- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知
(1)当时,求
的极大值点;
(2)设函数的图象
与函数
的图象
交于
、
两点,过线段
的中点做
轴的垂线分别交
、
于点
、
,证明:
在点
处的切线与
在点
处的切线不平行.
正确答案
(1);(2)证明见解析.
试题分析:(1)极值点的求法是利用导数知识求解,求出,求得
的解
,然后确定当
以及
时的
的符号,若当
时,
,当
时,
,则
是极大值点,反之是极小值点;(2)题设中没有其他的已知条件,我们只能设
,则
的横坐标为
,利用导数可得出切线的斜率
,
,题设要证明的否定性命题,我们用反证法,假设两切线平行,即
,也即
,下面的变化特别重要,变化的意图是把这个等式与已知函数联系起来,等式两边同乘以
,得
,从而等式变为
,注意到
,此等式为
能否成立?能成立,说明存在平行,不能成立说明不能平行.设
,仍然用导数的知识来研究函数的性质,
,即
是增函数,从而在
时,
,即等式
不可能成立,假设不成立,结论得证.
试题解析:(1)
2分
令h’(x)=0,则4x2+2x-1=0,
解出x1=,x2=
3分
4分
5分
所以的极大值点为
6分
(2)设P、Q的坐标分别是.
则M、N的横坐标.
∴C1在点M处的切线斜率为,
C2在点N处的切线斜率为. 7分
假设C1在点M处的切线与C2在点N处的切线平行,则,
即 8分
则
10分
设t=,则
①
令则
∴r(t)在[1,+∞)上单调递增,故r(t)>r(1)=0.
∴,这与①矛盾,假设不成立,
故C1在点M处的切线与C2在点N处的切线不平行. 12分
已知f1(x)=sin x+cos x,记f2(x)=f1′(x),f3(x)=f2′(x),…,fn(x)=fn-1′(x)(n∈N*,n≥2),则f1+f2
+…+f2 014
=________.
正确答案
0
f2(x)=f1′(x)=cos x-sin x,
f3(x)=(cos x-sin x)′=-sin x-cos x,
f4(x)=-cos x+sin x,f5(x)=sin x+cos x,
以此类推,可得出fn(x)=fn+4(x),
又∵f1(x)+f2(x)+f3(x)+f4(x)=0,
∴f1+f2
+…+f2 014
=503f1+f2
+f3
+f4
+f1
+f2
=0.
已知函数(
) =
,g (
)=
+
。
(1)求函数h ()=
(
)-g (
)的零点个数,并说明理由;
(2)设数列满足
,
,证明:存在常数M,使得对于任意的
,都有
≤
.
正确答案
(1)两个零点,理由见解析 (2)见解析
(1)由知,
,而
,且
,则
为
的一个零点,且
在
内有零点,因此
至少有两个零点
解法1:,记
,则
。
当时,
,因此
在
上单调递增,则
在
内至多只有一个零点。又因为
,则
在
内有零点,所以
在
内有且只有一个零点。记此零点为
,则当
时,
;当
时,
;
所以,
当时,
单调递减,而
,则
在
内无零点;
当时,
单调递增,则
在
内至多只有一个零点;
从而在
内至多只有一个零点。综上所述,
有且只有两个零点。
解法2:,记
,则
。
当时,
,因此
在
上单调递增,则
在
内至多只有一个零点。因此
在
内也至多只有一个零点,
综上所述,有且只有两个零点。
(2)记的正零点为
,即
。
(1)当时,由
,即
.而
,因此
,由此猜测:
。下面用数学归纳法证明:
①当时,
显然成立;
②假设当时,有
成立,则当
时,由
知,
,因此,当
时,
成立。
故对任意的,
成立。
(2)当时,由(1)知,
在
上单调递增。则
,即
。从而
,即
,由此猜测:
。下面用数学归纳法证明:
①当时,
显然成立;
②假设当时,有
成立,则当
时,由
知,
,因此,当
时,
成立。
故对任意的,
成立。
综上所述,存在常数,使得对于任意的
,都有
.
已知函数.
(1)设函数求
的极值.
(2)证明:在
上为增函数。
正确答案
(1) 当时,
无极值;当
时,
在
处取得极小值
,无极大值。 (2)见解析
试题分析:(1) ,在求极值时要对参数
讨论,显然当
时
为增函数,无极值,当
时可求得
的根,再讨论两侧的单调性;(2)要证明增函数,可证明
恒正,可再次对函数
进行求导研究其单调性与最值,只要说明
的最小值恒大于等于0即可.已知函数在一个区间上的单调性,可转化为导函数在这个区间上恒正或恒负问题,变为一个恒成立问题,可用相应函数的整体最值来保证,若求参数范围可以采用常数分离法.
试题解析:(1)由题意:
①当时,
,
为
上的增函数,所以
无极值。
②当时,令
得,
,
;
,
所以在
上单调递减,在
上单调递增
所以在
处取得极小值,且极小值为
,无极大值
综上,当时,
无极值;当
,
在
处取得极小值
,无极大值。
(2)由
设,则
所以时,
;
时,
所以在
上单调递减,在
上单调递增,
所以即
在
上单调递增.
已知函数,
(其中
为常数);
(Ⅰ)如果函数和
有相同的极值点,求
的值;
(Ⅱ)设,问是否存在
,使得
,若存在,请求出实数
的取值范围;若不存在,请说明理由.
(Ⅲ)记函数,若函数
有5个不同的零点,求实数
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)或
(Ⅱ)
(Ⅲ)
试题分析:(1)对函数f(x)求导可得,由
,可得得
或
,而
在
处有极大值,从而可得a;(2)假设存在,即存在x∈(−1,
),使得f(x)-g(x)>0,由x∈(−1,
),及a>0,可得x-a<0,则存在x∈(−1,
),使得
,结合二次函数的性质求解;(3)据题意有f(x)-1=0有3个不同的实根,g(x)-1=0有2个不同的实根,且这5个实根两两不相等.g(x)-1=0有2个不同的实根,只需满足
⇒a>1或a<−3;
有3个不同的实根,从而结合导数进行求解.
试题解析:(Ⅰ),则
,
令,得
或
,而
在
处有极大值,∴
,或
;综上:
或
. (3分)
(Ⅱ)假设存在,即存在,使得
,
当时,又
,故
,则存在
,使得
, (4分)
当
即
时,
得
,
; (5分)
当
即
时,
得
, (6分)
无解;综上:
. (7分)
(Ⅲ)据题意有有3个不同的实根,
有2个不同的实根,且这5个实根两两不相等.
(ⅰ)有2个不同的实根,只需满足
; (8分)
(ⅱ)有3个不同的实根,
当
即
时,
在
处取得极大值,而
,不符合题意,舍; (9分)
当
即
时,不符合题意,舍;
当
即
时,
在
处取得极大值,
;所以
; (10分)
因为(ⅰ)(ⅱ)要同时满足,故;(注:
也对) (11分)
下证:这5个实根两两不相等,即证:不存在使得
和
同时成立;
若存在使得
,
由,即
,得
,
当时,
,不符合,舍去;
当时,既有
①;
又由,即
②; 联立①②式,可得
;
而当时,
没有5个不同的零点,故舍去,所以这5个实根两两不相等.
综上,当时,函数
有5个不同的零点. (14分)
已知A、B、C是直线l上不同的三点,O是l外一点,向量满足:
记y=f(x).
(1)求函数y=f(x)的解析式:
(2)若对任意不等式
恒成立,求实数a的取值范围:
(3)若关于x的方程f(x)=2x+b在(0,1]上恰有两个不同的实根,求实数b的取值范围.
正确答案
(1);(2)
;(3)
.
试题分析:(1)根据条件中以及A,B,C三点共线可得
,从而求得y的解析式;(2)要使
在
上恒成立,只需
,通过求导判断
的单调性即可求得
在
上的最大值,从而得到a的取值范围;(3)题中方程等价于
,因此要使方程有两个不同的实根,只需求得
在(0,1]上的取值范围即可,通过求导判断单调性显然可以得到
在(0,1]上的取值情况.
(1),
又∵A,B,C在同一直线上,∴,则
,
∴ 4分
(2)∴
① 5分
设依题意知
在
上恒成立,
∴h(x)在
上是增函数,要使不等式①成立,当且仅当
∴
. 8分;
(3)方程即为
变形为
令,
∴ 10分
列表写出 x,,
在[0,1]上的变化情况:
显然g(x)在(0,1]上的极小值也即为它的最小值. 12分
现在比较ln2与的大小;
∴要使原方程在(0,1]上恰有两个不同的实根,必须使
即实数b的取值范围为 14分.
(14分)(2011•陕西)设f(x)=lnx,g(x)=f(x)+f′(x).
(Ⅰ)求g(x)的单调区间和最小值;
(Ⅱ)讨论g(x)与的大小关系;
(Ⅲ)求a的取值范围,使得g(a)﹣g(x)<对任意x>0成立.
正确答案
(Ⅰ)(0,1)是g(x)的单调减区间;(1,+∞)是g(x)的单调递增区间
(Ⅱ)
(Ⅲ)0<a<e
试题分析:(I)求导,并判断导数的符号确定函数的单调区间和极值、最值,即可求得结果;
(Ⅱ)通过函数的导数,利用函数的单调性,半径两个函数的大小关系即可.
(Ⅲ)利用(Ⅰ)的结论,转化不等式,求解即可.
解:(Ⅰ)由题设知f(x)=lnx,g(x)=lnx+,
∴g'(x)=,令g′(x)=0得x=1,
当x∈(0,1)时,g′(x)<0,故(0,1)是g(x)的单调减区间.
当x∈(1,+∞)时,g′(x)>0,故(1,+∞)是g(x)的单调递增区间,
因此,x=1是g(x)的唯一值点,且为极小值点,
从而是最小值点,所以最小值为g(1)=1.
(II)
设,则h'(x)=﹣
,
当x=1时,h(1)=0,即,
当x∈(0,1)∪(1,+∞)时,h′(1)=0,
因此,h(x)在(0,+∞)内单调递减,
当0<x<1时,h(x)>h(1)=0,即,
当x>1时,h(x)<h(1)=0,即.
(III)由(I)知g(x)的最小值为1,
所以,g(a)﹣g(x)<,对任意x>0,成立⇔g(a)﹣1<
,
即Ina<1,从而得0<a<e.
点评:此题是个难题.主要考查导数等基础知识,考查推理论证能力和、运算求解能力,考查函数与方程思想,数形结合思想,化归和转化思想,分类与整合思想.其考查了同学们观察、推理以及创造性地分析问题、解决问题的能力.
已知函数在(0,1)上单调递减.
(1)求a的取值范围;
(2)令,求
在[1,2]上的最小值.
正确答案
(1)
(2) ①时,
有最小值
②时 ,
有最小值
③时 ,
有最小值
试题分析:(1) 先求导数得,
将函数在
上单调递减转化为
在
上恒成立,由于
进一步转化为在
上恒成立,最后利用二次函数的图象和性质求出a的取值范围;
(2)结合第一问的结果可得
通过对的两个零点的大小关系的讨论,利用导数研究的单调性并求最小值.
试题解析:
解:(1) 1分
若在
上单调递减,则
在
上恒成立.
而,只需
在
上恒成立. 2分
于是 4分
解得 5分
(2)
求导得=
6分
令 ,得
7分
①若即
时,
在
上成立,此时
在
上单调递增,
有最小值
9分
②若即
时 ,当
时有
此时
在
上单调递减,当
时有
,此时
在
上单调递增,
有最小值
2分
③若 即
时 ,
在
上成立,此时
在
上单调递减,
有最小值
. 13分
设为实数,函数
.
(1)求的单调区间与极值;
(2)求证:当且
时,
.
正确答案
(1)在
上减,在
上增;当
时,
取极小值
(2)见解析
试题分析:本题考查函数的单调区间及极值的求法和不等式的证明,具体涉及到导数的性质、函数增减区间的判断、极值的计算和不等式性质的应用.
(1)由,知
,令
,得到
,列表讨论能求出f(x)的单调区间区间及极值.
(2)设,于是
,由(1)知当a>ln2-1时,
最小值为
.于是对任意x∈R,都有
,所以g(x)在
单调递增.由此能够证明
.
试题解析:(1)由,知
,令
,得到
,故
在
上单调递增,在
上单调递减,当
时,
,即
取极小值
(2)设函数,则
,由(1)知
的极小值也是最小值为
,当
时,
,即在
内,
的最小值
,
恒成立,即在
内
,
在
单调递增,
即
即
设函数f(x)=(x+1)ln x-2x.
(1)求函数的单调区间;
(2)设h(x)=f′(x)+,若h(x)>k(k∈Z)恒成立,求k的最大值.
正确答案
(1)在(0,+∞)上单调递增.(2)0
(1)函数的定义域为(0,+∞).
f′(x)=ln x+-1,不妨令g(x)=ln x+
-1,g′(x)=
-
=
,
当x>1 ,g′(x)>0,函数g(x)=f′(x)单调递增,又因为f′(x)>f′(1)=0,所以x>1,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;
当0<x<1,g′(x)<0,g(x)=f′(x)单调递减,
又因为f′(x)>f′(1)=0,所以0<x<1,f′(x)>0.
函数f(x)单调递增.
所以函数y=f(x)在(0,+∞)上单调递增.
(2)h(x)=ln x+-1+
,h′(x)=
-
-
=
,设φ(x)=xex-ex-x2,φ′(x)=xex-2x=x(ex-2),当x∈(0,ln 2),φ′(x)<0,函数φ(x)单调递减,
又因为φ(x)<φ(0)=-1<0,所以0<x
当x∈(ln 2,+∞),φ′(x)>0,函数φ(x)单调递增,又因为φ(x)>φ(ln 2)=2ln 2-2-(ln 2)2,又φ(1)=-1<0,φ(2)=e2-4>0,故存在x0∈(1,2),使得φ(x)=0,即x0ex0-ex0-=0,在(0,x0)上,φ(x)<0,在(x0,+∞)上,φ(x)>0.
即h(x)在(0,x0)上递减,在(x0,+∞)上递增.
所以有h(x)≥h(x0)=ln x0+-1+
,又
=
-
,所以h(x)≥h(x0)=ln x0+
-1+
=ln x0+
-
-1,不妨令M(x)=ln x+
-
-1,当x∈(1,2)时,M′(x)=
.
M′(x)==
>0恒成立,所以,M(x)是单增函数,又M(1)=0,M(2)=ln 2-
<1,
所以有1>h(x0)=ln x0+-
-1>0.
所以k≤0,所以k的最大值为0.
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