- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知,
,
,其中e是无理数且e="2.71828" ,
.
(1)若,求
的单调区间与极值;
(2)求证:在(1)的条件下,;
(3)是否存在实数a,使的最小值是
?若存在,求出a的值;若不存在,说明理由.
正确答案
(1)的单调递减区间为(0,1),单调递增区间为(1,e),
的极小值为
;(2)证明见解析;(3)存在实数
,使得
在
上的最小值为-1.理由见解析.
试题分析:(1)将代入后对函数求导,可得
,令
,可解得函数的单调区间,从而判断出极值; (2) 构造函数
,由
知
,故不等式成立;(3)假设存在实数a,使
(
)有最小值-1,
,对
进行讨论,注意
,当
时,
,
无最小值;当
时,
,得
;当
时,
,
,得
(舍去),存在实数
,使得
在
上的最小值为-1.
解:(1)当a=1时,,
,
(1分)
令,得x=1.
当时,
,此时
单调递减; (2分)
当时,
,此时
单调递增. (3分)
所以的单调递减区间为(0,1),单调递增区间为(1,e),
的极小值为
(4分)
(2)由(1)知在
上的最小值为1.(5分)
令,
,所以
.(6分)
当时,
,
在
上单调递增, (7分)
所以.
故在(1)的条件下,.(8分)
(3)假设存在实数a,使(
)有最小值-1.
因为, (9分)
①当时,
,
在
上单调递增,此时
无最小值; (10分)
②当时,当
时,
,故
在(0,a)单调递减;当
时,
,故
在(a,e)单调递增; (11分)
所以,得
,满足条件; (12分)
③当时,因为
,所以
,故
在
上单调递减.
,得
(舍去); (13分)
综上,存在实数,使得
在
上的最小值为-1.(14分)
已知函数,其中a为常数.
(1)当时,求
的最大值;
(2)若在区间(0,e]上的最大值为
,求a的值;
(3)当时,试推断方程
=
是否有实数解.
正确答案
(1)=f(1)=-1;(2)a=
;(3)方程|f(x)|=
没有实数解.
试题分析:(1)当a=-1时,f(x)=-x+lnx,f′(x)=-1+
由0
知f(x)在(0,1)上是增函数,在(1,+∞)上是减函数,从而=f(1)=-1.
(2)利用导数确定函数的最大值得,=f
=-1+ln
由-1+ln=-3,即得a=
.
(3)由(1)知当a=-1时=f(1)=-1,可知|f(x)|≥1;
应用导数研究g(x)=,得到
=g(e)=
<1,即g(x)<1,
根据|f(x)|>g(x),即|f(x)|>知方程|f(x)|=
没有实数解.
试题解析:(1)当a=-1时,f(x)=-x+lnx,f′(x)=-1+
当0
∴f(x)在(0,1)上是增函数,在(1,+∞)上是减函数,=f(1)=-14分
(2)∵f′(x)=a+,x∈(0,e],
∈
①若a≥,则f′(x)≥0,f(x)在(0,e]上增函数
∴=f(e)=ae+1≥0.不合题意 5分
②若a<,则由f′(x)>0
>0,即0
由f(x)<0<0,即
上增函数,在
为减函数
∴=f
=-1+ln
令-1+ln=-3,则ln
=-2∴
=
,即a=
.
∵<
,
∴a=为所求 8分
(3)由(1)知当a=-1时=f(1)=-1,
∴|f(x)|≥1
又令g(x)=,g′(x)=
,令g′(x)=0,得x=e,
当0=g(e)=
<1,∴g(x)<1
∴|f(x)|>g(x),即|f(x)|>∴方程|f(x)|=
没有实数解. 12分
已知关于x的函数
(1)当时,求函数
的极值;
(2)若函数没有零点,求实数a取值范围.
正确答案
(1)函数的极小值为
;(2)
.
试题分析:(1),当
时,
可利用导函数的符号判断函数的单调性并求得极值;
(2)要使函数没有零点,可借助导数研究函数
的单调性及极值,参数
的值要确保
在定义域内恒正(或恒负),即函数
的最小值为正,或最大值为负,并由此求出
的取值范围.
试题解析:
解:(1),
. 2分
当时,
,
的情况如下表:
所以,当时,函数
的极小值为
. 6分
(2). 7分
当时,
的情况如下表:
因为F(1)=1>0, 8分
若使函数F(x)没有零点,需且仅需,解得
, 9分
所以此时;10分
当时,
的情况如下表:
因为,且
,
所以此时函数总存在零点. 12分
(或:当时,
当时,令
即
由于令
得,即
时
,即
时
存在零点.)
综上所述,所求实数a的取值范围是.13分
已知函数.
(1)当时,求函数
的单调区间;
(2)若函数有两个极值点
,且
,求证:
;
(Ⅲ)设,对于任意
时,总存在
,使
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1)的递增区间为
和
,递减区间为
;(2)详见解析;(Ⅲ)实数
的取值范围为
.
试题分析:(1)当时,求函数
的单调区间,由于函数
含有对数函数,可通过求导来确定单调区间,由函数
,对
求导得,
,令
,
,解不等式得函数
的单调区间;(2)若函数
有两个极值点
,且
,求证:
,由于
有两个极值点
,则
有两个不等的实根,由根与系数关系可得,
,用
表示
,代入
,利用
即可证明;(Ⅲ)对于任意
时,总存在
,使
成立,即
恒成立,因此求出
,这样问题转化为,
在
上恒成立,构造函数,分类讨论可求出实数
的取值范围.
试题解析:
(1)当时,
,
令或
,
,
的递增区间为
和
,递减区间为
.
(2)由于有两个极值点
,则
有两个不等的实根,
设
,
在
上递减,
,即
.
(Ⅲ),
,
,
在
递增,
,
在
上恒成立
令,
则在
上恒成立
,又
当时,
,
在(2,4)递减,
,不合;
当时,
,
①时,
在(2,
)递减,存在
,不合;
②时,
在(2,4)递增,
,满足.
综上, 实数的取值范围为
.
已知函数,其中
为常数.
(Ⅰ)若函数是区间
上的增函数,求实数
的取值范围;
(Ⅱ)若在
时恒成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)
试题分析:(Ⅰ)函数是区间
上的增函数,所以
在
上恒成立。故应先求导,再求导函数的最小值使其大于等于
。(Ⅱ)
在
时恒成立即在
上
恒成立,故应去求函数
的最小值。应先求导,令导数等于0得
,讨论导数的正负,得函数
的单调区间。在讨论极值点
与0和2的大小得函数
在
上的单调性,根据单调性求函数
在
的最小值。
试题解析:(Ⅰ),
. 2分
因为函数是区间
上的增函数,
所以,即
在
上恒成立. 3分
因为是增函数,
所以满足题意只需,即
. 5分
(Ⅱ)令,解得
6分
的情况如下:
①当,即
时,
在
上的最小值为
,
若满足题意只需,解得
,
所以此时,; 11分
②当,即
时,
在
上的最小值为
,
若满足题意只需,求解可得此不等式无解,
所以不存在; 12分
③当,即
时,
在
上的最小值为
,
若满足题意只需,解得
,
所以此时,不存在. 13分
综上讨论,所求实数的取值范围为
.
已知函数
(1)若,求函数
的单调区间;
(2)若,且对于任意
不等式
恒成立,试确定实数
的取值范围;
(3)构造函数,求证:
正确答案
(1)若,函数
的单调递减区间是
,单调递增区间是
.
(2)若,且对于任意
不等式
恒成立,实数
的取值范围是
.
(3),
故.
解:(1),
.
当时,
;当
时,
.
因此,函数的单调递减区间是
,单调递增区间是
.
(2)由,得
.
当时,
.
此时,在
上单调递增.
故,符合题意.
②当时,
.
当变化时,
的变化情况如下表:
由上表可知,当时,
有最小值
.
依题意,得
,
.
综上:实数的取值范围是
.
(3),
,
,
因此,,
故.
已知P()为函数
图像上一点,O为坐标原点,记直线OP的斜率
。
(Ⅰ)求函数的单调区间;
(Ⅱ)设,求函数
的最小值。
正确答案
(Ⅰ)在
上单调递增,在
上单调递减;(Ⅱ)函数
的最小值为
.
试题分析:(Ⅰ)求函数的单调区间,首先确定函数
的解析式,由题意得函数
,
,求单调区间,由于含有对数函数可利用导数法,求导函数
,令
可得函数的单调增区间;令
,可得函数的单调减区间;(Ⅱ)求函数
的最小值,因为
,求导函数可得
,构造新函数
,确定
在
为单调递增函数,从而可求函数
的最小值.
试题解析:(Ⅰ),
,
,
故当即
时,
,当
时,
成立,
所以在
上单调递增,在
上单调递减。(4分)
(Ⅱ),
则,
设,则
,
故为
上的增函数,(8分)
又由于,因此
且
有唯一零点1,
在
为负,在
值为正,
因此在
为单调减函数,在
为增函数,
所以函数的最小值为
。(13分)
已知函数,如果函数
恰有两个不同的极值点
,
,且
.
(Ⅰ)证明:;(Ⅱ)求
的最小值,并指出此时
的值.
正确答案
(Ⅰ)详见解析;(Ⅱ)最小值为,此时
.
试题分析:(Ⅰ)函数有两个不同的极值点,等价于
有两个不等的实数根,即
有两个不同的零点
和
,利用导数判断
的形状,
,发现函数当
时,
是减函数;当
时,
是增函数,故
;(Ⅱ)
,又
,故
,是自变量为
,定义域
的函数,利用导数求其最值,并计算相应的
值.
试题解析:(Ⅰ)∵ 函数恰有两个不同的极值点
,
,即
有两个零点
,
,
∴方程有两个不同的零点
,
, 令
,
,当
时,
,
是减函数;当
时,
,
是增函数,∴
在
时取得最小值.
∴ .
(Ⅱ)∵,即
,∴
,于是
, ∴
,∵
,∴
.
∴ 当时,
,
是减函数;当
时,
,
是增函数.
∴ 在
上的最小值为
,此时
.
已知函数(
为自然对数的底数),
(
为常数),
是实数集
上的奇函数.
(1)求证:;
(2)讨论关于的方程:
的根的个数;
(3)设,证明:
(
为自然对数的底数).
正确答案
(1)证明详见解析.(2);
;
.(3)证明详见解析.
试题分析:(1)构造函数则
,求出
>0时x的取值,即函数h(x)的单调增区间,
时x的取值,即函数h(x)的单调减区间,可得
即
即可.(2)由
是
上的奇函数可得
,构造函数
求
,根据导数的性质求出函数
的单调区间,函数
的最大值为
,然后再根据直线y=m与函数
的交点个数判断原方程根的个数情况.(3)由(1)知
,令
,
试题解析:(1)证:令,令
时
时,
. ∴
∴ 即
. 4分
(2)为R上的奇函数,
令
8分
。
(3)由(1)知,令
,则
,所以原式=
+
+···+
+1,然后用缩放法证明即可.
于是,
∴=
+
+···+
+1
+
+···+
+1=
.12分
已知函数,
,函数
的图像在点
处的切线平行于
轴.
(1)求的值;
(2)求函数的极小值;
(3)设斜率为的直线与函数
的图象交于两点
,(
),证明:
.
正确答案
(1) ;(2)
;(3)证明过程详见解析.
试题分析:本题考查函数与导数及运用导数求切线方程、单调区间、最值等数学知识和方法,突出考查综合运用数学知识和方法分析问题解决问题的能力.第一问,对求导,将
代入得到切线的斜率,由已知得
,即
,所以
;第二问,利用第一问的结论得到
的解析式,对
求导,判断函数的单调性和极值;第三问,先用分析法得出与结论等价的式子,即
,先证不等式的右边,构造函数
,通过求导数判断函数的单调性,求出最大值,所以
,即
,再证不等式的左边,同样构造函数
,通过求导,求出最小值,即
,即
,综合上述两部分的证明可得
.
试题解析:(1)依题意得,则
由函数的图象在点
处的切线平行于
轴得:
∴ .
(2)由(1)得
∵函数的定义域为
,令
得
或
函数在
上单调递增,在
单调递减;在
上单调递增.故函数
的极小值为
(3)证法一:依题意得,
要证,即证
因,即证
令(
),即证
(
)
令(
)则
∴在(1,+
)上单调递减,
∴ 即
,
①
令(
)则
∴在(1,+
)上单调递增,
∴=0,即
(
) ②
综①②得(
),即
.
【证法二:依题意得,
令则
由得
,当
时,
,当
时,
,
在
单调递增,在
单调递减,又
即
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