- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数(
,
为自然对数的底数).
(1)若曲线在点
处的切线平行于
轴,求
的值;
(2)求函数的极值;
(3)当的值时,若直线
与曲线
没有公共点,求
的最大值.
正确答案
(1).;(2)当
时,函数
无极小值;当
,
在
处取得极小值
,无极大值.;(3)
的最大值为
.
试题分析:(1)由于曲线在点
处的切线平行于
轴,所以
.求导解方程即可得
的值.(2)由于函数中含参数
,故需要分情况讨论.求导得:
,分情况求出函数的单调区间即可得函数的极值;(3)当
时,
.直线
:
与曲线
没有公共点等价于关于
的方程
在
上没有实数解.一般地考虑分离参数
.即变形为:
(*)在
上没有实数解.当
时,方程(*)可化为
,在
上没有实数解.当
时,方程(*)化为
.令
,利用导数求出
的取值范围即可得
的取值范围.
试题解析:(1)由,得
.
又曲线在点
处的切线平行于
轴,
得,即
,解得
.
(2),
①当时,
,
为
上的增函数,所以函数
无极值.
②当时,令
,得
,
.
,
;
,
.
所以在
上单调递减,在
上单调递增,
故在
处取得极小值,且极小值为
,无极大值.
综上,当时,函数
无极小值;
当,
在
处取得极小值
,无极大值.
(3)当时,
.
直线:
与曲线
没有公共点,
等价于关于的方程
在
上没有实数解,即关于
的方程:
(*)
在上没有实数解.
①当时,方程(*)可化为
,在
上没有实数解.
②当时,方程(*)化为
.
令,则有
.
令,得
,
当变化时,
的变化情况如下表:
当时,
,同时当
趋于
时,
趋于
,
从而的取值范围为
.所以当
时,方程(*)无实数解,解得
的取值范围是
.
综上,得的最大值为
.
已知函数f(x)=ln(x+1)-x2-x.
(1)若关于x的方程f(x)=-x+b在区间[0,2]上恰有两个不同的实数根,求实数b的取值范围;
(2)证明:对任意的正整数n,不等式2++
+…+
>ln(n+1)都成立.
正确答案
(1) ln 3-1≤b. (2)见解析
(1)f(x)=ln(x+1)-x2-x,由f(x)=-x+b,得ln(x+1)-x2+
x-b=0,
令φ(x)=ln(x+1)-x2+x-b,则f(x)=-
x+b在区间[0,2]上恰有两个不同的实数根等价于φ(x)=0在区间[0,2]上恰有两个不同的实数根,φ′(x)=
-2x+
=
,
当x∈[0,1)时,φ′(x)>0,于是φ(x)在[0,1)上单调递增;
当x∈(1,2]时,φ′(x)<0,于是φ(x)在(1,2]上单调递减.
依题意有
解得ln 3-1≤b.
(2)证明:方法一,f(x)=ln(x+1)-x2-x的定义域为{x|x>-1},则有f′(x)=,
令f′(x)=0,得x=0或x=-(舍去),
当-1<x<0时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
当x>0时,f′(x)<0,f(x)单调递减.
∴f(0)为f(x)在(-1,+∞)上的最大值.
∴f(x)≤f(0),故ln(x+1)-x2-x≤0(当且仅当x=0时,等号成立).
对任意正整数n,取x=>0得,ln
<
+
,
∴ln<
.
故2++…+
≥ln 2+ln
+…+ln
=ln(n+1).
方法二,数学归纳法证明:
当n=1时,左边==2,右边=ln(1+1)=ln 2,显然2>ln 2,不等式成立.
假设当n=k(k∈N*,k≥1)时,2+>ln(k+1)成立,
则当n=k+1时,有2++ln(k+1).
做差比较:ln(k+2)-ln(k+1)-=ln
-
=ln
-
.
构建函数F(x)=ln(1+x)-x-x2,x∈(0,1),
则F′(x)=<0,
∴F(x)在(0,1)上单调递减,∴F(x)<F(0)=0.
取x=(k≥1,k∈N*),ln
-
<F(0)=0.
即ln(k+2)-ln(k+1)-<0,
亦即+ln(k+1)>ln(k+2),
故n=k+1时,有2++ln(k+1)>ln(k+2),不等式也成立.
综上可知,对任意的正整数,不等式都成立.
已知函数.
⑴当时,①若
的图象与
的图象相切于点
,求
及
的值;
②在
上有解,求
的范围;
⑵当时,若
在
上恒成立,求
的取值范围.
正确答案
(1)①,②
时,
;
时,
(2)
时,
;
时,
..
试题分析:(1)①本题为曲线切线问题,一般从设切点出发,利用切点在切线上.切点在曲线上,切点处的导数值为切线的斜率三个方面建立等量关系,从而解出
,②方程有解问题,一般利用分离法,求函数
值域解决.由于定义域
不定,需讨论极值为零的点
是否在定义域内,这决定了单调区间,也决定了最值.(2)不等式恒成立问题,往往转化为最值问题,这也需要分离变量. 即
,在求函数
值域时,有两个难点,一是判断极值为零的点
,二是讨论极值为零的点
是否在
内.
试题解析:⑴
①, 3分
②即
与
在
上有交点…4分
,
时
在
上递增,
;
时
在
上递增,在
上递减且
,
……7分
时,
;
时,
8分
⑵即
,
即在
上恒成立, 9分
令,
令,则
为单调减函数,且
, 12分
∴当时,
,
单调递增,
当时,
,
单调递减, 13分
若,则
在
上单调递增,
∴,∴
;
若,则
在
上单调递增,
单调递减,
∴,∴
15分
∴时,
;
时,
. 16分
已知函数..
(1)设曲线处的切线为
,点(1,0)到直线l的距离为
,求a的值;
(2)若对于任意实数恒成立,试确定
的取值范围;
(3)当是否存在实数
处的切线与y轴垂直?若存在,求出
的值;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)或
(2)
(3)不存在
试题分析:
(1)该问切点横坐标已知,则利用切点在曲线上,带入曲线即可得到切点的纵坐标,对
进行求导并得到在切点处的导函数值即为切线的斜率,有切线的斜率,切线又过切点,利用直线的点斜式即可求的切线的方程,利用点到直线的距离公式结合条件点
到切线的距离为
即可求的参数
的值.
(2)该问为恒成立问题可以考虑分离参数法,即把参数a与x进行分离得到,则
,再利用函数的导函数研究函数
在区间
的最大值,即可求的a的取值范围.
(3)根据切线的斜率即为曲线C在切点处的导函数值,即该问可以转化为是否存在使得
,令
,则
即存在
使得
,对
再次求导进行最值求解可得
,所以不存在
使得
.
试题解析:
(1),
.
在
处的切线斜率为
,
∴切线的方程为
,即
. 2分
又点到切线
的距离为
,所以
,
解之得,或
4分
(2)因为恒成立,
若恒成立;
若恒成立,即
,在
上恒成立,
设则
当时,
,则
在
上单调递增;
当时,
,则
在
上单调递减;
所以当时,
取得最大值,
,
所以的取值范围为
. 9分
(3)依题意,曲线的方程为
,令
所以,
设,则
,当
,
故在
上单调增函数,因此
在
上的最小值为
即
又时,
所以
曲线在点
处的切线与
轴垂直等价于方程
有实数解,但是
,
没有实数解,故不存在实数
使曲线
在点
处的切线与
轴垂直. 14分
已知函数,
.
(1)若曲线在点
处的切线平行于
轴,求
的值;
(2)当时,若对
,
恒成立,求实数
的取值范围;
(3)设,在(1)的条件下,证明当
时,对任意两个不相等的正数
、
,有
.
正确答案
(1);(2)
;(3)详见解析.
试题分析:(1)先求导,利用题中条件得到
,从而求出实数
的值;(2)解法一是构造新函数
,问题转化为
来处理,求出导数
的根
,对
与区间
的相对位置进行分类讨论,以确定函数
的单调性与最值,从而解决题中的问题;解法二是利用参数分离法将问题转化为
,从而将问题转化为
来处理,而将
视为点
与点
连线的斜率,然后利用图象确定
斜率的最小值,从而求解相应问题;(3)证法一是利用基本不等式证明
和
,再将三个同向不等式相加即可得到问题的证明;证法二是利用作差法结合基本不等式得到
进而得到问题的证明.
试题解析:(1),由曲线
在点
处的切线平行于
轴得
,
;
(2)解法一:当时,
,函数
在
上是增函数,有
,------6分
当时,
函数
在
上递增,在
上递减,
对,
恒成立,只需
,即
;
当时,函数
在
上递减,对
,
恒成立,只需
,
而,不合题意,
综上得对,
恒成立,
;
解法二:由且
可得
,
由于表示两点
、
的连线斜率,
由图象可知在
单调递减,
故当,
,
,即
;
(3)证法一:由,
得
,
,
由得
,①
又,
,②
,
,
,
,③
由①、②、③得
;
即;
证法二:由
、
是两个不相等的正数,
,
,
,又
,
,
,即
(本题满分14分)已知函数(常数
.
(Ⅰ) 当时,求曲线
在点
处的切线方程;
(Ⅱ)讨论函数在区间
上零点的个数(
为自然对数的底数).
正确答案
解:(Ⅰ)当时,
. …1分
. 又
,
∴曲线在点
处的切线方程为
.即
.…3分
(Ⅱ)(1)下面先证明:.
设 ,则
,
且仅当,所以,
在
上是增函数,故
.
所以,,即
. …………………………5分
(2)因为,所以
.
因为当时,
,当
时,
.
又,所以
在
上是减函数,在
上是增函数.所以,
…9分
(3)下面讨论函数的零点情况.
①当,即
时,函数
在
上无零点;
②)当,即
时,
,则
而,
∴
在
上有一个零点;
③当,即
时,
,
由于,
,
,
所以,函数在
上有两个零点. ……………………………………13分
综上所述,在
上,我们有结论:当
时,函数
无零点;当
时,函数
有一个零点;当
时,函数
有两个零点. ………………………………14分
解法二:(Ⅱ)依题意,可知函数的定义域为
,
. ………5分
∴当时,
,当
时,
.
在
上是减函数,在
上是增函数.
……………………6分
设(
,常数
.
∴当
时,
且仅当时,
在
上是增函数.
∴当时,
,∴当
时,
取,得
由此得
. …………9分
取得
由此得
.
…10分
(1)当,即
时,函数
无零点; ………………………11分
(2)当,即
时,
,则
而
,
∴函数
有一个零点; …12分
(3)当即
时
.而
,
∴函数有两个零点. …13分 综上所述,当
时,函数
无零点,当
时,函数
有一个零点,当
时,函数
有两个零点. …14分
略
已知函数,
.
(1)若存在,使得
,求a的取值范围;
(2)若有两个不同的实数解
,证明:
.
正确答案
(1)(1,+∞);(2)证明过程详见解析.
试题分析:本题考查导数的运算、利用导数判断函数的单调性、利用导数求函数最值、恒成立问题等基础知识,考查学生分析问题解决问题的能力、转化能力、计算能力.第一问,先将已知不等式进行转化,将所求的参数分离出来,构造新的函数,利用“单调递增,
单调递减”判断函数的单调性,确定函数最值的位置,并求出函数的最值,代入到所转化的式子中即可;第二问,将方程的2个根分别代入到方程中,得到2个式子,2个式子作差,得到方程将a分离出来,对
求导,将
代入,将上述的a也代入,得到所求式子的左边,只需证明
即可,通过变形,只需证明
即可,构造新函数
,所以利用导数求函数的最小值,判断
,即
.
试题解析:(1)当x∈(0,+∞)时,f(x)<0等价于.
令,则
,
当x∈(0,1)时,g¢(x)<0;当x∈(1,+∞)时,g¢(x)>0.
g(x)有最小值g(1)=1. 4分
故a的取值范围是(1,+∞). 5分
(2)因f(x)=x,即x2-lnx=(a+1)x有两个不同的实数解u,v.
故u2-lnu=(a+1)u,v2-lnv=(a+1)v.
于是(u+v)(u-v)-(lnu-lnv)=(a+1)(u-v). 7分
由u-v<0解得.
又,所以
. 9分
设,则当u∈(0,v)时,
,
h(u)在(0,v)单调递增,h(u)<h(v)=0,
从而,因此
. 12分
已知函数.
(1)若当时,函数
的最大值为
,求
的值;
(2)设(
为函数
的导函数),若函数
在
上是单调函数,求
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
.
试题分析:(1)求出导数方程的根
,并以
是否在区间
内进行分类讨论,确定函数单调性,从而确定函数
在区间
上的最大值,从而求出实数
的值;(2)解法一是分两种情况讨论,一种是函数
是增函数,二是函数
是减函数,从而得到
或
在
上恒成立,最终转化为
或
来处理,从而求出实数
的取值范围;解法二是分两种情况讨论,一种是函数
是增函数,二是函数
是减函数,从而得到
或
在
上恒成立,利用
,对二次函数
的首项系数与
的符号进行分类讨论,从而求出实数
的取值范围.
(1)由,
可得函数在
上单调递增,在
上单调递减,
当
时,
取最大值,
①当,即
时,函数
在
上单调递减,
,解得
;
②当,即
时,
,
解得,与
矛盾,不合舍去;
③当,即
时,函数
在
上单调递增,
,解得
,与
矛盾,不合舍去;
综上得;
(2)解法一:,
,
显然,对于,
不可能恒成立,
函数
在
上不是单调递增函数,
若函数在
上是单调递减函数,则
对于
恒成立,
,解得
,
综上得若函数在
上是单调函数,则
;
解法二:,
,
令,(
)
方程()的根判别式
,
当,即
时,在
上恒有
,
即当时,函数
在
上是单调递减;
当,即
时,方程(
)有两个不相等的实数根:
,
,
,
当时,
,当
或
时,
,
即函数在
单调递增,在
或
上单调递减,
函数
在
上不单调,
综上得若函数在
上是单调函数,则
.
已知函数.
(1)求的单调区间;
(2)若在
上恒成立,求所有实数
的值;
(3)对任意的,证明:
正确答案
(1)当时,
,
减区间为
;当
时,
递增区间为
,递减区间为
;(2)
;(3)详见解析.
试题分析:(1)利用导数判断函数的单调性,就是在定义域内考虑 导函数的符号,先求导函数得,,令
,得
,讨论根与定义域的关系,当
时,
,
减区间为
;当
时,将定义域分段,分别考虑导函数的符号,即得函数的单调区间;(1)只需函数
的最大值小于等于0即可,由(1)得,当
时,
减区间为
,且
,故不满足;当
时,
,记
,可求得
,故
,故
;(3)由(2)得,当且仅当
时,
恒成立,即
,又
,结合起来证明即可.
试题解析:(1), 1分
当时,
,
减区间为
2分
当时,由
得
,由
得
3分
∴递增区间为
,递减区间为
4分
(2)由(1)知:当时,
在
上为减区间,而
∴在区间
上不可能恒成立 5分
当时,
在
上递增,在
上递减,
,令
, 6分
依题意有,而
,且
∴在
上递减,在
上递增,
∴,故
9分
(3)由(2)知:时,
且
恒成立
即恒成立
则
11分
又由知
在
上恒成立,
∴ 13分
综上所述:对任意的,证明:
14分
已知函数,其中
是自然对数的底数,
.
(Ⅰ)求函数的单调区间;
(Ⅱ)当时,求函数
的最小值.
正确答案
(Ⅰ)的单调减区间为
;单调增区间为
;(Ⅱ)
试题分析:(Ⅰ)先求导函数,得,令
,得递增区间为
;令
,得递减区间为
;(Ⅱ)令
,得
,讨论
与区间
的位置关系,当
,或
时,函数单调,利用单调性求最值;当
,将定义域分段,分别判断导函数符号,得单调区间,判断函数的值图像,从而求得最值.
试题解析:(Ⅰ)解:因为,
,所以
.
令,得
.当
变化时,
和
的变化情况如下:
故的单调减区间为
;单调增区间为
.
(Ⅱ)解:由(Ⅰ),得的单调减区间为
;单调增区间为
.
所以当,即
时,
在
上单调递增,
故在
上的最小值为
;
当,即
时,
在
上单调递减,
在
上单调递增,
故在
上的最小值为
;
当,即
时,
在
上单调递减,
故在
上的最小值为
.
所以函数在
上的最小值为
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