- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
(14分)(2011•福建)已知a,b为常数,且a≠0,函数f(x)=﹣ax+b+axlnx,f(e)=2(e=2.71828…是自然对数的底数).
(I)求实数b的值;
(II)求函数f(x)的单调区间;
(III)当a=1时,是否同时存在实数m和M(m<M),使得对每一个t∈[m,M],直线y=t与曲线y=f(x)(x∈[,e])都有公共点?若存在,求出最小的实数m和最大的实数M;若不存在,说明理由.
正确答案
(I)b=2
(II)当a>0时,函数f(x)的单调递增区间为(1,+∞),单调递减区间为(0,1);
当a<0时,函数f(x)的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞);
(III)见解析
试题分析:(I)把x=e代入函数f(x)=﹣ax+b+axlnx,解方程即可求得实数b的值;
(II)求导,并判断导数的符号,确定函数的单调区间;
(III)假设存在实数m和M(m<M),使得对每一个t∈[m,M],直线y=t与曲线y=f(x)(x∈[,e])都有公共点,转化为利用导数求函数y=f(x)在区间[
,e]上的值域.
解:(I)由f(e)=2,代入f(x)=﹣ax+b+axlnx,
得b=2;
(II)由(I)可得f(x)=﹣ax+2+axlnx,函数f(x)的定义域为(0,+∞),
从而f′(x)=alnx,
∵a≠0,故
①当a>0时,由f′(x)>0得x>1,由f′(x)<0得0<x<1;
②当a<0时,由f′(x)>0得0<x<1,由f′(x)<0得x>1;
综上,当a>0时,函数f(x)的单调递增区间为(1,+∞),单调递减区间为(0,1);
当a<0时,函数f(x)的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞);
(III)当a=1时,f(x)=﹣x+2+xlnx,f′(x)=lnx,
由(II)可得,当x∈(,e),f(x),f′(x)变化情况如下表:
又f()=2﹣
<2,
所以y=f(x)在[,e]上的值域为[1,2],
据此可得,若,则对每一个t∈[m,M],直线y=t与曲线y=f(x)(x∈[
,e])都有公共点;
并且对每一个t∈(﹣∞,m)∪(M,+∞),直线y=t与曲线y=f(x)(x∈[,e])都没有公共点;
综上当a=1时,存在最小实数m=1和最大的实数M=2(m<M),使得对每一个t∈[m,M],直线y=t与曲线y=f(x)(x∈[,e])都有公共点.
点评:此题是个难题.主要考查函数、导数等基础知识,考查推理论证能力和抽象概括能力、运算求解能力,考查函数与方程思想,数形结合思想,化归和转化思想,分类与整合思想.其中问题(III)是一个开放性问题,考查了同学们观察、推理以及创造性地分析问题、解决问题的能力.
已知函数.
(1)若,求曲线
在点
处的切线方程;
(2)求函数的单调区间;
(3)设函数.若至少存在一个
,使得
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
时,
在
上单调递减;当
时,单调递增区间为
和
,单调递减区间为
;
时,
在
上单调递增;(3)实数
的取值范围为
.
试题分析:(1)当时,先确定
,接着求出
,进而求出
,最后由直线的点斜式即可写出所求的切线方程
;(2)先确定函数的定义域,设
,接着针对这个二次函数开口方向及与
轴正半轴有多少个交点的问题分
、
、
三类进行讨论,进而确定各种情况下的函数的单调区间,最后将各个情况综合描述即可;(3)法一:先将至少存在一个
,使得
成立的问题等价转化为:令
,等价于“当
时,
”,进而求取
即可解决本小问;法二:设
,定义域为
,进而将问题转化为等价于当
时,
,从中对参数
分
、
、
、
,进行求解即可.
函数的定义域为,
1分
(1)当时,函数
,
,
所以曲线在点
处的切线方程为
即 4分
(2)函数的定义域为
1.当时,
在
上恒成立
则在
上恒成立,此时
在
上单调递减 5分
2.当时,
(ⅰ)若
由,即
,得
或
6分
由,即
,得
7分
所以函数的单调递增区间为
和
,单调递减区间为
9分
(ⅱ)若,
在
上恒成立,则
在
上恒成立,此时
在
上单调递增 10分
综上可知:时,
在
上单调递减;当
时,单调递增区间为
和
,单调递减区间为
;
时,
在
上单调递增
(3)因为存在一个使得
则,等价于
12分
令,等价于“当
时,
”
对求导,得
13分
因为当时,
,所以
在
上单调递增
所以,因此
16分
另解:设,定义域为
依题意,至少存在一个,使得
成立
等价于当 时,
11分
(1)当时
在
恒成立,所以
在
单调递减,只要
则不满足题意 12分
(2)当时,令
得
(ⅰ)当,即
时
在上
,所以
在
上单调递增
所以,由
得,
,所以
13分
(ⅱ)当,即
时
在上
,所以
在
单调递减
所以,由
得
14分
(ⅲ)当,即
时, 在
上
,在
上
所以在
单调递减,在
单调递增
,等价于
或
,解得
,所以,
15分
综上所述,实数的取值范围为
16分.
已知函数
(1)求曲线y=f(x)在(2,f(2))处的切线方程;
(2)若g(x)=f(x)一有两个不同的极值点.其极小值为M,试比较2M与一3的大小,并说明理由;
(3)设q>p>2,求证:当x∈(p,q)时,.
正确答案
(1);(2)
;(3)证明过程详见解析.
试题分析:本题主要考查导数的运算、利用导数研究函数的单调性、利用导数求函数的极值和最值、利用导数求曲线的切线方程等数学知识,考查学生分析问题解决问题的能力、转化能力和计算能力.第一问,先对求导,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,最后利用点斜式,直接写出切线方程;第二问,对
求导,由于
有2个不同的极值点,所以
有2个不同的根,即
在
有两个不同的根,所以
且
,可以解出a的取值范围,所以根据
的单调性判断出
为极小值,通过函数的单调性求最值,从而比较大小;第三问,用分析法证明分析出只须证
,构造函数,利用函数的单调性证明,同理再证明
,最后利用不等式的传递性得到所证不等式.
试题解析:(1)易知,∴
∴所求的切线方程为,即
4分
(2)易知,
∵有两个不同的极值点
∴在
有两个不同的根
则且
解得
6分
在
递增,
递减,
递增
∴的极小值
又∵
∴
则,∴
在
递减
∴,故
9分
(3)先证明:当时,
即证:
只需证:
事实上,设
易得,∴
在
内递增
∴ 即原式成立 12分
同理可以证明当时,
综上当时,
. 14分
已知函数,设曲线
在与
轴交点处的切线为
,
为
的导函数,满足
.
(1)求;
(2)设,
,求函数
在
上的最大值;
(3)设,若对于一切
,不等式
恒成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
;(3)
.
试题分析:(1)三次函数的导数是二次函数,由,知其对称轴,曲线的切线问题,可利用导数的几何意义(切点处切线的斜率)列出方程组求解;(2)
,画出函数图象考察其单调性,根据其单调区间对
的值分类讨论求出其最大值;(3)对不等式
进行化简,得
恒成立,即
,且
,对任意的
成立,然后又转化为求函数的最值问题,要注意
,从而有
.
试题解析:(1),∵
,
∴函数的图象关于直线
对称,
, 2分
∵曲线在与
轴交点处的切线为
,∴切点为
,
∴,解得
,则
5分
(2)∵,
∴,其图象如图 7分
当时,
,
当时,
,
当时,
,
综上 10分
(3),
,
当时,
,所以不等式等价于
恒成立,
解得,且
, 13分
由,得
,
,所以
,
又,∵
,∴所求的实数
的的取值范围是
16分
设函数f(x)=ax-,曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为7x-4y-12=0.
(1)求f(x)的解析式;
(2)证明:曲线y=f(x)上任一点处的切线与直线x=0和直线y=x所围成的三角形面积为定值,并求此定值.
正确答案
(1)f(x)=x-
(2)见解析
解:(1)方程7x-4y-12=0可化为y=x-3,
当x=2时,y=.
又f′(x)=a+,
于是,解得
故f(x)=x-.
(2)证明:设P(x0,y0)为曲线上任一点,由f′(x)=1+知,曲线在点P(x0,y0)处的切线方程为y-y0=(1+
)·(x-x0),即y-(x0-
)=(1+
)(x-x0).
令x=0得,y=-,从而得切线与直线x=0,交点坐标为(0,-
).
令y=x,得y=x=2x0,从而得切线与直线y=x的交点坐标为(2x0,2x0).
所以点P(x0,y0)处的切线与直线x=0,y=x所围成的三角形面积为|-
||2x0|=6.
曲线y=f(x)上任一点处的切线与直线x=0和直线y=x所围成的三角形面积为定值,此定值为6.
设函数.
(1)当时,求函数
在
上的最大值和最小值;
(2)若在
上为增函数,求正数
的取值范围.
正确答案
(1)最小值为,最大值为
;(2)
.
试题分析:(1)当时,
,其导函数
,易得当
时,
,即函数
在区间
上单调递增,又函数
是偶函数,所以函数
在
上单调递减,
在
上的最小值为
,最大值为
;
(2)由题得:在
上恒成立,易证
,若
时,则
,所以
;若
时,易证此时不成立.
(1)当时,
,
,
令,则
恒成立,
∴为增函数,
故当时,
∴当时,
,∴
在
上为增函数,
又为偶函数,
在
上为减函数,
∴在
上的最小值为
,最大值为
.
(2)由题意,在
上恒成立.
(ⅰ)当时,对
,恒有
,此时
,函数
在
上为增函数,满足题意;
(ⅱ)当时,令
,
,由
得
,
一定,使得
,且当
时,
,
在
上单调递减,此时
,即
,所以
在
为减函数,这与
在
为增函数矛盾.
综上所述:.
已知函数f(x)=xln x,g(x)=x3+ax2-x+2.
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)对一切x∈(0,+∞),2f(x)≤g′(x)+2恒成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)(2)[-2,+∞)
(1)f′(x)=ln x+1,令f′(x)<0,得0<x<,所以f(x)的单调递减区间是
.令f′(x)>0得x>
,所以f(x)的单调递增区间是
.
(2)由题意得:2xln x≤3x2+2ax-1+2,即2xln x≤3x2+2ax+1,
又x∈(0,+∞),∴a≥ln x-x-
.
设h(x)=ln x-x-
.,则h′(x)=
-
+
=-
.
令h′(x)=0得x=1或- (舍),
当0<x<1时,h′(x)>0;当x>1时,h′(x)<0 ,所以当x=1时,h(x)取得最大值,h(x)max=-2,所以a≥-2,所以a的取值范围是[-2,+∞).
已知函数.
(Ⅰ)若,求
在点
处的切线方程;
(Ⅱ)求函数的极值点.
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)当
时,
的极小值点为
和
,极大值点为
;当
时,
的极小值点为
;当
时,
的极小值点为
.
试题分析:(Ⅰ)时,
,先求切线斜率
,又切点为
,利用直线的点斜式方程求出直线方程;(Ⅱ)极值点即定义域内导数为0的根,且在其两侧导数值异号,首先求得定义域为
,再去绝对号,分为
和
两种情况,其次分别求
的根并与定义域比较,将定义域外的舍去,并结合图象判断其两侧导数符号,进而求极值点;
试题解析:的定义域为
.
(Ⅰ)若,则
,此时
.因为
,所以
,所以切线方程为
,即
.
(Ⅱ)由于,
.
⑴ 当时,
,
,
令,得
,
(舍去),
且当时,
;当
时,
,
所以在
上单调递减,在
上单调递增,
的极小值点为
.
⑵ 当时,
.
① 当时,
,令
,得
,
(舍去).
若,即
,则
,所以
在
上单调递增;
若,即
, 则当
时,
;当
时,
,所以
在区间
上是单调递减,在
上单调递增,
的极小值点为
.
② 当时,
.
令,得
,记
,
若,即
时,
,所以
在
上单调递减;
若,即
时,则由
得
,
且
,
当时,
;当
时,
;当
时,
,
所以在区间
上单调递减,在
上单调递增;在
上单调递减.
综上所述,当时,
的极小值点为
和
,极大值点为
;
当时,
的极小值点为
;
当时,
的极小值点为
.
已知函数,
(1)求在
处切线方程;
(2)求证:函数在区间
上单调递减;
(3)若不等式对任意的
都成立,求实数
的最大值.
正确答案
(1);(2)详见解析;(3)
试题分析:(1)先求导函数,再求,再用点斜式方程求切线方程;(2)要证明函数
在区间
上单调递减,只需证明
在
恒成立,先求导
,分母大于0,只需证明分子小于0恒成立,构造函数
,说明其最大值小于0即可,这样就把问题转化为求函数的最大值问题了,继续求导
,发现
,故
递减,所以
;
(3)恒成立问题可以考虑参变分离,两边取自然对数得,从而参变分离为
,只需用导数求右边函数的最小值即可,为了便于求导可换元,设
,则
,进而用导数求其最小值.
试题解析:(1)由已知切线方程
;
(2),令
=
,
,
在(0,1)上是减函数;
(3) 两边取对数
即
,令
设
,设
,
由(2)知函数
在区间
上单调递减,
在
上是减函数
,
在
上是减函数
即
.
(本小题满分12分)设函数
(1)若的极值点,求a的值;
(2)若时,函数
的图象恒不在
的图象下方,求实数a的取值范围。
正确答案
略
扫码查看完整答案与解析