- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
若函数f(x)=x2+bx+c的图象的顶点在第四象限,则函数f′(x)的图象是( )
正确答案
解析
解:函数f(x)=x2+bx+c是开口向上的二次函数,顶点在第四象限说明对称轴大于0
根据函数f(x)在对称轴左侧单调递减,导函数小于0;在对称轴右侧单调递增,导函数大于0知,A满足条件
故选A.
函数f(x)的导函数f‘(x)的图象如图所示,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据导函数图象可知,
当-4<x<0或x<4时,f‘(x)<0,函数f(x)单调递减.
故选B.
(2015秋•辽源校级期末)f′(x)是函数f(x)的导数,函数是增函数(e=2.718281828…是自然对数的底数),f′(x)与f(x)的大小关系是( )
正确答案
解析
解:令g(x)=,则g′(x)=
,
∵函数g(x)是增函数,
∴g′(x)≥0,即f′(x)≥f(x),
故选:D.
已知函数f(x)=x+sinx,不等式f(x)≥axcosx在[0,]上恒成立,则a的取值范围为______.
正确答案
(-∞,2]
解析
解:由题意设:g(x)=f(x)-axcosx=x+sinx-axcosx,x∈[0,],
1°当a≤0时,g(x)≥0恒成立;
2°当a>0时,g′(x)=(1-a)cosx+axsinx+1,
①0<a≤2时,g‘(x)≥0,g(x)在[0,]单调递增,
所以g(x)≥g(0)=0恒成立;
②a>2时,注意到当x∈[0,]时,x≥sinx,
于是g(x)≤2x-axcosx=x(2-acosx),
必存在x∈[0,],使得当x∈(0,x0)时,有g(x0)<0,不能使g(x)≥0恒成立.
综上所述,实数a的取值范围为a≤2,
故答案为:(-∞,2].
已知函f(x)=ax2-ex(a∈R).
(Ⅰ)a=1时,试判断f(x)的单调性并给予证明;
(Ⅱ)若f(x)有两个极值点x1,x2(x1<x2).
(i) 求实数a的取值范围;
(ii)证明:-. (注:e是自然对数的底数)
正确答案
解:(Ⅰ)当a=1时,f(x)=x2-ex,f(x)在R上单调递减.
事实上,要证f′(x)=x2-ex在R上为减函数,只要证明f′(x)≤0对∀x∈R恒成立即可,
设g(x)=f′(x)=2x-ex,则g′(x)=2-ex,
当x=ln2时,g′(x)=0,
当x∈(-∞,ln2)时,g′(x)>0,当x∈(ln2,+∞)时,g′(x)<0.
∴函数g(x)在(-∞,ln2)上为增函数,在(ln2,+∞)上为减函数.
∴f′(x)max=g(x)max=g(ln2)=2ln2-2<0,故f′(x)<0恒成立
所以f(x)在R上单调递减;
(Ⅱ)(i)由f(x)=ax2-ex,所以,f′(x)=2ax-ex.
若f(x)有两个极值点x1,x2,则x1,x2是方程f′(x)=0的两个根,
故方程2ax-ex=0有两个根x1,x2,
又因为x=0显然不是该方程的根,所以方程有两个根,
设,得
.
若x<0时,h(x)<0且h′(x)<0,h(x)单调递减.
若x>0时,h(x)>0.
当0<x<1时h′(x)<0,h(x)单调递减,
当x>1时h′(x)>0,h(x)单调递增.
要使方程有两个根,需2a>h(1)=e,故
且0<x1<1<x2.
故a的取值范围为.
(ii)证明:由f′(x1)=0,得:,故
,x1∈(0,1)
=
,x1∈(0,1)
设s(t)=(0<t<1),则
,s(t)在(0,1)上单调递减
故s(1)<s(t)<s(0),即.
解析
解:(Ⅰ)当a=1时,f(x)=x2-ex,f(x)在R上单调递减.
事实上,要证f′(x)=x2-ex在R上为减函数,只要证明f′(x)≤0对∀x∈R恒成立即可,
设g(x)=f′(x)=2x-ex,则g′(x)=2-ex,
当x=ln2时,g′(x)=0,
当x∈(-∞,ln2)时,g′(x)>0,当x∈(ln2,+∞)时,g′(x)<0.
∴函数g(x)在(-∞,ln2)上为增函数,在(ln2,+∞)上为减函数.
∴f′(x)max=g(x)max=g(ln2)=2ln2-2<0,故f′(x)<0恒成立
所以f(x)在R上单调递减;
(Ⅱ)(i)由f(x)=ax2-ex,所以,f′(x)=2ax-ex.
若f(x)有两个极值点x1,x2,则x1,x2是方程f′(x)=0的两个根,
故方程2ax-ex=0有两个根x1,x2,
又因为x=0显然不是该方程的根,所以方程有两个根,
设,得
.
若x<0时,h(x)<0且h′(x)<0,h(x)单调递减.
若x>0时,h(x)>0.
当0<x<1时h′(x)<0,h(x)单调递减,
当x>1时h′(x)>0,h(x)单调递增.
要使方程有两个根,需2a>h(1)=e,故
且0<x1<1<x2.
故a的取值范围为.
(ii)证明:由f′(x1)=0,得:,故
,x1∈(0,1)
=
,x1∈(0,1)
设s(t)=(0<t<1),则
,s(t)在(0,1)上单调递减
故s(1)<s(t)<s(0),即.
已知函数f(x)=ax2-2lnx,a∈R.
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)已知点P(0,1)和函数f(x)图象上动点M(m,f(m)),对任意m∈[1,e],直线PM倾斜角都是钝角,求a的取值范围.
正确答案
解:函数f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=ax-=
,
(Ⅰ)当a<0时,f′(x)<0,故函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;
当a=0时,f′(x)=<0,故函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;
当a>0时,令f′(x)=0,结合x>0,解得,当x∈(0,
)时,f′(x)<0,所以函数f(x)在(0,
)上单调递减;当x∈(
,+∞)时,f′(x)>0,所以函数f(x)在(
,+∞)上单调递增;
综上所述:当a≤0时,f′(x)<0,故函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;当a>0时,函数f(x)在(0,)上单调递减,在(
,+∞)上单调递增.
(Ⅱ)因为对任意m∈[1,e],直线PM的倾斜角都是钝角,所以对任意m∈[1,e],直线PM的斜率小于0,
即,所以f(m)<1,即f(x)在区间[1,e]上的最大值小于1.
又因为f′(x)=ax-=
,令g(x)=ax2-2,x∈[1,e]
(1)当a≤0时,由(Ⅰ)知f(x)在区间[1,e]上单调递减,所以f(x)的最大值为f(1)=<1,所以a<2,
故a≤0符和题意;
(2)当a>0时,令f′(x)=0,得,
①当≤1,即a≥2时,f(x)在区间[1,e]上单调递增,所以函数f(x)的最大值f(e)=
,解得a<
,故无解;
②当≥e,即
时,f(x)在区间[1,e]上单调递减,函数f(x)的最大值为f(1)=
<1,解得a<2,故0
;
③当,即
时,函数f(x)在(1,
)上单调递减;当x∈(
,e)上单调递增,故f(x)在区间x∈[1,e]上的最大值只能是f(1)或f(e),
所以,即
,故
.
综上所述a的取值范围.
解析
解:函数f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=ax-=
,
(Ⅰ)当a<0时,f′(x)<0,故函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;
当a=0时,f′(x)=<0,故函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;
当a>0时,令f′(x)=0,结合x>0,解得,当x∈(0,
)时,f′(x)<0,所以函数f(x)在(0,
)上单调递减;当x∈(
,+∞)时,f′(x)>0,所以函数f(x)在(
,+∞)上单调递增;
综上所述:当a≤0时,f′(x)<0,故函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;当a>0时,函数f(x)在(0,)上单调递减,在(
,+∞)上单调递增.
(Ⅱ)因为对任意m∈[1,e],直线PM的倾斜角都是钝角,所以对任意m∈[1,e],直线PM的斜率小于0,
即,所以f(m)<1,即f(x)在区间[1,e]上的最大值小于1.
又因为f′(x)=ax-=
,令g(x)=ax2-2,x∈[1,e]
(1)当a≤0时,由(Ⅰ)知f(x)在区间[1,e]上单调递减,所以f(x)的最大值为f(1)=<1,所以a<2,
故a≤0符和题意;
(2)当a>0时,令f′(x)=0,得,
①当≤1,即a≥2时,f(x)在区间[1,e]上单调递增,所以函数f(x)的最大值f(e)=
,解得a<
,故无解;
②当≥e,即
时,f(x)在区间[1,e]上单调递减,函数f(x)的最大值为f(1)=
<1,解得a<2,故0
;
③当,即
时,函数f(x)在(1,
)上单调递减;当x∈(
,e)上单调递增,故f(x)在区间x∈[1,e]上的最大值只能是f(1)或f(e),
所以,即
,故
.
综上所述a的取值范围.
函数f(x)=xlnx,a=f(2),b=f(),c=f(
),则a,b,c从小到大排列是______.
正确答案
b<c<a
解析
解:∵f(x)=xlnx,
∴f′(x)=lnx+x•=lnx+1,
∴当0<x<时,f′(x)<0,
∴f(x)在(0,)上单调递减,
∵0<<
<
,
∴f()>f(
),即c>b.
当x>时,f′(x)>0,
∴f(x)在(,+∞)上单调递增,
∵f()=
ln
<0,a=f(2)=2ln2>0,
∴b<c<a.
故答案为:b<c<a.
已知二次函数f(x)=ax2+bx-3在x=1处取得极值,且在(0,-3)点处的切线与直线2x+y=0平行.
(Ⅰ)求f(x)的解析式;
(Ⅱ)求函数g(x)=xf(x)+4x的单调递增区间.
正确答案
解:(Ⅰ)由f(x)=ax2+bx-3,可得f′(x)=2ax+b.
由题设可得即
解得a=1,b=-2.
所以f(x)=x2-2x-3.
(Ⅱ)由题意得g(x)=xf(x)+4x=x3-2x2+x,
所以g′(x)=3x2-4x+1=(3x-1)(x-1).
令g′(x)=0,得,x2=1.
所以函数g(x)的单调递增区间为,(1,+∞).
解析
解:(Ⅰ)由f(x)=ax2+bx-3,可得f′(x)=2ax+b.
由题设可得即
解得a=1,b=-2.
所以f(x)=x2-2x-3.
(Ⅱ)由题意得g(x)=xf(x)+4x=x3-2x2+x,
所以g′(x)=3x2-4x+1=(3x-1)(x-1).
令g′(x)=0,得,x2=1.
所以函数g(x)的单调递增区间为,(1,+∞).
已知函数y=f(x),x∈[0,2π]的导函数y=f′(x)的图象,如图所示,则y=f(x)的单调增区间为______.
正确答案
[0,π]
解析
解:据f′(x)≥0,函数f(x)单调递增;f′(x)≤0时,f(x)单调递减
由图得到x∈[0,π]时,f′(x)≥0
故y=f (x) 的单调增区间为[0,π]
故答案为[0,π]
已知函数f(x)=x3-
ax4(x∈R,a>0).
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)记g(x)=f′(x),若对任意的x1∈(2,+∞),都存在x2∈(1,+∞)使得g(x1)•g(x2)=1,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1),
∵⇒
⇒f′(x)<0.
所以函数f(x)的增区间为(),减区间为(
);
(2)由题意g(x)=,
所以函数y=g(x)的减区间为()和(-∞,0),增区间为(0,
).
又∵且
⇒g(x)>0∴
⇒g(x)<0,
设集合A={g(x)|x∈(2,+∞)},集合B={x∈(1,+∞),g(x)≠0},
对任意的x1∈(2,+∞),都存在x2∈(1,+∞)使得g(x1)g(x2)=1⇔A⊆B,
当即0
时,若
时,
不存在x2使得g(x1)g(x2)=1,
不符合题意,舍去.
当时,即
时,
A=(-∞,g(2))⇒A⊆(-∞,0),因为g(1)≥0
∴g(x)在区间(1,+∞)上的取值包含(-∞,0),则(-∞,0)⊆B,∴A⊆B满足题意,
当,即
时,g(1)<0且g(x)在(1,+∞)上递减,B=(
)
A=(-∞,g(2)),∴A⊈B不满足题意,
综上满足题意的实数a的取值范围是.
解析
解:(1),
∵⇒
⇒f′(x)<0.
所以函数f(x)的增区间为(),减区间为(
);
(2)由题意g(x)=,
所以函数y=g(x)的减区间为()和(-∞,0),增区间为(0,
).
又∵且
⇒g(x)>0∴
⇒g(x)<0,
设集合A={g(x)|x∈(2,+∞)},集合B={x∈(1,+∞),g(x)≠0},
对任意的x1∈(2,+∞),都存在x2∈(1,+∞)使得g(x1)g(x2)=1⇔A⊆B,
当即0
时,若
时,
不存在x2使得g(x1)g(x2)=1,
不符合题意,舍去.
当时,即
时,
A=(-∞,g(2))⇒A⊆(-∞,0),因为g(1)≥0
∴g(x)在区间(1,+∞)上的取值包含(-∞,0),则(-∞,0)⊆B,∴A⊆B满足题意,
当,即
时,g(1)<0且g(x)在(1,+∞)上递减,B=(
)
A=(-∞,g(2)),∴A⊈B不满足题意,
综上满足题意的实数a的取值范围是.
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