- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=x2-alnx,a∈R.
(1)若a=2,求函数f(x)的极小值;
(2)讨论函数f(x)的单调性;
(3)若方程f(x)=0在区间[,e]上有且只有一个解,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1)a=2时,f(x)=x2-2lnx,x>0,
∴f′(x)=,
令f′(x)>0,解得:x>1,x<-1(舍),
令f′(x)<0,解得:0<x<1,
∴f(x)在(0,1)递减,在(1,+∞)递增,
∴x=1时,f(x)取到极小值f(1)=1,
(2)∵f′(x)=,x>0,
①a≤0时,f′(x)>0,f(x)在(0,+∞)递增,
②a>0时,
令f′(x)>0,解得:x>,x<-
(舍),
令f′(x)<0,解得:0<x<,
∴f(x)在(0,)递减,在(
,+∞)递增;
综上:a≤0时,f(x)在(0,+∞)递增
a>0时,f(x)在(0,)递减,在(
,+∞)递增;
(3)由题意得:方程a=在区间[
,e]上有且只有一个解,
令g(x)=,则g′(x)=
,
令g′(x)=0,解得:x=,
∴g(x)在(,
)上递减,在(
,e)递增,
又g()=
<g(e)=e2,
∴方程a=在区间[
,e]上有且只有一个解时,
有<a≤e2,或a=2e,
∴实数a的取值范围时:{a|<a≤e2或a=2e}.
解析
解:(1)a=2时,f(x)=x2-2lnx,x>0,
∴f′(x)=,
令f′(x)>0,解得:x>1,x<-1(舍),
令f′(x)<0,解得:0<x<1,
∴f(x)在(0,1)递减,在(1,+∞)递增,
∴x=1时,f(x)取到极小值f(1)=1,
(2)∵f′(x)=,x>0,
①a≤0时,f′(x)>0,f(x)在(0,+∞)递增,
②a>0时,
令f′(x)>0,解得:x>,x<-
(舍),
令f′(x)<0,解得:0<x<,
∴f(x)在(0,)递减,在(
,+∞)递增;
综上:a≤0时,f(x)在(0,+∞)递增
a>0时,f(x)在(0,)递减,在(
,+∞)递增;
(3)由题意得:方程a=在区间[
,e]上有且只有一个解,
令g(x)=,则g′(x)=
,
令g′(x)=0,解得:x=,
∴g(x)在(,
)上递减,在(
,e)递增,
又g()=
<g(e)=e2,
∴方程a=在区间[
,e]上有且只有一个解时,
有<a≤e2,或a=2e,
∴实数a的取值范围时:{a|<a≤e2或a=2e}.
已知f(x)的导数f′(x),且x1<x2,对x∈R时,xf′(x)>-f(x),则下列不等式正确的是( )
正确答案
解析
解:由xf′(x)>-f(x),得xf′(x)+f(x)>0,
构造函数g(x)=xf(x),
则g′(x)=xf′(x)+f(x)>0,
故函数g(x)在定义域上为增函数,
∵x1<x2,
∴g(x1)<g(x2),
即x1f(x1)<x2f(x2),
故选:A.
已知函数f(x)=(a+)en,a,b为常数,a≠0.
(Ⅰ)若a=2,b=1,求函数f(x)在(0,+∞)上的单调区间;
(Ⅱ)若a>0,b>0,求函数f(x)在区间[1,2]的最小值;
(Ⅲ)若a=1,b=-2时,不等式f(x)≤lnx•en恒成立,判断代数式[(n+1)!]2与(n+1)en-2(n∈N*)的大小.
正确答案
解:(Ⅰ)f′(x)=(a+ex=(ax2+bx-b)
…1分
当a=2,b=1时,f′(x)=(2x2+x-1)=(x+1)(2x-1)
…2分
令f′(x)=0,得x=或x=-1(舍去)…3分
因为,所以当x∈(0,
)时,f′(x)<0,
f(x)是减函数…4分
当x∈(时,f′(x)>0,f(x)是增函数.
所以函数f(x)的单调递减区间为(0,);
单调递增区间为()…5分
(Ⅱ)令g(x)=ax2+bx-b.
因为a>0,b>0,所以二次函数g(x)的图象开口向上,
对称轴x=-,且g(1)=a>0,…7分
所以g(x)>0对一切x∈[1,2]恒成立,
又因为>0,所以f′(x)>0对一切x∈[1,2]恒成立,…8分
所以f(x)在x∈[1,2]上为增函数,
故f(x)min=f(1)=(a+b)e…10分
(Ⅲ)若a=1,b=-2时,不等式f(x)≤lnx•ex恒成立,
化简得:(1-ex≤lnx•ex,即lnx≥1-
恒成立,…11分
令x=n(n+1),则ln[n(n+1)]>1-,
∴ln(1×2)>1-,ln(2×3)>1-
,ln(3×4)>1-
,…,
ln[n(n+1)]>1-,…12分
叠加得ln[1×22×32×…×n2(n+1)]>n-2[+
]
=n-2(1-)>n-2.
则1×22×32×…×n2(n+1)>en-2,
所以[(n+1)!]2>(n+1)•en-2(n∈N*)…14分
解析
解:(Ⅰ)f′(x)=(a+ex=(ax2+bx-b)
…1分
当a=2,b=1时,f′(x)=(2x2+x-1)=(x+1)(2x-1)
…2分
令f′(x)=0,得x=或x=-1(舍去)…3分
因为,所以当x∈(0,
)时,f′(x)<0,
f(x)是减函数…4分
当x∈(时,f′(x)>0,f(x)是增函数.
所以函数f(x)的单调递减区间为(0,);
单调递增区间为()…5分
(Ⅱ)令g(x)=ax2+bx-b.
因为a>0,b>0,所以二次函数g(x)的图象开口向上,
对称轴x=-,且g(1)=a>0,…7分
所以g(x)>0对一切x∈[1,2]恒成立,
又因为>0,所以f′(x)>0对一切x∈[1,2]恒成立,…8分
所以f(x)在x∈[1,2]上为增函数,
故f(x)min=f(1)=(a+b)e…10分
(Ⅲ)若a=1,b=-2时,不等式f(x)≤lnx•ex恒成立,
化简得:(1-ex≤lnx•ex,即lnx≥1-
恒成立,…11分
令x=n(n+1),则ln[n(n+1)]>1-,
∴ln(1×2)>1-,ln(2×3)>1-
,ln(3×4)>1-
,…,
ln[n(n+1)]>1-,…12分
叠加得ln[1×22×32×…×n2(n+1)]>n-2[+
]
=n-2(1-)>n-2.
则1×22×32×…×n2(n+1)>en-2,
所以[(n+1)!]2>(n+1)•en-2(n∈N*)…14分
函数y=()x+xln2的单调增区间为______.
正确答案
(0,+∞)
解析
解:∵y′=ln2(1-2-x),
令y′>0,解得:x>0,
∴函数y=()x+xln2的单调增区间是(0,+∞),
故答案为:(0,+∞).
若f(x)=x2-2x-4lnx(x>0),则f(x)的单调递增区间为______.
正确答案
(2,+∞)
解析
解:函数的定义域为(0,+∞),
函数的导数为f′(x)=2x-2=
,
由f′(x)>0,
得2x2-2x-4>0,即x2-x-2>0,解得x>2或x<-1(舍),
即函数的单调递增区间为:(2,+∞),
故答案为:(2,+∞)
定义在R上的函数f(x),f(-1)=1,如果f′(x)>1,则不等式f(x)>x+2的解集为______.
正确答案
{x|x>-1}
解析
解:设F(x)=f(x)-x-2,
则F′(x)=f′(x)-1,
∵f‘(x)>1,
∴F′(x)=f′(x)-1>0,
∴F(x)=f(x)-x-2是增函数,
∵f(-1)=1,
∴F(-1)=f(-1)+1-2=0,
∴F(x)=f(x)-x-2>0的解集为{x|x>-1},
∴不等式f(x)>x+2的解集为{x|x>-1}.
函数y=+bx2+(b+2)x+3是R上的单调增函数,则b的取值范围是______.
正确答案
[-1,2]
解析
解:若函数y=+bx2+(b+2)x+3是R上的单调增函数,
则只需y′=x2+2bx+b+2≥0在R上恒成立即可,
∴x2+2bx+b+2≥0恒成立,
∴△≤0,即b2-b-2≤0,
则b的取值是-1≤b≤2.
故答案为:[-1,2].
已知函数f(x)=lnx+ax2+x,a∈R.
(Ⅰ)讨论函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)已知a<0,对于函数f(x)图象上任意不同的两点A(x1,y1),B(x2,y2),其中x2>x1,直线AB的斜率为k,记N(u,0),若,求证f′(u)<k.
正确答案
(Ⅰ)解:f(x)的定义域为(0,+∞),
当a≥0时,f′(x)>0在(0,+∞)上恒成立,f(x)在定义域内单调递增;
当a<0时,令f′(x)=0,解得,(舍负)
则时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
综上,a≥0时,f(x)的单调递增区间为(0,+∞);
a<0时,f(x)的单调递增区间为,f(x)的单调递增区间为
.
(Ⅱ)证明:
=,
∵,
∴x2-x1=λ(u-x1),∴,
又,∴
,
∴,
∵a<0,x2>x1,1≤λ≤2,
∴,
要证:f′(u)<k.,只需证,
即证:,
设,令
,
则,
令h(t)=-t2+(λ2-2λ+2)t-(λ-1)2,
t>1,1≤λ≤2,对称轴,
h(t)<h(1)=0,∴g′(t)<0,故g(t)在(1,+∞)内单调递减,
则g(t)<g(1)=0,故f′(u)<k.
解析
(Ⅰ)解:f(x)的定义域为(0,+∞),
当a≥0时,f′(x)>0在(0,+∞)上恒成立,f(x)在定义域内单调递增;
当a<0时,令f′(x)=0,解得,(舍负)
则时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
综上,a≥0时,f(x)的单调递增区间为(0,+∞);
a<0时,f(x)的单调递增区间为,f(x)的单调递增区间为
.
(Ⅱ)证明:
=,
∵,
∴x2-x1=λ(u-x1),∴,
又,∴
,
∴,
∵a<0,x2>x1,1≤λ≤2,
∴,
要证:f′(u)<k.,只需证,
即证:,
设,令
,
则,
令h(t)=-t2+(λ2-2λ+2)t-(λ-1)2,
t>1,1≤λ≤2,对称轴,
h(t)<h(1)=0,∴g′(t)<0,故g(t)在(1,+∞)内单调递减,
则g(t)<g(1)=0,故f′(u)<k.
函数y=3x-x3的递增区间为______.
正确答案
[-1,1]
解析
解:对函数y=3x-x3求导,得,y′=3-3x2,
令y′≥0,即3-3x2≥0,解得,-1≤x≤1
∴函数y=3x-x3的递增区间为[-1,1]
故答案为:[-1,1].
已知函数f(x)=x3+ax2+b(a,b∈R).
(1)试讨论f(x)的单调性;
(2)若b=c-a(实数c是与a无关的常数),当函数f(x)有三个不同的零点时,a的取值范围恰好是(-∞,-3)∪(1,)∪(
,+∞),求c的值.
正确答案
解:(1)∵f(x)=x3+ax2+b,
∴f′(x)=3x2+2ax,
令f′(x)=0,可得x=0或-.
a=0时,f′(x)>0,∴f(x)在(-∞,+∞)上单调递增;
a>0时,x∈(-∞,-)∪(0,+∞)时,f′(x)>0,x∈(-
,0)时,f′(x)<0,
∴函数f(x)在(-∞,-),(0,+∞)上单调递增,在(-
,0)上单调递减;
a<0时,x∈(-∞,0)∪(-,+∞)时,f′(x)>0,x∈(0,-
)时,f′(x)<0,
∴函数f(x)在(-∞,0),(-,+∞)上单调递增,在(0,-
)上单调递减;
(2)由(1)知,函数f(x)的两个极值为f(0)=b,f(-)=
+b,
则函数f(x)有三个不同的零点等价于f(0)>0,且f(-)<0,
∴b>0且+b<0,
∵b=c-a,
∴a>0时,-a+c>0或a<0时,
-a+c<0.
设g(a)=-a+c,
∵函数f(x)有三个不同的零点时,a的取值范围恰好是(-∞,-3)∪(1,)∪(
,+∞),
∴在(-∞,-3)上,g(a)<0且在(1,)∪(
,+∞)上g(a)>0均恒成立,
∴g(-3)=c-1≤0,且g()=c-1≥0,
∴c=1,
此时f(x)=x3+ax2+1-a=(x+1)[x2+(a-1)x+1-a],
∵函数有三个零点,
∴x2+(a-1)x+1-a=0有两个异于-1的不等实根,
∴△=(a-1)2-4(1-a)>0,且(-1)2-(a-1)+1-a≠0,
解得a∈(-∞,-3)∪(1,)∪(
,+∞),
综上c=1.
解析
解:(1)∵f(x)=x3+ax2+b,
∴f′(x)=3x2+2ax,
令f′(x)=0,可得x=0或-.
a=0时,f′(x)>0,∴f(x)在(-∞,+∞)上单调递增;
a>0时,x∈(-∞,-)∪(0,+∞)时,f′(x)>0,x∈(-
,0)时,f′(x)<0,
∴函数f(x)在(-∞,-),(0,+∞)上单调递增,在(-
,0)上单调递减;
a<0时,x∈(-∞,0)∪(-,+∞)时,f′(x)>0,x∈(0,-
)时,f′(x)<0,
∴函数f(x)在(-∞,0),(-,+∞)上单调递增,在(0,-
)上单调递减;
(2)由(1)知,函数f(x)的两个极值为f(0)=b,f(-)=
+b,
则函数f(x)有三个不同的零点等价于f(0)>0,且f(-)<0,
∴b>0且+b<0,
∵b=c-a,
∴a>0时,-a+c>0或a<0时,
-a+c<0.
设g(a)=-a+c,
∵函数f(x)有三个不同的零点时,a的取值范围恰好是(-∞,-3)∪(1,)∪(
,+∞),
∴在(-∞,-3)上,g(a)<0且在(1,)∪(
,+∞)上g(a)>0均恒成立,
∴g(-3)=c-1≤0,且g()=c-1≥0,
∴c=1,
此时f(x)=x3+ax2+1-a=(x+1)[x2+(a-1)x+1-a],
∵函数有三个零点,
∴x2+(a-1)x+1-a=0有两个异于-1的不等实根,
∴△=(a-1)2-4(1-a)>0,且(-1)2-(a-1)+1-a≠0,
解得a∈(-∞,-3)∪(1,)∪(
,+∞),
综上c=1.
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