- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
设函数f(x)=-x3+x2+(m2-1)x(x∈R),其中m>0为常数
(1)当m=1时,曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线斜率;
(2)求函数的单调区间与极值.
正确答案
(1)当m=1时,f(x)=-x3+x2,f′(x)=-x2+2x,故f′(1)=1.
所以曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率为1.
(2)f′(x)=-x2+2x+m2-1.
令f′(x)=0,解得x=1-m,或x=1+m.
因为m>0,所以1+m>1-m.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
所以f(x)在(-∞,1-m),(1+m,+∞)内是减函数,在(1-m,1+m)内是增函数.
函数的极小值为:f(1-m)=-m3+m2-
;
函数的极大值为:f(1+m)=m3+m2-
.
已知关于的函数
,其导函数为
.记函数
在区间
上的最大值为
.
(1) 如果函数在
处有极值
,试确定
的值;
(2) 若,证明对任意的
,都有
;
(3) 若对任意的
恒成立,试求
的最大值.
正确答案
(1),
;(2)证明详见解析;(3)
.
试题分析:本题主要考查导数的运算、利用导数求函数的极值和最值等基础知识,考查学生的转化能力、分析问题解决问题的能力、计算能力.第一问,先对求导,由于
在x=1处有极值
,则
,
,列出方程组,解出b和c的值,由于得到了两组值,则需要验证看是否符合已知条件,若不符合需舍掉;第二问,可以利用二次函数图象和性质直接证明
,也可以利用反证法证明出矛盾,从而得到正确结论;第三问,结合第二问的结论,可以直接得到
时的情况,当
时需分
,
,
三种情况讨论,最后综合所有情况再得出结论.
试题解析:(1) ∵,由
在
处有极值
,可得
,解得,
或
2分
若,
,则
,此时函数
没有极值; 3分
若,
,则
,此时当
变化时,
,
的变化情况如下表:
∴ 当时,
有极大值
,故
,
即为所求。 4分
(2)证法一:
当时,函数
的对称轴
位于区间
之外
∴ 在区间
上的最值在两端点处取得,故
应是
和
中较大的一个
∴ ,即
8分
证法二(反证法):因为,所以函数
的对称轴
位于区间
之外,
∴ 在区间
上的最值在两端点处取得,故
应是
和
中较大的一个,
假设,则
,将上述两式相加得: 6分
,得
,产生矛盾,
∴ 8分
(3)
(ⅰ)当时,由(2)可知
; 9分
(ⅱ)当时,函数
的对称轴
位于区间
之内,
此时,由
,有
①若,则
,则
,
于是
11分
②若,则
,则
于是 13分
综上可知,对任意的、
都有
而当,
时,
在区间
上的最大值
,故
对任意的
、
恒成立的
的最大值为
。 14分
(10分)已知函数,设
为
的导数,
(1)求的值;
(2)证明:对任意,等式
都成立.
正确答案
(1);(2)证明见解析.
试题分析:(1)本题首先考查复合函数的求导,如;
(2)要找到式子的规律,当然主要是找式子
的规律,为了达到此目标,我们让
看看有什么特点,由(1)
,对这个式子两边求导可得
,再求导
,由引可归纳出
,从上面过程还可看出应该用数学归纳法证明这个结论.
试题解析:(1)由已知,
,
所以,
,
故.
(2)由(1)得,
两边求导可得,
类似可得,
下面我们用数学归纳法证明对一切
都成立,
(1)时命题已经成立,
(2)假设时,命题成立,即
,
对此式两边求导可得,
即,因此
时命题也成立.
综合(1)(2)等式对一切
都成立.
令,得
,
所以.
【考点】复合函数的导数,数学归纳法.
函数.
(1)讨论的单调性;
(2)设,证明:
.
正确答案
(1)(1)当时,
在
上是增函数,在
上是减函数,在
上是增函数;(2)当
时,
在
上是增函数;(iii)当
时,
在是
上是增函数,在
上是减函数,在
上是增函数;(2)详见试题分析.
试题分析:(1)首先求函数的定义域,
的导数:
,再分
,
,
三种情况,讨论函数
的单调性;(2)先在(1)的基础上,当
时,由
的单调性得
.同理当
时,由
的单调性得
.下面再用数学归纳法证明
.
(1)的定义域为
.
(1)当时,若
,则
在
上是增函数;若
则
在
上是减函数;若
则
在
上是增函数.
(2)当时,
成立当且仅当
在
上是增函数.
(iii)当时,若
,则
在是
上是增函数;若
,则
在
上是减函数;若
,则
在
上是增函数.
(2)由(1)知,当时,
在
是增函数.当
时,
,即
.又由(1)知,当
时,
在
上是减函数;当
时,
,即
.下面用数学归纳法证明
.
(1)当时,由已知
,故结论成立;
(2)假设当时结论成立,即
.当
时,
,即当
时有
,结论成立.根据(1)、(2)知对任何
结论都成立.
设函数曲线y=f(x)通过点(0,2a+3),且在点
(-1,f(-1))处的切线垂直于y轴.
(1)用a分别表示b和c;
(2)当bc取得最小值时,求函数g(x)= 的单调区间.
正确答案
(1) b=2a
(2)见解析
(1)因为
又因为曲线通过点(0,2a+3),
故
又曲线在(-1,f(-1))处的切线垂直于y轴,故
即-2a+b=0,因此b=2a.
(2)由(1)得
故当时,
取得最小值-
.
此时有
从而
所以
令,解得
当
当
当
由此可见,函数的单调递减区间为(-∞,-2)、(2,+∞);单调递增区间为(-2,2).
已知函数
(1)求函数的极值;
(2)设函数若函数
在
上恰有两个不同零点,求实数
的取值范围.
正确答案
(1)在
处取得极小值
.(2)
.
试题分析:(1)求导数,解得函数的减区间
;解
,得函数的增区间
.
确定在
处取得最小值.
也可以通过“求导数、求驻点、研究函数的单调区间、确定极值(最值)” .
(2)遵循“求导数、求驻点、确定函数的单调性”明确函数的单调区间.
应用零点存在定理,建立不等式组,解之即得.
试题解析:(1)的定义域是
,
,得
3分
时,
,
时,
,
所以在
处取得极小值
6分
(2)
所以,令
得
所以在
递减,在
递增 9分
11分
所以 13分
已知函数.
(1)求在
上的最大值;
(2)若直线为曲线
的切线,求实数
的值;
(3)当时,设
,且
,若不等式
恒成立,求实数
的最小值.
正确答案
(1)(2)
或
. (3)
的最小值为
.
试题分析:
(1)利用导数可以求解函数单调性得到极值与最值,但是函数含有参数,故而需要讨论,首先对函数求定义域,求导可以发现导函数的分母恒大于0不影响导函数符号,故考虑分子大于0,小于0的解集,讨论a的范围得到区间的单调性,分析就可以得到原函数在固定区间上的最值.
(2)设出切点坐标,利用切点满足的三个条件(①切点在原函数上,坐标满足原函数方程 ②切点在切线上,坐标满足切线方程 ③原函数在切点处的导数为切线的斜率)建立关于a的方程,解方程求出a的值.
(3)由(2)的结论得到此时直线为曲线
的切线,且分析原函数与切线的图像可以发现曲线
在直线
下方,即可以发现在区间
上不等式
恒成立,作差即可严格证明该不等式是成立的.利用该不等式对
放缩为可求和的式子,进而求的
的最值,得到
的取值范围与最值.
试题解析:
(1), 2分
令,解得
(负值舍去),
由,解得
.
(ⅰ)当时,由
,得
,
在
上的最大值为
. 3分
(ⅱ)当时,由
,得
,
在
上的最大值为
. 4分
(ⅲ)当时,
在
时,
,在
时,
,
在
上的最大值为
. 5分
(2)设切点为,则
6分
由,有
,化简得
,
即或
, ①
由,有
,②
由①、②解得或
. 9分
(3)当时,
,
由(2)的结论直线为曲线
的切线,
,
点
在直线
上,
根据图像分析,曲线在直线
下方. 10分
下面给出证明:当时,
.
,
当
时,
,即
. 12分
,
,
.
要使不等式
恒成立,必须
. 13分
又当
时,满足条件
,
且,
因此,的最小值为
. 14分
已知函数,
(其中
).
(1)求的单调区间;
(2)若函数在区间
上为增函数,求
的取值范围;
(3)设函数,当
时,若存在
,对任意的
,总有
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1)的单调增区间为
,单调减区间为
.
(2)
(3))
试题分析:解:(1),
,
,故
.
当
时,
;当
时,
.
的单调增区间为
,单调减区间为
.……3分
(2),则
,由题意可知
在
上恒成立,即
在
上恒成立,因函数
开口向上,且对称轴为
,故
在
上单调递增,因此只需使
,解得
;
易知当时,
且不恒为0.
故.……7分
(3)当时,
,
,故在
上
,即函数
在
上单调递增,
.……9分
而“存在,对任意的
,总有
成立”等价于“
在
上的最大值不小于
在
上的最大值”.
而在
上的最大值为
中的最大者,记为
.
所以有,
,
.
故实数的取值范围为
.……13分
点评:主要是考查了导数在研究函数中的运用,属于中档题。
已知函数f(x)=lnx-mx(mR).
(1)若曲线y=f(x)过点P(1,-1),求曲线y=f(x)在点P处的切线方程;
(2)求函数f(x)在区间[1,e]上的最大值;
(3)若函数f(x)有两个不同的零点x1,x2,求证:x1x2>e2.
正确答案
(1);(2)①当
时,
;②当
时,
③当时,
;(3)详见解析.
试题分析:(1)根据题意首先由点在曲线
上,运用待定系数的方法求出
,再由切线与导数的关系即可求出切线方程为
;(2)对函数求导可得:
,分析m对导数的影响,可见要进行分类讨论:①当
时,
,所以函数
在
上单调递增,利用单调性可求出最大值;②当
,即
时,
,所以函数
在
上单调递增,利用单调性可求出最大值;③当
,即
时,导数有下有负,列表可求出函数的最大值;④当
,即
时,
,所以函数
在
上单调递减,利用单调性可求出最大值;(3)显然两零点均为正数,故不妨设
,由零点的定义可得:
,即
,观察此两式的结构特征可相加也可相减化简得:
,现在我们要证明
,即证明
,也就是
.又因为
,所以即证明
,即
.由它的结构可令
=t,则
,于是
.构造一新函数
,将问题转化为求此函数的最小值大于零,即可得证.
试题解析:(1)因为点在曲线
上,所以
,解得
.
因为,所以切线的斜率为0,所以切线方程为
. 3分
(2)因为.
①当时,
,所以函数
在
上单调递增,则
.
②当,即
时,
,所以函数
在
上单调递增,则
5分
③当,即
时,函数
在
上单调递增,在
上单调递减,
则. 7分
④当,即
时,
,所以函数
在
上单调递减,则
9分
综上,①当时,
;
②当时,
③当时,
. 10分
(3)不妨设.因为
,所以
,
可得.
要证明,即证明
,也就是
.
因为,所以即证明
,即
. 12分
令=t,则
,于是
.
令,则
.
故函数在
上是增函数,所以
,即
成立.
所以原不等式成立. 16分
已知函数,
.
(1)求函数在
上的最小值;
(2)若存在是自然对数的底数,
,使不等式
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1)当时
;当
时
(2)
试题分析:(1)求函数在给定区间上的最值问题,先求的根,再跟定义域比较,若根在区间外或端点处,则函数在给定区间上单调,利用单调性求最值;若根是内点,则分段考虑导函数符号,并画出函数大致图像,借助图象直观求出最值,该题中
的根为
,当
时,函数
单调,当
时,分段考虑导函数符号,进而求解;(2)由题意知,问题可转化为
在
上有解,利用参变分离法得,
有解,进而转化为求
的最大值问题处理.
试题解析:(1) 1分
在
为减函数,在
为增函数
①当时,
在
为减函数,在
为增函数,
4分
②当时,
在
为增函数,
7分
(2)由题意可知,在
上有解,即
在
上有解
令,即
9分
在
为减函数,在
为增函数,则在
为减函数,在
为增函数 13分
15分
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