,+∞),减区间为(0,
);
(Ⅱ)由(Ⅰ)知f(x)的极小值为f()=
(1-ln
),也为最小值.
当(1-ln
)>0,即0<a<2e,f(x)的最小值大于0,则y=f(x)在区间(1,e)上无零点;
当(1-ln
)=0,即a=2e,即有1<
<e,而f(1)=1>0,f(
)=0,f(e)>0,
则f(x)在(1,e)上有一个零点;
当(1-ln
)<0,即a>2e,即有
>
>1,若e>
>
>1
而f(1)=1>0,f()<0,f(e)>0,则f(x)在(1,e)上有两个零点;
若>
>1,且e
,则f(x)在(1,e)上有无零点.
综上,综上所述:当0<a<2e或a≥2e2时,函数f(x)无零点;
a=2e时,函数f(x)有一个零点;
当2e<a<2e2时,函数f(x)有两个零点.
设f(x)、g(x)分别是定义域在R上的奇函数和偶函数,当x<0时,f′(x)g(x)-f(x)g′(x)>0且f(-3)=0,g(x)≠0,则不等式<0的解集是______.
正确答案
(-∞,-1)∪(2,5)
解析
解:∵当x<0时,f‘(x)g(x)-f(x)g'(x)>0
∴当x<0时,>0,
∴函数F(x)=在(-∞,0)上为增函数
∵f(x)、g(x)分别是定义域在R上的奇函数和偶函数
∴F(-x)==
=-
=-F(x)
∴函数F(x)=在R上为奇函数
∴函数F(x)=在(-∞,0),(0.+∞)上为增函数,且F(-3)=0,F(0)=0,F(3)=0
∵不等式<0⇔
<0⇔F(x-2)<0⇔x-2<-3或0<x-2<3⇔x<-1或2<x<5
故答案为(-∞,-1)∪(2,5)
已知函数f(x)=x2-cosx,则f(0.6),f(0),f(-0.5)的大小关系是( )
正确答案
解析
解:∵f(-x)=(-x)2-cos(-x)=x2-cosx=f(x),
∴f(x)是偶函数;
∴f(-0.5)=f(0.5);
又∵f′(x)=2x+sinx,
当x∈(0,1)时,f′(x)>0,
∴f(x)在(0,1)上是增函数,
∴f(0)<f(0.5)<f(0.6);
即f(0)<f(-0.5)<f(0.6).
故选:A.
f(x)=xex的单调递增区间是______.
正确答案
(-1,+∞)
解析
解:f′(x)=ex+xex=(1+x)ex,
令f′(x)>0,解得x>-1,
∴f(x)=xex的单调递增区间是(-1,+∞).
故答案是(-1,+∞).
方程x3=3x-1的三根x1,x2,x3,其中x1<x2<x3,则x2所在的区间为( )
正确答案
解析
解:设f(x)=x3-3x+1,则 f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
在 (-∞,-1)和(1,+∞)上 f′(x)>0,在(-1,1)上 f′(x)<0,
∴在(-∞,-1)和(1,+∞)上f(x)单调递增,在(-1,1)上f(x)单调递减,
又f(-1)=1,f(1)=-3,f(0)=1,
∴若f(x)=0,则x1<-1<0<x2<1<x3,
∴x2所在的区间为(0,1),
故选B.
设函数f(x)=2x3-3(a-1)x2+1,其中a≥1.
(Ⅰ)求f(x)的单调区间;
(Ⅱ)讨论f(x)的极值.
正确答案
解:由已知得f′(x)=6x[x-(a-1)],
令f′(x)=0,解得x1=0,x2=a-1.
(Ⅰ)当a=1时,f′(x)=6x2,f(x)在(-∞,+∞)上单调递增
当a>1时,f′(x)=6x[x-(a-1)],f′(x),f(x)随x的变化情况如下表:
从上表可知,函数f(x)在(-∞,0)上单调递增;在(0,a-1)上单调递减;在(a-1,+∞)上单调递增.
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,
当a=1时,函数f(x)没有极值.
当a>1时,函数f(x)在x=0处取得极大值1,在x=a-1处取得极小值1-(a-1)3.
解析
解:由已知得f′(x)=6x[x-(a-1)],
令f′(x)=0,解得x1=0,x2=a-1.
(Ⅰ)当a=1时,f′(x)=6x2,f(x)在(-∞,+∞)上单调递增
当a>1时,f′(x)=6x[x-(a-1)],f′(x),f(x)随x的变化情况如下表:
从上表可知,函数f(x)在(-∞,0)上单调递增;在(0,a-1)上单调递减;在(a-1,+∞)上单调递增.
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,
当a=1时,函数f(x)没有极值.
当a>1时,函数f(x)在x=0处取得极大值1,在x=a-1处取得极小值1-(a-1)3.
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