- 导数在研究函数中的应用
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(1)研究函数f(x)=lnx-x的单调区间与极值.
(2)试探究f(x)=lnx-ax(a∈R)单调性.
正确答案
(1)f′(x)=-1=
,
令f′(x)<0得x>1
令f′(x)>0得0<x<1
所以函数f(x)=lnx-x的单调减区间是(1,+∞),单调递增区间是(0,1).
∴f(x)在x=1处取得极大值-1,无极大值.
(2)f′(x)=-a…(2分)
(Ⅰ)∵x>0,所以当a≤0时,f′(x)=-a>0,f(x)在(0,+∞)是增函数…(4分)
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.
已知二次函数g(x)的图象经过坐标原点,且满足g(x+1)=g(x)+2x+1,设函数f(x)=mg(x)-ln(x+1),其中m为非零常数.
(Ⅰ)求函数g(x)的解析式;
(Ⅱ)若f(x)为单调减函数,求m的范围;
(Ⅲ)当m>0,x∈[0,1]时,求f(x)的最大值。
正确答案
解:(Ⅰ)设g(x)=ax2+bx+c,g(x)的图象经过坐标原点,所以,c=0,
∵g(x+1)=g(x)+2x+1,
∴a(x+1)2+b(x+1)=ax2+bx+2x+1,
即:ax2+(2a+b)x+a+b=ax2+(b+2)x+l,
∴a=1,b=0,g(x)=x2。
(Ⅱ)函数f(x)=mx2-ln(x+1)的定义域为(-1,+∞),
令ψ(x)=2mx2+2mx-1,
由已知f′(x)≤0在(-1,+∞)上恒成立,
即ψ(x)=2mx2+2mx-l≤0在(-1,+∞)上恒成立,
①当m>0时,不符合条件;
②当m<0,ψ(x)的图象如下,
只需,
即,
∴m≥-2,
综上:-2≤m<0。
(Ⅲ)由已知
①ψ(1)=4m-1≤0时,即0<m≤时,f(x)′≤0在[0,1]上恒成立,
f(x)在[0,1]上递减,f(x)max=f(0)=0;
②当m>时,
,设
,
则f(x)在,
f(0)=0,f(1)=m-ln2,
当<m<ln2时,f(x)max=f(0)=0;
当m≥ln2时,f(x)max=f(1)=m-ln2;
综上:0<m<ln2时,f(x)max=f(0)=0;m≥ln2时,f(x)max=f(1)=m-ln2.
已知函数f(x)=-x3-bx2-5cx在(-∞,0]上单调递减,在[0,6]上单调递增.
(1)求实数c的值;
(2)求b的取值范围.
正确答案
(1)f′(x)=-3x2-2bx-5c
∵函数f(x)=-x3-bx2-5cx在(-∞,0]上单调递减,在[0,6]上单调递增,∴函数在x=0处有极小值,
∴f′(0)=-5c=0,c=0
(2)∵f′(x)=-3x2-2bx≥0在[0,6]上恒成立,即2b≤-3x在[0,6]上恒成立,∴b≤-9
∴b的取值范围为b≤-9
已知二次函数y=kx2-kx-2的图象与x轴没有交点,求k的取值范围.
正确答案
∵y=kx2-kx-2的图象与x轴无交点,
∴当图象在x轴上方时,,∴
,解为空集.
当图象在x轴下方时,,∴
,∴-8<k<0.
∴k的取值范围是{k|-8<k<0}.
设函数f(x)=alnx,g(x)=x2.
(1)记h(x)=f(x)-g(x),若a=4,求h(x)的单调递增区间;
(2)记g'(x)为g(x)的导函数,若不等式f(x)+2g'(x)≤(a+3)x-g(x)在x∈[1,e]上有解,求实数a的取值范围;
(3)若a=1,对任意的x1>x2>0,不等式m[g(x1)-g(x2)]>x1f(x1)-x2f(x2)恒成立.求m(m∈Z,m≤1)的值.
正确答案
(1)当a=4时,可得f(x)=4lnx,此时h(x)=4lnx-x2,
由h′(x)=-x>0得-2<x<2,结合x>0,可得0<x<2.
所以h(x)的单调递增区间为(0,2).…(4分)
(2)不等式f(x)+2g′(x)≤(a+3)x-g(x),即为alnx+2x≤(a+3)x-x2,
化简得:a(x-lnx)≥x2-x,
由x∈[1,e]知x-lnx>0,因而a≥,设y=
,
由y′==
,
∵当x∈(1,e)时x-1>0,x+1-lnx>0,∴y′>0在x∈[1,e]时成立.
由不等式有解,可得知a≥ymin=-,即实数a的取值范围是[-
,+∞)…(10分)
(3)当a=1,f(x)=lnx.
由m[g(x1)-g(x2)]>x1f(x1)-x2f(x2)恒成立,得mg(x1)-x1f(x1)>mg(x2)-x2f(x2)恒成立,
设t(x)=x2-xlnx(x>0).
由题意知x1>x2>0,故当x∈(0,+∞)时函数t(x)单调递增,
∴t′(x)=mx-lnx-1≥0恒成立,即m≥恒成立,
因此,记y=,得y′(x)=
,
∵函数在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,
∴函数h(x)在x=1时取得极大值,并且这个极大值就是函数h(x)的最大值.
由此可得h(x)max=h(1)=1,故m≥1,结合已知条件m∈Z,m≤1,可得m=1.…(16分)
已知函数f(x)=ax3+
bx2+cx.
(Ⅰ)若函数f(x)有三个零点x1,x2,x3,且x1+x2+x3=,x2x3=6,f(-1)=
,求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)若f′(1)=-a,3a>2c>2b,求证:导函数f'(x)在区间(0,2)内至少有一个零点;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,若导函数f'(x)的两个零点之间的距离不小于,求
的取值范围.
正确答案
(I)因为f(x)=x(ax2+
bx+c),又x1+x2+x3=
,x2x3=6,则x1=0,x2+x3=
,x2x3=6.
因为x2,x3是方程ax2+
bx+c=0的两根,则-
=
,
=6.即b=-3a,c=2a.
又f(1)=,即
a+
b+c=
,所以,
a-
a+2a=
,即a=1,从而b=-3,c=2.
所以,f(x)=x3-
x2+2x. 因为f'(x)=x2-3x+2,由x2-3x+2<0,得1<x<2.
故f(x)的单调递减区间是(1,2),单调递增区间是(-∞,1),(2+∞).
(Ⅱ)因为f'(x)=ax2+bx+c,f′(1)=-a,所以a+b+c=-
a,即3a+2b+2c=0.
因为3a>2c>2b,所以3a>0,2b<0,即a>0,b<0.
于是f′(1)=-<0,f'(0)=c,f'(2)=4a+2b+c=4a-(3a+2c)+c=a-c.
(1)当c>0时,因为f′(0)=c>0,f′(1)=-<0,则f'(x)在区间(0,1)内至少有一个零点.
(2)当c≤0时,因为f′(1)=-<0,f′(2)=a-c>0,则f'(x)在区间(1,2)内至少有一零点.
故导函数f'(x)在区间(0,2)内至少有一个零点.
(Ⅲ)设m,n是导函数f'(x)=ax2+bx+c的两个零点,则m+n=-,mn=
=-
-
.
所以|m-n|==
=
.
由已知,≥
,则(
+2)2+2≥3,即(
+2)2≥1.
所以+2≥1或
+2≤-1,即
≥-1或
≤-3.
又2c=-3a-2b,3a>2c>2b,所以,3a>-3a-2b>2b,即 -3a<b<-a.
因为a>0,所以-3<<-
.
综上分析,的取值范围是[-1,-
).
已知函数f(x)=ax2+2x,g(x)=lnx.
(1)如果函数y=f(x)在[1,+∞)上是单调减函数,求a的取值范围;
(2)是否存在实数a>0,使得方程=f(x)-(2a+1)在区间(
,e)内有且只有两个不相等的实数根?若存在,请求出a的取值范围;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)①当a=0时,f(x)=2x在[1,+∞)上是单调增函数,不符合题意;
②当a>0时,y=f(x)的对称轴方程为x=-,y=f(x)在[1,+∞)上是单调增函数,不符合题意;
③当a<0时,函数y=f(x)在[1,+∞)上是单调减函数,则-≤1,解得a≤-2,
综上,a的取值范围是a≤-2;
(2)把方程=f′(x)-(2a+1)整理为
=ax+2-(2a+1),即方程ax2+(1-2a)x-lnx=0,
设H(x)=ax2+(1-2a)x-lnx(x>0),则原问题等价于函数H(x)在区间(,e)内有且只有两个零点.
H′(x)=2ax+(1-2a)-=
=
,令H′(x)=0,因为a>0,解得x=1或x=-
(舍),
当x∈(0,1)时,H′(x)<0,H(x)是减函数;当x∈(1,+∞)时,H′(x)>0,H(x)是增函数.
H(x)在(,e)内有且只有两个不相等的零点,只需
,即
,
所以,解得1<a<
.
所以a的取值范围是(1,).
已知二次函数f(x)=ax2+bx+c和“伪二次函数”g(x)=ax2+bx+clnx(a、b、c∈R,abc≠0),
(I)证明:只要a<0,无论b取何值,函数g(x)在定义域内不可能总为增函数;
(Ⅱ)在二次函数f(x)=ax2+bx+c图象上任意取不同两点A(x1,y1),B(x2,y2),线段AB中点的横坐标为x0,记直线AB的斜率为k,(i)求证:k=f′(x0);(ii)对于“伪二次函数”g(x)=ax2+bx+clnx,是否有(i)同样的性质?证明你的结论.
正确答案
(I)函数的定义域为(0,+∞),要使函数g(x)在定义域内总为增函数,
则g′(x)=2ax+b+=
>0恒成立,①--------(1分)
当x>0时恒成立,则2ax2+bx+c>0 ②
因为a<0,由二次函数的性质,②不可能恒成立.
则函数g(x)不可能总为增函数.--------(4分)
(II)(i)k==
=a(x2+x1)+b=2ax0+b,--------(6分)
由f'(x)=2ax+b,所以f'(x0)=2ax0+b,…..(7分)
则k=f′(x0).--------(7分)
(ii)不妨设x2>x1,对于“伪二次函数”:g(x)=ax2+bx+clnx,
k==
=2ax0+b+
,③--------(9分)
由(ⅰ)中①知g′(x0)=2ax0+b+,
如果有(ⅰ)的性质,则g'(x0)=k,④,
比较③④两式得=
,c≠0,
即:=
=
--------(12分)
不妨令t=,t>1,则
=
,即lnt=
⑤,
设s(t)=lnt-,则s′(t)=
-
=
>0,
∴s(t)在(1,+∞)上递增,∴s(t)>s(1)=0.
∴⑤式不可能成立,④式不可能成立,即g'(x0)≠k.--------(14分)
∴“伪二次函数”g(x)=ax2+bx+clnx,不具有(ⅰ)的性质.--------(15分)
已知函数f(x)=x3+ax2+(a+6)x+1有极大值和极小值,则a的取值范围是______.
正确答案
函数f(x)=x3+ax2+(a+6)x+1,所以函数f′(x)=3x2+2ax+(a+6),
因为函数有极大值和极小值,所以导函数有两个不相等的实数根,即△>0,
(2a)2-4×3×(a+6)>0,解得:a∈(-∞,-3)∪(6,+∞).
故答案为:(-∞,-3)∪(6,+∞).
设函数f(x)=x3-x2+6x-a.
(1)求函数f(x)的单调区间.
(2)对于任意实数x,f′(x)≥m恒成立,求m的最大值.
正确答案
(1)f′(x)=3(x-1)(x-2),
令f′(x)>0,∴x∈(-∞,1)∪(2,+∞)
故函数f(x)的单调增区间为(-∞,1)和(2,+∞);
令f′(x)<0,得x∈(1,2),故函数f(x)的单调减区间为(1,2).
(2)由题意可知m≤f′(x)min,
又因为f′(x)=3(x-)2-
≥-
,∴m≤-
故m的最大值为-.
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