- 导数在研究函数中的应用
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函数f(x)=4x2-ax3在(0,2]上是增函数,则a的取值范围是______.
正确答案
函数f(x)=4x2-ax3,所以f′(x)=8x-3ax2,
函数f(x)=4x2-ax3在(0,2]上是增函数,即函数f(x)在(0,2]内导函数值恒大于等于0,
,即8×2-3×4a≥0,解得a≤
.
故答案为:a≤.
已知函数f(x)=x3+ax2+3x在(0,1)上不是单调函数,则实数a的取值范围为______.
正确答案
∵函数f(x)=x3+ax2+3x,∴f′(x)=x2+2ax+3.
由题意可得 f′(x)在(0,1)上至少有一个零点.
当f′(x)在(0,1)上只有一个零点时,f′(0)f′(1)<0,解得a<-2.
当f′(x)在(0,1)上有2个零点时,有,解得a∈∅.
综上,实数a的取值范围为(-∞,-2).
已知函数f(x)=ex(e是自然对数的底数)的图象为曲线C1,函数g(x)=ax(a≠0)的图象为曲线C2.
(1)若曲线C1与C2没有公共点,求满足条件的实数a组成的集合A;
(2)当a∈A时,平移曲线C2得到曲线C3,使得曲线C3与曲线C1相交于不同的两点,P1(x1,y1),P2(x2,y2),试用x1,x2表示a;
(3)在(2)的条件下试比较a与f/()的大小,并证明你的结论.
正确答案
(1)曲线C1与C2没有公共点,
即:ex-ax=0无解.
设F(x)=ex-ax,
∴F′(x)=ex-a,
显然要使曲线C1与C2没有公共点,
所以a>0,
由F′(x)=0,
∴x=lna,且F(x)=ex-ax的减区间是:(-∞,lna),增区间是:(lna,+∞),
当x=lna时,F(x)min=F(lna)=a-alna,
由a-alna>0,
∴0<a<e.
综上:A=(0,e)…(4分)
(2)∵A=(0,e),a∈A,
∴a∈(0,e),
∵曲线C1:f(x)=ex,曲线C2:g(x)=ax(a≠0),
平移曲线C2得到曲线C3,使得曲线C3与曲线C1相交于不同的两点,P1(x1,y1),P2(x2,y2),
∴曲线C3的斜率k=a==
,
∴a=.…(6分)
(3)设x1<x2,f/()=ex1+x22,a-f/(
)=
-ex1+x22=ex1(
-ex2-x12)
∵ex1>0,
以下只需求-ex2-x12的正负.
令t=x2-x1(t>0)
∵-ex2-x12=
-et2=
(et-tet2-1),
∵>0,以下只需求et-tet2-1的正负
设=k(k>0),
∴et-tet2-1=(ek)2-2kek-1,
令φ(k)=(ek)2-2kek-1(k>0),
φ′(k)=2(ek)2-2ek-2kek=2ek(ek-k-1)(k>0),
设ω(k)=ek-k-1(k>0),
∴ω′(k)=ek-1(k>0),
∴ω′(k)>0,
∴ω(k)单调增,
∴ω(k)=ek-k-1>ω(0)=0,
∴φ′(k)>0,
∴φ(k)单调增,
即:φ(k)=(ek)2-2kek-1>φ(0)=0
∴a-f/()>0,
∴a>f/()…(14分)
已知函数y=3x3+2x2-1在区间(m,0)上为减函数,则m的取值范围是______.
正确答案
依题意,y′=9x2+4x,由y′<0得9x2+4x<0
解得-<x<0,
∴函数y=3x3+2x2-1的单调减区间为(-,0)
∴(m,0)⊆(-,0)
∴-≤m<0
故答案为-≤m<0
不用计算器计算下列各式的值:
(1)()-14+823+
;
(2)log3+lg25+lg4-3log32.
正确答案
(1)()-14+823+
=
+(23)23+2=
+22+2=
+4+2=
;
(2)log3+lg25+lg4-3log32=log3312-log33+2(lg5+lg2)-2=
-1+2-2=-
.
设函数f(x)=mx3+(4+m)x2,g(x)=alnx,其中a≠0.
( I )若函数y=g(x)图象恒过定点P,且点P在y=f(x)的图象上,求m的值;
(Ⅱ)当a=8时,设F(x)=f′(x)+g(x),讨论F(x)的单调性;
(Ⅲ)在(I)的条件下,设G(x)=,曲线y=G(x)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,且该三角形斜边的中点在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)令lnx=0,则x=1,即函数y=g(x)的图象过定点P(1,0),
又点P在y=f(x)的图象上,所以f(1)=m+(4+m)=0,
解得m=-3.
(II)F(x)=mx2+2(4+m)x+8lnx,定义域为(0,+∞),
F′(x)=2mx+(8+2m)+=
=
.
∵x>0,则x+1>0,
∴当m≥0时,2mx+8>0,F′(x)>0,此时F(x)在(0,+∞)上单调递增,
当m<0时,由F′(x)>0得0<x<-,F′(x)<0,得x>-
,
此时F(x)在(0,-)上为增函数,在(-
,+∞)上为减函数,
综上,当m≥0时,F(x)在(0,+∞)上为增函数,
m<0时,在(0,-)上为增函数,在(-
,+∞)上为减函数.
(III)由条件(I)知G(x)=,
假设曲线y=G(x)上存在两点P、Q满足题意,则P、Q两点只能在y轴两侧,
设P(t,G(t))(t>0),则Q(-t,t3+t2),
∵∠POQ是以O为直角顶点的直角三角形,
∴•
=0,∴-t2+G(t)(t3+t2)=0①.
(1)当0<t≤1时,G(t)=-t3+t2,
此时方程①为-t2+(-t3+t2)(t3+t2)=0,化简得t4-t2+1=0,
此方程无解,满足条件的P、Q两点不存在.
(2)当t>1时,G(t)=alnt,
方程①为:-t2+alnt•(t3+t2)=0,即=(t+1)lnt,
设h(t)=(t+1)lnt(t>1),则h′(t)=lnt++1,
当t>1时,h′(t)>0,即h(t)在(1,+∞)上为增函数,
∴h(t)的值域为(h(1),+∞)),即(0,+∞),
∴>0,∴a>0.
综上所述,如果存在满足条件的P、Q,则a的取值范围是a>0.
某地需要修建一条大型输油管道通过120公里宽的沙漠地带,该段输油管道两端的输油站已建好,余下工程只需要在该段两端已建好的输油站之间铺设输油管道和等距离修建增压站(又称泵站).经预算,修建一个增压站的工程费用为432万元,铺设距离为x公里的相邻两增压站之间的输油管道费用为x3+x万元.设余下工程的总费用为y万元.
(1)试将y表示成关于x的函数;
(2)需要修建多少个增压站才能使y最小?
正确答案
(1)设需要修建k个增压站,则(k+1)x=120,即k=-1.
所以y=432k+(k+1)(x3+x)=432×(-1)+
(x3+x)=
+120x2-312.
因为x表示相邻两增压站之间的距离,则0<x≤120.
故y与x的函数关系是y=+120x2-312(0<x≤120).
(2)设f(x)=+120x2-312(0<x≤120),则f′(x)=-
+240x=
(x3-216).
由f'(x)>0,得x3>216,
又0<x≤120,则6<x≤120.
所以f(x)在区间(6,120]内为增函数,在区间[0,6)内为减函数.
所以当x=6时,f(x)取最小值,此时k=-1=
-1=19.
故需要修建19个增压站才能使y最小.
已知函数f(x)=2x+2-xa(常数a∈R).
(1)若a=-1,且f(x)=4,求x的值;
(2)若a≤4,求证函数f(x)在[1,+∞)上是增函数;
(3)若存在x∈[0,1],使得f(2x)>[f(x)]2成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)由a=-1,f(x)=4,可得2x-2-x=4,设2x=t,
则有t-t-1=4,即t2-4t-1=0,解得t=2±(2分)
当t=2+时,有2x=2+
,可得x=log2(2+
).
当t=2-时,有2x=2-
,此方程无解.
故所求x的值为log2(2+).(4分)
(2)设x1,x2∈[1,+∞),且x1>x2,
则f(x1)-f(x2)=(2x1+2-x1a)-(2x2+2-x2a)
=(2x1-2x2)+a
=(2x1+x2-a)(7分)
由x1>x2,可得2x1>2x2,即2x1-2x2>0
由x1,x2∈[1,+∞),x1>x2,可得x1+x2>2,
故2x1+x2>4>0,
又a≤4,故2x1+x2>a,即2x1+x2-a>0
所以f(x1)-f(x2)>0,即f(x1)>f(x2),
故函数f(x)在[1,+∞)上是增函数.(10分)
(3)因为函数f(x)=2x+2-xa,存在x∈[0,1],
f(2x)>[f(x)]2⇔22x+2-2x>22x+2a+2-2xa2⇔2-2x(a2-a)+2a<0(12分)
设t=2-2x,由x∈[0,1],可得t∈[,1],
由存在x∈[0,1]使得f(2x)>[f(x)]2,
可得存在t∈[,1],使得(a2-a)t+2a<0,(14分)
令g(t)=(a2-a)t+2a<0,
故有g()=
(a2-a)+2a<0或g(1)=(a2-a)+2a<0,
可得-7<a<0.即所求a的取值范围是(-7,0).(16分)
已知函数f(x)=lnx+,a∈R.
(1)若a=1,求函数f(x)的极值;
(2)若函数f(x)在[2,+∞)上是增函数,求实数a的取值范围;
(3)若函数f(x)在[1,e]上的最小值为3,求实数a的值.
正确答案
(1)当a=1时,f(x)=lnx+,定义域为(0,+∞),
f′(x)=-
=
.
所以,当x∈(0,2)时,f′(x)<0,f(x)为减函数;
当x∈(2,+∞)时,f′(x)>0,f(x)为增函数,
所以在(0,+∞)上f(x)有极小值,极小值为f(2)=1+ln2;
(2)由f(x)=lnx+,a∈R,所以f′(x)=
-
=
.
若函数f(x)在[2,+∞)上是增函数,则f′(x)=≥0在[2,+∞)恒成立,
即x-2a≥0在[2,+∞)恒成立,也就是a≤在[2,+∞)恒成立,
所以a≤1.
所以使函数f(x)在[2,+∞)上是增函数的实数a的取值范围是(-∞,1];
(3)由(2)知,以f′(x)=-
=
,
若a≤0,则f′(x)>0,f(x)在(0,+∞)上为增函数,
f(x)在[1,e]上的最小值为f(1)=2a=3,a=,不合题意;
若a>0,由f′(x)=0,得x=2a.
当x∈(0,2a)时,f′(x)<0,f(x)为减函数,
当x∈(2a,+∞)时,f′(x)>0,f(x)为增函数,
所以当2a≤1,即a≤时,f(x)在[1,e]上为增函数,
最小值为f(1)=2a=3,a=,不合题意;
当2a≥e,即a≥时,f(x)在[1,e]上为减函数,
最小值为f(e)=1+=3,a=e,符合题意;
当1<2a<e,即<a<
时,f(x)在[1,e]上的最小值为f(2a)=ln2a+1=3,a=
不合题意.
综上,使函数f(x)在[1,e]上的最小值为3的实数a的值为e.
求函数y=2lg(x-2)-lg(x-3)的最小值.
正确答案
定义域为(3,+∞),
y=lg.要求函数y的最小值,只需求
的最小值,
又∵=
=
=(x-3)+
+2,
∴当且仅当x-3=,即x=4时,
取得最小值4,即ymin=lg4.
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