- 导数在研究函数中的应用
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某地需要修建一条大型输油管道通过120公里宽的沙漠地带,该段输油管道两端的输油站已建好,余下工程只需要在该段两端已建好的输油站之间铺设输油管道和等距离修建增压站(又称泵站).经预算,修建一个增压站的工程费用为432万元,铺设距离为x公里的相邻两增压站之间的输油管道费用为x3+x万元.设余下工程的总费用为y万元.
(1)试将y表示成关于x的函数;
(2)需要修建多少个增压站才能使y最小?
正确答案
解:(1)设需要修建k个增压站,则(k+1)x=120,即.
所以.
因为x表示相邻两增压站之间的距离,则0<x≤120.
故y与x的函数关系是.
(2)设,
则.
由f'(x)>0,得x3>216,又0<x≤120,则6<x≤120.
所以f(x)在区间(6,120]内为增函数,在区间[0,6)内为减函数.
所以当x=6时,f(x)取最小值,
此时.
故需要修建19个增压站才能使y最小.
已知函数f(x)=2f′(1)ex-1-x,e≈2.7.
(1)已知函数f(x)的解析式及单调区间;
(2)若对任意的x∈[,+∞),
f(x)≥(a-
)x+1恒成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)对f(x)求导,得f′(x)=2f′(1)ex-1-1.
令x=1,得f′(1)=2f′(1)-1,解得f′(1)=1.
从而f(x)=2ex-1-x.
f′(x)=2ex-1-1.
f′(x)>0⇔2ex-1-1>0⇔x-1>ln⇔x>1-ln2;
f′(x)<0⇔2ex-1-1<0⇔x<1-ln2.
所以,f(x)的增区间为(1-ln2,+∞),减区间为(-∞,1-ln2).
(2)当x≥时,
f(x)≥(a-
)x+1⇔
(2ex-1-x)≥(a-
)x+1
⇔ex≥ax+1⇔a≤.
令g(x)=(x≥
),则g′(x)=
.
令h(x)=(x-1)ex+1(x≥),则h′(x)=xex>0.
所以,函数h(x)在[,+∞)上单调递增.
所以h(x)≥h()=1-
=
>0.
所以当x≥时,g′(x)=
>0.
所以,g(x)=在[
,+∞)上单调递增.g(x)min=g(
)=2(
-1).
由题意,a≤2(-1).
故所求实数a的取值范围是a≤2(-1).
已知二次函数f(x)的二次项系数为a,且不等式f(x)>2x的解集为(-1,3).
(Ⅰ)若方程f(x)=-7a有两个相等的实数根,求f(x)的解析式;
(Ⅱ)若函数g(x)=xf(x)在区间(-∞,)内单调递减,求a的取值范围.
正确答案
(1)∵f(x)-2x>0的解集为(-1,3),
∴可设f(x)-2x=a(x+1)(x-3),且a<0,
因而f(x)=a(x+1)(x-3)+2x=ax2+2(1-a)x-3a①
由f(x)+7a=0得ax2+2(1-a)x+4a=0②
∵方程②有两个相等的根,
∴△=4(1-a)2-16a2=0,
即3a2+2a-1=0解得a=-1或a=
由于a<0,a=(舍去),将a=-1代入①得f(x)的解析式f(x)=-x2+4x+3.
(2)g(x)=xf(x)=ax3+2(1-a)x2-3ax,
∵g(x)在区间(-∞,)内单调递减,
∴g′(x)=3ax2+4(1-a)x-3a在(-∞,)上的函数值非正,
由于a<0,对称轴x=>0,
故g(x)≤g/()=
+
a(1-a)-3a≤0
注意到a<0,∴a2+4(1-a)-9≥0,
得a≤-1或a≥5(舍去)
故所求a的取值范围是(-∞,-1].
已知函数f(x)满足f(x)=f′(1)ex-1-f(0)x+x2.
(Ⅰ)求f(x)的解析式:
(Ⅱ)求f(x)的单调区间.
正确答案
(I)f′(x)=f′(1)ex-1-f(0)+x,
令x=1得f′(1)=f′(1)-f(0)+1,解得f(0)=1.
∴f(x)=f′(1)ex-1-x+x2.
令x=0,得f′(1)=e,
∴f(x)=ex-x+x2.
(II)设g(x)=f′(x)=ex-1+x,
则g′(x)=ex+1>0,∴f′(x)在R上单调递增.
而f′(0)=0,∴当x>0时,f′(x)>0;当x<0时,f′(x)<0.
因此f(x)在区间(-∞,0)上单调递减;在区间(0,+∞)单调递增.
已知函数f(x)=x3+ax2-9x+b的图象过点P(0,2),且f′(1)=0.
(1)求函数y=f(x)的解析式;
(2)求函数y=f(x)的单调区间.
正确答案
(1)由函数的图象经过点(0,2)可知,b=2,…(2分)
又f'(x)=3x2+2ax-9,…(4分)
且f′(1)=0得a=3…(6分)
∴f(x)=x3+3x2-9x+2…(7分)
(2)f′(x)=3x2+6x-9=3(x2+2x-3)=3(x+3)(x-1)
令f′(x)>0,则3(x+3)(x-1)>0,解得x<-3或x>1…(9分)
令f′(x)<0,则3(x+3)(x-1)<0,解得-3<x<1…(11分)
∴函数y=f(x)的单调递增区间为(-∞,-3)和(1,+∞)
函数y=f(x)的单调递减区间为(-3,1)…(12分)
已知函数f(x)=ax3+bx2+cx+d(a,b,c,d∈R),且函数f(x)的图象关于原点
对称,其图象在x=3处的切线方程为8x-y-18=0
(1)求f(x)的解析式;
(2)是否存在区间[m,n],使得函数g(x)的定义域和值域均为[m,n],且其解析式为f(x)的解析式?若存在,求出这样一个区间[m,n];若不存在,则说明理由.
正确答案
(1)∵f(x)的图象关于原点对称,
∴f(-x)+f(x)=0恒成立,
即2bx2+2d=0,∴b=d=0
又f(x)的图象在x=3处的切线方程为8x-y-18=0,
即y-6=8(x-3),…(2分)
∴f'(3)=8,且f(3)=6.而f(x)=ax3+cx,
∴f'(x)=3ax2+c…(3分)
∴解得
.
故所求的解析式为f(x)=x3-x.…(6分)
(2)解得x=0或x=±
又f'(x)=x2-1,由f'(x)=0得x=±1,
且当x=[-,-1)或x=(1,
]时,f'(x)>0;…(8分)
当x∈(-1,1)时f'(x)<0.
∴f(x)在[-,-1]和[1,
]递增;在[-1,1]上递减…(9分)
∴f(x)在[-,
]上的极大值和极小值分别为f(-1)=
f(1)=-
.
而-<-
<
<
.
故存在这样的区间[m,n],其中一个区间为[-,
].…(12分)
已知函数f(x)=ax3+bx2+cx(a≠0,x∈R)为奇函数,且f(x)在x=1处取得极大值2.
(1)求函数y=f(x)的解析式;
(2)记g(x)=+(k+1)lnx,求函数y=g(x)的单调区间.
正确答案
(1)由f(x)=ax3+bx2+cx(a≠0)为奇函数,
∴f(-x)=-f(x),代入得,b=0
∴f′(x)=3ax2+c,且f(x)在x=1取得极大值2.
∴⇒
解得a=-1,c=3,∴f(x)=-x3+3x
(2)∵g(x)=-x2+3+(k+1)lnx,
∴g′(x)=-2x+(k+1)=
因为函数定义域为(0,+∞),所以
①当k=-1时,g'(x)=-2x<0,
函数在(0,+∞)上单调递减;
②当k<-1时,k+1<0,∵x>0,
∴g′(x)=<0.
∴函数在(0,+∞)上单调递减;
③k>-1时,k+1>0,令g'(x)>0,得>0,
∵x>0,
∴-2x2+(k+1)>0,得-<x<
,
结合x>0,得0<x<;
令g'(x)<0,得<0,同上得2x2>(k+1),x>
,
∴k>-1时,单调递增区间为(0,),
单调递减区间为(,+∞)
综上,当k≤-1时,函数的单调递减区间为(0,+∞),无单调递增区间;
当k>-1时,函数的单调递增区间为(0,),
单调递减区间为(,+∞)
已知f(x)=x3+bx2+cx+d在(-∞,0]上是增函数,在[0,2]上是减函数,且f(x)=0有三个根α,2,β(α≤2≤β).
(Ⅰ)求c的值,并求出b和d的取值范围;
(Ⅱ)求证f(1)≥2;
(Ⅲ)求|β-α|的取值范围,并写出当|β-α|取最小值时的f(x)的解析式.
正确答案
(Ⅰ)∵f(x)在(-∞,0]上是增函数,在(0,2]上是减函数;∴x=0是f'(x)=0的根,又∵f'(x)=3x2+2bx+c,∴f'(0)=0,∴c=0.又∵f(x)=0的根为α,2,β,∴f(2)=0,∴8+4b+d=0,又∵f'(2)≤0,
∴12+4b≤0,∴b≤-3,又d=-8-4b
∴d≥4
(Ⅱ)∵f(1)=1+b+d,f(2)=0
∴d=-8-4b且b≤-3,
∴f(1)=1+b-8-4b=-7-3b≥2
(Ⅲ)∵f(x)=0有三根α,2,β;
∴f(x)=(x-α)(x-2)(x-β)
=x3-(α+β+2)•x2-2αβ
∴;(
∴|β-α|2=(α+β)2-4αβ
=(b+2)2+2d
=b2+4b+4-16-8b
=b2-4b-12
=(b-2)2-16
又∵b≤-3,∴|β-α|≥3
当且仅当b=-3时取最小值,此时d=4
∴f(x)=x3-3x2+4
设函数f(x)=ax-,曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为7x-4y-12=0.
(1)求f(x)的解析式;
(2)讨论函数f(x)的单调性.
正确答案
(1)方程7x-4y-12=0可化为y=x-3.
当x=2时,y=.又f′(x)=a+
,
于是解得
,故f(x)=x-
.
(2)由f(x)=x-得:f′(x)=1+
,当x≠0时,恒大于0,
∴函数f(x)在区间(-∞,0)和(0,+∞)上都是单调递增函数.
设函数f(x)=-x2+lnx,x∈[1,e)
(Ⅰ)求f(x)的单调区间;
(Ⅱ)求f(x)的值域.
正确答案
(I)由f′(x)=-x+
=
=0,x∈[1,e),解得x=2.
当x∈[1,2)时,f′(x)>0;当x∈(2,e)时,f′(x)<0.
∴f(x)的单调递增区间为[1,2],单调递减区间为[2,e);
(II)由(I)可知:当x=2时,f(x)取得最大值为-×22+ln2=ln2-
.而f(1)=-
<f(e)=-
+1.
故其最小值为-,因此函数f(x)的值域为[-
,ln2-
].
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