- 导数在研究函数中的应用
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已知函数.
(Ⅰ)设,求
的最小值;
(Ⅱ)如何上下平移的图象,使得
的图象有公共点且在公共点处切线相同.
正确答案
(Ⅰ) 1;(Ⅱ)的图象向下平移1个单位后,两函数图象在公共点(1,0)处有相同的切线
试题分析:(Ⅰ)先求导,再求导数等于0的根,解导数大于0、小于0的不等式得函数的单调区间。根据函数单调性求其最值。(Ⅱ)令,
的图象有公共点即
有解。公共点处切线相同.因为切点为同一点只需斜率相等即可。由导数的几何意义可知在切点处的导数就是在切点处切线的斜率,所以只需两函数在切点处导数相等。解方程组即可求出
。
试题解析:(Ⅰ),则
, 2分
令解得
, 3分
因时,
,当
时,
, 5分
所以当时,
达到最小,
的最小值为1. 7分
(Ⅱ)设上下平移的图象为c个单位的函数解析式为
.
设的公共点为
.
依题意有: 10分
解得,
即将的图象向下平移1个单位后,两函数图象在公共点(1,0)处有相同的切线. 13分
已知函数.
(1)求的单调区间;
(2)若,
在区间
恒成立,求a的取值范围.
正确答案
(1)(i),
在
单调增加.
(ii),
在
单调减少,在
单调增加.
(iii),
在
单调减少,在
单调递增.
(2) .
试题分析:(1)的定义域为
.
注意分以下情况讨论导函数值的正负,确定函数的单调区间.
,
,
等.
(2)由题意得恒成立.
引入函数, 则
得到在区间
上是增函数,从而只需
,求得
.
试题解析:(1)的定义域为
. 1分
3分
(i)若即
,则
故
在
单调增加. 4分
(ii)若,而
,故
,则当
时,
;
当或
时,
;
故在
单调减少,在
单调增加. 5分
(iii)若,即
,
同理可得在
单调减少,在
单调递增. 6分
(2)由题意得恒成立.
设, 8分
则
所以在区间
上是增函数, 10分
只需即
12分
函数.
(1)当时,对任意
R,存在
R,使
,求实数
的取值范围;
(2)若对任意
恒成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1)的取值范围是
;(2)
.
试题分析:(1)本问题等价于, 1分
,
, 2分
所以在
上递减,在
上递增, 3分
所以 4分
又,所以
,所以
的取值范围是
; 5分
(2),
,
, 6分
所以在
递增,所以
, 7分
①当,即
时,
在
递增,所以
,
9分
②当,即
时,存在正数
,满足
,
于是在
递减,在
递增, 10分
所以,11分
,所以
在
递减, 12分
又,所以
, 13分
,因为
在
上递增,所以
, 14分
由①②知的取值范围是
. 15分
点评:难题,利用导数研究函数的单调性、极值,是导数应用的基本问题,主要依据“在给定区间,导函数值非负,函数为增函数;导函数值非正,函数为减函数”。确定函数的极值,遵循“求导数,求驻点,研究单调性,求极值”。不等式恒成立问题,往往通过构造函数,研究函数的最值,使问题得到解决。本题对a-2的取值情况进行讨论,易于出错。
已知函数.
(1)当时,求函数
的单调区间;
(2)当时,若
,
恒成立,求实数
的最小值;
(3)证明.
正确答案
(1)的单减区间是
,单增区间是
;(2)
;(3)详见解析.
试题分析:(1)函数问题先求定义域,当
时,由于函数
中含有绝对值符号,故要考虑
或
两种情况,接着求分别
,令
,
求出其单调增区间或减区间;(2)当
时,
,即
,构造新函数
,用导数法求函数
的最小值,必须对
分类讨论,从而求出
的最小值;(3)由(2)得,
,当
时,不等式左边
,所以不等式成立,当
时,令
代入
,用放缩法证明不等式成立.
试题解析:(1)当时,
当时,
,
,
在
上是减函数;
当时,
,
,令
得,
,
在
上单减,在
上单增
综上得,的单减区间是
,单增区间是
. 4分
(2)当时,
即,设
5分
当时,
,不合题意; 6分
当时,
令得,
,
时,
,
在
上恒成立,
在
上单增,
,故
符合题意; 8分
②当时,
,对
,
,
,
故不合题意.综上,
的最小值为
. 9分
(3)由(2)得, ①
证明:当n=1时,不等式左边=2-ln3<2=右边,所以不等式成立.
当n≥2时,令①式中得
,
,
,
所以当n≥2时不等式成立.
命题得证. 14分
已知函数g(x)="aln" x·f(x)=x3 +x2+bx
(1)若f(x)在区间[1,2]上不是单调函数,求实数b的范围;
(2)若对任意x∈[1,e],都有g(x)≥-x2+(a+2)x恒成立,求实数a的取值范围;
(3)当b=0时,设F(x)=,对任意给定的正实数a,曲线y=F(x)上是否存在两点P,Q,使得△POQ是以O(O为坐标原点)为直角顶点的直角三角形,而且此三角形斜边中点在y轴上?请说明理由.
正确答案
(1);(2)
;(3)详见解析.
试题分析:(1)先求函数的导数,因为在区间不单调,所以导函数的值不恒大于或小于0,即函数的最大值大于0,函数的最小值小于0,即不单调;
(2)根据条件化简得,
,
,求出
,
的最小值即可确定
的范围,首先对函数求导,确定单调性,求出最值;
(3)先假设曲线上存在两点
满足题意,设出
,则
,从而由
是以O(O为坐标原点)为直角顶点的直角三角形可建立关系式
,分情况求解即可.
试题解析:(1)由
得 因
在区间[1,2]上不是单调函数
所以在[1,2]上最大值大于0,最小值小于0
∴
4分
(2)由,得
.
,且等号不能同时取,
,即
恒成立,即
6分
令,求导得,
,
当时,
,从而
,
在
上为增函数,
,
. 8分
(3)由条件,,
假设曲线上存在两点
,
满足题意,则
,
只能在
轴两侧, 9分
不妨设,则
,且
.
是以
为直角顶点的直角三角形,
,
(*),
是否存在,
等价于方程
在
且
时是否有解.
①若时,方程
为
,化简得
,此方程无解; 12分
②若时,方程
为
,即
,
设,则
,
显然,当时,
,即
在
上为增函数,
的值域为
,即
,
当
时,方程(*)总有解.
对任意给定的正实数
,曲线
上总存在两点
,
,使得
是以
(
为坐标原点)为直角顶点的直角三角形,且此三角形斜边中点在
轴上. 14分
已知函数f(x)=axln x图象上点(e,f(e))处的切线与直线y=2x平行,g(x)=x2-tx-2.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)求函数f(x)在[n,n+2](n>0)上的最小值;
(3)对一切x∈(0,e],3f(x)≥g(x)恒成立,求实数t的取值范围.
正确答案
(1)f(x)=xln x (2)-
(3) [-1,+∞)
(1)由f(x)在点(e,f(e))处的切线方程与直线2x-y=0平行,得该切线斜率为2,即f′(e)=2.
又∵f′(x)=a(ln x+1),∴a(ln e+1)=2,a=1,
所以f(x)=xln x.
(2)由(1)知f′(x)=ln x+1,显然f′(x)=0时,x=e-1,当x∈时,f′(x)<0,所以函数f(x)在
上单调递减,当x∈
时f′(x)>0,所以函数f(x)在
上单调递增,①当
∈(n,n+2]时,f(x)min=f
=-
;
②当≤n<n+2时,函数f(x)在[n,n+2]上单调递增,因此f(x)min=f(n)=nln n;
所以f(x)min=
(3)对一切x∈(0,e],3f(x)≥g(x)恒成立,又g(x)=x2-tx-2,∴3x ln x≥x2-tx-2,
即t≥x-3ln x-.设h(x)=x-3ln x-
,x∈(0,e],则h′(x)=1-
+
=
,由h′(x)=0得x=1或2,∴x∈(0,1),h′(x)>0,h(x)单调递增,x∈(1,2),h′(x)<0,h(x)单调递减,x∈(2,e),h′(x)>0,h(x)单调递增,∴h(x)极大值=h(1)=-1,且h(e)=e-3-2e-1<-1,所以h(x)max=h(1)=-1.
因为对一切x∈(0,e],3f(x)≥g(x)恒成立,
∴t≥h(x)max=-1.故实数t的取值范围是[-1,+∞).
已知函数,
.
(1)求的极值点;
(2)对任意的,记
在
上的最小值为
,求
的最小值.
正确答案
(1)是极大值点,
是极小值点;(2)
.
试题分析:(1)利用导数求出函数的两个极值点,并结合导数符号确定相应的极大值点与极小值点;(2)在(1)的基础上,对
与极小值
的大小作分类讨论,结合图象确定
的表达式,然后再根据
的表达式确定相应的最小值.
试题解析:(1),
由解得:
,
,
当或
时,
,
当时,
所以,有两个极值点:
是极大值点,
;
是极小值点,
;
(2)过点作直线
,与
的图象的另一个交点为
,
则,即
,
已知有解,则
,
解得,
当时,
;
;
当时,
,
,
其中当时,
;
当时,
,
;
所以,对任意的,
的最小值为
(其中当
时,
).
已知函数
(1)求函数在
上的最大值与最小值;
(2)若时,函数
的图像恒在直线
上方,求实数
的取值范围;
(3)证明:当时,
正确答案
(1);(2)
;(3)证明见解析.
试题分析:(1)由知当
时,
,当
时,
,可得函数的最值.(2)当
时,函数
的图象恒直线
的上方,等价于
时,不等式
恒成立,即
恒成立.令
,由
可得
的取值,从而得
的取值;(3)由(2)知当
时,
,
,则
,即
,令
取1,2…可得不等式,累加可得
.
解:(1)定义域为,且
,
当时,
,
当时,
,
在
为为减函数;在
上为增函数,
.
(2)当时,函数
的图象恒直线
的上方,等价于
时,不等式
恒成立,即
恒成立,令
,
则
当
时,
,故
在
上递增,所以
时,
,故满足条件的实数
取值范围是
.
(3)证明:由(2)知当时,
令,则
,化简得
即
已知函数处取得极值2
(1)求函数的表达式;
(2)当满足什么条件时,函数
在区间
上单调递增?
(3)若为
图象上任意一点,直线与
的图象相切于点P,求直线的斜率
的取值范围
正确答案
(1);(2)当
时,函数
在区间
上单调递增;(3)直线的斜率
的取值范围是
试题分析:(1)求导得
,因为函数
在
处取得极值2,
所以,由此解得
,从而得
的解析式;(2)由(1)知
,由此可得
的单调增区间是[-1,1],要使得函数
在区间
上单调递增,则
(3)由题意及导数的几何意义知,求直线的斜率
的取值范围就是求函数
的导数的取值范围
试题解析:(1)因为
(2分)
而函数在
处取得极值2,
所以, 即
解得
所以即为所求 (4分)
(2)由(1)知
令得:
则的增减性如下表:
可知,的单调增区间是[-1,1], (6分)
所以
所以当时,函数
在区间
上单调递增。 (9分)
(3)由条件知,过的图象上一点P的切线的斜率
为:
(11分)
令,则
,
此时,的图象性质知:
当时,
;
当时,
所以,直线的斜率的取值范围是
(14分)
设函数,已知曲线
在点
处的切线方程是
.
(1)求的值;并求出函数的单调区间;
(2)求函数在区间
上的最值.
正确答案
(1)的递增区间为
,
的递减区间为
;
(2),
。
试题分析:(1)利用求导,曲线在某点处的切线方程的斜率等于在该点处导函数值,导函数大于0解不等式得到单调增区间,导函数小于0解不等式得到单调减区间。(2)利用单调区间,求区间内的最大最小值,然后与端点的函数值进行比较,最大的为最大值,最小的为最小值。
试题解析:(1),
,
. 3分
,
令,得
或
;令
,得
的递增区间为
,
的递减区间为
7分
(2)由(1)知列表得
由表得当时,
又,
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