- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数.
(1)若,求函数
的单调区间;
(2)若以函数图像上任意一点
为切点的切线的斜率
恒成立,求实数
的最小值.
正确答案
(1)函数的单调递减区间为
,单调递增区间为
;(2)实数
的最小值为
.
试题分析:(1)先求定义域,然后对函数求导,令,求出单调递减区间;
,即求出单调递增区间;(2) 由(I)知
恒成立可转化为
,解得
.
试题解析:(1)当时,
,定义域为
,
3分
当时,
,当
时,
∴f(x)的单调递减区间为,单调递增区间为
. 5分
(2) 由(1)知,则
恒成立,
即
当时,
取得最大值
,∴
,∴
. 12分
已知函数
(1)若函数存在极大值和极小值,求
的取值范围;
(2)设分别为
的极大值和极小值,其中
且
求
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
试题分析:(1)因为函数,所以要求函数
存在极大值和极小值即对函数的求导,要保证导函数的对应的方程有两个不相等的正实根.所以通过判别式大于零和韦达定理中根与系数的关系即可得到结论.
(2)根据极大值与极小值的含义得到两个相应的方程,又由两个极值点的关系,将其中一个消去,由两个极值相加可得关于关于极大值点的等式从而通过基本不等式求最值即可.
试题解析:(1)其中
由题设知且关于
的方程
有两个不相等的正数根,
记为满足
化简得
经检验满足题设,故为所求.
(2)方法一:由题设结合知
,
且
所以
,
因为,所以
在区间
是减函数,
所以设
且
,
所以在区间
上是减函数,
所以
因此
方法二:由题设结合知
且
所以
,
设,
,
所以在区间
上是增函数,
而,设
,则
在
时是增函数,
所以当时,
,即
,
所以且
因此
方法三:由方法一知
设,则
所以在区间
上是增函数,而
所以
方法四:前同方法二知,
当时,关于
的方程
有两个不相等的正数根
那么即
解得
,
下同方法二.
(12分)已知函数,
,
若函数在(0,4)上为单调函数,求
的取值范围.
正确答案
解:
要使在(0,4)上单调,
须在(0,4)上恒成立。
在(0,4)上恒成立
在(0,4)上恒成立.
而必有
在(0,4)上恒成立
或
综上,所求的取值范围为
,或
,或
略
设函数
(Ⅰ)若,函数
是否有极值,若有则求出极值,若没有,请说明理由.
(Ⅱ)若在其定义域内为单调函数,求实数p的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)函数没有极值. (Ⅱ)
(Ⅰ); ……3分
\函数没有极值. ……………………6分
(Ⅱ)定义域为
.令
要使在
单调,只需
恒成立 ……………8分
当p=0时,;
\函数
在
单调递减 ……10分
当时,
,即
,
……12分
当时,
在
上单调递减,又
满足题意,综上
…14分
已知函数的图象为曲线E.
(1)若a = 3,b = -9,求函数f(x)的极值;
(2)若曲线E上存在点P,使曲线E在P点处的切线与x轴平行,求a,b的关系.
正确答案
(1),
;(2)
.
试题分析:(1)欲求函数极值应先求函数导数,并求出的根,再判断在根左右导数是否异号,若成立则此根为极值点,代入函数解析式可求极值.(2)对于存在性问题,一般假设存在然后依条件求出,若有则有,若无则假设不成立.
试题解析:
(1)当时,
.令
,可得
.
当时,
,当
时,
5分
,设切点为
,
则曲线在点P的切线的斜率
由题意知有解
∴ 即
. 10分
已知函数f(x)=x2-1与函数g(x)=aln x(a≠0).
(1)若f(x),g(x)的图像在点(1,0)处有公共的切线,求实数a的值;
(2)设F(x)=f(x)-2g(x),求函数F(x)的极值.
正确答案
(1)a=2. (2)见解析
解:(1)因为f(1)=0,g(1)=0,
所以点(1,0)同时在函数f(x),g(x)的图像上,
因为f(x)=x2-1,g(x)=aln x,
所以f′(x)=2x,g′(x)=,
由已知,得f′(1)=g′(1),所以2=,即a=2.
(2)因为F(x)=f(x)-2g(x)=x2-1-2aln x(x>0),
所以F′(x)=2x-=
,
当a<0时,
因为x>0,且x2-a>0,所以F′(x)>0对x>0恒成立,
所以F(x)在(0,+∞)上单调递增,F(x)无极值;
当a>0时,
令F′(x)=0,解得x1=,x2=-
(舍去),
所以当x>0时,F′(x),F(x)的变化情况如下表:
所以当x=时,F(x)取得极小值,且F(
)=(
)2-1-2aln
=a-1-aln a.
综上,当a<0时,函数F(x)在(0,+∞)上无极值;
当a>0时,函数F(x)在x=处取得极小值a-1-aln a.
(1)已知函数f(x)=ex-1-tx,∃x0∈R,使f(x0)≤0,求实数t的取值范围;
(2)证明:<ln
<
,其中0<a<b;
(3)设[x]表示不超过x的最大整数,证明:[ln(1+n)]≤[1++ +
]≤1+[lnn](n∈N*).
正确答案
(1).(2)(3)见解析
试题分析:(1)根据题意,其实是求实数t的取值范围使函数的最小值小于零,结合函数
的解析式的特点,应利导数工具,研究函数
的单调性和极(最)值问题.(2)要证
,即证:
,只要证:
,因为
,所以,
,因此可构造函数
,利用导数探究其在
符号即可.类似的方法可证明
,必要时可借用(1)的结论.
(3)根据的定义,
要证
只需证:
由(2),若令
,则有
当分别取
时有:
上述同向不等式两边相加可得:,类似地可证另一部分.
试题解析:(1)若t<0,令x=,则f(
)=e
-1-1<0;
若t=0,f(x)=ex-1>0,不合题意;
若t>0,只需f(x)min≤0.
求导数,得f′(x)=ex-1-t.
令f′(x)=0,解得x=lnt+1.
当x<lnt+1时,f′(x)<0,∴f(x)在(-∞,lnt+1)上是减函数;
当x>lnt+1时,f′(x)>0,∴f(x)在(lnt+1,+∞)上是增函数.
故f(x)在x=lnt+1处取得最小值f(lnt+1)=t-t(lnt+1)=-tlnt.
∴-tlnt≤0,由t>0,得lnt≥0,∴t≥1.
综上可知,实数t的取值范围为(-∞,0)∪[1,+∞). 4分
(2)由(1),知f(x)≥f(lnt+1),即ex-1-tx≥-tlnt.
取t=1,ex-1-x≥0,即x≤ex-1.
当x>0时,lnx≤x-1,当且仅当x=1时,等号成立,
故当x>0且x≠1时,有lnx<x-1.
令x=,得ln
<
-1(0<a<b),即ln
<
.
令x=,得ln
<
-1(0<a<b),即-ln
<
,亦即ln
>
.
综上,得<ln
<
. 9分
(3)由(2),得<ln
<
.
令a=k,b=k+1(k∈N*),得<ln
<
.
对于ln<
,分别取k=1,2, ,n,
将上述n个不等式依次相加,得
ln+ln
+ +ln
<1+
+ +
,
∴ln(1+n)<1++ +
. ①
对于<ln
,分别取k=1,2, ,n-1,
将上述n-1个不等式依次相加,得
+
+ +
<ln
+ln
+ +ln
,即
+
+ +
<lnn(n≥2),
∴1++ +
≤1+lnn(n∈N*). ②
综合①②,得ln(1+n)<1++ +
≤1+lnn.
易知,当p<q时,[p]≤[q],
∴[ln(1+n)]≤[1++ +
]≤[1+lnn](n∈N*).
又∵[1+lnn]=1+[lnn],
∴[ln(1+n)]≤[1++ +
]≤1+[lnn](n∈N*). 14分
已知函数,其中
.
(1)当时判断
的单调性;
(2)若在其定义域为增函数,求正实数
的取值范围;
(3)设函数,当
时,若
,总有
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1)增函数;(2);(3)
.
试题分析:(1) 本小题首先求得函数的定义域
,再利用导数的公式和法则求得函数
的导函数
,发现其在
恒大于零,于是可知函数
在
上单调递增;(2) 本小题首先求得函数
的定义域
,再利用导数的公式和法则求得函数
的导函数
,根据函数
在其定义域内为增函数,所以
,
,然后转化为最值得求解;(3)本小题首先分析“
,
,总有
成立”等价于 “
在
上的最大值不小于
在
上的最大值”,于是问题就转化为求函数的最值.
试题解析:(1)的定义域为
,且
>0
所以f(x)为增函数. 3分
(2),
的定义域为
5分
因为在其定义域内为增函数,所以
,
而,当且仅当
时取等号,所以
9分
(3)当时,
,
由得
或
当时,
;当
时,
.
所以在上,
11分
而“,
,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
所以有
所以实数的取值范围是
14分
已知函数f(x)=x3-ax2-x+a,其中a为实数.
(1)求导数f′(x);
(2)若f′(-1)=0,求f(x)在[-2,3]上的最大值和最小值;
(3)若f(x)在(-∞,-2]和[3,+∞)上都是递增的,求a的取值范围.
正确答案
(1)f′(x)=3x2-2ax-1(3分)
(2)f′(-1)=3+2a-1=0∴a=-1∴f(x)=x3+x2-x-1∴f′(x)=3x2+2x-1
由∴f′(x)=0可得x=或x=-1
又∵f()=-
,f(-2)=-3,f(3)=32,f(-1)=0
∴f(x)在[-2,3]上的最小值为-3.(9分)
(3)∵f′(x)=3x2-2ax-1图象开口向上,且恒过点(0,-1)
由条件可得:∴f′(-2)≥0,11+4a≥0即:a≥-由f′(3)≥0得a≤
∴a的取值范围是[-,
]..(14分)
已知函数f(x)=ax-ln x,g(x)=,它们的定义域都是(0,e],其中e是自然对数的底e≈2.7,a∈R.
(1)当a=1时,求函数f(x)的最小值;
(2)当a=1时,求证:f(m)>g(n)+对一切m,n∈(0,e]恒成立;
(3)是否存在实数a,使得f(x)的最小值是3?如果存在,求出a的值;如果不存在,说明理由.
正确答案
(1)1 (2)见解析 (3)见解析
解:(1)当a=1时,f(x)=x-ln x.
所以f′(x)=1-.
令f′(x)=0,得x=1.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
所以当x=1时,f(x)min=1.
(2)证明:由(1)知,当m∈(0,e]时,
有f(m)≥1.
因为0≥0,
即g(x)在区间(0,e]上为增函数,
所以g(x)≤g(e)==
<
=
,
所以g(x)+<
+
=1,
所以当m,n∈(0,e]时,
g(n)+<1≤f(m).
所以f(m)>g(n)+对一切m,n∈(0,e]恒成立.
(3)假设存在实数a,使f(x)的最小值是3,则
f′(x)=a-=
.
①当a≤时,因为0
所以f′(x)≤0,所以f(x)在(0,e]上为减函数.
所以当x=e时,fmin(x)=ae-1=3,
解得a=(舍去);
②当a>时,
若0时,f′(x)<0,f(x)在
上为减函数;
若上为增函数.
所以当x=时,fmin(x)=1-ln
=3,解得a=e2.
所以假设成立,存在实数a=e2,使得f(x)的最小值是3.
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