- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知定义在R上的函数f(x)=ax3+bx2+cx+d(a,b,c,d,∈R)的图象关于原点对称,且x=1时,f(x)取极小值-.
(Ⅰ)求f(x)的解析式;
(Ⅱ)当x∈[-1,1]时,图象上是否存在两点,使得在此两点处的切线互相垂直?证明你的结论.
正确答案
(I)因为图象关于原点对称,所以f(x)为奇函数,所以b=0,d=0;
所以f(x)=ax3+cx,因此f'(x)=3ax2+c
由题意得 ,
解得 a=,c=-
所以f(x)=x 3-
x.
(II)不存在.
证明:假设存在x1,x2,则f'(x1)•f'(x2)=-1
所以(x12-1)(x22-1)=-4
因为x1,x2∈[-1,1]所以x12-1,x22-1∈[-1,0]
因此(x12-1)(x22-1)≠-4
所以不存在.
已知函数,
.
(1)若直线恰好为曲线
的切线时,求实数
的值;
(2)当,
时(其中无理数
),
恒成立,试确定实数
的取值范围.
正确答案
(1).(2)实数
的取值范围是[
.
试题分析:(1)切点处的导函数值,为切线的斜率.因此,设切点为,可得
,即
,
由(1)解得或
.分别代人(2)讨论得到
.
(2)由得:
(4),
可化为:;
只需讨论确定,
,
,的最大值.
试题解析:(1)设切点为,由题意得:
,即
,
由(1)解得或
.(4分)
将代入(2)得:
.
将代入(2)得:
(3),
设,则
,
所以在(0,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,
,所以方程(3)无实数解。(6分)所以,
.
(2)由得:
(4),
由知:
在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
所以,的最小值为
,
所以不等式(4)可化为:;(8分)
设,
,
,
当,
时,
,所以
;
当,1)时,
,所以
;
所以在
上单调递减,在[1,
]上单调递增,
所以,又
,
,
,又
,所以
,
所以,,
所以,当,
时,
恒成立时实数
的取值范围是[
.(13分)
备注:解答题的其它解法可相应给分。
已知函数f(x)=ax3-3x2+1-.
(I)讨论函数f(x)的单调性;
(Ⅱ)若曲线y=f(x)上两点A、B处的切线都与y轴垂直,且线段AB与x轴有公共点,求实数a的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)由题设知a≠0,f′(x)=3ax2-6x=3ax(x-).
令f′(x)=0得x1=0,x2=.
当(i)a>0时,
若x∈(-∞,0),则f'(x)>0,
所以f(x)在区间(-∞,)上是增函数;
若x∈(0,),则f'(x)<0,
所以f(x)在区间(0,)上是减函数;
若x∈(,+∞),则f'(x)>0,
所以f(x)在区间(,+∞)上是增函数;
(ii)当a<0时,
若x∈(-∞,),则f'(x)<0,
所以f(x)在区间(-∞,)上是减函数;
若x∈(0,),则f'(x)<0,
所以f(x)在区间(0,)上是减函数;
若x∈(,0),则f'(x)>0,
所以f(x)在区间(,0)上是增函数;
若x∈(0,+∞),则f'(x)<0,
所以f(x)在区间(0,+∞)上是减函数.
(Ⅱ)由(Ⅰ)的讨论及题设知,曲线y=f(x)上的两点A、B的纵坐标为函数的极值,
且函数y=f(x)在x=0,x=处分别是取得极值f(0)=1-
,f(
)=-
-
+1.
因为线段AB与x轴有公共点,所以f(0)•f()≤0.
即(--
+1)(1-
)≤0.
所以≤0.
故(a+1)(a-3)(a-4)≤0,且a≠0.
解得-1≤a<0或3≤a≤4.
即所求实数a的取值范围是[-1,0)∪[3,4].
(2013•天津)已知函数f(x)=x2lnx.
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)证明:对任意的t>0,存在唯一的s,使t=f(s).
(3)设(2)中所确定的s关于t的函数为s=g(t),证明:当t>e2时,有.
正确答案
(1)所以函数f(x)的单调递减区间为(0,),单调递增区间为(
,+∞)
(2)见解析 (3)见解析
(1)由题意可知函数的定义域为(0,+∞),
求导数可得f′(x)=2xlnx+x2•=2xlnx+x=x(2lnx+1),
令f′(x)=0,可解得x=,
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
所以函数f(x)的单调递减区间为(0,),单调递增区间为(
,+∞)
(2)证明:当0<x≤1时,f(x)≤0,设t>0,令h(x)=f(x)﹣t,x∈[1,+∞),
由(1)可知,h(x)在区间(1,+∞)单调递增,h(1)=﹣t<0,h(et)=e2tlnet﹣t=t(e2t﹣1)>0,
故存在唯一的s∈(1,+∞),使得t=f(s)成立;
(3)证明:因为s=g(t),由(2)知,t=f(s),且s>1,
从而=
=
=
=
,其中u=lns,
要使成立,只需
,
即2<,即2<2+
,
只需,变形可得只需0<lnu<
,
当t>e2时,若s=g(t)≤e,则由f(s)的单调性,有t=f(s)≤f(e)=e2,矛盾,
所以s>e,即u>1,从而lnu>0成立,
另一方面,令F(u)=lnu﹣,u>1,F′(u)=
,
令F′(u)=0,可解得u=2,
当1<u<2时,F′(u)>0,当u>2时,F′(u)<0,
故函数F(u)在u=2处取到极大值,也是最大值F(2)=ln2﹣1<0,
故有F(u)=lnu﹣<0,即lnu<
,
综上可证:当t>e2时,有成立.
已知函数,曲线
经过点
,
且在点处的切线为
.
(1)求、
的值;
(2)若存在实数,使得
时,
恒成立,求
的取值范围.
正确答案
(1),
;(2)
.
试题分析:(1)利用条件“曲线经过点
,且在点
处的切线为
”得到
以及
,从而列出方程组求解
、
的值;(2)利用参数分离法将问题等价转化为
在区间
上恒成立,并构造新函数
,转化为
,
利用导数求出函数在区间
的最大值,从而可以求出实数
的取值范围.
(1),
依题意,,即
,解得
;
(2)由,得:
,
时,
即
恒成立,当且仅当
,
设,
,
,
由得
(舍去),
,
当,
;当
,
,
在区间
上的最大值为
,
所以常数的取值范围为
.
已知函数(
为常数),其图象是曲线
.
(1)当时,求函数
的单调减区间;
(2)设函数的导函数为
,若存在唯一的实数
,使得
与
同时成立,求实数
的取值范围;
(3)已知点为曲线
上的动点,在点
处作曲线
的切线
与曲线
交于另一点
,在点
处作曲线
的切线
,设切线
的斜率分别为
.问:是否存在常数
,使得
?若存在,求出
的值;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1);(2)
;(3)当
时,存在常数
,使
;当
时,不存在常数
,使
.
试题分析:(1)这是一个求函数单调递减区间的问题,比较简单,可以通过导数的符号去判断;(2)这是一个两方程有公共解且公共解唯一的问题,消去参数后就转化为含有参数
的关于未知数
的三次方程有唯一解的问题,可利用三次函数的图象判断;(3)可设
,然后把点
的坐标和
都用
表示,再考察关于
的等式
恒成立,从而去确定常数
是否存在.
试题解析:(1)当时,
. 2分
令f ¢(x)<0,解得,f(x)的单调减区间为
. 4分
(2) ,
由题意知消去
,得
有唯一解. 6分
令,则
,
以在区间
,
上是增函数,在
上是减函数, 8分
又,
,
故实数的取值范围是
. 10分
(3) 设,则点
处切线方程为
,
与曲线:
联立方程组,得
,即
,所以
点的横坐标
. 12分
由题意知,,
,
若存在常数,使得
,则
,
即常数,使得
,
所以常数,使得
解得常数
,使得
,
. 15分
故当时,存在常数
,使
;当
时,不存在常数
,使
.16分
已知f(x)=(x∈R)在区间[-1,1]上是增函数.
(1)求实数a的值组成的集合A;
(2)设关于x的方程f(x)=的两个非零实根为x1、x2.试问:是否存在实数m,使得不等式m2+tm+1≥|x1-x2|对任意a∈A及t∈[-1,1]恒成立?若存在,求m的取值范围;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)A={a|-1≤a≤1}. (2){m|m≥2,或m≤-2}.)
试题分析:(1)f'(x)==
,
∵f(x)在[-1,1]上是增函数,∴f'(x)≤0对x∈[-1,1]恒成立,
即x2-ax-2≤0对x∈[-1,1]恒成立. ①
设(x)=x2-ax-2,
① -1≤a≤1,
∵对x∈[-1,1],f(x)是连续函数,且只有当a=1时,f'(-1)=0以及当a=-1时,f'(1)=0
∴A={a|-1≤a≤1}. -6分
(2)由=
,得x2-ax-2=0, ∵△=a2+8>0
∴x1,x2是方程x2-ax-2=0的两实根,
∴从而|x1-x2|=
=
.
∵-1≤a≤1,∴|x1-x2|=≤3. 10分
要使不等式m2+tm+1≥|x1-x2|对任意a∈A及t∈[-1,1]恒成立,
当且仅当m2+tm+1≥3对任意t∈[-1,1]恒成立,
即m2+tm-2≥0对任意t∈[-1,1]恒成立. ②
设g(t)=m2+tm-2=mt+(m2-2),
(方法一:)
②m≥2或m≤-2.
所以,存在实数m,使不等式m2+tm+1≥|x1-x2|对任意a∈A及t∈[-1,1]恒成立,其取值范围是{m|m≥2,或m≤-2}. --14分
(注:方法二: 当m=0时,②显然不成立; 当m≠0时,
②
或
m≥2或m≤-2.
所以,存在实数m,使不等式m2+tm+1≥|x1-x2|对任意a∈A及t∈[-1,1]恒成立,
其取值范围是{m|m≥2,或m≤-2}.)
点评:难题,在某区间,导函数值非负,则函数为增函数;导函数值非正,则函数为减函数。通过研究函数的图象和性质,进一步研究方程有实根的情况,这是函数与方程思想的灵活应用。不等式恒成立问题,一般的要转化成求函数的最值问题。
已知函数.
(1)当时,设
.讨论函数
的单调性;
(2)证明当.
正确答案
(1)当时,
在
上是增函数;
当时,
在
上是减函数,在
上是增函数.
(2)见解析.
试题分析:(1)求导数,研究导函数值的正负,确定单调区间.
由于,当
时,
.
所以,讨论当,即
时,当
,即
时,即得结论;
(2)构造函数,由于导数,通过确定函数的单调性及最值,达到解题目的.
由于,
所以令,再次利用导数加以研究
,
当时,
在
上是减函数,
当时,
在
上是增函数,
又
得到当时,恒有
,即
,
在
上为减函数,由
,得证.
(1),所以
. 2分
当时,
,故有:
当,即
时,
,
;
当,即
时,
,
令,得
;令
,得
, 5分
综上,当时,
在
上是增函数;
当时,
在
上是减函数,在
上是增函数. 6分
(2)设,则
,
令,则
, 8分
因为,所以当
时,
;
在
上是减函数,
当时,
,
在
上是增函数,
又所以当
时,恒有
,即
,
所以在
上为减函数,所以
,
即当时,
. 13分
已知函数
(1)当时,求曲线
在点
处的切线方程;
(2)当时,若
在区间
上的最小值为-2,求
的取值范围;
(3)若对任意,且
恒成立,求
的取值.
正确答案
(1);(2)
;(3)
.
试题分析:(1)曲线在点
处的切线斜率,等于函数在该点的导数值.
(2)遵循“求导数、求驻点、讨论区间导数值的正负、确定极值”等步骤,
通过讨论,
,
,
时函数的单调性,确定得到最小值,
确定的取值范围.
(3)根据题目的条件结构特征,构造函数,即
,
只要在
上单调递增即可.
通过研究
讨论,
,得到
在
上单调递增;
当时,只需
在
上恒成立,因为
,将问题转化成只要
,从而,利用一元二次不等式的知识,得到实数
的取值范围.
本题突出利用了“转化与化归思想”.
试题解析:(1)当时,
,
∵,
∴曲线在点
处的切线方程是
;
(2)函数x的定义域是
.
当时,
令,得
或
.
当,即
时,
在
上单调递增,
所以在
上的最小值是
;
当时,
在
上的最小值是
,不合题意;
当时,
在
上单调递减,
所以在
上的最小值是
,不合题意.
综上,a≥1;
(3)设,则
,
只要在
上单调递增即可。 10分
而
当时,
,此时
在
上单调递增; 11分
当时,只需
在
上恒成立,因为
,只要
,
则需要, 12分
对于函数,过定点(0,1),对称轴
,只需
,
即. 综上
. 14分
已知.
(1)求函数的最大值;
(2)设,证明:
有最大值
,且
.
正确答案
(1)0;(2)证明过程详见解析.
试题分析:本题主要考查导数的运算、利用导数研究函数的单调性、最值等基础知识,同时考查分析问题解决问题的综合解题能力和计算能力.第一问, 对求导,由于
单调递增,
单调递减,判断出函数
的单调性,求出函数的最大值;第二问,对
求导,设分子为
再求导,判断
的单调性,再根据零点的定义判断
在
上有零点,结合第一问的结论,得出所证结论.
试题解析: (1).
当时,
,
单调递增;
当时,
,
单调递减.
所以的最大值为
. 4分
(2),
.
设,则
.
当时,
,
单调递减;
当时,
,
单调递增;
当时,
,
单调递减. 7分
又,
,
,
所以在
有一零点
.
当时,
,
单调递增;
当时,
,
单调递减. 10分
由(1)知,当时,
;当
时,
.
因此有最大值
,且
. 12分
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