- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
设函数.
(1)当,
时,求函数
的最大值;
(2)令,其图象上存在一点
,使此处切线的斜率
,求实数
的取值范围;
(3)当,
时,方程
有唯一实数解,求正数
的值.
正确答案
(1)函数的最大值为
;(2)实数
的取值范围是
;(3)
.
试题分析:(1)将,
代入函数
的解析式,然后利用导数求出函数
的最大值;(2)先确定函数
的解析式,并求出函数
的导数,然后利用导数的几何意义将问题转化为
,利用恒成立的思想进行求解;(3)方法一是利用参数分离,将问题转化为方程
、
有且仅有一个实根,然后构造新函数
,利用导数求出函数
的极值从而求出参数
的值;方法二是直接构造新函数
,利用导数求函数
的极值,并对参数
的取值进行分类讨论,从而求出参数
的值.
试题解析:(1)依题意,的定义域为
,
当,
时,
,
,
由 ,得
,解得
;
由 ,得
,解得
或
.
,
在
单调递增,在
单调递减;
所以的极大值为
,此即为最大值;
(2),
,则有
在
上有解,
∴,
,
所以当时,
取得最小值
,
;
(3)方法1:由得
,令
,
,
令,
,∴
在
单调递增,
而,∴在
,
,即
,在
,
,即
,
∴在
单调递减,在
单调递增,
∴极小值为
,令
,即
时方程
有唯一实数解.
方法2:因为方程有唯一实数解,所以
有唯一实数解,
设,则
,令
,
因为
,
,所以
(舍去),
,
当时,
,
在
上单调递减,
当时,
,
在
上单调递增,
当时,
取最小值
.
若方程有唯一实数解,
则必有 即
所以,因为
所以
12分
设函数,因为当
时,
是增函数,所以
至多有一解.
∵,∴方程(*)的解为
,即
,解得
.
已知函数f(x)=(e为自然对数的底数)设方程f(x)=x的一个根为t,且a>t,f(a)=b.
(1)求函数f(x)的导函数f′(x);求导函数f′(x)的值域;
(2)证明:①a>b,②a+f(a)>b+f(b).
正确答案
(1)f′(x)==
≤1,导函数f′(x)的值域(0,1],
(2)设g(x)=f(x)-x,则g′(x)=f′(x)-1≤0,所以g(x)在R上是减函数,
∵a>t,方程f(x)=x的一个根为t,即g(t)=0,
∴g(a)<g(t)=0,而g(a)=f(a)-a
∴f(a)-a<0,f(a)<a,f(a)=b,即a>b;
设h(x)=f(x)+x,则h′(x)=f′(x)+1≥0,
∴h(x)在R上是增函数,又a>b,
∴h(a)>h(b),
即a+f(a)>b+f(b).
已知函数
(I)若,是否存在a,b
R,y=f(x)为偶函数.如果存在.请举例并证明你的结论,如果不存在,请说明理由;
〔II)若a=2,b=1.求函数在R上的单调区间;
(III )对于给定的实数成立.求a的取值范围.
正确答案
(I) 存在使
为偶函数〔II)
的增区间为
,减区间为
。(III )
时,
;当
时,
(Ⅰ)存在使
为偶函数,………………(2分)
证明如下:此时:,
,
为偶函数。………………(4分)
(注:也可以)
(Ⅱ)=
,………………(5分)
①当时
,
在
上为增函数。………………(6分)
②当时
,
则,令
得到
,
(ⅰ)当时
,
在
上为减函数。
(ⅱ) 当时
,
在
上为增函数。………………(8分)
综上所述:的增区间为
,减区间为
。………………(9分)
(Ⅲ),
,
成立。
即:…………………………………………………(10分)
①当时,
为增函数或常数函数,
当
时
恒成立。
综上所述:……………………………………………(12分)
②当时,
在[0,1]上为减函数,
恒成立。
综上所述:……………………………………………(13分)
由①②得当时,
;
当时,
.……………………………………………(14分)
已知函数,
,
图象与
轴异于原点的交点M处的切线为
,
与
轴的交点N处的切线为
, 并且
与
平行.
(1)求的值;
(2)已知实数t∈R,求的取值范围及函数
的最小值;
(3)令,给定
,对于两个大于1的正数
,存在实数
满足:
,
,并且使得不等式
恒成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1)2 (2) (3)
试题分析:
(1)根据题意求出f(x),g(x-1)与x轴交点的坐标,利用切线平行,即导函数在交点处的导函数值相等,即可求出f(x)中参数a的值,进而得到f(2).
(2)可以利用求定义域,求导,求单调性与极值 对比极值与端点值得到的取值范围
.进而直接用u替代
中的
,把问题转化为求解
在区间
上的最小值,即为一个含参二次函数的最值.则利用二次函数的单调性,即分对称轴在区间
的左边,中,右边三种情况进行讨论得到函数
的最小值.
(3)对F(x)求导求并确定导函数的符号得到函数F(x)的单调性,有了F(x)的单调性,则要得到不等式,我们只需要讨论m的范围确定的大小关系,再根据单调性得到
的大小关系,判断其是否符合不等式
,进而得到m的取值范围.
试题解析:
(1) 图象与
轴异于原点的交点
,
1分
图象与
轴的交点
,
2分
由题意可得, 即
, 3分
∴,
4分
(2)=
5分
令,在
时,
,
∴在
单调递增,
6分
图象的对称轴
,抛物线开口向上
①当即
时,
7分
②当即
时,
8分
③当即
时,
9分
,
所以在区间
上单调递增
∴时,
10分
①当时,有
,
,
得,同理
,
∴ 由的单调性知
、
从而有,符合题设. 11分
②当时,
,
,
由的单调性知
,
∴,与题设不符 12分
③当时,同理可得
,
得,与题设不符. 13分
∴综合①、②、③得 14分
设, 已知函数
(Ⅰ) 证明在区间(-1,1)内单调递减, 在区间(1, + ∞)内单调递增;
(Ⅱ) 设曲线在点
处的切线相互平行, 且
证明
.
正确答案
见解析
(Ⅰ)证明:设函数,
,
①,因为
,所以当
时,
,
所以函数在区间(-1,0)内单调递减;
②,因为
,所以当
时,
;当
时,
,即函数
在区间(0,1)内单调递减,在区间
内单调递增.
综合①②及,可知函数
在区间(-1,1)内单调递减, 在区间(1, + ∞)内单调递增.
(Ⅱ)证明:由(Ⅰ)知,在区间
内单调递减,在区间
内单调递减,在区间
内单调递增.因为曲线
在点
处的切线相互平行,从而
互不相等,且
.不妨设
,
由=
=
,可得
,
解得,从而
,
设,则
,
由=
,解得
,所以
,
设,则
,因为
,所以
,
故=
,即
.
本题第(Ⅰ)问,可以分两段来证明,都是通过导数的正负来判断单调性;第(Ⅱ)问,由切线平行知,切线的斜率相等,然后构造函数解决.判断分段函数的单调性时,要分段判断;证明不等式时,一般构造函数解决.
【考点定位】本小题主要考查导数的运算及其几何意义,利用导数研究函数的单调性,考查分类讨论思想、化归思想、函数思想,考查综合分析问题和解决问题的能力.
已知函数
(1)讨论函数的单调性;
(2)若时,关于
的方程
有唯一解,求
的值;
(3)当时,证明: 对一切
,都有
成立.
正确答案
(1)当k是奇数时, f(x)在(0,+)上是增函数;
当k是偶数时,f (x)在上是减函数,在
上是增函数.
(2)
(3)当时, 问题等价于证明
由导数可求的最小值是
,当且仅当
时取到,
设,利用导数求解。
试题分析:(1)由已知得x>0且.
当k是奇数时,,则f(x)在(0,+
)上是增函数;
当k是偶数时,则.
所以当x时,
,当x
时,
.
故当k是偶数时,f (x)在上是减函数,在
上是增函数.…………4分
(2)若,则
.
记
,
若方程f(x)=2ax有唯一解,即g(x)=0有唯一解; 令,得
.因为
,所以
(舍去),
. 当
时,
,
在
是单调递减函数;
当时,
,
在
上是单调递增函数.
当x=x2时, ,
. 因为
有唯一解,所以
.
则 即
设函数
,
因为在x>0时,h (x)是增函数,所以h (x) = 0至多有一解.
因为h (1) = 0,所以方程(*)的解为x 2 = 1,从而解得…………10分
另解:即
有唯一解,所以:
,令
,则
,设
,显然
是增函数且
,所以当
时
,当
时
,于是
时
有唯一的最小值,所以
,综上:
.
(3)当时, 问题等价于证明
由导数可求的最小值是
,当且仅当
时取到,
设,则
,
易得,当且仅当
时取到,
从而对一切,都有
成立.故命题成立.…………16分
点评:难题,利用导数研究函数的单调性、极值、最值,不等式恒成立问题,是导数应用的常见问题,本题因为参数的引入,增大了讨论的难度,学生易出错。不等式恒成立问题,往往通过构造函数,研究函数的最值,使问题得解。
已知函数且
(1)求的单调区间;
(2)令,设函数
在
处取得极值
,记点
,证明:线段
与曲线
存在异于
、
的公共点;
正确答案
(1)当时,函
数
的单调增区间为
和
,单调减区间为
;
当时,函数
的单调增区间为
R;
当时,函数
的单调增区间为
和
,单调减区间为
(2)略
(1)由(I)得
故
令,则
或
①当
时,
当变化时,
与
的变化情况如下表:
由此得,函数的单调增
区间为
和
,单调减区
间为
②由时,
,此时,
恒成立,且仅在
处
,
故函数的单增区间为R
③当时,
,同理可得
函数
的单调增区间为
和
,单调减区间为
综上:
当时,函
数
的单调增区间为
和
,单调减区间为
;
当时,函数
的单调增区间为
R;
当时,函数
的单调增区间为
和
,单调减区间为
(2)当时,得
由,得
由(Ⅱ)得的单调增区间为
和
,单调减区间为
所以函数在
处取得极值。
故
所以直线的方程为
由得
令
易得,而
的图像在
内是一条连续不断的曲线,
故在
内存在零点
,这表明线段
与曲线
有异于
的公共点
.
已知
(1)若存在单调递减区间,求
的取值范围;
(2)若时,求证
成立;
(3)利用(2)的结论证明:若
正确答案
(1)(2)见解析(3)见解析
(1),
有单调减区间,
有解
,
有解
①时合题意
②时,
,即
,
的范围是
(2)设,
∴当x=0时,Φ(x)有最大值0,恒成立
即成立 (8分)
(3)
求证成立 (12分)
已知函数f(x)=aln x-ax-3(a∈R).
(1)若a=-1,求函数f(x)的单调区间;
(2)若函数y=f(x)的图象在点(2,f(2))处的切线的倾斜角为45°,对于任意的t∈[1,2],函数g(x)=x3+x2 (f′(x)是f(x)的导函数)在区间(t,3)上总不是单调函数,求m的取值范围;
(3)求证:×…×
<
(n≥2,n∈N*)
正确答案
(1)单调增区间为(1,+∞),减区间为(0,1).(2)不是,(3)见解析
(1)解 当a=-1时,f′(x)= (x>0)
令f′(x)>0,得x∈(1,+∞);
令f′(x)<0,得x∈(0,1).
∴函数f(x)的单调增区间为(1,+∞),减区间为(0,1).
(2)解 ∵f′(x)= (x>0),∴f′(2)=-
=1得a=-2,∴f(x)=-2ln x+2x-3,g(x)=x3+
x2-2x,∴g′(x)=3x2+(m+4)x-2,∵g(x)在区间(t,3)上总不是单调函数,且g′(0)=-2,∴
由题意知:对于任意的t∈[1,2],g′t<0恒成立,
所以,∴-
<m<-9.
故m的取值范围是.
(3)证明 由(1)知当x∈(1,+∞)时f(x)>f(1),即-ln x+x-1>0,∴0
∵n≥2,n∈N*,则有0.
∴ (n≥2,n∈N*).
已知向量m=(ex,ln x+k),n=(1,f(x)],m∥n(k为常数),曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与y轴垂直,F(x)=xexf′(x).
(1)求k的值及F(x)的单调区间;
(2)已知函数g(x)=-x2+2ax(a为正实数),若对于任意x2∈[0,1],总存在x1∈(0,+∞),使得g(x2)<F(x1),求实数a的取值范围.
正确答案
(1)k=1,F(x)的增区间为,减区间为
.(2)
(1)由已知,得f(x)=,∴f′(x)=
,由已知,f′(1)=
=0,∴k=1,∴F(x)=xexf′(x)=x
=1-xln x-x,所以F′(x)=-ln x-2,由F′(x)=-ln x-2≥0⇒0<x≤
,由F′(x)=-ln x-2≤0⇒x≥
∴F(x)的增区间为
,减区间为
.
(2)∵对于任意x2∈[0,1],总存在x1∈(0,+∞),
使得g(x2)<F(x1),∴g(x)max<F(x)max .
由(1)知,当x=时,F(x)取得最大值F
=1+
.
对于g(x)=-x2+2ax,其对称轴为x=a,
当0<a≤1时,g(x)max=g(a)=a2,∴a2<1+,从而0<a≤1,当a>1时,g(x)max=g(1)=2a-1,∴2a-1<1+
,从而1<a<1+
.
综上可知:实数a的取值范围是.
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