- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=(x-a)(x-b)2,(0<a<b),g(x)=k(x-b),(k∈R).
(1)讨论函数f(x)在R上的单调性;
(2)讨论f(x)与g(x)的交点个数.
正确答案
解析
解:f(x)=(x-b)2+2(x-a)(x-b)=(x-b)(3x-2a-b),
∵0<a<b,∴
∴单调递增区间是:,(b,+∞),
单调递减区间是:(6分)
(2)由f(x)=g(x)得(x-a)(x-b)2=k(x-b),(x-b)[x2-(a+b)x+ab-k]=0
讨论x2-(a+b)x+ab-k=0根的个数,
当x=b是x2-(a+b)x+ab-k=0的根时,代入得:b2-b(a+b)+ab-k=0,∴k=0
∴当k=0时,方程两根为x1=a,x2=b
∴当k=0时f(x)与g(x)有2个交点,…(8分)
当x=b不是x2-(a+b)x+ab-k=0(*)的根时,则k≠0△=(a+b)2-4(ab-k)=(a-b)2+4k
∴,方程(*)无解,
,方程(*)有一个解,
,且k≠0,方程(*)有2个解,且根不为x≠b.
∴综上所述,当,f(x)与g(x)有1个交点
当,f(x)与g(x)有2个交点
当,且k≠0,f(x)与g(x)有3个交点 …(14分)
已知函数f(x)=ax+x2-xlna(a>1).
(1)求证:函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,函数f(x)在(-∞,0)上单调递减;
(2)若关于x的方程|f(x)-m|=1有四个不同的实数根,求实数m的取值范围;
(3)比较f(1)与f(-1)的大小.
正确答案
解:(1)f′(x)=axlna+2x-lna=2x+(ax-1)lna,
由于a>1,故当x∈(0,+∞)时,lna>0,ax-1>0,所以f′(x)>0,
故函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,
x∈(-∞,0)时,2x<0,lna>0,ax-1<0,所以f′(x)<0,
故函数f(x)在(-∞,0)递减;
(2)若关于x的方程|f(x)-m|=1有四个不同的实数根,
|f(x)-t|-1=0,得ax=-x2+xlna+t±1结合图象,
指数函数图象与抛物线至多有2个交点,故两个方程各有两个根,
故函数g(x)=ax+x2-xlna-(t±1)的最小值要小于0,
g′(x)=(ax-1)lna+2x,g″(x)=ax(lna)2+2>0,g′(x)单调增,
当x>0时,g′(x)>g′(0)=0,g(x)在[0,+∞)单调增;
当x<0时,g′(x)<g′(0)=0,g(x)在(-∞,0]单调减.
故当x=0时,g(x)取到最小值.令g(0)=1-(t±1)<0,
所以t>2;
(3)f(1)-f(-1)=a--2lna,
令g(a)=a--2lna,(a>1),
则g′(a)=1+-
=
>0,
∴g(a)在(1,+∞)递增,
∴g(a)>g(1)=1-1-2ln1=0,
∴f(1)>f(-1).
解析
解:(1)f′(x)=axlna+2x-lna=2x+(ax-1)lna,
由于a>1,故当x∈(0,+∞)时,lna>0,ax-1>0,所以f′(x)>0,
故函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,
x∈(-∞,0)时,2x<0,lna>0,ax-1<0,所以f′(x)<0,
故函数f(x)在(-∞,0)递减;
(2)若关于x的方程|f(x)-m|=1有四个不同的实数根,
|f(x)-t|-1=0,得ax=-x2+xlna+t±1结合图象,
指数函数图象与抛物线至多有2个交点,故两个方程各有两个根,
故函数g(x)=ax+x2-xlna-(t±1)的最小值要小于0,
g′(x)=(ax-1)lna+2x,g″(x)=ax(lna)2+2>0,g′(x)单调增,
当x>0时,g′(x)>g′(0)=0,g(x)在[0,+∞)单调增;
当x<0时,g′(x)<g′(0)=0,g(x)在(-∞,0]单调减.
故当x=0时,g(x)取到最小值.令g(0)=1-(t±1)<0,
所以t>2;
(3)f(1)-f(-1)=a--2lna,
令g(a)=a--2lna,(a>1),
则g′(a)=1+-
=
>0,
∴g(a)在(1,+∞)递增,
∴g(a)>g(1)=1-1-2ln1=0,
∴f(1)>f(-1).
若函数在(1,+∞)上是增函数,则实数k的取值范围是( )
正确答案
解析
解:∵函数在(1,+∞)上是增函数
∴h′(x)=2+>0,
∴k>-2x2.
∵x>1
∴-2x2<-2.
∴k≥-2.故选A.
函数f(x)=2ax-x2+lnx,a为常数.
(1)当时,求f(x)的最大值;
(2)若函数f(x)在区间[1,2]上为单调函数,求a的取值范围.
正确答案
解:(1)当时,f(x)=x-x2+lnx,则f(x)的定义域为:(0,+∞),
∴.
∴由f′(x)>0,得0<x<1;由f′(x)<0,得x>1;
∴f(x)在(0,1)上是增函数,在(1,+∞)上是减函数.
∴f(x)的最大值为f(1)=0;
(2)∵.
若函数f(x)在区间[1,2]上为单调函数,
则f′(x)≥0,或f′(x)≤0在区间[1,2]上恒成立.
∴在区间[1,2]上恒成立.
即在区间[1,2]上恒成立,
设,则
∴在区间[1,2]上为增函数.
∴,
∴函数f(x)在区间[1,2]上为单调函数,只需使即可,
∴.
解析
解:(1)当时,f(x)=x-x2+lnx,则f(x)的定义域为:(0,+∞),
∴.
∴由f′(x)>0,得0<x<1;由f′(x)<0,得x>1;
∴f(x)在(0,1)上是增函数,在(1,+∞)上是减函数.
∴f(x)的最大值为f(1)=0;
(2)∵.
若函数f(x)在区间[1,2]上为单调函数,
则f′(x)≥0,或f′(x)≤0在区间[1,2]上恒成立.
∴在区间[1,2]上恒成立.
即在区间[1,2]上恒成立,
设,则
∴在区间[1,2]上为增函数.
∴,
∴函数f(x)在区间[1,2]上为单调函数,只需使即可,
∴.
已知函数f(x)=ex-kx,(k∈R,x∈R)
(Ⅰ)若k=e,试确定函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)若k>0,且对于任意x≥0,f(x)>0恒成立,求实数k的取值范围;
(Ⅲ)令g(x)=ex-2lnx,若至少存在一个实数x0∈[1,e],使f(x0)<g(x0)成立,求实数k的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)f′(x)=ex-e,令f′(x)=0,解得x=1
当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,∴f(x)在(1,+∞)单调递增;
当x∈(-∞,1)时,f′(x)<0,∴f(x)在(-∞,1)单调递减.
f(x)的单调递增区间是(1,+∞),f(x)的单调递减区间是(-∞,1).
(Ⅱ)f′(x)=ex-k,令f′(x)=0,解得x=lnk.
①当k∈(0,1]时,f′(x)=ex-k>1-k≥0(x>0).此时f(x)在[0,+∞)上单调递增.
f(x)≥f(0)=1>0,符合题意.
②当k∈(1,+∞)时,lnk>0.当x变化时f′(x),f(x)的变化情况如下表:
由此可得,在[0,+∞)上,f(x)≥f(lnk)=k-klnk.
依题意,k-klnk>0,又k>1,1<k<e.
综合①,②得,实数k的取值范围是0<k<e.
(Ⅲ)由于存在x0∈[1,e],使f(x0)<g(x0),
则kx0>2lnx0
故
令,则
当x∈[1,e]时,F′(x)≥0(仅当x=e时取等号)
∴F(x)在[1,e]上单调递增,
∴F(x)min=F(1)=0,因此k>0.
解析
解:(Ⅰ)f′(x)=ex-e,令f′(x)=0,解得x=1
当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,∴f(x)在(1,+∞)单调递增;
当x∈(-∞,1)时,f′(x)<0,∴f(x)在(-∞,1)单调递减.
f(x)的单调递增区间是(1,+∞),f(x)的单调递减区间是(-∞,1).
(Ⅱ)f′(x)=ex-k,令f′(x)=0,解得x=lnk.
①当k∈(0,1]时,f′(x)=ex-k>1-k≥0(x>0).此时f(x)在[0,+∞)上单调递增.
f(x)≥f(0)=1>0,符合题意.
②当k∈(1,+∞)时,lnk>0.当x变化时f′(x),f(x)的变化情况如下表:
由此可得,在[0,+∞)上,f(x)≥f(lnk)=k-klnk.
依题意,k-klnk>0,又k>1,1<k<e.
综合①,②得,实数k的取值范围是0<k<e.
(Ⅲ)由于存在x0∈[1,e],使f(x0)<g(x0),
则kx0>2lnx0
故
令,则
当x∈[1,e]时,F′(x)≥0(仅当x=e时取等号)
∴F(x)在[1,e]上单调递增,
∴F(x)min=F(1)=0,因此k>0.
(2015秋•石家庄校级期中)若f(x)=-x2+bln(x+2)在(-1,+∞)上是减函数,则b的最大值是______.
正确答案
-1
解析
解:∵f′(x)=-x+,
令f′(x)≤0,得b≤x2+2x,
令g(x)=x2+2x,
画出函数g(x)的图象,
如图示:
,
∴b≤-1,
故答案为:-1.
已知奇函数y=f(x)的导函数f′(x)<0在R恒成立,且x,y满足不等式f(x2-2x)+f(y2-2y)≥0,则x2+y2的取值范围是( )
正确答案
解析
解:∵函数y=f(x)为奇函数,
∴不等式f(x2-2x)+f(y2-2y)≥0,等价为f(x2-2x)≥f(2y-y2),
由函数y=f(x)的导函数f‘(x)<0在R恒成立,
∴函数y=f(x)为减函数,
∴x2-2x≤2y-y2
即(x-1)2+(y-1)2≤2,
则不等式对应的点的轨迹为圆心为(1,1),半径r=的圆及其内部.
故的几何意义为区域内的点到原点的距离,
最小值为0,最大值为直径,
从而x2+y2的最小值为0,最大值为直径的平方8.
故x2+y2的取值范围是[0,8],•
故选:D.
已知函数f(x)=-x3+ax2+b,(a,b∈R)
(1)若函数y=f(x)的图象切x轴于点(2,0),求a.b的值;
(2)设函数y=f(x)(x∈(0,1)) 的图象上任意一点的切线斜率为k,试求|k|≤1的充要条件;
(3)若函数y=f(x)的图象上任意不同的两点的连线斜率小于1,求a的取值范围.
正确答案
解:(1)函数f(x)=-x3+ax2+b的导数为:
f′(x)=-3x2+2ax,
由于函数y=f(x)的图象切x轴于点(2,0),
则f′(2)=0,即有-12+4a=0,解得,a=3,
f(2)=0,即有-8+3×4+b=0,解得,b=-4.
解得,a=3,b=-4;
(2)k=f′(x)=-3x2+2ax(0<x<1),
对任意的x∈(0,1),|k|≤1,即|-3x2+2ax|≤1对任意的x∈(0,1)恒成立,
等价于3x-≤2a≤
+3x对任意的x∈(0,1)恒成立.
令g(x)=,h(x)=3x-
,
则h(x)max≤a≤
g(x)min,x∈(0,1),
由于+3x
,当且仅当x=
时“=”成立,g(x)min=2
,
h(x)=3x-在(0,1)上为增函数,h(x)max<2,
则1;
(3)设x1,x2∈R,且x1≠x2,k=<1,
不妨设x1<x2,则f(x2)-x2<f(x1)-x1,
令F(x)=f(x)-x,则F(x)为R上的减函数,
则F′(x)=-3x2+2ax-1≤0对x∈R恒成立,
即3x2-2ax+1≥0对x∈R恒成立,
即△≤0,即4a2-12≤0,
则有-≤a≤
.
解析
解:(1)函数f(x)=-x3+ax2+b的导数为:
f′(x)=-3x2+2ax,
由于函数y=f(x)的图象切x轴于点(2,0),
则f′(2)=0,即有-12+4a=0,解得,a=3,
f(2)=0,即有-8+3×4+b=0,解得,b=-4.
解得,a=3,b=-4;
(2)k=f′(x)=-3x2+2ax(0<x<1),
对任意的x∈(0,1),|k|≤1,即|-3x2+2ax|≤1对任意的x∈(0,1)恒成立,
等价于3x-≤2a≤
+3x对任意的x∈(0,1)恒成立.
令g(x)=,h(x)=3x-
,
则h(x)max≤a≤
g(x)min,x∈(0,1),
由于+3x
,当且仅当x=
时“=”成立,g(x)min=2
,
h(x)=3x-在(0,1)上为增函数,h(x)max<2,
则1;
(3)设x1,x2∈R,且x1≠x2,k=<1,
不妨设x1<x2,则f(x2)-x2<f(x1)-x1,
令F(x)=f(x)-x,则F(x)为R上的减函数,
则F′(x)=-3x2+2ax-1≤0对x∈R恒成立,
即3x2-2ax+1≥0对x∈R恒成立,
即△≤0,即4a2-12≤0,
则有-≤a≤
.
已知三次函数在R上单调递增,则
的最小值为______.
正确答案
7
解析
解:f′(x)=ax2+2bx+c.
∵三次函数在R上单调递增,
∴f′(x)≥0在R上恒成立(不恒等于0),
∴,即a>0,b2≤ac,
∴,
∴≥
=
,当且仅当a=b-a,即b=2a时取等号,
故的最小值为
=7
故答案为:7
已知f(x)=lnx-+
,g(x)=-x2-2ax+4,若对∀x1∈(0,2],∃x2∈[1,2],使得f(x1)≥g(x2)成立,则a的取值范围是( )
正确答案
解析
解:因为f′(x)==
=
,
易知当x∈(0,1)时,f′(x)<0,当x∈(1,2)时,f′(x)>0,
所以f(x)在(0,1)上递减,在[1,2]上递增,故f(x)min=f(1)=.
对于二次函数g(x)=)=-x2-2ax+4,该函数开口向下,所以其在区间[1,2]上的最小值在端点处取得,
所以要使对∀x1∈(0,2],∃x2∈[1,2],使得f(x1)≥g(x2)成立,只需f(x1)min≥g(x2)min,
即或
,所以
或
.
解得.
故选A.
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