- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数.
(1)当时,求函数
在
上的最大值;
(2)令,若
在区间
上不单调,求
的取值范围;
(3)当时,函数
的图象与
轴交于两点
,且
,又
是
的导函数.若正常数
满足条件
.证明:
.
正确答案
(1)-1;(2);(3)详见解析.
试题分析:(1)根据利用导数求函数在闭区间上的最值的方法即可求得.
(2)首先将代入得
,然后求导:
.
在区间
上不单调,那么方程
在(0,3)上应有实数解,且不是重根即解两侧的导数值小于0.
将方程变形分离变量得:
.下面就研究函数
,易得函数
在
上单调递增,所以
,(
).结合图象知,
时,
在(0,3)上有实数解.这些解会不会是重根呢?
由得:
,若有重根,则
或
.这说明
时,没有重根. 由此得:
.
(3)时,
,所以
.
有两个实根
,则将两根代入方程,可得
.
再看看待证不等式:,这里面不仅有
,还有
,那么是否可以消去一些字母呢?
将两式相减,得
, 变形得:
, 将此式代入上面不等式即可消去
,整理可得:
,再变形得:
.下面就证这个不等式.这类不等式就很常见了,一般是将
看作一个整体,令
,又转化为
,只需证
即可.而这利用导数很易得证.
试题解析:(1)
函数在[
,1]是增函数,在[1,2]是减函数, 3分
所以. 4分
(2)因为,所以
, 5分
因为在区间
上不单调,所以
在(0,3)上有实数解,且无重根,
由,有
=
,(
) 6分
又当时,
有重根
;
时,
有重根
. 7分
综上 8分
(3)∵,又
有两个实根
,
∴,两式相减,得
,
∴, 10分
于是
. 11分
.
要证:,只需证:
只需证:.(*) 12分
令,∴(*)化为
,只证
即可.
在(0,1)上单调递增,
,即
.∴
. 14分
已知函数.
(Ⅰ)当时,求函数
的单调区间;
(Ⅱ)当时,不等式
恒成立,求实数
的取值范围.
(Ⅲ)求证:(
,e是自然对数的底数).
正确答案
(Ⅰ)函数的单调递增区间为
,单调递减区间为
;(Ⅱ)实数a的取值范围是
;(Ⅲ)详见解析.
试题分析:(Ⅰ)当时,求函数
的单调区间,即判断
在各个区间上的符号,只需对
求导即可;(Ⅱ)当
时,不等式
恒成立,即
恒成立,令
(
),只需求出
最大值,让最大值小于等于零即可,可利用导数求最值,从而求出
的取值范围;(Ⅲ)要证
(
成立,即证
,即证
,由(Ⅱ)可知当
时,
在
上恒成立,又因为
,从而证出.
试题解析:(Ⅰ)当时,
(
),
(
),
由解得
,由
解得
,故函数
的单调递增区间为
,单调递减区间为
;
(Ⅱ)因当时,不等式
恒成立,即
恒成立,设
(
),只需
即可.由
,
(ⅰ)当时,
,当
时,
,函数
在
上单调递减,故
成立;
(ⅱ)当时,由
,因
,所以
,①若
,即
时,在区间
上,
,则函数
在
上单调递增,
在
上无最大值(或:当
时,
),此时不满足条件;②若
,即
时,函数
在
上单调递减,在区间
上单调递增,同样
在
上无最大值,不满足条件 ;
(ⅲ)当时,由
,∵
,∴
,
∴,故函数
在
上单调递减,故
成立.
综上所述,实数a的取值范围是.
(Ⅲ)据(Ⅱ)知当时,
在
上恒成立,又
,
∵
,∴
.
(本题满分14分)已知函数(
且
).
(Ⅰ)当时,求证:函数
在
上单调递
增;
(Ⅱ)若函数有三个零点,求t的值;
(Ⅲ)若存在x1,x2∈[﹣1,1],使得,试求a的取值范围.
注:e为自然对数的底数。
正确答案
解:(Ⅰ),
由于,故当x∈
时,lna>0,ax﹣1>0,所以
,
故函数在
上单调递增。 ………………………………………4分
(Ⅱ)当a>0,a≠1时,因为,且
在R上单调递增,
故有唯一解x=0。
要使函数 有三个零点,所以只需方程
有三个根,
即,只要,解得t=2; ………………………………9分
(Ⅲ)因为存在x1,x2∈[﹣1,1],使得,
所以当x∈[﹣1,1]时,。
由(Ⅱ)知,,
。
事实上,。
记(
)
因为
所以 在
上单调递增,又
。
所以 当 x>1 时,;
当0<x<1 时,,
也就是当a>1时,;
当0<a<1时,。
① 当时,由
,得
,
解得 。
②当0<a<1时,由,得
,
解得 。
综上知,所求a的取值范围为。
略
关于x的方程有三个不同的实数解,则a的取值范围是__________.
正确答案
试题分析:设,则
,令
,得
或
,令
,得
,∴
在
上单调递减,在
上单调递增,∴
在
取得极大值
,在
取得极小值
,画出如下
大致的示意图,可得,若要保证方程
有三个不同的实数解,则
的取值范围是
已知函数f(x)=,x∈(1,+∞).
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)函数f(x)在区间[2,+∞)上是否存在最小值,若存在,求出最小值,若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)a≤1时,f(x)的减区间为(1,+∞);a>1时,f(x)的增区间为(1,2a-1),f(x)的减区间为(2a-1,+∞).(2)当a≥2时,f(x)有最小值2-a;当a<2时,f(x)没有最小值.
(1)f′(x)=,x∈(1,+∞).
由f′(x)=0,得x1=1,或x2=2a-1.
①当2a-1≤1,即a≤1时,在(1,+∞)上,f′(x)<0,f(x)单调递减;
②当2a-1>1,即a>1时,在(1,2a-1)上,f′(x)>0,f(x)单调递增,在(2a-1,+∞)上,f′(x)<0,f(x)单调递减.
综上所述,a≤1时,f(x)的减区间为(1,+∞);a>1时,f(x)的增区间为(1,2a-1),f(x)的减区间为(2a-1,+∞).
(2)①当a≤1时,由(1)知f(x)在[2,+∞)上单调递减,不存在最小值;
②当a>1时,若2a-1≤2,即a≤时,f(x)在[2,+∞)上单调递减,不存在最小值;
若2a-1>2,即a> 时,f(x)在[2,2a-1)上单调递增,在(2a-1,+∞)上单调递减,因为f(2a-1)=
>0,且当x>2a-1时,x-a>a-1>0,所以当x≥2a-1时,f(x)>0.又因为f(2)=2-a,所以当2-a≤0,即a≥2时,f(x)有最小值2-a;当2-a>0,即
<a<2时,f(x)没有最小值.
综上所述:当a≥2时,f(x)有最小值2-a;当a<2时,f(x)没有最小值.
已知函数.
(1)若,求证:当
时,
;
(2)若在区间
上单调递增,试求
的取值范围;
(3)求证:.
正确答案
(1) 详见解析;(2) 的取值范围
;(3)详见解析.
试题分析:(1) 当时,求证:当
时,
,将
代入
,得
,注意到
,只要证明当
时,
单调递增,则
,由于
中含有指数函数,可对
求导得
,只需证明当
时,
即可,注意到
,只要证明当
时,
单调递增即可,因此令
,对
求导得
,显然当
时,
,问题得证;(2) 求实数
的取值范围,由于
在区间
上单调递增,则当
时,
,故对
求导得
,即当
时,
恒成立,即
)恒成立,只需求出
的最小值即可,令
,对
求导得
,令导数等于零,解出
的值,从而的最小值,进而得实数
的取值范围;
(3)求证:,由(1) 知:当
时,
,即
,可得
,两边取对数得
,令
,得
,再令
,得
个式子相加,然后利用放缩法可证得结论.
试题解析:(1) ,则h(x)=
,∴h′(x)=ex-1>0(x>0),
∴h(x)=f′(x)在(0,+∞)上递增,∴f′(x)>f′(0)=1>0,
∴f(x)=ex-x2在(0,+∞)上单调递增,故f(x)>f(0)=1.( 4分)
(2) f′(x)=ex-2kx,下面求使 (x>0)恒成立的k的取值范围.
若k≤0,显然f′(x)>0,f(x)在区间(0,+∞)上单调递增;
记φ(x)=ex-2kx,则φ′(x)=ex-2k,
当0<k<时,∵ex>e0=1, 2k<1,∴φ′ (x)>0,则φ(x)在(0,+∞)上单调递增,
于是f′(x)=φ(x)>φ(0)=1>0,∴f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当k≥时,φ(x)=ex-2kx在(0,ln 2k)上单调递减,在(ln 2k,+∞)上单调递增,
于是f′(x)=φ(x)≥φ(ln 2k)=eln 2k-2kln 2k,
由eln 2k-2kln 2k≥0得2k-2kln 2k≥0,则≤k≤
,
综上,k的取值范围为(-∞,]. 9分
另解:(2) ,下面求使
(x>0)恒成立的k的取值范围.
)恒成立。记
在
上单调递减,在
上单调递增。
综上,k的取值范围为(-∞,].( 9分)
(3)由(1)知,对于x∈(0,+∞),有f(x)=ex>x2+1,∴e2x>2x2+1,
则ln(2x2+1)<2x,从而有ln(+1)<
(n∈N*),
于是ln(+1)+ln(
+1)+ln(
+1)+ +ln(
+1)<
+
+ +
<
+
+ +
=2+2(1-
+ +
-
)=4-
<4,故(
+1)(
+1)(
+1) (
+1)<e4.( 14分)
另解:(3)由(1)知,对于x∈(0,+∞),有f(x)=ex>x2+1,∴e2x>2x2+1,
则ln(2x2+1)<2x,从而有ln(+1)<
(n∈N*),
又
于是ln(+1)+ln (
+1)+ln(
+1)+ +ln(
+1)<
故(+1)(
+1)(
+1) (
+1)<e4. ( 14分)
已知函数,
.
(1)若,则
,
满足什么条件时,曲线
与
在
处总有相同的切线?
(2)当时,求函数
的单调减区间;
(3)当时,若
对任意的
恒成立,求
的取值的集合.
正确答案
(1)且
,(2)当
时,函数
的减区间为
,
;
当时,函数
的减区间为
;当
时,函数
的减区间为
,
,(3)
.
试题分析:(1)根据导数几何意义分别求出曲线与
在
处的切线斜率,再根据两者相等得到
,
满足的条件,易错点不要忽视列出题中已知条件
,(2)求函数的单调减区间,一是求出函数的导数,二是判断对应区间的导数值符号.本题难点在于导数为零时根的大小不确定,需根据根的大小关系分别讨论单调减区间情况,尤其不能忽视两根相等的情况,(3)本题恒成立转化为函数
最小值不小于零,难点是求函数
的最小值时须分类讨论,且每类否定的方法为举例说明.另外,本题易想到用变量分离法,但会面临
问题,而这需要高等数学知识.
试题解析:(1),
,又
,
在
处的切线方程为
, 2分
又,
,又
,
在
处的切线方程为
,
所以当且
时,曲线
与
在
处总有相同的切线 4分
(2)由,
,
,
, 7分
由,得
,
,
当
时,函数
的减区间为
,
;
当时,函数
的减区间为
;
当时,函数
的减区间为
,
. 10分
(3)由,则
,
,
①当时,
,函数
在
单调递增,
又,
时,
,与函数
矛盾, 12分
②当时,
,
;
,
函数
在
单调递减;
单调递增,
(Ⅰ)当时,
,又
,
,与函数
矛盾,
(Ⅱ)当时,同理
,与函数
矛盾,
(Ⅲ)当时,
,
函数
在
单调递减;
单调递增,
,故
满足题意.
综上所述,的取值的集合为
. 16分
已知函数在
与
时,都取得极值.
(1)求的值;
(2)若,求
的单调区间和极值;
(3)若对都有
恒成立,求
的取值范围.
正确答案
(1);(2)f (x)的递增区间为(-∞,-
),及(1,+∞),递减区间为(-
,1),当x=-
时,f (x)有极大值,f (-
)=
;当x=1时,f (x)有极小值,f (1)=-
;(3)
或
.
试题分析:(1)函数的极值点是使导数等于0的的值,因此本题中一定有
和
,由此可解出
的值;(2)再由
可求出
,而求单调区间,很显然是解不等式
(得增区间)或
(得减区间),然后可得相应的极大值和极小值;(3)
不等式
恒成立,实际上就是当
时
的最大值小于
,因此问题转化为先求
在
上的最大值
,然后再解不等式
即可.
试题解析:(1)f ′(x)=3x2+2a x+b=0.
由题设,x=1,x=-为f ′(x)=0的解.
-a=1-
,
=1×(-
).∴a=-
,b=-2 3分
经检验得:这时与
都是极值点. …4分
(2)f (x)=x3-x2-2 x+c,由f (-1)=-1-
+2+c=
,c=1.
∴f (x)=x3-x2-2 x+1.
∴f(x)的递增区间为(-∞,-),及(1,+∞),递减区间为(-
,1).
当x=-时,f (x)有极大值,f (-
)=
;
当x=1时,f (x)有极小值,f (1)=- …8分
(3)由(1)得,f′(x)=(x-1)(3x+2),f (x)=x3-x2-2 x+c,
f (x)在[-1,-及(1,2]上递增,在(-
,1)递减.
而f (-)=-
-
+
+c=c+
.f (2)=8-2-4+c=c+2.
∴ f (x)在[-1,2]上的最大值为c+2.∴ ,∴
∴ 或
∴
或
12分
设函数,其中
.
(I)若函数图象恒过定点P,且点P关于直线
的对称点在
的图象上,求m的值;
(Ⅱ)当时,设
,讨论
的单调性;
(Ⅲ)在(I)的条件下,设,曲线
上是否存在两点P、Q,使△OPQ(O为原点)是以O为直角顶点的直角三角形,且斜边的中点在y轴上?如果存在,求a的取值范围;如果不存在,说明理由.
正确答案
( I ) ;(Ⅱ)当m≥0时,
在(0,+∞)上为增函数;当m<0时,
在
上为增函数,在
上为减函数.(Ⅲ)存在,
.
试题分析:( I )先求出定点P,然后找出点P关于直线的对称点代入
,即得到
;(Ⅱ)将
代入,得到
,再讨论m的取值范围,从而得到
的单调性;(Ⅲ)先求出
的表达式,再假设存在P、Q两点满足题意,由
,讨论
的范围,从而得到a的取值范围为
.
试题解析:( I ) 令,则
,即函数
图象恒过定点P (2,0) (1分)
∴P (2,0)关于直线的对称点为(1,0) (2分)
又点(1,0)在的图象上,∴
,∴
(3分)
(Ⅱ) ∵且定义域为
(4分)
∴ (5分)
∵x>0,则x+1>0
∴当m≥0时,此时
在(0,+∞)上为增函数. (6分)
当m<0时,由得
,由
得
∴在
上为增函数,在
上为减函数. (7分)
综上,当m≥0时,在(0,+∞)上为增函数.
当m<0时,在
上为增函数,在
上为减函数. (8分)
(Ⅲ)由( I )知,,假设曲线
上存在两点P、Q满足题意,则P、Q两点只能在
轴两侧,设
,则
,
因为△OPQ(O为原点)是以O为直角顶点的直角三角形,
,即
①
(1)当时,
,此时方程①为
,化简得
.此方程无解,满足条件的P、Q不存在.
(2)当时,
,此时方程①为
,
即.
设,则
,
显然当时,
,即
在
上为增函数,所以
的值域为
.
所以当时方程①总有解.
综上,存在P、Q两点满足题意,则a的取值范围为.
已知函数=
,
=
,若曲线
和曲线
都过点P(0,2),且在点P处有相同的切线
.
(Ⅰ)求,
,
,
的值;
(Ⅱ)若时,
≤
,求
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)=4,
=2,
=2,
=2;(Ⅱ)
试题分析:(Ⅰ)求四个参数的值,需寻求四个独立的条件,依题意
代入即可求出的值;(Ⅱ)构造函数,转化为求函数的最值,记
=
=
(
),由已知
,只需令
的最小值大于0即可,先求
的根,得
,只需讨论
和定义域
的位置,分三种情况进行,当
时,将定义域分段,分别研究其导函数
的符号,进而求最小值;当
时,
的符号确定,故此时函数
具有单调性,利用单调性求其最小值即可.
试题解析:(Ⅰ)由已知得,而
,代入得
,故
=4,
=2,
=2,
=2;
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,
设函数=
=
(
),
=
=
, 由题设知
,即
,令
,得
,
(1)若,则
,∴当
时,
,当
时,
,记
在
时单调递减,
时单调递增,故
在
时取最小值
,而
,∴当
时,
,即
≤
;
(2)若,则
,∴当
时,
,∴
在
单调递增,而
.∴当
时,
,即
≤
;
(3)若时,
,则
在
单调递增,而
=
=
<0,
∴当≥-2时,
≤
不可能恒成立,
综上所述,的取值范围为[1,
].
扫码查看完整答案与解析