- 导数在研究函数中的应用
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已知定义在(0,+∞)上的两个函数f(x)=x2-alnx,g(x)=x-a,且f(x)在x=1处取得极值.
(1)求a的值及函数g(x)的单调区间;
(2)把g(x)对应的曲线向上平移6个单位后得曲线C1,求C1与f(x)对应曲线C2的交点个数,并说明理由.
正确答案
(Ⅰ)∵f′(x)=2x-,
∴f'(1)=2-a=0,∴a=2
∴g(x)=x-2.
由g′(x)=1->0,得x>1;由g′(x)=1-
<0,得0<x<1.
∴g(x)的单调递减区间是(0,1),单调递增区间是(1,+∞).(5分)
(3)由题意知C1:h(x)=x-2+6.
问题转化为G(x)=x2-2lnx-(x-2+6)=0在(0,+∞)上解的个数
G′(x)=2x-2-1+
=
=
.
由G'(x)>0,得x>1;由G'(x)<0,得0<x<1.
∴G(x)在区间(1,+∞)上单调递增,在区间(0,1)上单调递减.
又G(1)=-4<0,所以G(x)=x2-2lnx-(x-2+6)=0在(0,+∞)上有2个解.
即C1与f(x)对应曲线C2的交点个数是2.(12分)
已知a∈R,函数f (x)=-x3+
ax2+2ax (x∈R).
(Ⅰ)当a=1时,求函数f (x)的单调递增区间;
(Ⅱ)函数f (x)能否在R上单调递减,若是,求出a的取值范围;若不能,请说明理由;
(Ⅲ)若函数f (x)在[-1,1]上单调递增,求a的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)当a=1时,f(x)=-x3+
x2+2x,
∴f'(x)=-x2+x+2,(2分)
令f'(x)>0,即-x2+x+2>0,解得-1<x<2,
∴函数f(x)的单调递增区间是(-1,2);(5分)
(Ⅱ)若函数f(x)在R上单调递减,则f'(x)≤0对x∈R都成立,
即-x2+ax+2a≤0对x∈R都成立,即x2-ax-2a≥0对x∈R都成立.(7分)
∴△=a2+8a≤0,解得-8≤a≤0.
∴当-8≤a≤0时,函数f(x)能在R上单调递减;(10分)
(Ⅲ)∵函数f(x)在[-1,1]上单调递增,
∴f'(x)≥0对x∈[-1,1]都成立,∴-x2+ax+2a≥0对x∈[-1,1]都成立.
∴a(x+2)≥x2对x∈[-1,1]都成立,即a≥对x∈[-1,1]都成立.(12分)
令g(x)=,则g'(x)=
=
.
当-1≤x<0时,g'(x)<0;当0≤x<1时,g'(x)>0.
∴g(x)在[-1,0]上单调递减,在[0,1]上单调递增.
∵g(-1)=1,g(1)=,∴g(x)在[-1,1]上的最大值是g(-1)=1,∴a≥1.(15分)
f(x)是定义在R上的偶函数,当x<0时,xf'(x)-f(x)<0且f(-4)=0,则不等式<0的解集为______.
正确答案
求导函数可得:(
f(x)
x
)′=
∵当x<0时,xf'(x)-f(x)<0
∴当x<0时,(
f(x)
x
)′<0
∴当x<0时,函数为减函数
∵f(x)是定义在R上的偶函数
∴函数为奇函数
∴当x>0时,函数为减函数
∵f(-4)=0,∴f(4)=0
∴=
=0
∴不等式<0等价于
或
∴-4<x<0或x>4
故答案为:{x|-4<x<0或x>4}
已知函数f (x)=ex,g(x)=lnx,h(x)=kx+b.
(1)当b=0时,若对∀x∈(0,+∞)均有f (x)≥h(x)≥g(x)成立,求实数k的取值范围;
(2)设h(x)的图象为函数f (x)和g(x)图象的公共切线,切点分别为(x1,f (x1))和(x2,g(x2)),其中x1>0.
①求证:x1>1>x2;
②若当x≥x1时,关于x的不等式ax2-x+xe-x+1≤0恒成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)依题意对∀x∈(0,+∞)均有ex≥kx≥lnx成立
即对任意∀x∈(0,+∞)均有≥k≥
成立…(1分)
∴()min≥k≥(
)max
因为()=
故y=
在(0,1)上减,(1,+∞)增
∴()min=e
又()=
故y=
在(0,e)上减,(e,+∞)增
∴()max=
即k的取值范围是[
,e]
(2)由题知:h(x)即为y-e x1=e x1(x-x1)即y=e x1•x+e x1-x1 e x1
也为y=lnx2=(x-x2)即y=
x+lnx2-1
∴…(6分)
又x1=0,∴e x1>1 即>1⇒x1>1
即x1>1>x2…(8分)
(3)令F(x)=ax2-x+xe-x+1(x≥x1)
∴F′(x)=-1-xe-x+e-x=-1+e-x(1-x)( x≥x1)
又x≥x1>1,F′(x)=-1-xe-x+e-x=-1+e-x(1-x)<0
即F(x)=ax2-x+xe-x+1(x≥x1)单调减,
所以只要F(x)≤F(x1)=ax2-x1+x1e -x1+1≤0
即a+x1-x1e x1+e x1≤0…(12分)
由
∴
即x1-x1ex1+ex1=-1
故只要a+x1-x1ex1+ex1=a-1≤0得:
a≤1
综上,实数a的取值范围是(-∞,1]…(14分)
函数f(x)(x∈R)满足f(1)=1,且f(x)在R上的导函数f′(x)>,则不等式f(x)<
的解集为______.
正确答案
设g(x)=f(x)-,
因为f(1)=1,f'(x)>,
所以g(1)=f(1)-1=0,g′(x)=f′(x)->0,
所以g(x)在R上是增函数,且g(1)=0.
所以f(x)<的解集即是g(x)<0=g(1)的解集.
∴x<1.
故答案为:(-∞,1).
已知函数f(x)=a(1-2|x-|),a为常数且a>0.
(1)f(x)的图象关于直线x=对称;
(2)若x0满足f(f(x0))=x0,但f(x0)≠x0,则x0称为函数f(x)的二阶周期点,如果f(x)有两个二阶周期点x1,x2,试确定a的取值范围;
(3)对于(2)中的x1,x2,和a,设x3为函数f(f(x))的最大值点,A(x1,f(f(x1))),B(x2,f(f(x2))),C(x3,0),记△ABC的面积为S(a),讨论S(a)的单调性.
正确答案
(1)证明:∵f(+x)=a(1-2|
+x-
|)=a(1-2|x|),f(
-x)=a(1-2|
-x-
|)=a(1-2|x|),
∴f(+x)=f(
-x),∴f(x)的图象关于直线x=
对称.
(2)当0<a<时,有f(f(x))=
.
∴f(f(x))=x只有一个解x=0又f(0)=0,故0不是二阶周期点.
当a=时,有f(f(x))=
.
∴f(f(x))=x有解集,{x|x≤},故此集合中的所有点都不是二阶周期点.
当a>时,有f(f(x))=
,
∴f(f(x))=x有四个0,,
,
.
由f(0)=0,f()=
,f(
)≠
,f(
)≠
.
故只有,
是f(x)的二阶周期点,综上所述,所求a的取值范围为a>
.
(3)由(2)得x1=,x2=
.
∵x2为函数f(x)的最大值点,∴x3=,或x3=
.
当x3=时,S(a)=
.求导得:S′(a)=-
.
∴当a∈(,
)时,S(a)单调递增,当a∈(
,+∞)时,S(a)单调递减.
当x3=时,S(a)=
,求导得S′(a)=
.
∵a>,从而有S′(a)=
.
∴当a∈(,+∞)时,S(a)单调递增.
已知函数f1(x)=,f2(x)=(
)|x-m|,其中m∈R.
(1)若0<m≤2,试判断函数f (x)=f1(x)+f2(x)(x∈[2,+∞))的单调性,并证明你的结论;
(2)设函数g(x)=若对任意大于等于2的实数x1,总存在唯一的小于2的实数x2,使得g(x1)=g(x2)成立,试确定实数m的取值范围.
正确答案
(1)f(x)为单调减函数.(1分)
证明:由0<m≤2,x≥2,可得f(x)=f1(x)+f2(x)=+(
)x-m=
+2m•(
)x.
由f′(x)=+2m•(
)xln
=
-2m•(
)xln2,(4分)
且0<m≤2,x≥2,所以f'(x)<0.从而函数f(x)为单调减函数.(5分)
(亦可先分别用定义法或导数法论证函数f1(x)和f2(x)在[2,+∞)上单调递减,再得函数f(x)为单调减函数.)
(2)①若m≤0,由x1≥2,g(x1)=f1(x1)=≤0,
x2<2,g(x2)=f2(x2)=()|x2-m|>0,
所以g(x1)=g(x2)不成立.(7分)
②若m>0,由x>2时,g′(x)=f1′(x)=<0,
所以g(x)在[2,+∞)单调递减.从而g(x1)∈(0,f1(2)],即g(x1)∈(0,].(9分)
(a)若m≥2,由于x<2时,g(x)=f2(x)=()|x-m|=(
)m-x=(
)m•2x,
所以g(x)在(-∞,2)上单调递增,从而g(x2)∈(0,f2(2)),即g(x2)∈(0,()m-2).
要使g(x1)=g(x2)成立,只需<(
)m-2,即
-(
)m-2<0成立即可.
由于函数h(m)=-(
)m-2在[2,+∞)的单调递增,且h(4)=0,
所以2≤m<4.(12分)
(b)若0<m<2,由于x<2时,g(x)=f2(x)=()|x-m|=
所以g(x)在(-∞,m]上单调递增,在[m,2)上单调递减.
从而g(x2)∈(0,f2(m)],即g(x2)∈(0,1].
要使g(x1)=g(x2)成立,只需成立,即
≤(
)2-m成立即可.
由0<m<2,得<
, (
)2-m>
.
故当0<m<2时,≤(
)2-m恒成立.(15分)
综上所述,m为区间(0,4)上任意实数.(16分)
若函数f(x)=x+asinx在R上递增,则实数a的取值范围为______.
正确答案
∵f′(x)=1+acosx,
∴要使函数f(x)=x+asinx在R上递增,则1+acosx≥0对任意实数x都成立.
∵-1≤cosx≤1,
①当a>0时-a≤acosx≤a,
∴-a≥-1,∴0<a≤1;
②当a=0时适合;
③当a<0时,a≤acosx≤-a,
∴a≥-1,
∴-1≤a<0.
综上,-1≤a≤1.
故答案为:[-1,1]
已知a,b为实数,并且e<a<b,其中e是自然对数的底,证明ab>ba.
正确答案
证:当e<a<b时,要证ab>ba,只要证blna>alnb,
即只要证>
考虑函数y=(0<x<+∞)
因为但x>e时,y′=<0,
所以函数y=在(e,+∞)内是减函数
因为e<a<b,所以>
,即得ab>ba
已知函数f(x)=ex.
(Ⅰ)求f(x)的单调区间;
(Ⅱ)证明:当f(x1)=f(x2)(x1≠x2)时,x1+x2<0.
正确答案
(I)易知函数的定义域为R.
f′(x)=()′ex+
ex=
ex+
ex=
ex,
当x<0时,f′(x)>0;当x>0时,f′(x)<0.∴函数f(x)的单调递增区间为(-∞,0),单调递减区间为(0,+∞).
(II)当x<1时,由于<0,ex>0,得到f(x)>0;同理,当x>1时,f(x)<0.
当f(x1)=f(x2)(x1≠x2)时,不妨设x1<x2.
由(I)可知:x1∈(-∞,0),x2∈(0,1).
下面证明:∀x∈(0,1),f(x)<f(-x),即证ex<
e-x.此不等式等价于(1-x)ex-
<0.
令g(x)=(1-x)ex-,则g′(x)=-xe-x(e2x-1).
当x∈(0,1)时,g′(x)<0,g(x)单调递减,∴g(x)<g(0)=0.
即(1-x)ex-<0.
∴∀x∈(0,1),f(x)<f(-x).
而x2∈(0,1),∴f(x2)<f(-x2).
从而,f(x1)<f(-x2).
由于x1,-x2∈(-∞,0),f(x)在(-∞,0)上单调递增,
∴x1<-x2,即x1+x2<0.
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