- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知向量,函数
(1)若,试求函数
的值域;
(2)若,则
,如
,则
.已知
为常数,且
,请讨论
的单调性,并判断
的符号.
正确答案
解:(1)
,
于是,
(2)
因此,当单调递减;
当单调递增.
由的单调性,知
=
在
上的最小值,
时,
=0,
综上知,当时,
单调递减;
当时,
单调递增.
当=0,
当>0.
设函数f(x)=lnx+aln(2-x).
(Ⅰ)求函数f(x)的定义域及其导数f'(x);
(Ⅱ)当a≥-1时,求函数f(x)的单调区间;
(Ⅲ)当a=1时,令g(x)=f(x)+mx(m>0),若g(x)在(0,1]上的最大值为,求实数m的值.
正确答案
(Ⅰ)由得0<x<2,即函数的定义域为(0,2);
f′(x)=-
.
(Ⅱ)当a≥-1时,f′(x)=-
=
当a=-1时,f′(x)=,所以在区间(0,2)上,f'(x)>0,
故函数f(x)的单调递增区间是(0,2);
当a>-1时,令f′(x)==0,解得x=
,
①当≥2时,即-1<a≤0时,在区间(0,2)上,f'(x)>0,
故函数f(x)的单调递增区间是(0,2);
②当0<<2时,即a>0时,在区间(0,
)上,f'(x)>0,
在区间(,2)上,f'(x)<0,故函数f(x)的单调递增区间是(0,
),单调递减区间是(
,2).
(Ⅲ)当x∈(0,1]且m>0时,g′(x)=-
+m=
+m>0,
即函数在区间(0,1]上是增函数,故函数g(x)在(0,1]上的最大值为g(1),
所以g(1)=m=,即m=
.
设函数f(x)=e-ax
(1)写出定义域及f′(x)的解析式
(2)设a>0,讨论函数y=f(x)的单调性;
(3)若对任意x∈(0,1),恒有f(x)>1成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)∵x-1≠0∴f(x)的定义域为(-∞,1)∪(1,+∞),
f′(x)==
e-ax(3分)
(2)①当0<a≤2时,f'(x)≥0,所以f(x)在(-∞,1),(1,+∞)上为增函数(4分)
②当a>2,由f′(x)>0得ax2+2-a>0,x>或x<-
∴f(x)在(-∞,-),(
,1),(1,+∞)上为增函数,在(-
,
)上是减函数(7分)
(2)①当0<a≤2时,由(1)知,对任意x∈(0,1),恒有f(x)>f(0)=1(8分)
②当a>2时,由(1)知,f(x)在(0,)上是减函数,在(
)上是增函数,
取x0=∈(0,1),则f(x0)<f(0)=1(10分)
③当a≤0时,对任意x∈(0,1),恒有>1且e-ax≥1,得f(x)=
e-ax>1(11分)
综上当且仅当a∈(-∞,2]时,若对任意x∈(0,1)恒有f(x)>1成立. (12分)
已知函数f(x)=ln(ex+1)-ax(a>0).
(1)若函数y=f(x)的导函数是奇函数,求y=f′(x)的值域;
(2)求函数y=f(x)的单调区间.
正确答案
(1)由已知得f′(x)=-a.
∵函数y=f(x)的导函数是奇函数.
∴f′(-x)=-f′(x),解得a=.故f′(x)=
-
,f′(x)=
-
,所以f′(x)∈(-
,
)
(2)由(1)f′(x)=-a=1-
-a.
当a≥1时,f′(x)<0恒成立,
∴当a≥1时,函数y=f(x)在R上单调递减;
当0<a<1时,由f′(x)>0得(1-a)(ex+1)>1,即ex>-1+,x>ln
,
∴当0<a<1时,y=f(x)在(ln,+∞)内单调递增,
在(-∞,ln)内单调递减.
故当a≥1时,函数y=f(x)在R上单调递减;
当0<a<1时,y=f(x)在(ln,+∞)内单调递增;在(-∞,ln
)内单调递减.
已知函数f(x)=lnx,g(x)=ax2+bx(a≠0)。
(1)若a=-2时,函数h(x)=f(x)-g(x)在其定义域上是增函数,求实数b的取值范围;
(2)在(1)的结论下,设函数ψ (x)=e2x+bex,x∈[0,ln2],求函数ψ (x)的最小值(用含b的式子表示最小值);
(3)设函数f(x)的图象C1与函数g(x)的图象C2交于点P、Q,过线段PQ的中点R作x轴的垂线分别交C1、C2于点 M、N,问是否存在点R,使C1在M处的切线与C2在N处的切线平行?若存在,求出R的横坐标;若不存在,请说明理由。
正确答案
解:(1)依题意的定义域为(0,+∞)
因为h(x)在(0,+∞)上是增函数
所以对x∈(0,+∞)恒成立
所以
因为x>0,
所以(当且仅当
时取等号)
所以b的取值范围是。
(2)设则函数化为
∵
所以当,即
时,函数y在[1,2]上是增函数,
当t=1时,ymin=b+1
当,即-4<b<-2时,当
时,
;
当,即b≤-4时,函数y在[1,2]上是减函数,
当t=2时,ymin=4+2b
综上所述,当时,φ(x)的最小值为b+l;
当-4<b<-2时,φ(x)的最小值为;
当b≤-4时,φ(x)的最小值为4+2b。
(3)设点P、Q的坐标是(x1,y1)、(x2,y2),且0<x1<x2,
则点M、N的横坐标为
C1在点M处的切线斜率为
C2在点N处的切线斜率为
假设C1在点M处的切线与C2在点N处的切线平行,
则k1=k2,即
所以
所以
设
则
令
则
因为u>1,
所以r'(u)>0
所以r(u)在(1,+∞)上单调递增
故r(u)>r(1)=0。
则这与①矛盾,故假设不成立,
故不存在点R,使C1在点M处的切线与C2在点N处的切线平行。
对于函数y=f(x),x∈D,若同时满足以下条件:
①函数f(x)是D上的单调函数;
②存在区间[a,b]⊆D,使f(x)在[a,b]上的值域也是[a,b],
则称函数f(x)是闭函数.
(1)判断函数f(x)=2x+,x∈[1,10];g(x)=-x3,x∈R是不是闭函数,并说明理由;
(2)若函数f(x)=+k,x∈[-2,+∞)是闭函数,求实数k的取值范围.
正确答案
(1)f′(x)=2-=
令f'(x)=0
解得x=(x=-
舍)
∵x∈[1,)时f'(x)<0;
x∈(,10]时f'(x)>0
∴f(x)在[1,)上是减函数,在(
,10]上是增函数
∴函数f(x)不是[1,10]上的单调函数
∴f(x)=2x+不是闭函数.
②∵g'(x)=-x2≤0∴g(x)=-x3在R上是减函数,
设g(x)在[a,b]上的值域也是[a,b],
则,解得
∴存在区间[-1,1]⊆R,
使f(x)在[-1,1]上的值域也是[-1,1]
∴函数g(x)=-x3是闭函数
(2)函数f(x)=+k在定义域上是增函数
设函数f(x)在[a,b]上的值域也是[a,b],
则,
故a,b是方程x=k+的两个不相等的实根,
命题等价于有两个不相等的实根,
当k≤-2时,,
解得k>-,∴k∈(-
,-2].
当k>-2时,,无解.
∴k的取值范围是(-,-2]
已知定义在区间[-1,1]上的函数f(x)=为奇函数..
(1)求实数b的值.
(2)判断函数f(x)在区间(-1,1)上的单调性,并证明你的结论.
(3)f(x)在x∈[m,n]上的值域为[m,n](-1≤m<n≤1 ),求m+n的值.
正确答案
(1)∵定义在区间[-1,1]上的函数f(x)=为奇函数,
∴f(0)=0,即b=0,…(2分)
检验:当b=0时,f(x)=为奇函数,…(3分)
∴b=0.
(2)函数f(x)=在区间(-1,1)上是增函数…(4分)
证明:∵f(x)=,
∴f′(x)=
=,…(6分)
∵x∈(-1,1),
∴f′(x)>0,…(7分)
∴函数f(x)在区间(-1,1)上是增函数 …(8分)
(3)由(2)知函数f(x)在区间[m,n]上是增函数,函数f(x)的值域为[f(m),f(n)]
∴即
…(9分)
由①得m=-1 或 0或1,
由②得n=-1 或 0或1…(11分)
又∵-1≤m<n≤1
∴m=-1,n=0;或m=-1,n=1;或m=0,n=1…(12)
∴m+n=-1;或m+n=0;或m+n=1…(13)
设函数f(x)=(x>-1且x≠0)
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)求函数f(x)值域;
(3)已知>(x+1)m对任意x∈(-1,0)恒成立,求实数m的取值范围.
正确答案
(1)f′(x)=-,
所以当f′(x)>0,即ln(x+1)+1<0,即ln(x+1)<-1,所以x+1<,即-1<x<
-1,故函数在区间(-1,
-1)内单调递增;
当f′(x)<0,即-1<x<0或x>0,所以函数在区间(
-1,0)和(0,+∞)内单调减.
故函数的单调增区间为(-1,),单调减区间为(
-1,0)和(0,+∞).
(2)由f′(x)=-=0可得x=
-1,
由(1)可得f(x)在(-1,-1)内单调递增,在(
-1,0)内单调减,
所以在区间(-1,0)上,当x=-1时,f(x)取得极大值即最大值为f(
-1)=-e.
又因为当x从-1的右边靠近-1时,0<x+1<1,所以x→-1时f(x)→-∞;当x从0的左边靠近0时,f(x)→-∞;
所以当x∈(-1,0)时,f(x)∈(-∞,-e].
在区间(0,+∞)上f(x)是减函数,并且f(x)>0,
当x从0的右边靠近0时,f(x)→+∞;当x→+∞时,由函数的解析式可得f(x)→0.
所以当x∈(0,+∞)时,f(x)∈(0,+∞).
故f(x)的值域为(-∞,-e]∪(0,+∞)
(3)∵-1<x<0,∴0<x+1<1,从而1<,
由题意可得:>(x+1)m对任意x∈(-1,0)恒成立,
所以两边取自然对数得:ln2>mln(x+1)
所以m>,对x∈(-1,0)恒成立,则m大于
的最大值,
由(2)可得当x∈(-1,0)时,f(x)=∈(-∞,-e],
所以取得最大值为-eln2,所以m>-eln2.
所以实数m的取值范围为(-eln2,+∞).
已知函数f(x)=x3-3ax-1在x=-1处取得极值.
(I)求实数a的值;
(II)当x∈[-2,1)时,求函数f(x)的值域.
正确答案
(I)f′(x)=3x2-3a
由题意可得,f′(-1)=0即3-3a=0∴a=1
(II)由f(x)=x3-3x-1,得f′(x)=3x2-3
令f′(x)=3x2-3=0,得x=±1
∴函数f(x)在(-∞,-1),单调递增,(-1,1)单调递减,(1,+∞)单调递增
从而函数在区间[-2,1]上的最大值为f(-1),最小值是f(-2)与f(1)中的较小者
∵f(-2)=-3,f(-1)=1,f(1)=-3
∴函数的值域是[-3,1]
已知函数f(x)=(a<0)
(1)求函数f(x)的定义域及单调区间;
(2)若实数x∈(a,0]时,不等式f(x)≥恒成立,求a的取值范围.
正确答案
(1)函数f(x)的定义域为{x|x≠a}….1分f′(x)==
.….3分
由f'(x)>0,解得x>a+1.由f'(x)<0,解得x<a+1且x≠a.
∴f(x)的单调递增区间为(a+1,+∞),单调递减区间为(-∞,a),(a,a+1).….6分
(2)由题意可知,a<0,且f(x)=在(a,0]上的最小值大于等于
时,实数x∈(a,0]时,
使得不等式f(x)≥恒成立.
①若a+1<0即a<-1时,
∴f(x)在(a,0]上的最小值为f(a+1)=ea+1.则ea+1≥,得a≥ln
-1….9分
②若a+1≥0即a≥-1时,f(x)在(a,0]上单调递减,则f(x)在(a,0]上的最小值为f(0)=-.
由-≥
得a≥-2. …10分
综上所述,0>a≥ln-1….12分.
扫码查看完整答案与解析