- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数.
(Ⅰ)若函数在
上为增函数,求实数
的取值范围;
(Ⅱ)当且
时,证明:
.
正确答案
(I)的取值范围为
.(Ⅱ)详见解析.
试题分析:(I)函数在
上为增函数,则导数
在
上恒成立,即
在
上恒成立.这只需
即可.(Ⅱ)注意用第(I)题的结果.由(I)可得,
,从而得
恒成立,(当且仅当
时,等号成立),由此得
,即
.如何将这个这个不等式与待证不等式联系起来?在
中,令
,得
.
由此得,即
.这样叠加即可得:
.
试题解析:(I)函数的定义域为
. 1分
在
上恒成立,即
在
上恒成立, 2分
∵ ∴
,∴
的取值范围为
4分
(Ⅱ)由(I)当,
时,
,又
,
∴(当
时,等号成立),即
5分
又当时,设
,
则∴
在
上递减,
∴,即
在
恒成立,
∴时,
①恒成立,(当且仅当
时,等号成立), 7分
∴当时,
,由①得
,即
..②.
当时,
,
,在
中,令
,得
.. ③.
∴由②③得,当时,
,即
. 10分
∴,
,
,
.
∴. 12分
已知函数,
,(其中
),设
.
(Ⅰ)当时,试将
表示成
的函数
,并探究函数
是否有极值;
(Ⅱ)当时,若存在
,使
成立,试求
的范围.
正确答案
(Ⅰ)当时
在定义域内有且仅有一个极值,当
时
在定义域内无极值;
(Ⅱ)或
试题分析:(Ⅰ)观察与
的特点
,可得
,
,
,即可得到函数
,观察此函数特征可想到对其求导得
,由二次函数的图象不难得出
在
上有解的条件
,进而求出
的范围; (Ⅱ)由
可得
,又由
可得
,故可令函数
的最大值为正,对函数求导令其为0得
求出
,由
与
,和
与
的大小关系对
进行分类讨论,并求出各自情况的最大值,由最大值大于零即可求出
的范围.
试题解析:(Ⅰ)∵,
,
∴ ∴
(3分)
设是
的两根,则
,∴
在定义域内至多有一解,
欲使在定义域内有极值,只需
在
内有解,且
的值在根的左右两侧异号,∴
得
(6分)
综上:当时
在定义域内有且仅有一个极值,当
时
在定义域内无极值.
(Ⅱ)∵存在,使
成立等价于
的最大值大于0,
∵,∴
,
∴得
.
当时,
得
;
当时,
得
(12分)
当时,
不成立 (13分)
当时,
得
;
当时,
得
;
综上得:或
(16分)
已知函数图像上点
处的切线与直线
平行(其中
),
(I)求函数的解析式;
(II)求函数上的最小值;
(III)对一切恒成立,求实数
的取值范围。
正确答案
(I) (II)
.
(III)实数的取值范围为
.
试题分析:(I)由点处的切线方程与直线
平行,得该切线斜率为2,即
又所以
4分
(II)由(I)知,显然
当
所以函数
上单调递减.当
时
,所以函数
上单调递增,
①
②时,函数
上单调递增,
因此 7分
所以 10分
(III)对一切恒成立,又
即设
则由
单调递增,
单调递减,
单调递增,
所以
因为对一切恒成立,
故实数的取值范围为
14分
点评:难题,本题(1)较为简单,主要利用“曲线切线的斜率,等于在切点的导函数值”。本题(2)主要利用“在给定区间,导函数值非负,函数为增函数;导函数值非正,函数为减函数”,研究函数的单调区间。(3)作为不等式恒成立问题,通过构造函数,研究函数的单调性、极值(最值),使问题得到解决。
已知函数.
⑴ 设.试证明
在区间
内是增函数;
⑵ 若存在唯一实数使得
成立,求正整数
的值;
⑶ 若时,
恒成立,求正整数
的最大值.
正确答案
(1)证明见解析
(2) .
(3)正整数的最大值为3.
(1)因为所以
.
∴ , 则
, ∴
在
内单调递增 .
解:(2) ∵,
,∴由(1)可得
在
内单调递增,
即存在唯一根
, ∴
.
(3) 由得
且
恒成立,由(2)知存在唯一实数
,
使且当
时,
,∴
,当
时,
,∴
.
∴ 当时,
取得最小值
.
∵ , ∴
. 于是,
∵
,
∴ ∴
,故正整数
的最大值为3.
已知函数.其中
.
(1)若曲线y=f(x)与y=g(x)在x=1处的切线相互平行,求两平行直线间的距离;
(2)若f(x)≤g(x)-1对任意x>0恒成立,求实数的值;
(3)当<0时,对于函数h(x)=f(x)-g(x)+1,记在h(x)图象上任取两点A、B连线的斜率为
,若
,求
的取值范围.
正确答案
(1) ;(2)2; (3)
试题分析:(1)因为曲线y=f(x)与y=g(x)在x=1处的切线相互平行,所以分别对这两个函数求导,可得导函数在x=1处的斜率相等,即可求出的值以及求出两条切线方程.再根据平行间的距离公式求出两切线的距离.
(2) 由f(x)≤g(x)-1对任意x>0恒成立,所以构造一个新的函数,在x>0时求出函数的最值符合条件即可得到的范围.
(3)根据(2)所得的结论当当<0时,由(2)知
<0,∴h(x)在(0,+∞)上是减函数,所以根据
可以得到函数与变量的关系式,从而构造一个新的函数,得到
的范围.
试题解析:(1),依题意得:
="2;"
曲线y=f(x)在x=1处的切线为2x-y-2=0,
曲线y=g(x)在x=1处的切线方程为2x-y-1=0.两直线间的距离为
(2)令h(x)=f(x)-g(x)+1, ,则
当≤0时, 注意到x>0, 所以
<0, 所以h(x)在(0,+∞)单调递减,又h(1)=0,故0
当>0时,
当,
当
时,
所以h(x)在上是增函数,在上是减函数,
∴h(x)≤
因为h(1)=0,又当≠2时,≠1,
与
不符.所以
=2.
(3)当<0时,由(2)知
<0,∴h(x)在(0,+∞)上是减函数,
不妨设0
∴|h(x1)-h(x2)|≥|x1-x2|
等价于h(x1)-h(x2)≥x2-x1,即h(x1)+x1≥h(x2)+x2,令H(x)=h(x)+x=lnx-x2+x+1,H(x)在(0,+∞)上是减函数,
∵ (x>0),∴-2x2+x+
≤0在x>0时恒成立,∴
≤(2x2-x)min又x>0时, (2x2-x)min=
∴a≤-,又a<0,∴a的取值范围是.
已知函数.
(1)当时,求
的极值;
(2)当时,讨论
的单调性;
(3)若对任意的,
,恒有
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1)的极小值为
,无极大值;
(2)①当时,
在
和
上是减函数,在
上是增函数;
②当时,
在
上是减函数;
③当时,
在
和
上是减函数,在
上是增函数
(3).
试题分析:第一问,将代入
中确定函数
的解析式,对
进行求导,判断
的单调性,确定在
时,函数
有极小值,但无极大值,在解题过程中,注意函数的定义域;第二问,对
求导,
的根为
和
,所以要判断函数
的单调性,需对
和
的大小进行3种情况的讨论;第三问,由第二问可知,当
时,
在
为减函数,所以
为最大值,
为最小值,所以
的最大值可以求出来,因为
对任意的
恒成立,所以
,将
的最大值代入后,
,又是一个恒成立,整理表达式,即
对任意
恒成立,所以再求
即可.
试题解析:(1)当时,
1分
由,解得
. 2分
∴在
上是减函数,在
上是增函数. 3分
∴的极小值为
,无极大值. 4分
(2). 5分
①当时,
在
和
上是减函数,在
上是增函数; 6分
②当时,
在
上是减函数; 8分
③当时,
在
和
上是减函数,在
上是增函数. 8分
(3)当时,由(2)可知
在
上是减函数,
∴. 9分
由对任意的
恒成立,
∴ 10分
即对任意
恒成立,
即对任意
恒成立, 11分
由于当时,
,∴
. 12分
已知函数.
(1)当时,如果函数
仅有一个零点,求实数
的取值范围;
(2)当时,试比较
与1的大小;
(3)求证:
正确答案
(1)的取值范围是
或
;(2)①当
时,
,即
;
②当时,
,即
;③当
时,
,即
;(3)证明过程详见解析.
试题分析:本题考查函数与导数、导数的运算、利用导数判断函数的单调性、利用导数求函数的极值与最值等数学知识和方法,考查综合运用数学知识和方法分析问题和解决问题的能力,考查函数思想和分类讨论思想.第一问,先将代入得到
解析式,因为
仅有一个零点,所以
和
仅有一个交点,所以关键是
的图像,对
求导,令
和
判断函数的单调性,确定函数的极值和最值所在位置,求出具体的数值,便可以描绘出函数图像,来决定
的位置;第二问,先将
代入,得到
解析式,作差法比较大小,得到新函数
,判断
的正负即可,通过对
求导,可以看出
在
上是增函数且
,所以分情况会出现3种大小关系;第三问,法一:利用第二问的结论,得到表达式
,再利用不等式的性质得到所证表达式的右边,左边是利用对数的运算性质化简,得证;法二,用数学归纳法证明,先证明当
时不等式成立,再假设当
时不等式成立,然后利用假设的结论证明当
时不等式成立即可.
试题解析:(1)当时,
,定义域是
,
,令
,得
或
.
∵当或
时,
,当
时,
,
∴的极大值是
,极小值是
.
∵当时,
,当
时,
,
当
仅有一个零点时,
的取值范围是
或
. 4分
(2)当时,
,定义域为
.
令,
,
在
上是增函数.
①当时,
,即
;
②当时,
,即
;
③当时,
,即
. 8分
(3)(法一)根据(2)的结论,当时,
,即
.
令,则有
,
.
,
. 12分
(法二)当时,
.
,
,即
时命题成立.
设当时,命题成立,即
.
时,
.
根据(2)的结论,当时,
,即
.
令,则有
,
则有,即
时命题也成立.
因此,由数学归纳法可知不等式成立.
已知函数的图象在
上连续,定义:
,
.其中,
表示函数
在
上的最小值,
表示函数
在
上的最大值.若存在最小正整数
,使得
对任意的
成立,则称函数
为
上的“
阶收缩函数”.
(Ⅰ)若,试写出
,
的表达式;
(Ⅱ)已知函数,试判断
是否为
上的“
阶收缩函数”.如果是,求出对应的
;如果不是,请说明理由;
(Ⅲ)已知,函数
是
上的2阶收缩函数,求
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ),
;(Ⅱ)存在k=4,使得f(x)是[﹣1,4]上的4阶收缩函数.(Ⅲ)
试题分析:(Ⅰ)根据f(x)=cosx的最大值为1,可得f1(x)、f2(x)的解析式.
(Ⅱ)根据函数f(x)=x2在x∈[-1,4]上的值域,先写出f1(x)、f2(x)的解析式,再由f2(x)-f1(x)≤k(x-a)求出k的范围得到答案.
(3)先对函数f(x)进行求导判断函数的单调性,进而写出f1(x)、f2(x)的解析式,
然后再由f2(x)-f1(x)≤k(x-a)求出k的范围得到答案.
试题解析:
(Ⅰ)由题意可得:,
2分
(Ⅱ),
,
所以 4分
当时,
,∴
,即
;
当时,
,∴
,即
;
当时,
,∴
,即
.
综上所述,∴
即存在k=4,使得f(x)是[﹣1,4]上的4阶收缩函数. 7分
(Ⅲ)令
得
或
.函数f(x)的变化情况如下:
令f(x)=0,解得x=0或3.
(ⅰ)b≤2时,f(x)在[0,b]上单调递增,因此,
.
因为是[0,b]上的2阶收缩函数,所以,①
对x∈[0,b]恒成立;②存在x∈[0,b],使得
成立.
①即:对x∈[0,b]恒成立,由
,解得:0≤x≤1或x≥2,
要使对x∈[0,b]恒成立,需且只需0<b≤1.
②即:存在x∈[0,b],使得成立.由
得:x<0或
,所以
.
综合①②可得:. 10分
(ⅱ)当b>2时,显然有,由于f(x)在[0,2]上单调递增,根据定义可得:
,
,可得
,
此时,不成立. 12分
综合ⅰ)ⅱ)可得:的取值范围为
. 13分
(注:在(ⅱ)中只要取区间内的一个数来构造反例即可,这里用
只是因为简单而已)
已知实数函数
(
为自然对数的底数).
(Ⅰ)求函数的单调区间及最小值;
(Ⅱ)若≥
对任意的
恒成立,求实数
的值;
(Ⅲ)证明:
正确答案
(Ⅰ)单调递减区间为
,单调递增区间为
,
;(Ⅱ)
;(Ⅲ)证明见解析
试题分析:(Ⅰ)利用导数分析函数的单调性,由得出函数
单调递减区间为
,单调递增区间为
,从而
;(Ⅱ)先由(Ⅰ)中
时的单调性可知
,即
,构造函数
,由导函数分析可得
在
上增,在
上递减,则
,由
对任意的
恒成立,故
,得
;(Ⅲ)先由(Ⅱ)
,即
,由于
,从 而由放缩和裂项求和可得:
.
试题解析:(I)当,
由, 得单调增区间为
;
由,得单调减区间为
, 2分
由上可知 4分
(II)若对
恒成立,即
,
由(I)知问题可转化为对
恒成立 . 6分
令 ,
,
在
上单调递增,在
上单调递减,
∴.
即 , ∴
. 8分
由图象与
轴有唯一公共点,知所求
的值为1. 9分
(III)证明:由(II)知, 则
在
上恒成立.
又, 11分
12分
.14分
已知函数,其中
.
(Ⅰ)若,求曲线
在点
处的切线方程;
(Ⅱ)求在区间
上的最大值和最小值.
正确答案
(I);(II)详见解析.
试题分析:(I)求出导数即切线斜率,代入点斜式;(II)列表,依据参数分情况讨论,求最值.
试题解析:(Ⅰ)解:的定义域为
, 且
. 2分
当时,
,
,
所以曲线在点
处的切线方程为
,
即 . 4分
(Ⅱ)解:方程的判别式为
.
(ⅰ)当时,
,所以
在区间
上单调递增,所以
在区间
上的最小值是;最大值是
. 6分
(ⅱ)当时,令
,得
,或
.
和
的情况如下:
故的单调增区间为
,
;单调减区间为
.
8分
① 当时,
,此时
在区间
上单调递增,所以
在区间
上的最小值是;最大值是
. 10分
② 当时,
,此时
在区间
上单调递减,在区间
上单调递增,
所以在区间
上的最小值是
. 11分
因为 ,
所以 当时,
在区间
上的最大值是
;当
时,
在区间
上的最大值是
. 12分
③ 当时,
,此时
在区间
上单调递减,
所以在区间
上的最小值是
;最大值是
.14分
综上,
当时,
在区间
上的最小值是
,最大值是
;
当时,
在区间
上的最小值是
,最大值是
;
当时,
在区间
上的最小值是
,最大值是
;
当时,
在区间
上的最小值是
,最大值是
.
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