- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数,设
(Ⅰ)求函数的单调区间
(Ⅱ)若以函数图象上任意一点
为切点的切线的斜率
恒成立,求实数
的最小值
(Ⅲ)是否存在实数,使得函数
的图象与函数
的图象恰有四个不同交点?若存在,求出实数
的取值范围;若不存在,说明理由。
正确答案
(Ⅰ) 的单调递减区间为
,单调递增区间为
;(Ⅱ)实数
的最小值
;(Ⅲ)当
时,
的图像与
的图像恰有四个不同交点.
试题分析:(I)求函数的单调区间,首先求出
的解析式,得
,求函数
的单调区间,可用定义,也可用导数法,由于本题含有对数函数,可通过求导来求,对
求导得
,分别求出
与
的范围,从而求出
的单调区间;(II)若以函数
图象上任意一点
为切点的切线的斜率
恒成立,求实数
的最小值,可利用导数的几何意义表示出切线的斜率
,根据
恒成立,将
分离出来得
,即
大于等于
的最大值即可,这样求出
的范围,从而得到
的最小值;(III)函数
的图象与
的图象有四个不同的交点,即方程
有四个不同的根,分离出
后,转化成新函数的极大值和极小值问题,利用图像即可求出实数
的取值范围.
试题解析:(Ⅰ)F(x)=f(x)+g(x)=lnx+(x>0),
=
=
∵a>0,由FF'(x)>0Þx∈(a,+∞),∴F(x)在(a,+∞)上是增函数.
由FF'(x)<0Þx∈(0,a),∴F(x)在(0,a)上是减函数.
∴F(x)的单调递减区间为(0,a),单调递增区间为(a,+∞).
(Ⅱ)由FF'(x)= (0
k= FF'(x0)= ≤
(0
x02+x0恒成立.
∵当x0=1时,-x02+x0取得最大值
∴a≥,a的最小值为
.
(Ⅲ)若y=g()+m-1=
x2+m-
的图像与y=f(1+x2)=ln(x2+1)的图像恰有四个不同交点,即
x2+m-
=ln(x2+1)有四个不同的根,亦即m=ln(x2+1)-
x2+
有四个不同的根.令
= ln(x2+1)-
x2+
.
则GF'(x)=-x=
=
当x变化时GF'(x)、G(x)的变化情况如下表:
由上表知:G(x)极小值=G(0)=, G(x)极大值=G(-1)=G(1)=ln2>0
画出草图和验证G(2)=G(-2)=ln5-2+<
可知,当m∈(
,ln2)时,y=G(x)与y=m恰有四个不同交点.
∴当m∈(,ln2)时,y=g(
)+m-1=
x2+m-
的图像与y=f(1+x2)=ln(x2+1)的图像恰有四个不同交点.
已知函数f(x)=x3+ax2+bx,且f′(-1)=0。
(1)试用含a的代数式表示b,并求f(x)的单调区间;
(2)令a=-1,设函数f(x)在x1,x2(x1<x2)处取得极值,记点M (x1,f(x1)),N(x2,f(x2)),P(m,f(m)),x1<m<x2,请仔细观察曲线f(x)在点P处的切线与线段MP的位置变化趋势,并解释以下问题:
(i)若对任意的t∈(x1,x2),线段MP与曲线f(x)均有异于M,P的公共点,试确定t的最小值,并证明你的结论;
(ii)若存在点Q(n,f(n)),x≤n<m,使得线段PQ与曲线f(x)有异于P、Q的公共点,请直接写出m的取值范围(不必给出求解过程)。
正确答案
解:(1)依题意,得
由得
从而
故
令得
或
①当a>1时,
当x变化时,与
的变化情况如下表:
由此得,函数f(x)的单调增区间为和
,单调减区间为
。
②当时,
,此时有
恒成立,且仅在
处,
故函数f(x)的单调增区间为R;
③当时,
,同理可得,函数f(x)的单调增区间为
和
,
单调减区间为
综上:当时,函数f(x)的单调增区间为
和
,单调减区间为
;
当时,函数f(x)的单调增区间为R;
当时,函数f(x)的单调增区间为
和
,单调减区间为
。
(2)(i)由得
令得
由(1)得f(x)增区间为和
,单调减区间为
,
所以函数f(x)在处取得极值,
故M(),N(
)。
观察的图象,有如下现象:
①当m从-1(不含-1)变化到3时,线段MP的斜率与曲线f(x)在点P处切线的斜率之差Kmp-的值由正连续变为负。
②线段MP与曲线是否有异于H,P的公共点与Kmp-的m正负有着密切的关联;
③Kmp-=0对应的位置可能是临界点,故推测:满足Kmp-
的m就是所求的t最小值。
下面给出证明并确定的t最小值
曲线f(x)在点处的切线斜率
段MP的斜率Kmp
当Kmp-=0时,解得
直线MP的方程为
令
当时,
在
上只有一个零点
,
可判断函数f(x)在上单调递增,在
上单调递减,
又,
所以g(x)在上没有零点,
即线段MP与曲线f(x)没有异于M,P的公共点。
当时,
,
所以存在使得
即当时,MP与曲线f(x)有异于M,P的公共点
综上,t的最小值为2。
(ii)类似(i)于中的观察,可得m的取值范围为。
已知,函数
,
.
(1)求函数的单调区间;
(2)求证:对于任意的,都有
.
正确答案
(1)单调递增区间为,单调递减区间为
,
;(2)证明过程详见解析.
试题分析:本题主要考查导数的运算、利用导数判断函数的单调性、利用导数求函数的最值、恒成立问题等基础知识,考查学生的分析问题解决问题的能力、转化能力、计算能力.第一问,先对求导,利用
单调递增,
单调递减,通过解不等式,求出函数
的单调区间;第二问,由于对于任意的
,都有
对于任意的
,都有
,利用导数判断函数
在
上的单调性,数形结合求出
的最小值和
的最大值,进行比较,看是否符合
.
(1)函数的定义域为
,
,
因为,
所以,当,或
时,
;
当时,
.
所以,的单调递增区间为
,单调递减区间为
,
. 6分
(2)因为在区间
上单调递增,在区间
上单调递减,
又,
,
所以,当时,
.
由,可得
.
所以当时,函数
在区间
上是增函数,
所以,当时,
.
所以,当时,
对于任意的,都有
,
,所以
.
当时,函数
在区间
上是增函数,在区间
上是减函数,
所以,当时,
.
所以,当时,
对于任意的,都有
,
,所以
.
综上,对于任意的,都有
. 13分
已知函数
(1)若函数的图象切x轴于点(2,0),求a、b的值;
(2)设函数的图象上任意一点的切线斜率为k,试求
的充要条件;
(3)若函数的图象上任意不同的两点的连线的斜率小于l,求证
.
正确答案
(1),
;(2)
;(3)
试题分析:(1)由函数的图象切x轴于点(2,0),得
且
,解方程组可得
的值.
(2)由于,根据导数的几何意义,任意不同的两点的连线的斜率小于l,
对任意的
恒成立,利用分离变量法,转化为
对任意的
恒成立,进一步转化为函数的最值问题;
(3)设,则
对
恒成立
将上不等式看成是关于的一元二次不等式即可.
试题解析:解:(1)
由,得
,
又,得
(2)
对任意的
,即
对任意的
恒成立
等价于对任意的
恒成立
令
则
,当且仅当
时“=”成立,
在
上为增函数,
(3)设,则
即,对
恒成立
,对
恒成立
即,对
恒成立
解得
已知函数(
是自然对数的底数,
).
(Ⅰ)求的单调区间、最大值;
(Ⅱ)讨论关于的方程
根的个数。
正确答案
解法一 (Ⅰ)的单调递增区间为
,单调递减区间为
,
(Ⅱ)当即
时,函数
的图象有两个交点,即方程
有两个根.
当即
时,函数
的图象有一个交点,即方程
有一个根.
显然当时,方程
没有根.
(Ⅰ)
当时,
;当
时
所以的单调递增区间为
,单调递减区间为
,
(Ⅱ)
通过图象可对进行讨论:
当即
时,函数
的图象有两个交点,即方程
有两个根.
当即
时,函数
的图象有一个交点,即方程
有一个根.
显然当时,方程
没有根.
解法二 (Ⅰ),
由,解得
,
当时,
,
单调递减
所以,函数的单调递增区间是
,单调递减区间是
,
最大值为
(Ⅱ)令
(1)当时,
,则
,
所以,
因为,
所以
因此在
上单调递增.
(2)当时,当时,
,则
,
所以,
因为,
,又
所以 所以
因此在
上单调递减.
综合(1)(2)可知 当时,
,
当,即
时,
没有零点,
故关于的方程
根的个数为0;
当,即
时,
只有一个零点,
故关于的方程
根的个数为1;
当,即
时,
①当时,由(Ⅰ)知
要使,只需使
,即
;
②当时,由(Ⅰ)知
;
要使,只需使
,即
;
所以当时,
有两个零点,故关于
的方程
根的个数为2;
综上所述:
当时,关于
的方程
根的个数为0;
当时,关于
的方程
根的个数为1;
当时,关于
的方程
根的个数为2.
【考点定位】本题考查了函数的单调性、函数的最值等主干知识,考查了数形结合思想、分类讨论思想、函数与方程思想的综合应用.第一问的研究为第二问进行数形结合铺平了“道路”,使的相对位置关系更明晰.
(14分)己知函数f (x)=ex,xR
(1)求 f (x)的反函数图象上点(1,0)处的切线方程。
(2)证明:曲线y=f(x)与曲线y=有唯一公共点;
(3)设,比较
与
的大小,并说明理由。
正确答案
(1) ;(2) 详见解析;(3)
.
试题分析:(1)f (x)的反函数. 直线y=kx+1恒过点P(0,1),该题即为过某点与曲线相切的问题,这类题一定要先设出切点的坐标
,然后求导便可得方程组,解方程组即可得k的值.
(2)曲线y=f(x)与曲线 的公共点个数即方程
根的个数. 而这个方程可化为
,令
,结合
的图象即可知道
取不同值时,方程的根的个数.
(3) 比较两个式子的大小的一般方法是用比较法,即作差,变形,判断符号.
结合这个式子的特征可看出,我们可研究函数的函数值的符号,而用导数即可解决.
试题解析:(1) f (x)的反函数为.
,
,所以
过点
的切线为:
.
4分
(2) 令,则
,当
时
,当
时
,
,所以
在R上单调递增.又
,所以
有且只有一个零点,即曲线
与
有唯一一个公共点.
8分
(3) 设
9分
令,则
,
的导函数
,所以
在
上单调递增,且
,因此
,
在
上单调递增,而
,所以在
上
. 12分
当时,
且
即
,
所以当时,
14分
已知函数,
.
(1)若函数在其定义域上为增函数,求
的取值范围;
(2)当时,函数
在区间
上存在极值,求
的最大值.
(参考数值:自然对数的底数≈
).
正确答案
(1);(2)
.
试题分析:(1)解法1是将函数在其定义域
上为增函数等价转化为不等式
在区间
上恒成立,利用参数分离法得到不等式
在
上恒成立,并利用基本不等式求出
的最小值,从而求出
的取值范围;解法2是求得导数
,将问题等价转化为不等式
在
上恒成立,结合二次函数零点分布的知识求出
的取值范围;(2)先将
代入函数
的解析式并求出
的导数
,构造新函数
,利用导数研究函数
的单调性,结合零点存在定理找出函数
的极值点所存在的区间,结合条件
确定
的最大值.
试题解析:(1)解法1:函数的定义域为
,
,
.
函数
在
上单调递增,
,即
对
都成立.
对
都成立.
当时,
,当且仅当
,即
时,取等号.
,即
,
的取值范围为
.
解法2:函数的定义域为
,
,
.
方程的判别式
.
①当,即
时,
,
此时,对
都成立,
故函数在定义域
上是增函数.
②当,即
或
时,要使函数
在定义域
上为增函数,
只需对
都成立.
设,则
,得
.
故.
综合①②得的取值范围为
;
(2)当时,
.
.
函数
在
上存在极值,
∴方程在
上有解,
即方程在
上有解.
令,由于
,则
,
函数
在
上单调递减.
,
,
函数
的零点
.
方程
在
上有解,
,
.
,
的最大值为
.
已知函数.
(1)若函数满足,且在定义域内
恒成立,求实数b的取值范围;
(2)若函数在定义域上是单调函数,求实数
的取值范围;
(3)当时,试比较
与
的大小.
正确答案
(1) ;(2)
;(3)
.
试题分析:(1)先利用求出
,然后在不等式中分离参数
,构造函数求
的范围;(2) 要使
在定义域上是单调函数,则其导数
应在定义域上恒正或恒负,利用
,求出
的最值,将
在此处断开讨论,求出范围;(3)由(1)知
在
上单调递减,所以
时,
即
,而
时,
,故可得证.
试题解析:(1)因为,所以
,
,由
1分
令,可得
在
上递减,
在上递增,所以
,即
4分
(2)若,
,令
当,
当
,
所以
时取得极小值即最小值
而当时
,
必有根,
必有极值,在定义域上不单调.
所以 8分
(3)由(1)知在
上单调递减
所以时,
即
10分
而时,
,所以
所以 12分
设点P是曲线y=2x2上的一个动点,曲线y=2x2在点P处的切线为l,过点P且与直线l垂直的直线与曲线y=2x2的另一交点为Q,则PQ的最小值为_____________
正确答案
试题分析:设P的坐标为(a,),由y‘=4x得l的斜率为4a,所以,直线PQ的斜率为=
,
所以,PQ的方程为:y-=
(x-a),
与y=2x2联立,整理得,,所以,由韦达定理,
,
由弦长公式得,PQ=,利用导数研究此函数的最值,知,PQ的最小值为
。
点评:难题,本题综合性较强,考查知识覆盖面广,总体看解答思路比较明确,但计算繁琐,对学生能力要求较高。曲线切线的斜率,等于函数在切点的导函数值。
设函数.
(1)当(
为自然对数的底数)时,求
的最小值;
(2)讨论函数零点的个数;
(3)若对任意恒成立,求
的取值范围.
正确答案
(1)2;(2)当时,函数
无零点;当
或
时,函数
有且仅有一个零点;当
时,函数
有两个零点;(3)
.
试题分析:(1)当时,
,易得函数
的定义域为
,求出导函数
,利用
判定函数
在定义区间内的单调性,并求出
的极小值;
(2)由函数,令
,得
,
设,由
求出函数
的单调性以及极值,并且求出函数
在
的零点,画出
的大致图像,并从图像中,可以得知,当
在不同范围的时候,函数
和函数
的交点个数
(3)对任意恒成立,等价于
恒成立,则
在
上单调递减,即
在
恒成立,
求出的取值范围.
试题解析:(1)当时,
易得函数的定义域为
当
时,
,此时
在
上是减函数;
当时,
,此时
在
上是增函数;
当
时,
取得极小值
(2)函数
令,得
设
当时,
,此时
在
上式增函数;
当时,
,此时
在
上式增函数;
当
时,
取极大值
令,即
,解得
,或
函数
的图像如图所示:
由图知:
当时,函数
和函数
无交点;
②当时,函数
和函数
有且仅有一个交点;
③当时,函数
和函数
有两个交点;
④时,函数
和函数
有且仅有一个交点;
综上所述,当时,函数
无零点;当
或
时,函数
有且仅有一个零点;当
时,函数
有两个零点.
对任意恒成立
等价于恒成立
设
在
上单调递减
在
恒成立
当且仅当当时,
的取值范围是
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