- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=x-1-alnx(a∈R)。
(1)若曲线y=f(x)在x=1处的切线方程为3x-y-3=0求实数a的值;
(2)求证:f(x)≥0恒成立的充要条件是a=1;
(3)若a<0且对任意x1, x2,都有|f(x1)-f(x2)|≤4||,求实数a的取值范围。
正确答案
解:(1)因为
所以
得曲线在x=1处的切线的斜率为1-a
由已知在x=1处的切线方程为
从而1-a=3
∴ ;
(2)充分性:∵a=1
∴当时,
∴函数在(1,+∞)是增函数
当时,
∴函数在(0,1)是减函数
∴
必要性:由
当时,
∴函数在(0,+∞)是增函数而
当时,
与当
恒成立矛盾
∴时不满足题意
当时,
时
∴函数在(a,+∞)是增函数
当时,
∴函数在(0,a)是减函数
∴
∵
∴当时,
此时与
恒成立矛盾
综上恒成立的充要条件是a=1;
(3)由(2)知当a<0时,函数f(x)在(0,1]是增函数
而函数f(x)=在(0,1]是减函数
不妨设
则,
∴
等价于
即
设
则等价于h(x)在(0,1]上是减函数
∴在(0,1]上恒成立
即在(0,1]上恒成立
即a不小于在(0,1]上的最大值
而函数在(0,1]上是增函数
∴函数的最大值为-3
故
又a<0
故实数a的取值范围为[-3,0)。
设M是由满足下列条件的函数f(x)构成的集合:“①方程f(x)﹣x=0有实数根;②函数
f(x)的导数f'(x)满足0<f'(x)<1.”
(I)判断函数是否是集合M中的元素,并说明理由;
(II)集合M中的元素f(x)具有下面的性质:若f(x)的定义域为D,则对于任意
[m,n]D,都存在x0∈(m,n),使得等式f(n)﹣f(m)=(n﹣m)f'(x0)成立.试用这一性质证明:方程f(x)﹣x=0只有一个实数根;
(III)设x1是方程f(x)﹣x=0的实数根,求证:对于f(x)定义域中任意的x2,x3,当|x2﹣x1|<1,且|x3﹣x1|<1时,有|f(x3)﹣f(x2)|<2.
正确答案
解:(I)因为,
又因为当x=0时,f(0)=0,
所以方程f(x)﹣x=0有实数根0.
所以函数是的集合M中的元素.
(II)假设方程f(x)﹣x=0存在两个实数根α,β(α≠β),
则f(α)﹣α=0,f(β)﹣β=0不妨设α<β,根据题意存在数c(α,β)
使得等式f(β)﹣f(α)=(β﹣α)f'(c)成立.
因为f(α)=α,f(β)=β,且α≠β,
所以f'(c)=1,
与已知0<f'(x)<1矛盾,
所以方程f(x)﹣x=0只有一个实数根;
(III)不妨设x2<x3,因为f'(x)>0,
所以f(x)为增函数,
所以f(x2)<f(x3),
又因为f'(x)﹣1<0,
所以函数f(x)﹣x为减函数,
所以f(x2)﹣x2>f(x3)﹣x3,
所以0<f(x3)﹣f(x2)<x3﹣x2,
即|f(x3)﹣f(x2)|<|x3﹣x2|,
所以|f(x3)﹣f(x2)|<|x3﹣x2|=|x3﹣x1﹣(x2﹣x1)|≤|x3﹣x1|+|x2﹣x1|<2
设f(x)=(sinx+cosx)ex+m,
(1)当m=0时,求f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
(2)若对于任意x∈[0,π],都有f(x)≥0,求m的取值范围.
正确答案
解:(1),
则f(0)=1,f′(0)=2,
故f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=2x+1。
(2)由(1)知,
由;由
;
由,
故f(x)在区间上为增函数,在区间
上为减函数,
又,
故其最小值为,
要使f(x)≥0对任意实数x∈[0,π]恒成立,
只需,
即m的取值范围是。
设函数f(x)=x3-3ax+b(a≠0)。
(1)若曲线y=f(x)在点(2 ,f(2))处与直线y=8相切,求a,b的值;
(2)求函数f(x)的单调区间与极值点。
正确答案
解:(1)由题意知
∵曲线y= f(x)在点(2,f(2))处与直线y=8相切
∴
∴
(2)∵,
∴①当a<0时,f′(x)>0,函数f(x)在(-∞,+∞)上单调递增,此时函数f(x)没有极值点。
②当a>0时,由f′(x)=0可得
i)当时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;
ii)当时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减;
iii)当时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增
综上可知,是f(x)的极大值点,
是f(x)的极小值点。
求经过点(2,0)且与y=曲线相切的直线方程.
正确答案
设切线方程为y=k(x-2),所以因为相切所以△=0,解得k=0或k=-1,
∴切线方程为x+y-2=0.或y=0
已知函数f(x)=x2-ax+(a+1)lnx.
(Ⅰ)若曲线f(x)在点(2,f(2))处的切线与直线2x+3y+1=0垂直,求a的值;
(Ⅱ)若f(x)在区间(0,+∞)单调递增,求a的取值范围;
(Ⅲ)若-1<a<3,证明:对任意x1,x2∈(0,+∞),x1≠x2,都有>1成立.
正确答案
(I)由题意得,f′(x)=x-a+,
∵在点(2,f(2))处的切线与直线2x+3y+1=0垂直,
∴在点(2,f(2))处的切线的斜率是,即f′(2)=2-a+
=
,
解得a=2,
(II)由(I)知,f′(x)=x-a+=
,且x>0,
∵f(x)在区间(0,+∞)上单调递增,
∴f′(x)=≥0在区间(0,+∞)上恒成立,
即x2-ax+a+1≥0在区间(0,+∞)上恒成立,
设g(x)=x2-ax+a+1,对称轴x=,
则或
,解得-1≤a≤0或0<a<2+2
,
故a的取值范围是-1≤a<2+2,
(III)“>1”的几何意义是函数f(x)曲线上任意两点确定的割线斜率k>1,
即在任一点处的切线斜率k>1,
即证当-1<a<3时,对x∈(0,+∞),恒有f′(x)>1,
∴f′(x)=>1,且x>0,即x2-(a+1)x+a+1>0在(0,+∞)恒成立,
设h(x)=x2-(a+1)x+a+1>0,且对称轴x=,
由-1<a<3得,0<<2,
则h(x)min=h()=(
a+1
2
)2-(a+1)+a+1=
,
由-1<a<3得,>0,
故结论得证.
已知a是实数,函数f(x)=21nx+x2-ax(x∈(0,+∞)),
(Ⅰ)若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与圆(x-1)2+y2=1相切,求a的值;
(Ⅱ)若函数f(x)在定义域上存在单调减区间,求a的取值范围;
(Ⅲ)若a=1,对x1∈[1,e],
x0∈[1,e]使f(x0)=m
-x1成立,求m的取值范围。
正确答案
解:(Ⅰ),
,
又f(1)=1-a,切线方程:y-(1-a)=(4-a)(x-1),即(4-a)x-y-3=0,
又切线与圆(x-1)2+y2=1相切,得;
(Ⅱ)若函数f(x)在定义域上存在单调减区间,(0,∞)使得f′(x)<0成立不等式有正数解,
又x>0,故2x2-ax+2<0有解,
①当a<0不可能;
②当a>0时,Δ=a2-4a>0,a>4;
(Ⅲ)若a=1,对使
成立;
f(x)在[1,e]上的值域为[0,e2-e+2]且g(x)=,
g(1)∈[0,e2-e+2],m-1∈[0,e2-e+2],即m≥1,
,
故m的取值范围为e2≤m≤e2-e+3。
已知函数f(x)=x3+(1-a) x2-a(a+2)x+b(a,b∈R).
(I)若函数f(x)的图象过原点,且在原点处的切线斜率是-3,求a,b的值;
(Ⅱ)若函数f(x)在区间(-1,1)上不单调,求a的取值范围.
正确答案
解析:(Ⅰ)由题意得f'(x)=3x2+2(1-a)x-a(a+2)
又,
解得b=0,a=-3或a=1
(Ⅱ)函数f(x)在区间(-1,1)不单调,等价于
导函数f'(x)[是二次函数],在(-1,1有实数根但无重根.
∵f'(x)=3x2+2(1-a)x-a(a+2)=(x-a)[3x+(a+2)],
令f'(x)=0得两根分别为x=a与x=-
若a=-即a=-
时,此时导数恒大于等于0,不符合题意,
当两者不相等时即a≠-时
有a∈(-1,1)或者-∈(-1,1)
解得a∈(-5,1)且a≠-
综上得参数a的取值范围是(-5,-)∪(-
,1)
已知函数f(x)=ax-lnx+1(a∈R),g(x)=xe1-x.
(1)求函数g(x)在区间(0,e]上的值域;
(2)是否存在实数a,对任意给定的x0∈(0,e],在区间[1,e]上都存在两个不同的xi(i=1,2),使得f(xi)=g(x0)成立.若存在,求出a的取值范围;若不存在,请说明理由.
(3)给出如下定义:对于函数y=F(x)图象上任意不同的两点A(x1,y1),B(x2,y2),如果对于函数y=F(x)图象上的点M(x0,y0)(其中x0=)总能使得F(x1)-F(x2)=F'(x0)(x1-x2)成立,则称函数具备性质“L”,试判断函数f(x)是不是具备性质“L”,并说明理由.
正确答案
(1)∵g'(x)=e1-x1xe1-x=ex-1(1-x)在区间(0,1]上单调递增,在区间[1,e)上单调递减,且g(0)=0,g(1)=1>g(e)=e2-e函数g(x)在区间(0,e]上的值域为(0,1]….(3分)
(2)令m=g(x),则由(1)可得m∈(0,1],原问题等价于:对任意的m∈(0,1]f(x)=m在[1,e]上总有两个不同的实根,故f(x)在[1,e]不可能是单调函数 …(5分)∵f′(x)=a-(1≤x≤e)
当a≤0时,f′(x)=a-<0,在区间[1,e]上递减,不合题意
当a≥1时,f'(x)>0,在区间[1,e]上单调递增,不合题意
当0<a≤时,f'(x)<0,在区间[1,e]上单调递减,不合题意
当1<<e即
<a<1时,在区间[1,
]上单调递减;在区间[
,e]上单递增,
由上可得a∈(,1),此时必有f(x)的最小值小于等于0且f(x)的最大值大于等于1,而由f(x)min=f(
)=2+lna≤0可得a≤
,则a∈Φ
综上,满足条件的a不存在.…..(8分)
(3)设函数f(x)具备性质“L”,即在点M处地切线斜率等于kAB,不妨设0<x1<x2,则kAB==
=a-
,而f(x)在点M处的切线斜率为f′(x0)=f′(
)=a-
,故有
=
…..(10分)
即ln=
=
,令t=
∈(0,1),则上式化为lnt+
-2=0,
令F(t)=lnt+-2,则由F′(t)=
-
=
>0可得F(t)在(0,1)上单调递增,故F(t)<F(1)=0,即方程lnt+
-2=0无解,所以函数f(x)不具备性质“L”.…(14分)
已知函数f(x)=ln(1+x)-x+x2(k≥0)。
(1)当k=2时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)求f(x)的单调区间。
正确答案
解:(1)当k=2时,f(x)=ln(1+x)-x+x2,f'(x)=
由于f(1)=ln2,
所以曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为
即3x-2y+21n2-3=0;
(2),
当k=0时,
所以,在区间(-1,0)上,f'(x)>0;
在区间(0,+∞)上,f'(x)<0
故f(x)的单调递增区间是(-1,0),单调递减区间是(0,+∞)
当0<k<1时,由
得
所以,在区间(-1,0)和上,f'(x)>0;
在区间上,f'(x)<0
故f(x)的单调递增区间是(-1,0)和,单调递减区间是
当k=1时,
故f(x)的单调递增区间是(-1,+∞)
当k>1时,由
得
所以,在区间和(0,+∞)上,f'(x)>0
在区间上,f'(x)<0
故f(x)的单调递增区间是和(0,+∞)
单调递减区间是。
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