- 导数在研究函数中的应用
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已知函数.
(1)求的最小值;
(2)当函数自变量的取值区间与对应函数值的取值区间相同时,这样的区间称为函数的保值区间.设,试问函数
在
上是否存在保值区间?若存在,请求出一个保值区间;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)在
处取得最小值
.
(2)函数在
上不存在保值区间,证明见解析.
试题分析:(1)求导数,解得函数的减区间
;
解,得函数的增区间
.
确定在
处取得最小值
.
也可以通过“求导数、求驻点、研究函数的单调区间、确定极值(最值)” .
(2)函数在
上不存在保值区间.
函数存在保值区间即函数存在自变量的取值区间与对应函数值的取值区间相同.因此,可以假设函数存在保值区间
,研究对应函数值的取值区间.在研究函数值取值区间过程中,要么得到肯定结论,要么得到矛盾结果.本题通过求导数:
,明确
时,
,得到所以
为增函数,因此
转化得到方程有两个大于
的相异实根,构造函数
后知其为单调函数,推出矛盾,作出结论.
试题解析:
(1)求导数,得.
令,解得
. 2分
当时,
,所以
在
上是减函数;
当时,
,所以
在
上是增函数.
故在
处取得最小值
. 6分
(2)函数在
上不存在保值区间,证明如下:
假设函数存在保值区间
,
由得:
因时,
,所以
为增函数,所以
即方程有两个大于
的相异实根 9分
设
因,
,所以
在
上单增
所以在区间
上至多有一个零点 12分
这与方程有两个大于
的相异实根矛盾
所以假设不成立,即函数在
上不存在保值区间. 13分
已知函数;
(1)若>0,试判断f(x)在定义域内的单调性;
(2)若f(x)在[1,e]上的最小值为,求
的值;
(3)若f(x)<x2在(1,上恒成立,求a的取值范围.
正确答案
(1)单调递增函数;(2);(3)
试题分析:(1)首先确定函数的定义域是,再求导数
=
,依题设中的条件判断
的符号,从而得到
在定义域内的单调性;
(2)由于=
=
,根据参数
对导数的取值的影响,恰当地对其分类讨论,根据
在
上的单调性,求出含参数
的最小值表达式,列方程求
的值, 并注意检查其合理性;
(3)由于
令,则可将原问题转化为求函数
的最大值问题,可借助导数进行探究.
试题解析:.解:(1)由题意f(x)的定义域为(0,+∞),且f'(x)=…(2分)
∵a>0,
∴f'(x)>0,
故f(x)在(0,+∞)上是单调递增函数 …(4分)
(2)由(1)可知,f′(x)=.
(1)若a≥﹣1,则x+a≥0,即f′(x)≥0在[1,e]上恒成立,此时f(x)在[1,e]上为增函数,
∴[f(x)]m1n=f(1)=﹣a=,
∴a=﹣(舍去) …(5分)
(2)若a≤﹣e,则x+a≤0,即f′(x)≤0在[1,e]上恒成立,此时f(x)在[1,e]上为减函数,
∴[f(x)]m1n=f(e)=1﹣(舍去)…(6分)
(3)若﹣e<a<﹣1,令f'(x)=0得x=﹣a,当1<x<﹣a时,f'(x)<0,
∴f(x)在(1,﹣a)上为减函数,f(x)在(﹣a,e)上为增函数,
∴[f(x)]m1n=f(﹣a)=ln(﹣a)+1=
∴[f(x)]m1n=f(﹣a)=ln(﹣a)+1=
∴a=﹣.…(8分)
(3)
又 9分
令
时,
在
上是减函数 10分
即在
上也是减函数,
所以,当时,
在
上恒成立
所以. 12分
(I)证明当
(II)若不等式取值范围.
正确答案
(I)见解析(II)
(I)令,
即
为增函数,
即
为减函数,
故,
为减函数,
(II)
下面证明,
综上
直接移项构造函数,比较容易想到,但是求出导函数后又变得无从下手,这时候需要二次求导分析来解决。两种解法各有特点。第二问主要是在第一问的基础上利用不等式进行适当的放缩,转化为另一个函数进行分析解答。
【考点定位】本题考查函数与导数,导数与不等式的综合应用。
设函数在
上的最大值为
(
).
(1)求数列的通项公式;
(2)求证:对任何正整数n (n≥2),都有成立;
(3)设数列的前n项和为Sn,求证:对任意正整数n,都有
成立.
正确答案
(1);(2)详见解析;(3)详见解析.
试题分析:(1)先求得,令
,得
或
,因为要考虑根与定义域
的位置关系,故需讨论n的取值.当
时,
,此时
,函数单调递减;当
时,
,将定义域分段,并考虑导函数符号,划分单调区间,判断函数大致图象,进而求最大值,从而求得
;(2)由(1)得
,将所求证不等式等价变形为,
,再利用二项式定理证明;(3)由(2)得,
,再将不等式放缩为可求和的数列问题处理.
(1)
,
当时,由
知
或
,
当时,则
,
时,
,
在
上单调递减,
所以
当时,
,
时,
,
时,
,
∴在
处取得最大值,即
,
综上所述,.
(2)当时,要证
,只需证明
∵
∴,所以,当
时,都有
成立.
(3)当时,结论显然成立;
当时,由(II)知
.
所以,对任意正整数,都有
成立. 13分
设f(x)=,其中a为正实数.
(1)当a=时,求f(x)的极值点.
(2)若f(x)为[,
]上的单调函数,求a的取值范围.
已知函数,(
).
(1)若有最值,求实数
的取值范围;
(2)当时,若存在
、
,使得曲线
在
与
处的切线互相平行,求证:
.
正确答案
(1);(2)证明过程详见解析.
试题分析:本题主要考查导数的计算、利用导数求曲线的切线方程、利用导数求函数的最值、基本不等式等基础知识,考查分类讨论思想和转化思想,考查学生的计算能力、转化能力和逻辑推理能力.第一问,先对求导,再讨论
方程的判别式,第一种情况
,第二种情况
且
,第三种情况
且
,数形结合判断函数
在定义域
上是否有最值;第二问,由于
在
与
处的切线互相平行,所以2个切线的斜率相等,得到关系式,利用基本不等式和不等式的性质证明结论.
试题解析:(1),
由知,
①当时,
,
在
上递增,无最值;
②当时,
的两根均非正,因此,
在
上递增,无最值;
③当时,
有一正根
,
在
上递减,在
上递增;此时,
有最小值;
所以,实数的范围为
. 7分
(2)证明:依题意:,
由于,且
,则有
. 12分
(本小题13分)己知函数。
(1)试探究函数的零点个数;
(2)若的图象与
轴交于
两点,
中点为
,设函数
的导函数为
, 求证:
。
正确答案
(1)时,
有2个零点;
时,
有1个零点;
时
没有零点;(2)证明详见解析.
试题分析:(1)先求导,求出极值点,然后分类求出函数的零点个数.(2)首先用函数的零根
表示出a,
,即
,
=
,然后代入
中,整理得
,设
,则
,
,通过导数求
的值域大于0即可得证.
试题解析:(1),则x=
是极大值点,函数
极大值
,(0,
)是单调增区间,(
,+
)是单调减区间;(1)当
,即
时,
有2个零点;(2)当
,即
时,
有1个零点;(3)当
,即
时
没有零点;
(2)由得
=,令
,设
,
则,又
,
,
即,又
,
。
已知函数.
(I)当时,求
的单调区间
(Ⅱ)若不等式有解,求实数m的取值菹围;
(Ⅲ)定义:对于函数和
在其公共定义域内的任意实数
,称
的值为两函数在
处的差值。证明:当
时,函数
和
在其公共定义域内的所有差值都大干2。
正确答案
(I) a=0时,f(x)在(0,+)上单调递增;当a<0时,f(x)在
上单调递增;f(x)在
上单调递减.(Ⅱ) m<0.(Ⅲ)证明详见解析.
试题分析:(I)首先求出原函数的导数,然后分类求出>0或
<0的解集,最后根据导数的性质,得出结论即可.(Ⅱ)由已知可知
有解,构造函数
,求导
,利用基本不等式判断导数的符号,确定函数
的单调性,求出最大值即可.(Ⅲ) 首先确定公共定义域(0,+
),
,然后构造函数
和
利用导函数的性质求出它们的单调性,极值点和极值,即可确定最值,求得
.
试题解析:(I)f(x)的定义域是(0,+),
.
1.当a=0时,>0,所以f(x)在(0,+
)上单调递增;
2.当a<0时,由=0,解得
,则
时,
>0,所以f(x)在
上单调递增;
时,
<0,所以f(x)在
上单调递减.
综上所述,a=0时,f(x)在(0,+)上单调递增;当a<0时,f(x)在
上单调递增;f(x)在
上单调递减.
(Ⅱ) 由题意有解,即
有解,
因此只需有解即可.
设
,则
因为,且
时,
.
所以<0,即
<0,
故h(x)在单调递减,
所以h(x)
(Ⅲ)当a=0时,,f(x)与g(x)的公共定义域为
,
,
设,则
,
在
上单调递增,所以
.
又设则
当时,
,
单调递增;
当时,
,
单调递减;
所以x=1为函数的极大值点,即
,故
.
即公共定义域内任一点差值都大于2.
(本小题满分13分)已知函数
(I)求函数的单调区间;
(II)若,在(1,2)上为单调递
减函数。求实数a的范围。
正确答案
(1)函数的定义域为
————1分
令 解得:
————4分
时,
。此时函数单调递减。
时,
。此时函数单调递增。 ————6分
(2)
由题意可知, 时,
恒成立。 ————9分
即
由(1)可知, ————11分
由可得
即 ————13分
略
已知函数,
(
).
(1)试讨论函数的单调性;
(2)设函数,
,当函数
有零点时,求实数
的最大值.
正确答案
(1)在区间上单调递增,在区间
上单调递减;(2)
试题分析:(1)先求导,再令导数等于0,讨论导数的符号,导数大于0得增区间,导数小于0得减区间。(2)时函数
有零点,说明存在
使
,故应先求导再判断函数
的单调性,用单调性求函数
的最值从而可得
的最大值。
试题解析:(1)令,得
.当
时,
;当
时,
,故函数
在区间
上单调递增,函数
在区间
上单调递减.
(2),
令,当
,
,所以
在
上为增函数,对于任意
,有
,即
,所以
在
上是增函数,
的最大值
,故函数
有零点时,实数
的最大值是
.
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