- 导数在研究函数中的应用
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已知函数
(1)当a=2时,求函数y=f(x)的图象在x=0处的切线方程;
(2)判断函数f(x)的单调性;
(3)求证:
正确答案
(1) ;(2) 参考解析;(3)参考解析
试题分析:(1)已知函数是一个 含对数与分式,以及复合函数,需要正确地对函数
求导,因为函数在x=0处的切线方程,所以将x=0代入导函数,即可求出切线的斜率.再根据横坐标为0,计算出纵坐标,根据点斜式即可写出切线方程.
(2)需要判断函数的单调性,要对函数求导,判断导函数的值的正负,所以要根据参数
的情况分类讨论后作出判定.
(3)解法(一)令为特殊值,通过函数的单调性得到一个不等式成立,再将x转化为数列中的n的相关的值,再利用一个不等式,从而得到结论.解法(二)根据结论构造函数,通过函数的最值证明恒成立,再将x转化为n的表达式即可.
试题解析:(1)当时,
,
∴,
∴,所以所求的切线的斜率为3.又∵
,所以切点为
. 故所求的切线方程为:
.
(2)∵,
∴. ①当
时,∵
,∴
; 7分
②当时,
由,得
;由
,得
; 综上,当
时,函数
在
单调递增;
当时,函数
在
单调递减,在
上单调递增.
(3)方法一:由(2)可知,当时,
在
上单调递增. ∴ 当
时,
,即
. 令
(
),则
. 另一方面,∵
,即
,
∴ . ∴
(
). 方法二:构造函数
,
∴
, ∴当
时,
;
∴函数在
单调递增. ∴函数
,即
∴,
,即
令(
),则有
.
已知函数f(x)=x-ln(x+a)的最小值为0,其中a>0.
(1)求a的值;
(2)若对任意的x∈[0,+∞),有f(x)≤kx2成立,求实数k的最小值;
正确答案
(1)a="1" (2)
试题分析:(1)首先确定函数的定义域,然后求导,利用导数,确定函数的单调区间和极小值,此处,极小值就是最小值,由于最小值为0,可建立关于a的方程,解之即可.(2)通过x=1验证k≤0不满足条件,所以k>0,构造函数g(x)=f(x)-kx2,则g′(x)=-2kx=
.分类讨论:k≥
时,g′(x)<0在(0,+∞)上恒成立,总有g(x)≤g(0)=0,故k≥
符合题意; 0<k<
时,g(x)在
内单调递增,x0∈
时,g(x0)>g(0)=0,故0<k<
不合题意.所以k的最小值为
.
试题解析:.解:(1)f(x)的定义域为(-a,+∞).
f′(x)=1-=
.2分
由f′(x)=0,得x=1-a>-a.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
因此,f(x)在x=1-a处取得最小值,
故由题意f(1-a)=1-a=0,所以a=1. 5分
(2)当k≤0时,取x=1,有f(1)=1-ln2>0,
故k≤0不合题意. 6分
当k>0时,令g(x)=f(x)-kx2,
即g(x)=x-ln(x+1)-kx2.
g′(x)=-2kx=
.
令g′(x)=0,得x1=0,x2=>-1. 8分
①当k≥时,
≤0,g′(x)<0在(0,+∞)上恒成立,因此g(x)在[0,+∞)上单调递减,从而对任意的x∈[0,+∞),总有g(x)≤g(0)=0,即f(x)≤kx2在[0,+∞)上恒成立,故k≥
符合题意. 10分
②当0<k<时,
>0, 对于x∈
,g′(x)>0,故g(x)在
内单调递增,因此当取x0∈
时,g(x0)>g(0)=0,即f(x0)≤kx02不成立,故0<k<
不合题意.
综上,k的最小值为. 12分
已知函数在
上是增函数,
(1)求实数的取值集合
;
(2)当取值集合
中的最小值时,定义数列
;满足
且
,
,求数列
的通项公式;
(3)若,数列
的前
项和为
,求证:
.
正确答案
(1);(2)
;(3)详见解析
试题分析:(1)函数在区间
是增函数,说明
恒成立,再参变分离确定
的取值集合
;
(2)由(1)知,表示
,代入
中,得关于
和
的递推式,再根据递推公式求通项公式,常见的根据递推公式求通项公式的方法有:①
,用累积法;②
,用累加法;③
(p,q是常数),用构造法;④
(p,q,m是常数),用两边取倒数,再用构造法,该题
,用③求
;(3)首先求数列
的通项公式,再根据通项公式的具体形式,选择合适的求和方法,常见的求和方法有①直接法,直接利用等比数列或等差数列前n项和公式;②裂项相消法,在求和的过程中互相抵消的办法;③错位相减法,适合于通项公式是等差数列乘以等比数列的类型;④分组求和法,分组分别求和再相加的办法;⑤奇偶并项求和法,研究奇数项和偶数项的特点来求和的办法,该题
,利用③④结合起来求和,再证明不等式成立.
试题解析:(1) 因为函数在
上是增函数,只需
在
满足
恒成立,即
,所以
;
(2)由(1)知,因为
,∴
,且
,所以
,∴
,∴
是以2为首项,3为公比的等比数列,故
,
;
(3)由(2)知,令
,
,两式相减得
,故
.
已知函数.
(Ⅰ)如果函数在区间
上是单调函数,求
的取值范围;
(Ⅱ)是否存在正实数,使得函数
在区间
内有两个不同的零点(
是自然对数的底数)?若存在,求出实数
的取值范围;若不存在,请说明理由.
正确答案
(Ⅰ)或
;
(Ⅱ)存在,的范围为
.
试题分析:(Ⅰ)在
上是单调函数,那么它导函数
在
恒成立;
(Ⅱ)零点的问题一般都求函数的单调区间结合函数的图象来解决.在本题中,直接研究的图象是比较麻烦的,故考虑转化一下.
在区间(
)内有两个不同的零点,等价于方程
在区间(
)内有两个不同的实根.故转化为研究
的图象.通过求导画出
的简图,结合图象可得:
为满足题意,只需在(
)内有两个不相等的零点, 故
解此不等式即可
试题解析:解:(1)当时,
在
上是单调增函数,符合题意.
当时,
的对称轴方程为
,
由于在
上是单调函数,所以
,解得
或
,
综上,的取值范围是
,或
. 4分
(2),
因在区间(
)内有两个不同的零点,所以
,
即方程在区间(
)内有两个不同的实根. 5分
设
,
7分
令,因为
为正数,解得
或
(舍)
当时,
,
是减函数;
当时,
,
是增函数. 8分
为满足题意,只需在(
)内有两个不相等的零点, 故
解得 12分
已知函数.
(1)求f(x)的反函数的图象上图象上,点(1,0)处的切线方程;
(2)证明: 曲线y =" f" (x)与曲线有唯一公共点.
(3)设a与
的大小, 并说明理由.
正确答案
(1)y =" x+" 1.
(2)当m 时,有0个公共点;当m=
,有1个公共点;当m
有2个公共点;
(3) >
(1)f (x)的反函数,则y=g(x)过点(1,0)的切线斜率k=
.
.过点(1,0),的切线方程为:y =" x+" 1
(2)证明曲线y=f(x)与曲线有唯一公共点,过程如下。
因此,
所以,曲线y=f(x)与曲线,只有唯一公共点(0,1).(证毕)
(3)设
令。
,,且
。
所以
已知,
.
(1)设,求函数
的图像在
处的切线方程;
(2)求证:对任意的
恒成立;
(3)若,且
,求证:
.
正确答案
(1);(2)详见解析;(3)详见解析.
试题分析:(1)先求导函数,由导数的几何意义知,切线斜率为
,利用直线的点斜式方程可求;(2)构造函数
,只需证明函数
的最小值大于等于0即可,先求导得,
,因导数等于0的根不易求出,再求导得,
,可判断
,故
递增,且
,故
在
单调递减,在
单调递增 ∴
得证;(3)结合已知条件或已经得到的结论,得证明或判断的条件,是构造法求解问题的关键,由(2)知
,依次将代数式
放大,围绕目标从而证明不等式.
试题解析:(1),
,则
,∴
图像在
处的切线方程为
即
3分
(2)令,
4分
则
∵与
同号 ∴
∴
∴ ∴
在
单调递增 6分
又,∴当
时,
;当
时,
∴在
单调递减,在
单调递增 ∴
∴ 即
对任意的
恒成立 8分
(3)由(2)知 9分
则
11分
由柯西不等式得
∴ 13分
同理
三个不等式相加即得证。 14分
已知f(x)=xln x,g(x)=x3+ax2-x+2.
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)求f(x)在区间[t,t+2](t>0)上的最小值;
(3)对一切的x∈(0,+∞),2f(x)<g′(x)+2恒成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)f(x)的递减区间是,递增区间为
(2)f(x)min=
(3)[-2,+∞)
(1)f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=ln x+1,
令f′(x)<0,得0<x<;
令f′(x)>0,得x>.
∴f(x)的递减区间是,递增区间为
.
(2)(ⅰ)当0<t<t+2<时,无解.
(ⅱ)当0<t<<t+2,即0<t<
,
由(1)知,f(x)min=f=-
.
(ⅲ)当≤t<t+2,即t≥
时,
f(x)在区间[t,t+2]上递增,f(x)min=f(t)=tln t.
因此f(x)min=
(3)2f(x)<g′(x)+2,得2xln x≤3x2+2ax+1.
∵x>0,∴a≥ln x-x-
.设h(x)=ln x-
x-
,
则h′(x)=-
+
=-
.
令h′(x)=0,得x=1,x=- (舍).
当0<x<1时,h′(x)>0,h(x)在(0,1)上单调递增;
当x>1时,h′(x)<0,h(x)在(1,+∞)上单调递减.
∴当x=1时,h(x)取得最大值h(x)max=-2.
∴a≥-2.
∴a的取值范围是[-2,+∞).
。
(Ⅰ)求的极值点;
(Ⅱ)当时,若方程
在
上有两个实数解,求实数t的取值范围;
(Ⅲ)证明:当时,
。
正确答案
(Ⅰ)①时,
, ∴
在(-1,+∞)上是增函数,函数既无极大值点,也无极小值点;②当
时,
在
上递增,在
单调递减,函数的极大值点为
-1,无极小值点;③当
时,
在
上递减,在
单调递增,函数的极小值点为
-1,无极大值点;(Ⅱ)当
时,方程
有两解;(Ⅲ)详见解析.
试题分析:(Ⅰ)求的极值点,先求函数的定义域为
,然后可对函数
求导数得
,令导数等零,求出
的解,再利用导数大于0,导数小于0,判断函数的单调区间,从而确定极值点,但本题由于含有参数
,需对
讨论(Ⅱ)当
时,若方程
在
上有两个实数解,求实数t的取值范围,由(Ⅰ)知,
在
上单调递增,在
上单调递减,而
,由此可得实数t的取值范围;(Ⅲ)根据要证明当
时,
,直接证明比较困难,可以利用分析法来证明本题,从结论入手,要证结论只要证明后面这个式子成立,两边取对数,构造函数,问题转化为只要证明函数在一个范围上成立,利用导数证明函数的性质.
试题解析:(Ⅰ)(1分)
①时,
, ∴
在(-1,+∞)上是增函数,函数既无极大值点,也无极小值点。(2分)
②当时,
在
上递增,在
单调递减,函数的极大值点为
-1,无极小值点(3分)
③当时,
在
上递减,在
单调递增,函数的极小值点为
-1,无极大值点(4分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,在
上单调递增,在
上单调递减,
又,
∴,∴当
时,方程
有两解 (8分)
(Ⅲ)要证:只须证
只须证:,
设
则,(10分)
由(1)知在
单调递减,(12分)
∴,即
是减函数,而m>n,
∴,故原不等式成立。 (14分)
已知函数(
,
),
.
(Ⅰ)证明:当时,对于任意不相等的两个正实数
、
,均有
成立;
(Ⅱ)记,
(ⅰ)若在
上单调递增,求实数
的取值范围;
(ⅱ)证明:.
正确答案
(Ⅰ)详见解析;(Ⅱ)(ⅰ),(ⅱ) 详见解析.
试题分析:(Ⅰ)当时,对于任意不相等的两个正实数
、
,均有
成立,只需求出
与
的解析式,两式作差得
,判断符号即可证明;(Ⅱ)记
,若
在
上单调递增,求实数
的取值范围,首先求出
的解析式,从而得
,若它在
上单调递增,即它的导函数在
上恒大于零,得
恒成立,这是恒成立问题,只需把含有
的放到不等式的一侧,不含
的放到不等式的另一侧,即
,转化为求
的最大值问题,可利用导数求出最大值,从而可得实数
的取值范围. 证明:
,因为
,只需证它的最小值为
,可利用导数证明它的最小值为
即可.
试题解析:(Ⅰ)证明: ,
,
,则
①
,则
,②
由①②知.
(Ⅱ)(ⅰ),
,
令,则
在
上单调递增.
,则当
时,
恒成立,
即当时,
恒成立.
令,则当
时,
,
故在
上单调递减,从而
,
故.(14分)
(ⅱ)法一:,令
,
则表示
上一点
与直线
上一点
距离的平方.
令,则
,
可得在
上单调递减,在
上单调递增,
故,则
,
直线与
的图象相切与点
,点
到直线
的距离为
,
则,故
.
法二:,
令,则
.
令,则
,显然
在
上单调递减,在
上单调递增,
则,则
,故
.
已知函数,且
.
(1)判断的奇偶性并说明理由;
(2)判断在区间
上的单调性,并证明你的结论;
(3)若在区间上,不等式
恒成立,试确定实数
的取值范围.
正确答案
(1)函数在
上为奇函数;(2)函数
在
上是增函数(3)实数
的取值范围是
试题分析:(1)由条件可求得函数解析式中的
值,从而求出函数的解析式,求出函数的定义域并判断其是否关于原点对称(这一步很容易被忽略),再通过计算
,与
进行比较解析式之间的正负,从而判断
的奇偶性;(2)由(1)可知函数的解析式,根据函数单调性的定义法进行判断求解,(常用的定义法步骤:取值;作差;整理;判断;结论);(3)由(1)可将函数解析式代入不等式可得
,经未知数与待定数分离得
,在区间
上求出
的最小值,从而确定实数
的取值范围.
试题解析:(1)由得:
∴,其定义域为
关于原点对称
又
∴函数在
上为奇函数。 4分
(2)函数在
上是增函数,证明如下:
任取,且
,则
,
那么
即 ∴函数
在
上是增函数。 8分
(3)由,得
,在区间
上,
的最小值是
,
,得
,
所以实数的取值范围是
. 14分
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