- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数在
上是减函数,在
上是增函数,函数
在
上有三个零点,且
是其中一个零点.
(1)求的值;
(2)求的取值范围;
(3)设,且
的解集为
,求实数
的取值范围.
正确答案
(1),(2)
,(3)
试题分析:(1)函数在处单调性发生变化,所以
,由
得
.(2)因为
,所以
,因此
因为函数
在
上有三个零点,所以
必有两个不等的根
,
.又
在
上是增函数,所以大根不小于1,即
,
,故
的取值范围为
.(3)已知不等式解集求参数取值范围,有两个解题思路,一是解不等式,根据解集包含关系对应参数取值范围.二是转化,将不等式在区间有解理解为恒成立问题,利用函数最值解决参数取值范围.本题由于已知
是其中一个零点,所以两个方法都简便.否则应利用变量分离求最值法.
试题解析:(1)∵f(x)=-x3+ax2+bx+c,∴. 1分
∵f(x)在上是减函数,在
上是增函数,
∴当时,
取到极小值,即
.∴
. 3分
(2)由(1)知,,
∵是函数
的一个零点,即
,∴
. 5分
∵的两个根分别为
,
.
又∵在
上是增函数,且函数
在
上有三个零点,
∴,即
. 7分
∴.
故的取值范围为
. 9分
(3)解法1:由(2)知,且
.
∵是函数
的一个零点,∴
,
∵,∴
,
∴点是函数
和函数
的图像的一个交点. 10分
结合函数和函数
的图像及其增减特征可知,当且仅当函数
和函数
的图像只有一个交点
时,
的解集为
.
即方程组①只有一组解:
11分
由,得
.
即.
即.
∴或
. 12分
由方程②
得.∵
,
当,即
,解得
. 13分
此时方程②无实数解,方程组①只有一个解
所以时,
的解集为
. 14分
(3)解法2:由(2)知,且
.
∵1是函数的一个零点
又的解集为
,
∴的解集为
. 10分
.
. 12分
.
. 14分
已知函数f(x)=ax2+ln(x+1).
(1)当a=时,求函数f(x)的单调区间;
(2)当时,函数y=f(x)图像上的点都在
所表示的平面区域内,求实数a的取值范围;
(3)求证:(其中
,e是自然数对数的底数)
正确答案
(1)的单调递增区间为
,单调递减区间为
(2)
(3)见解析
试题分析:
(1)函数f(x)是二次与对数的结合,求单调性可以利用导数,以此先求定义域,求导,求导函数大于0与小于0分别求出单调递增与单调递减区间.
(2)要使得函数图象上的点都在
所表示的平面区域内,则当
时,
不等式恒成立即可,即转化了恒成立问题,则只需要
,故考虑对
求导求单调性来确定函数在
上的最大值,因为导函数含有参数a,所以在求解单调性确定最值的过程中需要讨论a的范围,讨论需从两根的大小和0的大小进行分析才能确定
的最值,从而得到a的取值范围.
(3)考虑把不等式两边同时去对数再证明,即证明
,利用对数的乘法公式可以把不等式的左边化解成为不可求和数列的和,在利用利用(2)得到当a=0时,ln(1+x)
是恒成立的,把不可求和数列放缩成为可以裂项求和的数列,裂项利用
,进而证明原不等式.
试题解析:
(1)当时,
(
),
(
), 1分
由解得
,由
解得
.
故函数的单调递增区间为
,单调递减区间为
. 3分
(2)因函数图象上的点都在
所表示的平面区域内,则当
时,
不等式恒成立,即
恒成立,
设(
),只需
即可. 4分
由,
(ⅰ)当时,
,当
时,
,
函数在
上单调递减,故
成立. 5分
(ⅱ)当时,由
,因
,所以
,
①,即
时,在区间
上,
,则函数
在
上单调递增,
在
上无最大值(或:当
时,
),此时不满足条件;
②若,即
时,函数
在
上单调递减,
在区间上单调递增,同样
在
上无最大值,不满足条件. 8分
(ⅲ)当时,由
,∵
,∴
,
∴,故函数
在
上单调递减,故
成立.
综上所述,实数的取值范围是
. 10分
(3)据(2)知当时,
在
上恒成立.
(或另证在区间
上恒成立), 11分
又,
∵
,
. 14分
已知,( a为常数,e为自然对数的底).
(1)
(2)时取得极小值,试确定a的取值范围;
(3)在(2)的条件下,设的极大值构成的函数
,将a换元为x,试判断
是否能与
(m为确定的常数)相切,并说明理由.
正确答案
(1);(2)使函数
在
时取得极小值的
的取值范围是
;(3)不能相切,过程见解析.
试题分析:(1)当时,
,先求导函数
,将
代入可得
;(2)
,令
,得
或
,对
进行讨论,当
时,
在区间
上单调递减,没有极小值,当
时,
是函数
的极小值点,当
时,
是函数
的极大值点;(3)极大值为
,则
,可得
,令
则
恒成立,即
在区间
上是增函数.当
时,
,即恒有
,直线斜率为
,不可能相切.
解(1)当时,
.
.
所以.
(2).
令,得
或
.
当,即
时,
恒成立,
此时在区间
上单调递减,没有极小值;
当,即
时,
若,则
.若
,则
.
所以是函数
的极小值点.
当,即
时,
若,则
.若
,则
.
此时是函数
的极大值点.
综上所述,使函数在
时取得极小值的
的取值范围是
.
(3)由(2)知当,且
时,
,
因此是
的极大值点,极大值为
.
所以.
.
令.
则恒成立,即
在区间
上是增函数.
所以当时,
,即恒有
.
又直线的斜率为
,
所以曲线不能与直线
相切.
已知函数,
(
)
(1)对于函数中的任意实数x,在
上总存在实数
,使得
成立,求实数
的取值范围
(2)设函数,当
在区间
内变化时,
(1)求函数的取值范围;
(2)若函数有零点,求实数m的最大值.
正确答案
(1);(2)(1)
;(2)
试题分析:(1)分析可知原命题,分别求导令导数等于0,讨论导数的正负,导数大于0得增区间,导数小于0得减区间,再根据单调性求最值。(2)(1)
,先求导得
,可看成关于
的一次函数,因为
可得
,即
用导数讨论
和
的单调性,用单调性求其最值。从而可得
得范围。(2)
时函数
有零点,说明存在
使
。由(1)可知
在
为单调递减函数,所以函数
,同(1)可得
时
的最大值是
,比较
和
的大小得函数
的最大值从可得
的最大值。
试题解析:(1)原命题,先求函数
的最小值,令
,得
.当
时,
;当
时,
,故当
时,
取得极(最)小值,其最小值为
;而函数
的最小值为m,故当
时,结论成立
(2)(1):由,可得
,把
这个函数看成是关于
的一次函数,(1)当
时,
,因为
,故
的值在区间
上变化,令
,
,则
,
在
为增函数,故
在
最小值为
,又令
,同样可求得
在
的最大值
,所以函数
在
的值域为
。
(2)(2)当时,
的最大值
,故对任意
,
在
均为单调递减函数,所以函数
当时,因为
,
,故
的值在区间
上变化,此时,对于函数
,存在
,
在
单调递减,在
单调递增,所以,
在
的最大值为
,因为
,
,所以
,故
的最大值是
,又因为
,故当函数
有零点时,实数m的最大值是
.
已知是自然对数的底数,函数
.
(1)求函数的单调递增区间;
(2)当时,函数
的极大值为
,求
的值.
正确答案
(1)详见解析;(2).
试题分析:本题主要考查导数的运算、利用导数判断函数的单调性、利用导数求函数的极值等基础知识,考查学生的分析问题解决问题的能力和计算能力.第一问,先求函数的导数,利用
单调递增,
单调递减,但在解题过程中需讨论a的正负;第二问,利用第一问的结论,函数的单调性,确定函数的极大值在
时取得,将
代入
中得到极大值,列出方程解出a的值,得到结论.
试题解析:(1)函数的定义域为.求导得
3分
当时,令
,解得
,此时函数
的单调递增区间为
; 5分
当时,令
,解得
,此时函数
的单调递增区间为
,
7分
(2)由(1)可知,当时,函数
在区间
上单调递减,在
上单调递增,于是当
时,函数
取到极大值,极大值为
,
故的值为
13分
已知函数,
.
(1)当时,证明:
;
(2)若,求k的取值范围.
正确答案
(1)证明过程详见解析;(2)(-∞,0].
试题分析:本题主要考查导数的运算、利用导数判断函数的单调性、利用导数求函数的最值、不等式的基本性质等基础知识,考查学生的分析问题解决问题的能力、转化能力、计算能力,考查学生的函数思想.第一问,先将转化为
,先得到
表达式,对
求导,利用“
单调递增;
单调递减”解不等式求函数
的单调区间,利用函数的单调性确定最小值所在的位置;第二问,将
转化为
,令F(x)=f(x)-g(x)对f(x)求导,由于
的正负不明显,所以进行二次求导,二次求导后得到G¢(x)=ex-k,只需讨论k的正负,通过
的单调性,求出
的最值,来判断
的正负,来判断
的单调性,从而求
的最值.
(1)当k=1时,设h(x)=f(x)-g(x)+=ex-x-1,h¢(x)=ex-1. 1分
当x∈(-∞,0)时,h¢(x)<0,h(x)单调递减;
当x∈(0,+∞)时,h¢(x)>0,h(x)单调递增.
所以h(x)≥h(0)=0.
故f(x)≥g(x)-. 4分
(2)设F(x)=f(x)-g(x)=ex-x2-x-1,则F¢(x)=ex-kx-1.
设G(x)=ex-kx-1,则G¢(x)=ex-k. 6分
(1)若k≤0时,则G¢(x)>0,G(x)单调递增,
当x∈(-∞,0)时,G(x)<G(0)=0,即F¢(x)<0,F(x)单调递减;
当x∈(0,+∞)时,G(x)>G(0)=0,即F¢(x)>0,F(x)单调递增.
故F(x)≥F(0)=0,此时f(x)≥g(x). 9分
(2)若k>0,则
当x∈(-∞,-)时,ex-1<0,-
x2-x=-
x(kx+2)<0,
从而F(x)=ex-1-x2-x<0,这时f(x)≥g(x)不成立. 11分
综上,k的取值范围是(-∞,0]. 12分
已知函数.
(1)若直线与
的反函数的图象相切,求实数k的值;
(2)设,讨论曲线
与曲线
公共点的个数;
(3)设,比较
与
的大小,并说明理由.
正确答案
(1)
(2)见解析;
(3)
(1)的反函数为
.
设直线与
的图象在
处相切,则
,解得
.
(2)曲线与
的公共点个数等于曲线
与y=m的公共点个数.
令,则
,∴
.
当时,
,
在(0,2)上单调递减;
当时,
,
在(2,+∞)上单调递增,
∴在(0,+∞)上的最小值为
.
当时,曲线
与y=m无公共点;
当,曲线
与y=m恰有一个公共点;
当时,在区间(0,2)内存在
,使得
,在(2,+∞)内存在
,使得
.
由的单调性知,曲线
与y=m在(0,+∞)上恰有两个公共点.
综上所述,当x>0时,
若,曲线
与
没有公共点;
若,曲线
与
有一个公共点;
若,曲线
与
有两个公共点.
(3)解法一:可以证明.事实上,
.(*)
令,
则,
(当且仅当x=0时等号成立),
∴在[0,+∞)上单调递增,
∴时,
.
令,即得(*)式,结论得证.
解法二:
,
设函数,
则,
令,则
(当且仅当x=0时等号成立),
∴单调递增,
∴当x>0时,,∴
单调递增.
当x>0时,u(x)>u(0)=0.
令,得
,
∴,
因此,.
设函数
(1)若,求函数
在
上的最小值;
(2)若函数在
存在单调递增区间,试求实数
的取值范围;
(3)求函数的极值点.
正确答案
(1)最小值为.(2)
.
(3)当时,函数
没有极值点;
时,
是函数
的极大值点;
是函数
的极小值点.
试题分析:(1)的定义域为
,根据
,得
在
上增函数,当
时,
取得最小值
.
(2)由于,设
.
依题意,在区间上存在子区间使得不等式
成立.
根据或
,解得实数
取值范围是
.
(3)由,令
.分
,
讨论
的符号及驻点情况.
1)当时,在
上
恒成立,
,此时,函数
没有极值点.
2)当时,
①当即
时,在
上
恒成立,这时
,此时,函数
没有极值点.
②当即
时,
当时,易知
,这时
;
当或
时,易知
,这时
.
时,
是函数
的极大值点;
是函数
的极小值点.
解答本题的主要难度在于转化思想与分类讨论思想的利用.
试题解析:(1)的定义域为
,
,
在
上增函数,当
时,
取得最小值
,
在
上的最小值为
. 4分
(2),设
.
依题意,在区间上存在子区间使得不等式
成立.
注意到抛物线开口向上,所以只要
或
即可.
由得
,解得
,
由得
,得
,
,即实数
取值范围是
. 8分
(3),令
。
1)显然,当时,在
上
恒成立,这时
,此时,函数
没有极值点.
2)当时,
①当即
时,在
上
恒成立,这时
,此时,函数
没有极值点.
②当即
时,
当时,易知
,这时
;
当或
时,易知
,这时
.
时,
是函数
的极大值点;
是函数
的极小值点.
综上,当时,函数
没有极值点;
时,
是函数
的极大值点;
是函数
的极小值点. 13分
已知函数,
.
(Ⅰ)当时,求函数
的极小值;
(Ⅱ)若函数在
上为增函数,求
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)
试题分析:(Ⅰ)先求导数,及其零点,判断导数符号变化,即可得原函数增减变化,可得其极值。(Ⅱ)函数在
是增函数,转化为
,对
恒成立问题。即
的最小值大于等于0.将问题最终转化为求
的最小值问题。仍用导数求单调性,用单调性求最值的方法求
的最小值。所以需设函数
,对函数
重新求导,求极值。判断导数符号变化,得
的增减区间,的最小值。
试题解析:解:(Ⅰ)定义域.
当时,
,
.
令,得
.
当时,
,
为减函数;
当时,
,
为增函数.
所以函数的极小值是
. 5分
(Ⅱ)由已知得.
因为函数在
是增函数,所以
,对
恒成立.
由得
,即
对
恒成立.
设,要使“
对
恒成立”,只要
.
因为,令
得
.
当时,
,
为减函数;
当时,
,
为增函数.
所以在
上的最小值是
.
故函数在
是增函数时,实数
的取值范围是
13分
已知函数
(1)若方程内有两个不等的实根,求实数m的取值范围;(e为自然对数的底数)
(2)如果函数的图象与x轴交于两点
、
且
.求证:
(其中正常数
).
正确答案
(1)(2)
试题分析:(1)方程内有两个不等的实根,可转化为函数
的图象与
有两个不同的交点,可以利用导数研究函数
在
上的单调性与极值并结合边界值来确定实数m的取值范围;
(2)由函数的图象与x轴交于两点
、
知方程
有两根
因为 ,
所以
只需证明:
在
上恒成立即可.
试题解析:(1)由,
求导数得到:
,故
在
有唯一的极值点
,且知
故上有两个不等实根需满足:
故所求m的取值范围为. (6分)
(2)又
有两个实根
则
两式相减得到:
于是
,故
要证:,只需证:
只需证:
令,则
只需证明:在
上恒成立.
又则
于是由可知
.故知
上为增函数,则
从而可知,即(*)式成立,从而原不等式得证. (14分)
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