- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数
(1)当时,求函数
的单调递增区间;
(2)记函数的图象为曲线
,设点
是曲线
上的不同两点.如果在曲线
上存在点
,使得:①
;②曲线
在点
处的切线平行于直线
,则称函数
存在“中值相依切线”,试问:函数
是否存在“中值相依切线”,请说明理由.
正确答案
(1)当时,
的单调递增区间为
;当
,
的单调递增区间为
和
;(2)函数
不存在“中值相依切线”.
试题分析:(1)当时,分
和
两种情况分别进行分析,当
时,
, 显然函数
在
上单调递增;当
时,
,令
,解得
或
;所以当
时,函数
在
上单调递增;当
时,函数
在
和
上单调递增;(2)先设
是曲线
上的不同两点,求出
的表达式化简得到:
,再经过求导分析得出函数
不存在“中值相依切线”.
试题解析:(1)函数的定义域是
. 由已知得,
当时,
, 显然函数
在
上单调递增;
当时,
,令
,解得
或
;
函数
在
和
上单调递增,
综上所述:①当时,函数
在
上单调递增;
②当时,函数
在
和
上单调递增;
(2)假设函数存在“中值相依切线”
设是曲线
上的不同两点,且
,
则,
.
曲线在点处的切线斜率
依题意得:
化简可得: , 即
=
设 (
),上式化为:
,
. 令
,
.
因为,显然
,所以
在
上递增,
显然有恒成立. 所以在
内不存在
,使得
成立.
综上所述,假设不成立.所以,函数不存在“中值相依切线”.
设函数,若
在点
处的切线斜率为
.
(Ⅰ)用表示
;
(Ⅱ)设,若
对定义域内的
恒成立,求实数
的取值范围;
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)实数
的取值范围为
.
试题分析:(Ⅰ)设函数,若
在点
处的切线斜率为
,用
表示
,与函数的切线有关,可考虑利用导数来解,对
求导,利用
,即可得出;(Ⅱ)若
对定义域内的
恒成立,求实数
的取值范围,即
,这样转化为求
的最大值,由于
含有对数函数,可考虑利用导数来求
的最大值,求导得
,含有参数
,需对参数
进行分类讨论,分别求出最大值,验证是否符合题意,从而确定实数
的取值范围.
试题解析:(Ⅰ),依题意有:
;
(Ⅱ)恒成立.
由恒成立,即
.
,
①当时,
,
,
,
单调递减,当
,
,
单调递增,则
,不符题意;
②当时,
,
(1)若,
,
,
,
单调递减;当
,
,
单调递增,则
,不符题意;
(2)若,若
,
,
,
,
单调递减,
这时,不符题意;
若,
,
,
,
单调递减,这时
,不符题意;
若,
,
,
,
单调递增;当
,
,
单调递减,则
,符合题意;
综上,得恒成立,实数
的取值范围为
.
已知函数.
(Ⅰ)求函数的单调区间;
(Ⅱ)若函数在区间
上是减函数,求实数
的最小值;
(Ⅲ)若存在(
是自然对数的底数)使
,求实数
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)函数的减区间是
,增区间是
;
(Ⅱ)的最小值为
;(Ⅲ)
.
试题分析:(Ⅰ)求出的导数
,由
的符号确定
的单调区间;
(Ⅱ)求出的导数
,由
在
上恒成立求得实数
的最小值;(Ⅲ)注意左右两边的自变量
是独立的.若存在
使
成立,则
.故首先求出
然后解不等式求实数
的取值范围.
试题解析:解:(Ⅰ)由得,
且
,则函数
的定义域为
,
且,令
,即
,解得
当且
时,
;当
时
,
函数
的减区间是
,增区间是
4分
(Ⅱ)由题意得:函数在
上是减函数,
在
上恒成立,即
在
上恒成立
令,因此
即可
当且仅当,即
时取等号
因此
,故
的最小值为
. 8分
(Ⅲ)命题“若存在,使
,”等价于
“当时,有
”,
由(Ⅱ)得,当时,
,则
,
故问题等价于:“当时,有
”,
,由(Ⅱ)知
,
(1)当时,
在
上恒成立,因此
在
上为减函数,则
,故
,
(2)当时,
在
上恒成立,因此
在
上为增函数,
则,不合题意
(3)当时,由于
在
上为增函数,
故的值域为
,即
由的单调性和值域知,存在唯一
,使
,且满足:当
时,
为减函数;当
时,
为增函数;
所以,
所以,与
矛盾,不合题意
综上,得. 12分
设,函数
(1)当时,求曲线
在
处的切线方程;
(2)当时,求函数
的单调区间;
(3)当时,求函数
的最小值
正确答案
(1) ;(2)
在
内单调递减,
内单调递增;
(3)
试题分析:(1)写出函数的解析式,求导得斜率,求切点,进而得直线方程,注意解析式的取舍(时);(2)函数为分段函数,分段判单调性,求出函数的单调区间;(3)分
和
两种情况进行分析,在第二种情况下要对
与区间
进行比较,又分三种情况进行判断单调性,求最小值
试题解析:(1)当时,
,令
得
,
所以切点为,切线斜率为1,
所以曲线在
处的切线方程为:
(2)当时
当时,
,
在
内单调递减,
内单调递增;
当时,
恒成立,故
在
内单调递增;
综上,在
内单调递减,
内单调递增.
(3)①当时,
,
,
恒成立.
在
上增函数.
故当时,
② 当时,
,
(
)
ⅰ)当,即
时,
在
时为正数,所以函数
在
上为增函数,
故当时,
,且此时
ⅱ)当,即
时,
在
时为负数,在
时为正数,
所以在
上为减函数,在
为增函数
故当时,
,且此时
ⅲ)当,即
时,
在
时为负数,所以函数
在
上为减函数,
故当时,
综上所述,当时,函数
在
和
时的最小值都是
所以此时函数的最小值为
;当
时,函数
在
时的最小值为
,而
,
所以此时的最小值为
已知函数f(x)=,求导函数f'(x),并确定f(x)的单调区间.
正确答案
f′(x)==
=-
.
令f'(x)=0,得x=b-1.
当b-1<1,即b<2时,f'(x)的变化情况如下表:
当b-1>1,即b>2时,f'(x)的变化情况如下表:
所以,当b<2时,函数f(x)在(-∞,b-1)上单调递减,在(b-1,1)上单调递增,
在(1,+∞)上单调递减.
当b>2时,函数f(x)在(-∞,1)上单调递减,在(1,b-1)上单调递增,在(b-1,+∞)上单调递减.
当b-1=1,即b=2时,f(x)=-,所以函数f(x)在(-∞,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递减.
设函数f(x)=ex-ax-2.
(1)求f(x)的单调区间;
(2)若a=1,k为整数,且当x>0时,(x-k)f′(x)+x+1>0,求k的最大值.
正确答案
(1)f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,在(ln a,+∞)上单调递增.
(2)2
(1)f(x)的定义域为(-∞,+∞),f′(x)=ex-a.
若a≤0,则f′(x)>0,所以f(x)在(-∞,+∞)上单调递增.
若a>0,则当x∈(-∞,ln a)时,f′(x)<0;
当x∈(ln a,+∞)时,f′(x)>0.
所以,f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,在(ln a,+∞)上单调递增.
(2)由于a=1时,(x-k)f′(x)+x+1=(x-k)(ex-1)+x+1.
故当x>0时,(x-k)f′(x)+x+1>0等价于
k<+x(x>0) ①
令g(x)=+x,则g′(x)=
+1=
.
由(1)知,函数h(x)=ex-x-2在(0,+∞)上单调递增,
又h(1)=e-3<0,h(2)=e2-4>0.
所以h(x)在(0,+∞)上存在唯一零点.
故g′(x)在(0,+∞)上存在唯一零点.
设此零点为α,则α∈(1,2).
当x∈(0,α)时,g′(x)<0;当x∈(α,+∞)时,g′(x)>0,
所以g(x)在(0,+∞)上的最小值为g(α).
又由g′(α)=0,得eα=α+2, 所以g(α)=α+1∈(2,3).
由于①式等价于k
故整数k的最大值为2.
已知函数f(x)=x3+
ax2+bx.
(1)若a=2b,试问函数f(x)能否在x=-1处取到极值?若有可能,求出实数a,b的值;否则说明理由.
(2)若函数f(x)在区间(-1,2),(2,3)内各有一个极值点,试求w=a-4b的取值范围.
正确答案
(1) 不能,理由见解析 (2) (-29,10)
解:(1)由题意f′(x)=x2+ax+b,
∵a=2b,∴f′(x)=x2+2bx+b.
若f(x)在x=-1处取极值,
则f′(-1)=1-2b+b=0,即b=1,
此时f′(x)=x2+2x+1=(x+1)2≥0,
函数f(x)为单调递增函数,这与该函数能在x=-1处取极值矛盾,
故该函数不能在x=-1处取得极值.
(2)∵函数f(x)=x3+
ax2+bx在区间(-1,2),(2,3)内分别有一个极值点,
∴f′(x)=x2+ax+b=0在(-1,2),(2,3)内分别有一个实根,
∴⇒
⇒
画出不等式表示的平面区域,如图所示,
当目标函数w=a-4b过N(-5,6)时,
对应的w=-29;
当目标函数w=a-4b过M(-2,-3)时,
对应的w=10.
故w=a-4b的取值范围为(-29,10).
设,
.
(Ⅰ)当时,求曲线
在
处的切线的方程;
(Ⅱ)如果存在,使得
成立,求满足上述条件的最大整数
;
(Ⅲ)如果对任意的,都有
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
;(3)
.
试题分析:本题考查导数的运算,利用导数研究函数的单调性、最值等基础知识,考查函数思想和转化思想,考查综合分析和解决问题的能力.第一问,将代入得到
解析式,求
将
代入得到切线的斜率,再将
代入到
中得到切点的纵坐标,利用点斜式求出切线方程;第二问,先将问题转化为
,进一步转化为求函数
的最大值和最小值问题,对
求导,通过画表判断函数的单调性和极值,求出最值代入即可;第三问,结合第二问的结论,将问题转化为
恒成立,进一步转化为
恒成立,设出新函数
,求
的最大值,所以
即可.
试题解析:(1)当时,
,
,
,
,
所以曲线在
处的切线方程为
; 2分
(2)存在,使得
成立等价于:
,
考察,
,
由上表可知:,
,
所以满足条件的最大整数; 7分
(3)当时,
恒成立等价于
恒成立,
记,
,
,
记,
,由于
,
,所以
在
上递减,
当时,
,
时,
,
即函数在区间
上递增,在区间
上递减,
所以,所以
.
已知函数,其中
.
(1)若,求曲线
在点
处的切线方程;
(2)求函数的极大值和极小值,若函数有三个零点,求
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
.
试题分析:(1)本小题首先代入求得原函数的导数,然后求出切点坐标和切线的斜率,最后利用点斜式求得切线方程
;
(2)本小题首先求得原函数的导数,通过导数零点的分析得出原函数单调性,做成表格,求得函数的极大值和极小值
,若要
有三个零点,只需
即可,解不等式即可.
试题解析:(Ⅰ)当时,
;
所以曲线在点
处的切线方程为
,
即 6分
(Ⅱ)=
.令
,解得
8分
因,则
.当
变化时,
、
的变化情况如下表:
则极大值为:,极小值为:
,
若要有三个零点,
只需即可,
解得,又
.因此
故所求的取值范围为
13分
已知函数(m为常数,e=2.71828…是自然对数的底数),函数
的最小值为1,其中
是函数f(x)的导数.
(1)求m的值.
(2)判断直线y=e是否为曲线f(x)的切线,若是,试求出切点坐标和函数f(x)的单调区间;若不是,请说明理由.
正确答案
(1) 1 ;(2)是,(1,e);单调减区间(0,+∞).
试题分析:(1)求导数,转化为分式不等式,最后根据不等式的基本性质求解即可.(2)利用导数的几何意义,求过(1,e)的切线即可验证.
试题解析:由,得
,
∞),
=
,
所以2-m=1,解得m=1.
(2)由(1)得,得
,令h(x)=
,则
=
,
当时,
>0,当
∞)时,
<0,所以h(x)max=h(1)=0.
又因为ex>0,所以可得当∞)时,
恒成立.故当
∞)时,函数
单调递减.
因为且
,所以曲线
在(1,e)点出的切线方程为y-e=0(x-1),即y=e.
所以直线y=e是曲线f(x)的切线,切点坐标(1,e),且在
∞)上单调递减.
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