- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数,
,
(1)若,求曲线
在
处的切线方程;
(2)若对任意的,都有
恒成立,求
的最小值;
(3)设,
,若
,
为曲线
的两个不同点,满足
,且
,使得曲线
在
处的切线与直线AB平行,求证:
正确答案
(1);(2)1;(3)证明过程详见解析
试题分析:
第一问,当时,先求出
的解析式,对
求导,将
代入到
中得到切线的斜率,将
代入到
中得到切点的纵坐标,最后用点斜式写出切线方程;第二问,本问是恒成立问题,先转化成
恒成立,即构造函数求函数
的最小值大于等于0即可,对
求导对参数a进行讨论,分
和
,求导,利用导数求函数的最值,判断是否符合题意;第三问,先利用已知条件求出
解析式,求出直线AB的斜率,通过对
求导,求出曲线在
处的切线的斜率,由于两直线平行,所以两斜率相等,由于
,所以
在定义域内单调递减,用分析法得欲证
,需证明
,通过变形得
,即
,构造新函数
,通过求导判断函数的单调性和最值,只需证明最小值大于0即可
试题解析:(1),斜率
,
所以,曲线在
处的切线方程为
2分
(2)恒成立
恒成立
令,
,
,
,
(ⅰ)若,则
恒成立,∴函数
在
为单调递增函数,
恒成立,又∵
,∴
符合条件
(ⅱ)若,由
,可得
,解得
和
(舍去)
当时,
;当
时,
;
∴
恒成立矛盾
综上,a的最小值为1 7分
(Ⅲ),
又∵,∴
,∴
由,
,易知其在定义域内为单调递减函数
欲证证明
即,变形可得:
令,
,原不等式等价于
,等价于
构造函数,
则,
,令
,
,
当时,
,
∴在
上为单调递增函数,
∴在
上为单调递增函数,
∴,
∴在
上恒成立
∴成立,∴
得证
已知函数f(x)=ax+ln x,其中a为常数,e为自然对数的底数.
(1)当a=-1时,求f(x)的最大值;
(2)当a=-1时,试推断方程|f(x)|=+
是否有实数解,并说明理由.
正确答案
(1) -1 (2) 没有,理由见解析
解:(1)当a=-1时,f(x)=-x+ln x,
f′(x)=-1+=
.
当0
当x>1时,f′(x)<0.
∴f(x)在区间(0,1)上是增函数,在区间(1,+∞)上是减函数.
f(x)max=f(1)=-1.
(2)由(1)知当a=-1时,
f(x)max=f(1)=-1,∴|f(x)|≥1.
令g(x)=+
,则g′(x)=
,
令g′(x)=0,得x=e,
当0
当x>e时,g′(x)<0,g(x)在区间(e,+∞)上单调递减.
∴g(x)max=g(e)=+
<1,
∴g(x)<1.∴|f(x)|>g(x)恒成立,
即|f(x)|>+
恒成立.
∴方程|f(x)|=+
没有实数解.
已知函数f(x)=ax+ln x,g(x)=ex.
(1)当a≤0时,求f(x)的单调区间;
(2)若不等式g(x)< 有解,求实数m的取值范围.
正确答案
(1)当a=0时,f(x)在(0,+∞)单调递增;当a<0时,f(x)在单调递增,在
单调递减.(2)(-∞,0)
(1)f(x)的定义域是(0,+∞),f′(x)=a+ (x>0)
①当a=0时,f′(x)>0,∴f(x)在(0,+∞)单调递增;
②当a<0时,由f′(x)=0,解得x=-,
则当x∈时,f′(x)>0,∴f(x)单调递增,
当x∈时,f′(x)<0,f(x)单调递减,综上所述:当a=0时,f(x)在(0,+∞)单调递增;当a<0时,f(x)在
单调递增,在
单调递减.
(2)由题意:ex<有解,即ex
<x-m有解,因此只需m<x-ex
,x∈(0,+∞)有解即可,设h(x)=x-ex
,h′(x)=1-ex
-
=1-ex
,因为:
+
≥2
=
>1,且x∈(0,+∞)时ex>1,所以:1-ex
<0,即h′(x)<0.
故h(x)在[0,+∞)单调递减,
∴h(x)<h(0)=0,∴m<0.
故实数m的取值范围是(-∞,0).
已知函数(
).
(1)求的单调区间;
⑵如果是曲线
上的任意一点,若以
为切点的切线的斜率
恒成立,求实数
的最小值;
⑶讨论关于的方程
的实根情况.
正确答案
(1)单调增区间是,单调减区间是
;(2)
;(3)见解析.
试题分析:(1)先由对数函数的定义求出函数的定义域,然后求出函数
的导数
,结合函数的单调性与导数的关系求解;(2)先写出切点
处的切线的斜率
,然后根据已知条件得到
,则有
,结合二次函数
在区间
上的图像与性质,可得
的最小值;(3)根据已知条件构造函数
,将方程
的实根的情况转化为函数
的零点问题.由函数单调性与导数的关系可知,
在区间
上单调递增,在区间
上单调递减,即最大值是
,分三种情况进行讨论:当
,函数
的图象与
轴恰有两个交点;当
时,函数
的图象与
轴恰有一个交点;当
时,函数
的图象与
轴无交点.由方程的根与函数零点的关系得解.
试题解析:(1),定义域为
,
则,
∵,
由得,
;由
得,
.
∴函数的单调增区间是
,单调减区间是
. 2分
(2)由题意,以为切点的切线的斜率
满足:
,
所以对
恒成立.
又当时,
,
所以的最小值为
. 7分.
(3)由题意,方程化简得:
.
令,则
.
当时,
;当
时,
.
所以在区间
上单调递增,在区间
上单调递减.
所以在
处取得极大值即最大值,最大值为
.
所以当,即
时,
的图象与
轴恰有两个交点,
方程有两个实根;
当时,
的图象与
轴恰有一个交点,
方程有一个实根;
当时,
的图象与
轴无交点,
方程无实根. 12分
已知函数.
(1)若函数在定义域内为增函数,求实数
的取值范围;
(2)设,若函数
存在两个零点
,且实数
满足
,问:函数
在
处的切线能否平行于
轴?若能,求出该切线方程;若不能,请说明理由.
正确答案
(1);(2)
在
处的切线不能平行于
轴.
试题分析:(1)函数在定义域内为增函数,则其导数恒大于等于0.求导得:
.由
得:
.要
恒成立,只需
即可.接下来利用重要不等式可求出
的最小值.
由题意,知恒成立,即
.
(2)本题属探索性问题.对探索性问题,常用的方法是假设成立,然后利用题设试着去求相关的量.若能求出来,则成立;若无解,则不成立.
在本题中,总的方向如下:首先假设在
的切线平行于
轴,则
是
的极值点,故有
.又函数
存在两个零点
,所以
,再加上
,这样有4个方程(4个未知数).接下来就试着求
.若能求出
,则切线能平行于
轴(同时也就求出了该切线方程);若不能求出
,则切线不能平行于
轴.
试题解析:(1)
由题意,知恒成立,即
.
又,当且仅当
时等号成立.
故,所以
.
(2)将求导得:
.
存在两个零点
,所以
.
设在
的切线平行于
轴,则
.
结合题意,有,
①—②得
所以由④得
所以 ……………………………………⑤
设,⑤式变为
设,
所以函数在
上单调递增,
因此,,即
也就是,,此式与⑤矛盾.所以
在
处的切线不能平行于
轴.
设,函数
.
(1)若,求曲线
在点
处的切线方程;
(2)若无零点,求实数
的取值范围;
(3)若有两个相异零点
、
,求证:
.
正确答案
(1)切线方程为;(2)实数
的取值范围是
;(3)详见解析.
试题分析:(1)将代入函数
的解析式,利用导函数的几何意义,结合直线的点斜式求出切线的方程;(2)先求出函数
的导数,对
的符号进行分类讨论,结合零点存在定理判断函数
在定义域上是否有零点,从而求出参数
的取值范围;另外一中方法是将问题等价转化为“直线
与曲线
无公共点”,结合导数研究函数
的基本性质,然后利用图象即可确定实数
的取值范围;(3)从所证的不等式出发,利用分析法最终将问题等价转换为证明不等式
在区间
上恒成立,并构造新函数
,利用导数结合函数的单调性与最值来进行证明.
试题解析:在区间上,
,
(1)当时,
,则切线方程为
,即
;
(2)①当时,
有唯一零点
;
②当时,则
,
是区间
上的增函数,
,
,
,即函数
在区间
有唯一零点;
③当时,令
得
,
在区间上,
,函数
是增函数,
在区间上,
,函数
是减函数,
故在区间上,
的极大值为
,
由,即
,解得
,故所求实数
的取值范围是
;
另解:无零点
方程
在
上无实根
直线
与曲线
无公共点,
令,则
,令
,解得
,列表如下:
故函数在
处取得极大值,亦即最大值,即
,
由于直线与曲线
无公共点,故
,故所求实数
的取值范围是
;
(3)设,由
,
,可得
,
,
,
,
原不等式,
令,于是
,
设函数,求导得
,
故函数是
上的增函数,
,即不等式
成立,
故所证不等式成立.
已知函数,(
)在
处取得最小值.
(Ⅰ)求的值;
(Ⅱ)若在
处的切线方程为
,求证:当
时,曲线
不可能在直线
的下方;
(Ⅲ)若,(
)且
,试比较
与
的大小,并证明你的结论.
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)详见解析;(Ⅲ)详见解析.
试题分析:(Ⅰ)导数法,先求导数,由条件,得出
的值,再令
或
,判断函数的单调区间;(Ⅱ)导数法,构造新函数
,再用导数法,证明
在
恒成立,从而得出结论;(Ⅲ)用导数的几何意义,得出直线方程
,在用导数法证明
.
试题解析:(Ⅰ),由已知得
, (3分)
当时
,此时
在
单调递减,在
单调递增,
(Ⅱ),
,
在
的切线方程为
,
即. (6分)
当时,曲线
不可能在直线
的下方
在
恒成立,
令,
,
当,
,
即在
恒成立,
所以当时,曲线
不可能在直线
的下方, (9分)
(Ⅲ),
先求在
处的切线方程,
故
在
的切线方程为
,即
,
下先证明,
令
,
当,
. (14分)
已知a>0,函数.
(1)若,求函数
的极值,
(2)是否存在实数,使得
成立?若存在,求出实数
的取值集合;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)极小值,没有极大值;(2)存在,
.
试题分析:本题主要考查导数的应用、不等式等基础知识,考查思维能力、运算能力、分析问题与解决问题的能力,考查函数、转化与化归、特殊与一般等数学思想方法.第一问,先求导数,判断函数的单调性,根据极值的定义求极值;第二问,是恒成立问题,设出函数,此题可以转化为求函数
最值的问题,此题比较综合.
试题解析:(1)当时,
,
,
因为,所以当
时,
,当
时,
,所以函数
在
处取得极小值
,函数
没有极大值. 4分
(2)令,即
,
,令
,
,
所以有两个不等根
,
,不妨设
,
所以在
上递减,在
上递增,所以
成立,
因为,所以
,所以
.
令,
,
所以在
上递增,在
上递减,
所以,又
,
所以代入
得
,
所以. 12分
已知函数f(x)=aex,g(x)=lnx-lna,其中a为常数,e=2.718…,且函数y=f(x)和y=g(x)的图像在它们与坐标轴交点处的切线互相平行.
(1)求常数a的值;(2)若存在x使不等式>
成立,求实数m的取值范围;
(3)对于函数y=f(x)和y=g(x)公共定义域内的任意实数x0,我们把|f(x0)-g(x0)|的值称为两函数在x0处的偏差.求证:函数y=f(x)和y=g(x)在其公共定义域内的所有偏差都大于2.
正确答案
(1) a=1.(2) (-∞,0).(3)详见解析.
试题分析:(1)求出交点,切线平行即导数值相等可解;(2)转化为新函数,求出导数,利用单调性极值解;(3)构造新函数求导,利用单调性证明.
试题解析:(1)f(x)与坐标轴的交点为(0,a),f′(0)=a,g(x)与坐标轴的交点为(a,0),g′(a)=.
∴a=,得a=±1,又a>0,故a=1.
(2>
可化为m
ex.令h(x)=x-
ex,则h′(x)=1-(
)ex.
∵x>0,∴+
≥
,ex>1
(
+
)ex>1.故h′(x)<0.
∴h(x)在(0,+∞)上是减函数,因此h(x)
(3)y=f(x)与y=g(x)的公共定义域为(0,+∞),|f(x)-g(x)|=|ex-lnx|=ex-lnx.
令h(x)=ex-x-1,则h′(x)=ex-1>0.∴h(x)在(0,+∞)上是增函数.
故h(x)>h(0)=0,即ex-1>x. ①
令m(x)=lnx-x+1,则m′(x)=-1.
当x>1时,m′(x)<0,当0
由①②,得ex-1>lnx+1,即ex-lnx>2.
∴函数y=f(x)和y=g(x)在其公共定义域内的所有偏差都大于2.
(14分)已知函数,
(1)当t=1时,求曲线处的切线方程;
(2)当t≠0时,求的单调区间;
(3)证明:对任意的在区间(0,1)内均存在零点。
正确答案
(1)当t=1时,
(2)
因为t≠0,以下分两种情况讨论:
①若的变化情况如下表:
所以,的单调递增区间是
,(-t,∞)
;
的单调递减区间是
。
②若的变化情况如下表:
所以,的单调递增区间是(-∞,t),
;
的单调递减区间是
。
(3)由(2)可知,当t>0时,在
内的单调递减,在
内单调递增,
以下分两种情况讨论:
①当在(0
,1)内单调递减,
所以对任意在区间(0,1)内均存在零点。
②当时,
在
内的单调递减,在
内单调递增,
略
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