- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=a(x-1)2+lnx,a∈R.
(Ⅰ)当a=-时,求函数y=f(x)的单调区间;
(Ⅱ)a=时,令h(x)=f(x)-3lnx+x-
.求h(x)在[1,e]上的最大值和最小值;
(Ⅲ)若函数f(x)≤x-1对∀x∈[1,+∞)恒成立,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)当a=-时,f(x)=-
(x-1)2+lnx,(x>0)…(1分)
f‘(x)=-x+
+
=-
,…(2分)
①当0<x<2时,f'(x)>0,f(x)在(0,2)单调递增;
②当x>2时,f'(x)<0,f(x)在(2,+∞)单调递减;
所以函数的单调递增区间是(0,2),单调递减区间是(2,+∞).…(4分)
(Ⅱ)当a=时,h(x)=f(x)-3lnx+x-
=
x2-2lnx,
∴h′(x)=x-
令h′(x)=0解得x=,…(5分)
当x∈[1,]时,h′(x)<0,当x∈[
,e)时,h′(x)>0,
故x=是函数h(x)在[1,e]上唯一的极小值点,…(6分)
故h(x)min=h()=1-ln2,
又h(1)=,h(e)=
e2-2
,
所以h(x)max=e2-2.…(8分)
(Ⅲ)由题意得a(x-1)2+lnx≤x-1对x∈[1,+∞)恒成立,…(9分)
设g(x)=a(x-1)2+lnx-x+1,x∈[1,+∞),则g(x)max≤0,x∈[1,+∞),
∴,…(10分)
①当a≤0时,若x>1,则g′(x)<0,所以g(x)在[1,+∞)单调递减,
∴g(x)max=g(1)=0≤0成立,得a≤0;…(11分)
②当时,
,g(x)在[1,+∞)单调递增,
所以存在x>1,使g(x)>g(1)=0,则不成立;…(12分)
③当时,x=
>1,则f(x)在[1,
]上单调递减,[
,+∞)单调递增,
则存在∈[
,+∞),有g(
)=a(
-1)2+ln
-
+1=-lna+a-1>0,
所以不成立,…(13分)
综上得a≤0.…(14分)
解析
解:(Ⅰ)当a=-时,f(x)=-
(x-1)2+lnx,(x>0)…(1分)
f‘(x)=-x+
+
=-
,…(2分)
①当0<x<2时,f'(x)>0,f(x)在(0,2)单调递增;
②当x>2时,f'(x)<0,f(x)在(2,+∞)单调递减;
所以函数的单调递增区间是(0,2),单调递减区间是(2,+∞).…(4分)
(Ⅱ)当a=时,h(x)=f(x)-3lnx+x-
=
x2-2lnx,
∴h′(x)=x-
令h′(x)=0解得x=,…(5分)
当x∈[1,]时,h′(x)<0,当x∈[
,e)时,h′(x)>0,
故x=是函数h(x)在[1,e]上唯一的极小值点,…(6分)
故h(x)min=h()=1-ln2,
又h(1)=,h(e)=
e2-2
,
所以h(x)max=e2-2.…(8分)
(Ⅲ)由题意得a(x-1)2+lnx≤x-1对x∈[1,+∞)恒成立,…(9分)
设g(x)=a(x-1)2+lnx-x+1,x∈[1,+∞),则g(x)max≤0,x∈[1,+∞),
∴,…(10分)
①当a≤0时,若x>1,则g′(x)<0,所以g(x)在[1,+∞)单调递减,
∴g(x)max=g(1)=0≤0成立,得a≤0;…(11分)
②当时,
,g(x)在[1,+∞)单调递增,
所以存在x>1,使g(x)>g(1)=0,则不成立;…(12分)
③当时,x=
>1,则f(x)在[1,
]上单调递减,[
,+∞)单调递增,
则存在∈[
,+∞),有g(
)=a(
-1)2+ln
-
+1=-lna+a-1>0,
所以不成立,…(13分)
综上得a≤0.…(14分)
已知函数f(x)=lnx-ax,a∈R.
(1)若x=1是函数f(x)的一个极值点,求a的值.
(2)求函数f(x)的单调区间;
(3)若不等式f(x)+a<0在x∈(1,+∞)上恒成立,求a的取值范围.
正确答案
解:(1)f′(x)=-a,
∵x=1是函数f(x)的一个极值点,
∴f′(1)=0,即1-a=0,解得a=1,
当0<x<1时,f′(x)=-1>0,当x>1时,f′(x)=
-1<0,
∴x=1是函数f(x)的极大值点,
∴a=1.
(2)f′(x)=-a,
∵x>0,∴当a≤0时,f′(x)=-a>0,f(x)在(0,+∞)是增函数;
当a>0时,f(x)在(0,)上f′(x)=
-a>0,f(x)在(
,+∞)上f′(x)=
-a<0,
故f(x)在(0,)上是增函数,f(x)在(
,+∞)上是减函数.
(3)f(x)+a<0即lnx-ax+a<0,
令g(x)=lnx-ax+a,
由(1)知,当a≤0时,g(x)在(1,+∞)上单调递增,g(x)>g(1)=0,不符合题意;
当a>0时,g(x)在(0,)上单调递增,在(
,+∞)上单调递减,
①若0<≤1,即a≥1,则g(x)在(1,+∞)单调递减,
g(x)<g(1)=0,符合题意;
②若>1,即0<a<1,g(x)在(1,
)上递增,
此时有g(x)>g(1)=0,不符合题意;
综上所述,a的取值范围是a≥1.
解析
解:(1)f′(x)=-a,
∵x=1是函数f(x)的一个极值点,
∴f′(1)=0,即1-a=0,解得a=1,
当0<x<1时,f′(x)=-1>0,当x>1时,f′(x)=
-1<0,
∴x=1是函数f(x)的极大值点,
∴a=1.
(2)f′(x)=-a,
∵x>0,∴当a≤0时,f′(x)=-a>0,f(x)在(0,+∞)是增函数;
当a>0时,f(x)在(0,)上f′(x)=
-a>0,f(x)在(
,+∞)上f′(x)=
-a<0,
故f(x)在(0,)上是增函数,f(x)在(
,+∞)上是减函数.
(3)f(x)+a<0即lnx-ax+a<0,
令g(x)=lnx-ax+a,
由(1)知,当a≤0时,g(x)在(1,+∞)上单调递增,g(x)>g(1)=0,不符合题意;
当a>0时,g(x)在(0,)上单调递增,在(
,+∞)上单调递减,
①若0<≤1,即a≥1,则g(x)在(1,+∞)单调递减,
g(x)<g(1)=0,符合题意;
②若>1,即0<a<1,g(x)在(1,
)上递增,
此时有g(x)>g(1)=0,不符合题意;
综上所述,a的取值范围是a≥1.
设函数f(x)=x3+sinx,若时,f(mcosθ)+f(1-m)>0恒成立,则实数m的取值范围是( )
正确答案
解析
解:由函数f(x)=x3+sinx,可知f(x)为奇函数,f′(x)=3x2+cosx,
又当-1≤x≤1时,cosx>0,x2>0,
∴f′(x)=3x2+cosx>0,
当x<-1或x>1时,x2>1,
∴f′(x)=3x2+cosx>0,
综上所述,对任意x∈R,f′(x)=3x2+cosx>0
∴f(x)=)=x3+sinx是增函数;
∵f(mcosθ)+f(1-m)>0恒成立,即f(mcosθ)>f(m-1)恒成立,
∴mcosθ>m-1,令g(m)=(cosθ-1)m+1,
当0≤θ≤,mcosθ>m-1恒成立,等价于g(m)=(cosθ-1)m+1>0恒成立.
∵0≤θ≤,
∴cosθ∈[0,1],
∴cosθ-1≤0,
∴当θ=0时,(cos0-1)m+1>0恒成立,①
当θ=时,(cos
-1)m+1>0恒成立,②
由①②得:m<1.
故选B.
集合M由满足:对任意x1,x2∈[-1,1]时,都有|f(x1)-f(x2)|≤4|x1-x2|的函数f(x)组成.对于两个函数f(x)=x2-2x+2,g(x)=ex,以下关系成立的是( )
正确答案
解析
解:|f(x1)-f(x2)|≤4|x1-x2|
可化为||≤4;
即对任意x1,x2∈[-1,1]时,都有|f(x1)-f(x2)|≤4|x1-x2|可化为
对任意x[-1,1]时,都有|f′(x)|≤4;
f′(x)=2x-2;当x[-1,1]时,|f′(x)|≤4恒成立;
g′(x)=ex,当x[-1,1]时,|g′(x)|≤4恒成立;
故f(x)∈M,g(x)∈M;
故选:A.
已知函数f(x)=ex-ax-2x-1(x∈R).
(1)当a=0时,求f(x)的单调区间;
(2)求证:对任意实数a<0,有f(x)>.
正确答案
解:(1)当a=0时,f(x)=ex-2x-1(x∈R),
∵f′(x)=ex-2,且f′(x)的零点为x=ln2,
∴当x∈(-∞,ln2)时,f′(x)<0;当x∈(ln2,+∞)时,f′(x)>0
即(-∞,ln2)是f(x)的单调减区间,(ln2,+∞)是f(x)的单调增区间.
(2)由f(x)=ex-ax2-2x-1(x∈R)得,f′(x)=ex-2ax-2,
记g(x)=ex-2ax-2(x∈R),
∵a<0,∴g′(x)=ex-2a>0,即f′(x)=g(x)是R上的单调递增函数,
又f′(0)=-1<0,f′(1)=e-2a-2>0,
故R上存在唯一的x0∈(0,1),使得f′(x0)=0,且当x<x0时,f′(x)<0;当x>x0时,
f′(x)>0,即f(x)在(-∞,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增,
则f(x)min=f(x0)=ex0-ax0-1,
再由f′(x0)=0得ex0=2ax0+2,将其代入前式可得,
f(x)min=,
又令h(x0)==-a
,
由于-a>0,对称轴,而x0∈(0,1),
∴h(x0)>h(1)=a-1,
又>0,
∴h(x0)>,
故对任意实数a<0,都在f(x)>.
解析
解:(1)当a=0时,f(x)=ex-2x-1(x∈R),
∵f′(x)=ex-2,且f′(x)的零点为x=ln2,
∴当x∈(-∞,ln2)时,f′(x)<0;当x∈(ln2,+∞)时,f′(x)>0
即(-∞,ln2)是f(x)的单调减区间,(ln2,+∞)是f(x)的单调增区间.
(2)由f(x)=ex-ax2-2x-1(x∈R)得,f′(x)=ex-2ax-2,
记g(x)=ex-2ax-2(x∈R),
∵a<0,∴g′(x)=ex-2a>0,即f′(x)=g(x)是R上的单调递增函数,
又f′(0)=-1<0,f′(1)=e-2a-2>0,
故R上存在唯一的x0∈(0,1),使得f′(x0)=0,且当x<x0时,f′(x)<0;当x>x0时,
f′(x)>0,即f(x)在(-∞,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增,
则f(x)min=f(x0)=ex0-ax0-1,
再由f′(x0)=0得ex0=2ax0+2,将其代入前式可得,
f(x)min=,
又令h(x0)==-a
,
由于-a>0,对称轴,而x0∈(0,1),
∴h(x0)>h(1)=a-1,
又>0,
∴h(x0)>,
故对任意实数a<0,都在f(x)>.
已知函数f(x)=x2(x-a)在区间(0,)内是减函数,则实数a的取值范围是( )
正确答案
解析
解:∵f(x)=x3-ax2,
∴f′(x)=3x2-2ax,
∵函数f(x)在区间(0,)内是减函数
∴f′(x)≤0在(0,)上恒成立
即a≥在(0,
)上恒成立.
∴<
×
=1,
∴a≥1,
故实数a的取值范围为[1,+∞),
故选:C.
(2015春•九江期末)(重点中学做)已知函数f(x)=,g(x)=-2x3-3x2+2.
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)证明:对任意x1∈(0,1)∪(1,+∞),总存在x2∈(-∞,0),使得f(x1)>g(x2)成立.
正确答案
解:(1),令h(x)=
,则:
;
∴h(x)在(0,+∞)上单调递增;
∴x∈(0,1)时,h(x)<h(1)=0,f′(x)<0,∴f(x)在(0,1)上单调递减;
x∈(1,+∞)时,h(x)>h(1)=0,f′(x)>0,∴f(x)在(1,+∞)上单调递增;
即f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增;
(2)证明:g′(x)=-6x2-6x=-6x(x+1);
∴x∈(-∞,-1)时,g′(x)<0,x∈(-1,0)时,g′(x)>0;
∴g(-1)=1是g(x)的最小值;
∴问题等价于对任意的x∈(0,1)∪(1,+∞),f(x)>1恒成立;
即证恒成立;
也就是证恒成立;
设,
>0;
∴r(x)在(0,+∞)上单调递增,r(1)=0;
∴x∈(0,1)时,r(x)<0,则;
x∈(1,+∞)时,r(x)>0,则;
综上可得:对任意的x1∈(0,1)∪(1,+∞),总存在x2∈(0,+∞),使得f(x1)>g(x2).
解析
解:(1),令h(x)=
,则:
;
∴h(x)在(0,+∞)上单调递增;
∴x∈(0,1)时,h(x)<h(1)=0,f′(x)<0,∴f(x)在(0,1)上单调递减;
x∈(1,+∞)时,h(x)>h(1)=0,f′(x)>0,∴f(x)在(1,+∞)上单调递增;
即f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增;
(2)证明:g′(x)=-6x2-6x=-6x(x+1);
∴x∈(-∞,-1)时,g′(x)<0,x∈(-1,0)时,g′(x)>0;
∴g(-1)=1是g(x)的最小值;
∴问题等价于对任意的x∈(0,1)∪(1,+∞),f(x)>1恒成立;
即证恒成立;
也就是证恒成立;
设,
>0;
∴r(x)在(0,+∞)上单调递增,r(1)=0;
∴x∈(0,1)时,r(x)<0,则;
x∈(1,+∞)时,r(x)>0,则;
综上可得:对任意的x1∈(0,1)∪(1,+∞),总存在x2∈(0,+∞),使得f(x1)>g(x2).
函数f(x)的图象如图所示,则不等式(x+3)•f′(x)<0的解集为( )
正确答案
解析
解:当x+3<0,即x<-3时,
f(x)单调递增,
故f′(x)>0;
故(x+3)•f′(x)<0成立;
当x+3>0,即x>-3时,
f(x)在(-3,-1)上单调递增,在(-1,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增;
故当x∈(-1,1)时,f′(x)<0;
故不等式(x+3)•f′(x)<0的解集为(-∞,-3)∪(-1,1);
故选D.
已知函数f(x)=(2-a)(x-1)-2lnx(a∈R).
(1)当a=1时,求f(x)的单调区间;
(2)若函数f(x)>0在(0,)内恒成立,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1)a=1时:f(x)=x-1-2lnx,
∴f′(x)=1-,
令f′(x)>0,解得:x>2,
令f′(x)<0,解得:0<x<2,
∴f(x)在(0,2)单调递减,在(2,+∞)单调递增;
(2)若函数f(x)>0在(0,)内恒成立,
即对x∈(0,),a>2-
恒成立,
令l(x)=2-,则l′(x)=
,
令m(x)=2lnx+-2,x∈(0,
),
则m′(x)=<0,
∴m(x)在(0,)递减,
∴m(x)>m()=2-2ln2>0,
∴l′(x)>0,
∴l(x)在(0,)递增,
∴要使a>2-恒成立,
只需a∈[2-4ln2,+∞).
a≥2-4ln2;
解析
解:(1)a=1时:f(x)=x-1-2lnx,
∴f′(x)=1-,
令f′(x)>0,解得:x>2,
令f′(x)<0,解得:0<x<2,
∴f(x)在(0,2)单调递减,在(2,+∞)单调递增;
(2)若函数f(x)>0在(0,)内恒成立,
即对x∈(0,),a>2-
恒成立,
令l(x)=2-,则l′(x)=
,
令m(x)=2lnx+-2,x∈(0,
),
则m′(x)=<0,
∴m(x)在(0,)递减,
∴m(x)>m()=2-2ln2>0,
∴l′(x)>0,
∴l(x)在(0,)递增,
∴要使a>2-恒成立,
只需a∈[2-4ln2,+∞).
a≥2-4ln2;
设函数y=f(x)(x∈R)的导函数为f′(x),且f(x)=f(-x),f′(x)<f(x),则下列不等式成立的是( )
正确答案
解析
解:构造辅助函数,令g(x)=e-x•f(x),
则g′(x)=(e-x)′•f(x)+e-x•f′(x)
=-e-x•f(x)+e-x•f′(x)
=e-x(f′(x)-f(x)).
∵f′(x)<f(x),
∴g′(x)=e-x(f′(x)-f(x))<0,
∴函数令g(x)=e-x•f(x)为实数集上的减函数.
则g(-2)>g(0)>g(1).
∵g(0)=e0f(0)=f(0),
g(1)=e-1f(1),
g(-2)=e2f(-2),
又f(-x)=f(x),
∴g(-2)=e2f(2),
∴e-1f(1)<f(0)<e2f(2).
故选:B.
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