- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=x2+-4,(x>0),g(x)和f(x)的图象关于原点对称.
(I)求函数g(x)的解析式;
(II)试判断g(x)在(-1,0)上的单调性,并给予证明;
(III)将函数g(x)的图象向右平移a(a>0)个单位,再向下平移b(b>0)个单位,若对于任意的a,平移后gf(x)和f(x)的图象最多只有一个交点,求b的最小值.
正确答案
(I)由g(x)和f(x)的图象关于原点对称,
得到g(x)=-f(-x)=-(x2--4)=-x2+
+4,(x<0);(2分)
(II)g(x)在(-1,0)上单调递减.
证明:任意取x1,x2∈(-1,0)且x1<x2,
则>2,x1+x2>-2,
∵g(x1)-g(x2)=(x2-x1)(x1+x2+)>0,
所以g(x)在(-1,0)上递减;(6分)
(III)同理可知g(x)在(-∞,-1)上递增,且g(x)和f(x)关于原点对称.
故要使得平移后2个函数的图象最多只有一个交点,
则只需要将g(x)向下平移2个单位,
因此b的最小值为2.(10分)
设a>0,函数f(x)=.
(Ⅰ)证明:存在唯一实数x0∈(0,),使f(x0)=x0;
(Ⅱ)定义数列{xn}:x1=0,xn+1=f(xn),n∈N*.
(i)求证:对任意正整数n都有x2n-1<x0<x2n;
(ii) 当a=2时,若0<xk≤(k=2,3,4,…),证明:对任意m∈N*都有:|xm+k-xk|<
.
正确答案
(Ⅰ)证明:①f(x)=x⇔x3+ax-1=0.…(1分)
令h(x)=x3+ax-1,则h(0)=-1<0,h()=
>0,
∴h(0)•h()<0.…(2分)
又h′(x)=3x2+a>0,∴h(x)=x3+ax-1是R上的增函数.…(3分)
故h(x)=x3+ax-1在区间(0,)上有唯一零点,
即存在唯一实数x0∈(0,)使f(x0)=x0.…(4分)
(Ⅱ)(i)当n=1时,x1=0,x2=f(x1)=f(0)=,由①知x0∈(0,
),即x1<x0<x2成立;…(5分)
设当n=k(k≥2)时,x2k-1<x0<x2k,注意到f(x)=在(0,+∞)上是减函数,且xk>0,
故有:f(x2k-1)>f(x0)>f(x2k),即x2k>x0>x2k+1
∴f(x2k)<f(x0)<f(x2k+1),…(7分)
即x2k+1<x0<x2k+2.这就是说,n=k+1时,结论也成立.
故对任意正整数n都有:x2n-1<x0<x2n.…(8分)
(ii)当a=2时,由x1=0得:x2=f(x1)=f(0)=,|x2-x1|=
…(9分)
当k=1时,|x3-x2|=|-
|=
<
=
•
|x2-x1|=(
)2…(10分)
当k≥2时,∵0<xk≤,
∴|xk+1-xk|=|-
|=
<
<
<(
)2•|xk-1-xk-2|<…<(
)k-2•|x3-x2|<(
)k…(12分)
对∀m∈N*,
|xm+k-xk|=|(xm+k-xm+k-1)+(xm+k-1-xm+k-2)+…+(xk+1-xk)|≤|xm+k-xm+k-1|+|xm+k-1-xm+k-2|+…+|xk+1-xk|
…(13分)≤(+
+…+
+
+1)|xk+1-xk|
=|xk+1-xk|=
•(1-
)•|xk+1-xk|<
•
=
…(14分)
已知函数f(x)=x3-3ax+2(其中a为常数)有极大值18.
(Ⅰ)求a的值;
(Ⅱ)若曲线y=f(x)过原点的切线与函数g(x)=b-lnx的图象有两个交点,试求b的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)f′(x)=3x2-3a,又函数f(x)有极大值,
∴令f′(x)>0,得x<-或x>
,
∴f(x)在(-∞,-),(
,+∞)上递增,在(-
,
)上递减,
∴f(x)极大值=f(-)=18,解得a=4.
(Ⅱ)设切点(x0,x03-12x0+2),则切线斜率k=f′(x0)=3x02-12,
所以切线方程为y-x03+12x0-2=(3x02-12)(x-x0),
将原点坐标代入得x0=1,所以k=-9.
切线方程为y=-9x.
由得lnx-9x-b=0.
设h(x)=lnx-9x-b,
则令h′(x)=-9=
>0,得0<x<
,
所以h(x)在(0,)上递增,在(
,+∞)上递减,
所以h(x)最大值=h()=-ln9-1-b.
若lnx-9x-b=0有两个解,则h(x)最大值>0,
得b<-ln9-1.
设函数f(x)=x-ln(x+m),其中m为实常数.
(Ⅰ)当m为何值时,f(x)≥0;
(Ⅱ)证明:当m>1时,函数f(x)在[e-m-m,e2m-m]内有两个零点.
正确答案
(Ⅰ)∵f(x)=x-ln(x+m),x∈(-m,+∞),
∴f′(x)=1-=
,令f'(x)=0,得x=1-m.------------(2分)
当x∈(-m,1-m)时,f'(x)<0,f(x)为减函数,f(x)>f(1-m)
当x∈(1-m,+∞)时,f'(x)>0,f(x)为增函数,f(x)>f(1-m)---(4分)
根据函数极值判别方法,f(1-m)=1-m为极小值,
而且对x∈(-m,+∞)都有f(x)≥f(1-m)=1-m.
故当m≤1时,f(x)≥0.---------------(6分)
(Ⅱ)证明:由(Ⅰ)知,当m>1时,f(1-m)=1-m<0,
函数f(x)=x-ln(x+m),在[e-m-m,1-m]上为减函数.
f(e-m-m)=e-m-m-ln(e-m-m+m)=e-m>0
所以当m>1时,f(e-m-m)与f(1-m)异号.
由函数零点判定定理知,函数f(x)在区间(e-m-m,1-m)内有唯一零点.----------(9分)
而当m>1时,f(e2m-m)=e2m-3m.
令g(x)=e2x-3x(x>1),则g′(x)=2e2x-3(x>1)>2e2-3>0,
那么函数g(x)在区间(1,+∞)上递增.于是g(x)>g(1)=e2-3>0,从而f(e2m-m)=e2m-3m>0.--(11分)
所以,当整数m>1时,函数f(x)=x-ln(x+m)在[1-m,e2m-m]上为增函数且f(1-m)与f(e2m-m)异号,
所以函数f(x)在区间[1-m,e2m-m]内也有唯一零点.
综上,当m>1时,函数f(x)在区间[e-m-m,e2m-m]内有两个零点.------------(14分)
已知函数f(x)=x3﹣ax2﹣3x
(1)若f(x)在区间[1,+∞)上是增函数,求实数a的取值范围;
(2)若x=﹣是f(x)的一个极值点,求f(x)在[1,a]上的最大值;
(3)在(2)的条件下,是否存在实数b,使得函数g(x)=bx的图象与函数f(x)的图象恰有3个交点,若存在,请求出实数b的取值范围;若不存在,试说明理由.
正确答案
解:(1)求导函数,可得f'(x)=3x2﹣2ax﹣3
∵f(x)在区间[1,+∞)上是增函数,
∴f'(x)≥0在区间[1,+∞)上恒成立,
即3x2﹣2ax﹣3≥0在区间[1,+∞)上恒成立,
则必有且f'(1)=﹣2a≥0,
∴a≤0
(2)依题意x=﹣是f(x)的一个极值点,
∴即
∴a=4,
∴f(x)=x3﹣4x2﹣3x
令f'(x)=3x2﹣8x﹣3=0,得
则当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:
(3)函数g(x)=bx的图象与函数f(x)的图象恰有3个交点,
即方程x3﹣4x2﹣3x=bx恰有3个不等实根
∴x3﹣4x2﹣3x﹣bx=0恰有3个不等实根
∵x=0是其中一个根,
∴方程x2﹣4x﹣3﹣b=0有两个非零不等实根,
∴
∴b>﹣7,且b≠﹣3
已知函数f(x)=-x3+ax2+b(a,b∈R)
(1)若函数f(x)在(0,2)上是增函数,求实数a的取值范围;
(2)设x1,x2,x3为方程f(x)=0的三个根,且x1∈(-1,0),x2∈(0,1),x3(-∞,-1)∪(1,+∞),求证:|a|>1.
正确答案
(1)由题意,得f′(x)=-3x2+2ax
令f′(x)=0,解得x=0或x=a
当a<0时,由f′(x)>0,解得a<x<0,
∴f(x)在(a,0)上是增函数,与题意不符,舍去
当a=0时,由f′(x)=-3x2≤0,
∴f(x)在(-∞,+∞)上是减函数与题意不符,舍去
当a>0时,由f′(x)>0,解得0<x<a
∴f(x)在(0,a)上是增函数,
又∵f(x)在(0,2)上是增函数,
所以a≥2,解得a≥3
综上,a的取值范围为[3,+∞)
另要使f(x)在(0,2)上是增函数,只需f′(x)在(0,2)上恒大于或等于零
∵f′(x)=)=-3x2+2ax 的图象是开口向下的抛物线,且过定点(0,0)
∴只需,即
a≥3,即a的取值范围为[3,+∞)
(2)因为方程f(x)=-x3+ax2+b=0最多只有3个根,
由题意得在区间(-1,0)内仅有一根,
∴f(-1)f(0)=b(1+a+b)<0,①
由题意得在区间(0,1)内仅有一根,
∴f(0)•f(1)=b(-1+a+b)<0 ②
当b=0时,∵f(0)=0,
∴f(x)=0有一根0,这与题意不符,
∴b≠0
当b>0时,由①得1+a+b<0,即a<-b-1,
由②得-1+a+b<0,即a<-b+1,
∵-b-1<-b+1,∴a<-b-1<-1,
即a<-1
当b<0时,由①得1+a+b>0,即a>-b-1,
由②得-1+a+b>0,即a>-b+1,
∵-b-1<-b+1,∴a>-b+1>1,
即a>1
综上,|a|>1
已知函数f(x)=ax+x2﹣xlna(a>0,a≠1).
(Ⅰ)当a>1时,求证:函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
(Ⅱ)若函数y=|f(x)﹣t|﹣1有三个零点,求t的值.
正确答案
解:(Ⅰ)f'(x)=axlna+2x﹣lna=2x+(ax﹣1)lna
由于a>1,
故当x∈(0,+∞)时,lna>0,ax﹣1>0,
所以f'(x)>0,故函数f(x)在(0,+∞)上单调递增
(Ⅱ)当a>0,a≠1时,因为f'(0)=0,且f'(x)在R上单调递增,
故f'(x)=0有唯一解x=0
所以x,f'(x),f(x)的变化情况如表所示:
又函数y=|f(x)﹣t|﹣1有三个零点,
所以方程f(x)=t±1有三个根,而t+1>t﹣1,
所以t﹣1=(f(x))min=f(0)=1,
解得t=2.
已知函数f(x)=x2+(x>0).
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)当a=时,若P(x1,f(x1)),Q(x2f(x2))(0<x1<x2)是函数图象上的两点,且存在实数x0>0,使得f′(x0)=
.证明:x1<x0<x2.
正确答案
(1)f′(x)=2x-=
…(1分)
①当a≤0时,f′(x)>0,函数在(0,+∞)上单调递增; …(3分)
②当a>0时,当0<x<时,f′(x)<0,函数在(0,
)上单调递减;
当x>时,f′(x)>0,函数在[
,+∞)上单调递增.…(5分)
综上可知,当a≤0时,函数f(x)单调递增,递增区间为(0,∞);
当a>0时,函数f(x)单调递减区间为(0,);单调递增区间为[
,+∞).…(6分)
(2)当a=时,f(x)=x2+
(x>0),此时f′(x)=2x-
,…(7分)
=
=
=(x2+x1)-
,
从而原等式为2x0-=(x2+x1)-
.…(8分)
由题意可得x0是方程2x--(x2+x1)+
=0的根,…(9分)
令g(x)=2x--(x2+x1)+
,
g(x1)=2x1-+
-x1-x2=(x1-x2)-
=(x1-x2)(1+
)<0,…(11分)
g(x2)=2x2-+
-x1-x2=(x2-x1)-
=(x2-x1)(1+
)>0,…(12分)
g(x1)•g(x2)<0,由零点的存在性定理,可知:
∴x1<x0<x2.…(14分)
已知函数f(x)=-x22x,g(x)=logax(a>0,且a≠1),其中a为常数.如果h(x)=f(x)+g(x)是增函数,且h′(x)存在零点(h′(x)为h(x)的导函数).
(1)求a的值;
(2)设A(x1,y1)、B(x2,y2)(x1<x2)是函数y=g(x)的图象上两点,g′(x0) =(g′(x)为g(x)的导函数),证明:x1<x0<x2.
正确答案
(1)因为h(x)=x2-2x+logax (x>0),
所以h′(x)=x-2+=
.
因为h(x)在区间(0,+∞)上是增函数,
所以≥0在区间(0,+∞)上恒成立.
若0<a<1,则lna<0,于是x2lna-2xlna+1≤0恒成立.
又h′(x)存在正零点,故△=(-2lna)2-4lna=0,lna=0,或lna=1与lna<0矛盾.所以a>1.
由x2lna-2xlna+1≥0恒成立,又h′(x)存在正零点,故△=(-2lna)2-4lna=0,
所以lna=1,即a=e.
(2)由(1),g′(x0)=,于是
=
,x0=
以下证明x1<(※)
(※)等价于x1lnx2-x1lnx1-x2+x1<0.
令r(x)=xlnx2-xlnx-x2+x
r′(x)=lnx2-lnx,在(0,x2]上,r′(x)>0,所以r(x)在(0,x2]上为增函数.
当x1<x2时,r(x1)<r(x2)=0,即x1lnx2-x1lnx1-x2+x1<0,
从而x0>x1得到证明.
对于x2>同理可证,所以x1<x0<x2.
已知函数f(x)=ax2+(1-2a)x-lnx.
(I )若函数y=f(x)在处取得极值,求满足条件的a的值;
(II)当a> -时,f(x)在(1,2)上单调递减,求a的取值范围;
(III)是否存在正实数a,使得函数y=f(x)在(,e)内有且只有两个零点?若存在,请求出a的取值范围;若不存在,请说明理由.
正确答案
(I)f′(x)=2ax+1-2a-=
有已知得f′(2)=0即=0
∴a=-经检验a=-
符合题意
(II)f(x)的定义域为(0,+∞)
当a≥0时,由1<x<2知f′(x)>0∴f(x)在(1,2)递增,不符合题意
当-<a<0时,∵-
<a<0∴-
>1又∵x>令f′(x)<0得1<x<-
∵f(x)在(1,2)上递减∴-≥2∴-
≤a<0
总之a∈[-,0)
(III)令f′(x)=0
∵a>0解得x=1或x=-(舍)
当x∈(0,1)时,f′(x)<0,f(x)是减函数
当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)是增函数,
要使y=f(x)在(,e)内有且仅有两个零点,只需
即
∴
∵
-1=
>0∴
>1
∵<0
∴1<a<
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