- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
己知a∈R,函数
(1)若a=1,求曲线在点(2,f (2))处的切线方程;
(2)若|a|>1,求在闭区间[0,|2a|]上的最小值.
正确答案
(1) (2) 当
时,函数
最小值是
;当
时,函数
最小值是
.
试题分析:(1)由导数的几何意义可知,曲线在点(2,f (2))处的导数值为切线的斜率.
,当
时,
从而
在
处的切线方程是:
(2)求函数在闭区间上的最值,先要根据导数研究函数单调性,确定其走势,再比较端点及极值点的函数值的大小确定最值. 因为
,所以①当
时,
时,
递增,
时,
递减,最小值是
②当
时,
时,
递减,
时,
递增,所以最小值是
.
试题解析:(1)当时,
1
所以 4
在
处的切线方程是:
..6
(2)
.8
①当时,
时,
递增,
时,
递减
所以当 时,且
,
时,
递增,
时,
递减 ..10
所以最小值是
②当时,且
,在
时,
时,
递减,
时,
递增,所以最小值是
综上所述:当时,函数
最小值是
;
当时,函数
最小值是
13
已知函数(e为自然对数的底数).
(1)设曲线处的切线为
,若
与点(1,0)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)当上是否存在极值?若存在,请求出极值;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)根据极值的定义,函数在区间
有零点且在零点附近的符号不同,求导可得
,设
,求
求导可以得到
的导函数在区间
恒为正数,则函数
在区间
上是单调递增,即可得到函数
进而得到
恒成立,即
在区间
上没有零点,进而函数
没有极值.
试题解析:
(1),
.
在
处的切线斜率为
, 1分
∴切线的方程为
,即
. 3分
又切线与点
距离为
,所以
,
解之得,或
5分
(2)∵对于任意实数恒成立,
∴若,则
为任意实数时,
恒成立; 6分
若恒成立,即
,在
上恒成立, 7分
设则
, 8分
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,
, 9分
所以的取值范围为
.
综上,对于任意实数恒成立的实数
的取值范围为
. 10分
(3)依题意,,
所以, 2分
设,则
,当
,
故在
上单调增函数,因此
在
上的最小值为
,
即, 12分
又所以在
上,
,
即在
上不存在极值. 14分
已知曲线.
(1)求曲线在点()处的切线方程;
(2)若存在使得
,求
的取值范围.
正确答案
(1)y=(a-1)x-1(2)(-∞,0)∪[e,+∞)
试题分析:本题主要考查导数的运算、利用导数求曲线的切线方程、利用导数求函数的单调性、利用导数求函数的最值等基础知识,考查学生的分析问题解决问题的能力、转化能力和计算能力.第一问,要求切线方程,需求出切点的纵坐标和切线的切率,将代入到
中得到切点的纵坐标,将
代入到
中得到切线的斜率,最后利用点斜式写出切线的方程;第二问,当
时,利用
单调递增,
单调递减,求出函数
的最小值,使之大于等于0,当
时,通过对
的判断知函数
在R上单调递减,而
,存在
使得
成立,综合上述2种情况,得到结论.
试题解析:(1)因为,所以切点为(0,-1).
,
,
所以曲线在点()处的切线方程为:y=(a-1)x-1. -4分
(2)(1)当a>0时,令,则
.
因为在
上为减函数,
所以在内
,在
内
,
所以在内
是增函数,在
内
是减函数,
所以的最大值为
因为存在使得
,所以
,所以
.
(2)当时,
<0恒成立,函数
在R上单调递减,
而,即存在
使得
,所以
.
综上所述,的取值范围是(-∞,0)∪[e,+∞) 13分
设函数;
(Ⅰ)求证:函数在
上单调递增;
(Ⅱ)设,若直线PQ∥x轴,求P,Q两点间的最短距离.
正确答案
(Ⅰ) 参考解析;(Ⅱ) 3
试题分析:(Ⅰ)因为要证函数在
上单调递增,对函数
求导可得
.所以函数在
上是增函数.本小题要注意指数函数和三角函数的导数运算.
(Ⅱ)因为由,若直线PQ∥x轴,即
.即可得到关于
的等式
,所以
,P,Q两点间的距离为
可化为关于
的关系式.再通过求导即可求出最小值,即为所求的结论.
试题解析:(1)时,
,所以函数
在
上
单调递增; 4分
(2)因为,所以
5分
所以两点间的距离等于
, 7分
设,则
,
记,则
,
所以, 10分
所以在
上单调递增,所以
11分
所以,即
两点间的最短距离等于3. 12分
已知函数,
.
(1)求函数的极值;(2)若
恒成立,求实数
的值;
(3)设有两个极值点
、
(
),求实数
的取值范围,并证明
.
正确答案
(1);(2)
;(3) 见解析。
试题分析:(1)先求的定义域,然后对
求导,令
寻找极值点,从而求出
极值;(2)构造函数,又
,则只需
恒成立,再证
在
处取到最小值即可;(3)
有两个极值点等价于方程
在
上有两个不等的正根,由此可得
的取值范围,
,由根与系数可知
及
范围为
,代入上式得
,利用导函数求
的最小值即可。
试题解析:(1)的定义域是
,
.
,故当x=1时,G(x)的极小值为0.
(2)令,则
,
所以,即
恒成立的必要条件是
,
又,由
得:
.
当时,由
知
,
故,即
恒成立.
(3)由,得
.
有两个极值点
、
等价于方程
在
上有两个不等的正根,
即:, 解得
.
由,得
,其中
.
所以.
设,得
,
所以,即
.
已知f(x)是定义在集合M上的函数.若区间D⊆M,且对任意x0∈D,均有f(x0)∈D,则称函数f(x)在区间D上封闭.
(1)判断f(x)=x-1在区间[-2,1]上是否封闭,并说明理由;
(2)若函数g(x)=在区间[3,10]上封闭,求实数a的取值范围;
(3)若函数h(x)=x3-3x在区间[a,b](a,b∈Z,且a≠b)上封闭,求a,b的值.
正确答案
(1)函数f(x)在区间[-2,1]上不是封闭的
(2)[3,31]
(3)a=-2,b=2
解:(1)因为函数f(x)=x-1在区间[-2,1]上单调递增,
所以当x∈[-2,1]时,f(x)的值域为[-3,0].
而[-3,0]⊄[-2,1],所以函数f(x)在区间[-2,1]上不是封闭的.
(2)因为g(x)==3+
.
①当a=3时,函数g(x)=3,显然{3}⊆[3,10],故a=3满足题意;
②当a>3时,在区间[3,10]上,函数g(x)单调递减,此时g(x)的值域为.
由⊆[3,10]
得,解得3≤a≤31,
③当a<3时,在区间[3,10]上,有g(x)=3+<3,不合题意.
综上所述,实数a的取值范围是[3,31].
(3)因为h(x)=x3-3x,
所以h′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1).
因为当x<-1或x>1时,h′(x)>0;
当x=-1或x=1时,h′(x)=0;
当-1
所以函数h(x)在区间(-∞,-1)上单调递增,在区间(-1,1)上单调递减,在区间(1,+∞)上单调递增.
从而h(x)在x=-1处取得极大值2,在x=1处取得极小值-2.
由题意知
即
解得
因为a
又a,b∈Z,故a只可能取-2,-1,0,b只可能取0,1,2.
①当a=-2时,因为b>0,故由h(-1)=2得b≥2,因此b=2.经检验,a=-2,b=2符合题意;
②当a=-1时,由h(-1)=2,得b=2,此时h(1)=-2∉[-1,2],不符合题意;
③当a=0时,显然不符合题意.
综上所述,a=-2,b=2.
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,试确定函数
的零点个数,并说明理由.
正确答案
(Ⅰ)的单调减区间为
;单调增区间为
;(Ⅱ)详见解析.
试题分析:(Ⅰ)求导得,,因为
,所以
的解集为
,即单调递增区间;
的解集为
,即单调递减区间;(Ⅱ)函数
,令
,得
,显然
是一个零点,记
,求导得
,易知
时
递减;
时
递增,故
的最小值
,又
,故
,即
,所以函数
的零点个数1个.
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:结论:函数有且仅有一个零点. 理由如下:
由,得方程
, 显然
为此方程的一个实数解.
所以是函数
的一个零点. 当
时,方程可化简为
.设函数
,则
,令
,得
.
当变化时,
和
的变化情况如下:
即的单调增区间为
;单调减区间为
.所以
的最小值
.
因为 ,所以
,所以对于任意
,
,因此方程
无实数解.所以当
时,函数
不存在零点.综上,函数
有且仅有一个零点. 考点:
已知,函数
.
(1)当时,讨论函数
的单调性;
(2)当有两个极值点(设为
和
)时,求证:
.
正确答案
(1)详见解析;(2)详见解析.
试题分析:(1)先求出函数的导函数
,确定导数的符号,实质上就是确定分子
的正负,从而确定函数
在定义域上的单调性,即对分子的
的符号进行分类讨论,从而确定
的符号情况,进而确定函数
在定义域上的单调性;(2)根据
、
与
之间的关系,结合韦达定理得出
以及
的表达式,代入所证的不等式中,利用分析法将所要证的不等式转化为证明不等式
,利用作差法,构造新函数
,利用导数围绕
来证明.
试题解析:(1),
,考虑分子
当,即
时,在
上,
恒成立,此时
在
上单调递增;
当,即
时,方程
有两个解不相等的实数根:
,
,显然
,
当
或
时,
;当
时,
;
函数
在
上单调递减,
在和
上单调递增.
(2)、
是
的两个极值点,故满足方程
,
即、
是
的两个解,
,
而在中,
,
因此,要证明,
等价于证明,
注意到,只需证明
,即证
,
令,则
,
当时,
,函数
在
上单调递增;
当时,
,函数
在
上单调递减;
因此,从而
,即
,原不等式得证.
已知函数(
为自然对数的底数).
(Ⅰ)求曲线在点
处的切线方程;
(Ⅱ)求函数的单调区间;
(Ⅲ)若存在使不等式
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)单调递减区间为
,单调递增区间为
;
(Ⅲ)
试题分析:(Ⅰ)将代入原函数求
,即得切点坐标,先将原函数求导再将
代入导函数求
,根据导数的几何意义可知
即为切线在点
处切线的斜率,根据直线方程的点斜式即可求得切线方程。(Ⅱ)先求导数,及其零点,判断导数符号,即可得原函数增减区间。(Ⅲ)
时可将
变形为
,若存在
使不等式
成立,则只需
大于
在
上的最小值即可。即将不等式问题转化为求函数最值问题
试题解析:解:(Ⅰ). 1分
得
, 2分
所以曲线在点
处的切线方程为
. 3分
(Ⅱ).
令,即
,解得
. 5分
时,
,
时,
,
此时的单调递减区间为
,单调递增区间为
. 7分
(Ⅲ)由题意知使
成立,即
使
成立;8分
所以 9分
令,
,
所以在
上单调递减,在
上单调递增,
则, 12分
所以. 13分
已知函数f(x)=ex-kx2,x∈R.
(1)若k=,求证:当x∈(0,+∞)时,f(x)>1;
(2)若f(x)在区间(0,+∞)上单调递增,试求k的取值范围;
(3)求证:
正确答案
(1)见解析(2)(3)见解析
(1)证明 f(x)=ex-x2,则h(x)=f′(x)=ex-x,
∴h′(x)=ex-1>0(x>0),∴h(x)=f′(x)在(0,+∞)上单调递增,∴f′(x)>f′(0)=1>0.∴f(x)=ex-x2在(0,+∞)上单调递增,故f(x)>f(0)=1.
(2)解 f′(x)=ex-2kx,求使f′(x)>0(x>0)恒成立的k的取值范围.
若k≤0,显然f′(x)>0,f(x)在区间(0,+∞)上单调递增,当k>0时,记φ(x)=ex-2kx,则φ′(x)=ex-2k,当0<k<时,∵ex>e0=1,而2k<1,∴φ′(x)>0,则φ(x)在(0,+∞)上单调递增,于是f′(x)=φ(x)>φ(0)=1>0,∴f(x)在(0,+∞)单调递增;当k≥
时,φ(x)=ex-2kx在(0,ln 2k)上单调递减,在(ln 2k,+∞)上单调递增,于是f′(x)=φ(x)=φ(ln 2k)=eln 2k-2kln 2k,由eln 2k-2kln 2k≥0得2k-2kln 2k≥0,则
≤k≤
.综上,k的取值范围是
.
(3)证明 由(1)知,对于x∈(0,+∞),有f(x)=ex-x2>1,∴e2x>2x2+1,则ln (2x2+1)<2x,
从而有ln <
(n∈N*),
于是ln +ln
+ln
+…+ln
<
+
+…+
<
+
+
+…+
=2+
=4-
<4,故
·
·…·
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