- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
定义在R上的函数同时满足以下条件:
①在(0,1)上是减函数,在(1,+∞)上是增函数;
②是偶函数;
③在x=0处的切线与直线y=x+2垂直.
(1)求函数的解析式;
(2)设g(x)=,若存在实数x∈[1,e],使g(x)<
,求实数m的取值范围。
正确答案
(1) f(x)=x3 x+3, (2) m>2e e3
试题分析:(1)三个条件,三个未知数,本题就是通过条件列方程组解参数,第一个条件说的是单调性,实质是导数,即,3a+2b+c=0;第二个条件是函数的奇偶性,利用
恒成立即可,b=0;第三个条件是导数几何意义,即
, c= 1 ;因此
;(2)存在型问题,转化为函数最值,首先进行变量分离,即m>xlnx x3+x,然后求函数M(x)=xlnx x3+x在[1,e]上最小值,这又要利用导数研究函数M(x)在[1,e]上的单调性,分析得为M(x)在[1,e]上递减,所以M(x)最小值为M(e)=2e e3于是有m>2e e3
试题解析:解:(1)f′(x)=3ax2+2bx+c,∵f(x)在(0,1)上是减函数,在(1,+∞)上是增函数,
∴f′(1)=3a+2b+c=0 ①
由f′(x)是偶函数得:b=0 ②
又f(x)在x=0处的切线与直线y=x+2垂直,f′(0)=c= 1 ③
由①②③得:a=,b=0,c= 1,即
. 4分
(2)由已知得:存在实数x∈[1,e],使lnx
即存在x∈[1,e],使m>xlnx x3+x 6分
设M(x)=xlnx x3+x,x∈[1,e],则M′(x)=lnx 3x2+2 8分
设H(x)=lnx 3x2+2,则H′(x)= 6x=
10分
∴M(x)在[1,e]上递减,
∵x∈[1,e],∴H′(x)<0,即H(x)在[1,e]上递减
于是,H(x)≤H(1),即H(x)≤ 1<0,即M′(x)<0
∴M(x)≥M(e)=2e e3
于是有m>2e e3为所求. 12分
已知函数=
。
(1)当时,求函数
的单调增区间;
(2)求函数在区间
上的最小值;
(3)在(1)的条件下,设=
+
,
求证: (
),参考数据:
。(13分)
正确答案
(1)单调增区间是,
;
(2)时,
;
时,
=
=
;
时,
=
=
.
(3)证明详见解析.
试题分析:(1)求f(x)的导函数f′(x),讨论a的值使f′(x)>0时对应f(x)单调增,
f′(x)<0时,对应f(x)单调减;
(2)结合(1),讨论a的取值对应f(x)在区间[1,e]内的单调性,从而求得f(x)在区间[1,e]内的最小值.
试题解析:(1)当时,
=
,
,得
或
,故
的单调增区间是
,
。 3分
(2)=
,
=
=
,
令=0得
或
。
当时,
,
递增,
; 6分
当时,
,
<0,
递减;
,
,
递增,
=
=
7分
当时,
,
0,
递减,
=
=
…8分
(3)令=
—
,
。
,
递减,
,
,∴
,
=
=
…
…
=
(
)……13分
.已知函数。
(1)求函数的极大值;
(2)当时,求函数
的值域;
(3)设,当
时,
恒成立,求
的取值范围。
正确答案
(1)的极大值为
…
(2)
(3)
(1)由题知…………………………2分
令得
当变化时,
的变化情况如下表:
所以当时,
的极大值为
………………………………4分
(2)当时,
由(1)知当和
时,
分别取得极小值
所以函数的值域为
…………………………8分
(3)当时,
即
令
∵ ∴
在
上单调递增 所以只需
即
解得或
所以满足条件的
的取值范围是
…………12分
关于的三次函数
的两个极值点为P、Q,其中P为原点,Q在曲线
上,则曲线
的切线斜率的最大值的最小值为_______________.
正确答案
设,依题意知:
,∴
,故
,
,由
及点Q在其上,可设Q点的坐标为
. 由Q为
的一个极值点得
,
显然,∴
,∴
,
∵,∴
存在最大值
,
数形结合可求得,其最小值为
.
已知,
,且直线
与曲线
相切.
(1)若对内的一切实数
,不等式
恒成立,求实数
的取值范围;
(2)当时,求最大的正整数
,使得对
(
是自然对数的底数)内的任意
个实数
都有
成立;
(3)求证:.
正确答案
(1)(2)见解析(3)见解析
(1)设点为直线
与曲线
的切点,则有
.(*)
,
. (**)
由(*)、(**)两式,解得,
.……………………………2分
由整理,得
,
,
要使不等式
恒成立,必须
恒成立.
设,
,
,
当
时,
,则
是增函数,
,
是增函数,
,
.…………………5分
因此,实数的取值范围是
.………………………………………6分
(2)当时,
,
,
在
上是增函数,
在
上的最大值为
.
要对内的任意
个实数
都有
成立,必须使得不等式左边的最大值小于或等于右边的最小值,
当
时不等式左边取得最大值,
时不等式右边取得最小值.
,解得
.
因此,的最大值为
.………………………………………10分
(3)证明(法一):当时,根据(1)的推导有,
时,
,
即.………………………………………………………11分
令,得
,
化简得,………………………………13分
.………………………14分
(法二)数学归纳法:当时,左边=
,右边=
,
根据(1)的推导有,时,
,即
.
令,得
,即
.
因此,时不等式成立.………………………………11分
(另解:,
,
,即
.)
假设当时不等式成立,即
,
则当时,
,
要证时命题成立,即证
,
即证.
在不等式中,令
,得
.
时命题也成立.………………………………………13分
根据数学归纳法,可得不等式对一切
成立. …14分
本题主要考查函数的性质、导数运算法则、导数的几何意义及其应用、不等式的求解与证明、数学归纳法等综合知识,考查学生的计算推理能力及分析问题、解决问题的能力及创新意识.
如图,现要在边长为的正方形
内建一个交通“环岛”.正方形的四个顶点为圆心在四个角分别建半径为
(
不小于
)的扇形花坛,以正方形的中心为圆心建一个半径为
的圆形草地.为了保证道路畅通,岛口宽不小于
,绕岛行驶的路宽均不小于
.
(1)求的取值范围;(运算中
取
)
(2)若中间草地的造价为元
,四个花坛的造价为
元
,其余区域的造价为
元
,当
取何值时,可使“环岛”的整体造价最低?
正确答案
(1) ,(2)
.
试题分析:(1)解决应用题问题首先要解决阅读问题,具体说就是要会用数学式子正确表示数量关系,本题根据半径、岛口宽、路宽限制条件列方程组,即可得的取值范围;其难点在路宽最小值的确定,观察图形易知路宽最小值应在正方形对角线连线上取得,(2)本题解题思路清晰,就是根据草地、花坛、其余区域的造价列函数关系式,再由导数求最值.难点在所列函数解析式是四次,其导数为三次,在判定区间导数符号时需细心确定,要解决这一难点,需充分利用因式分解简化式子结构.
试题解析:(1)由题意得, 4分
解得即
. 7分
(2)记“环岛”的整体造价为元,则由题意得
, 10分
令,则
,
由,解得
或
, 12分
列表如下:
所以当,
取最小值.
答:当时,可使“环岛”的整体造价最低. 14分
已知函数,其中a>0.
(Ⅰ)求函数的单调区间;
(Ⅱ)若直线是曲线
的切线,求实数a的值;
(Ⅲ)设,求
在区间
上的最大值(其中e为自然对的底数)。
正确答案
(Ⅰ)函数的单调递增区间为(0,2),递减区间为(-∞,0)和(2,+∞);(Ⅱ)
;(Ⅲ)
在区间
上的最大值为0.
试题分析:(Ⅰ)求函数的单调区间,首先对函数
求导,得函数
导函数,直接让导函数大于0,解出大于零的范围,就求出增区间,令导函数小于0,解出小于零的范围,从而求出减区间;(Ⅱ)直线
是曲线
的切线,由导数的几何意义,利用切线的斜率即为切点处的导数值,以及切点即在直线上,又在曲线上,即为的共同点,联立方程组,解方程组,即可求实数
的值;(Ⅲ)求
在区间
上的最大值,可利用导数来求,先求出
的解析式,由
的解析式求出
的导函数,令
的导函数
,解出
的值,从而确定最大值,由于含有参数
,因此需分情况讨论,从而求得其在区间
上的最大值.
试题解析:(Ⅰ)①(
)
令,则
,又
的定义域是
∴函数f(x)的单调递增区间为(0,2),递减区间为(-∞,0)和(2,+∞)(4分)
(II)设切点为则
解得
7分
(III)
令,则
,
①当时,
在
单调增加
9分
②当时,
在
单调减少,在
单调增加;
若时,
;
若时,
; 11分
③当时,
在
上单调递减,
;
综上所述,时,
;
时,
。 14分
已知函数,(其中常数
).
(1)当时,求
的极大值;
(2)试讨论在区间
上的单调性;
(3)当时,曲线
上总存在相异两点
、
,使得曲线
在点
、
处的切线互相平行,求
的取值范围.
正确答案
(1)函数的极大值为
;(2)详见解析;(3)
的取值范围是
.
试题分析:(1)将代入函数
的解析式,利用导数求出函数
的极大值即可;(2)先求出导数
,并求出方程
的两根
和
,对这两根的大小以及两根是否在区间
进行分类讨论,并借助导数正负确定函数
在区间
上的单调区间;(3)先利用函数
在
、
两点处的切线平行得到
,通过化简得到
,利用基本不等式转化为
在
上恒成立,于是有
,进而求出
的取值范围.
试题解析:(1)当时,
,定义域为
,
所以,
令,解得
或
,列表如下:
故函数在
处取得极大值,即
;
(2),
由于,解方程
,得
,
,
①当时,则有
,
当时,
;当
时,
,
即函数在区间
上的单调递减区间为
,单调递增区间为
;
②当时,
,则
在区间
上恒成立,
故函数在区间
上单调递减;
③当时,则有
,
当,
;当
时,
,
故函数在区间
上的单调递减区间为
,单调递增区间为
;
(3)由(2)知,,
由于,从而有
,化简得
,
即,由于
,则有
,
令,故有
对任意
恒成立,
而在
上恒成立,
故函数在
上单调递增,则函数
在
处取得最小值,即
,
因此,所以
,因此
的取值范围是
.
已知函数,
,
⑴求函数的单调区间;
⑵记函数,当
时,
在
上有且只有一个极值点,求实数
的取值范围;
⑶记函数,证明:存在一条过原点的直线
与
的图象有两个切点
正确答案
(1)当时,
为单调增区间,当
时,
为单调减区间,
为单调增区间.
(2)
(3)在第二问的基础上,根据函数的单调性以及导数的几何意义来证明。
试题分析:(1)因为,
①若,则
,
在
上为增函数,2分 ②若
,令
,得
,
当时,
;当
时,
.
所以为单调减区间,
为单调增区间. 综上可得,当
时,
为单调增区间,
当时,
为单调减区间,
为单调增区间. 4分
(2)时,
,
, 5分
在
上有且只有一个极值点,即
在
上有且只有一个根且不为重根,
由得
,
(i),
,满足题意;…… 6分
(ii)时,
,即
;… 7分
(iii)时,
,得
,故
; 综上得:
在
上有且只有一个极值点时,
. ………8分注:本题也可分离变量求得.
(3)证明:由(1)可知:
(i)若,则
,
在
上为单调增函数,
所以直线与
的图象不可能有两个切点,不合题意. 9分
(ⅱ)若,
在
处取得极值
.
若,
时,由图象知不可能有两个切点.10分
故,设
图象与
轴的两个交点的横坐标为
(不妨设
),
则直线与
的图象有两个切点即为直线
与
和
的切点.
,
,
设切点分别为,则
,且
,
,
,
即 ① ,
② ,
③ ,
①-②得:,
由③中的代入上式可得:
,即
,12分
令,则
,令
,因为
,
,故存在
,使得
,
即存在一条过原点的直线与
的图象有两个切点.14分
点评:主要是考查了导数在研究函数中的运用,属于难度题。
设,
,其中
是常数,且
.
(1)求函数的极值;
(2)证明:对任意正数,存在正数
,使不等式
成立;
(3)设,且
,证明:对任意正数
都有:
.
正确答案
(1)当时,
取极大值,但
没有极小值(2)见解析(3)见解析
(1)∵, -----------------1分
由得,
,
∴,即
,解得
,-----------------3分
故当时,
;当
时,
;
∴当时,
取极大值,但
没有极小值.-----------------4分
(2)∵,
又当时,令
,则
,
故,
因此原不等式化为,即
, -----------------6分
令,则
,
由得:
,解得
,
当时,
;当
时,
.
故当时,
取最小值
,-----------------8分
令,则
.
故,即
.
因此,存在正数,使原不等式成立.-----------------10分
(3)对任意正数,存在实数
使
,
,
则,
,
原不等式,
-----------------14分
由(1)恒成立,
故,
取,
即得,
即,故所证不等式成立. -----------------14分
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