- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数
(1)若,求证:函数
在(1,+∞)上是增函数;
(2)当时,求函数
在[1,e]上的最小值及相应的x值;
(3)若存在[l,e],使得
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1)详见解析;(2)的最小值为1,相应的x值为1;(3)
的取值范围是
.
试题分析:(1)当时,
,当
,
,因此要证
在
上是增函数,只需证明在
上有
,而这是显然成立的,故得证;(2)由(1)中的相关结论,可证当
时,
在
上是增函数,
在
上的最小值即为
;(3)可将不等式
变形为
,因此问题就等价于当
时,
需满足
,利用导数求函数
在
上的单调性,可知
在
上为增函数,故
,即
的取值范围是
.
(1)当时,
,当
,
,
故函数在
上是增函数 2分;
(2),当
,
,
当时,
在
上非负(仅当
,
时,
),
故函数在
上是增函数,此时
.
∴当时,
的最小值为1,相应的
值为1. 5分;
(3)不等式,可化为
.
∵, ∴
且等号不能同时取,所以
,即
,
因而(
),
令(
),又
,
当时,
,
,
从而(仅当x=1时取等号),所以
在
上为增函数,
故的最小值为
,所以
的取值范围是
. 10分.
已知函数.
(1)求函数在点
处的切线方程;
(2)求函数的单调区间.
正确答案
(1);(2)函数
的单调增区间为
,单调减区间为
.
试题分析:(1)先求出导函数,进而根据导数的几何意义得到所求切线的斜率
,再确定切点的坐标,从而可根据点斜式写出直线的方程并将此方程化成一般方程即可;(2)分别求解不等式
、
即可确定函数
的单调增减区间.
(1)由题意
所以函数在点处的切线方程为
,即
6分
(2)令,解得
令,解得
故函数的单调增区间为
,单调减区间为
13分.
设函数.
(1)对于任意实数,
恒成立,求
的最大值;
(2)若方程有且仅有一个实根,求
的取值范围.
正确答案
(1)(2)
或
试题分析:(1)先求导,因为为二次函数,所以对于任意实数
,
恒成立,即
恒成立。所以此二次函数的图像应开口向上,判别式小于等于0。(2)分别解
得函数
的单调性和极值。画图分析可知要使
只有一个根则应极大值小于0或极小值大于0.
试题解析:解:(1) , 2分
因为,
, 即
恒成立, 4分
所以 , 得
,
即的最大值为
6分
(2) 因为 当时,
;当
时,
;
当时,
; 8分
所以 当时,
取极大值
;
当时,
取极小值
; 10分
故当 或
时, 方程
仅有一个实根.
解得 或
. 14分
已知函数(
为自然对数的底数).
(1)求函数在
上的单调区间;
(2)设函数,是否存在区间
,使得当
时函数
的值域为
,若存在求出
,若不存在说明理由.
正确答案
(1)时,
为单调增区间;
时,
为单调递减区间,
为单调递增区间;
时,单调递减区间为:
, 单调递增区间为:
和
;
时,单调递增区间为:
.
(2)不存在.证明详见解析.
试题分析:(1)先求导,然后根据导数的性质:的解集是区间,
的解集是减区间求解即可.
(2)先求导可得,假设存在假设存在区间
,使得当
时函数
的值域为
,即
,所以
是
,[m,n]为增区间,
由g(m)和g(n)的值可得方程有两个大于
的相异实根,再构造函数
,求
,根据导函数的性质,求函数单调区间和极值,证明h(x)在
只存在一个零点即可.
试题解析:(1) 1分
①当时,由
恒成立,
在
上单调递增 2分
②当时,
解得
或
(ⅰ)若,则
在
上单调递减,在
上单调递增 4分
(ⅱ)若,则
在
和
上单调递增,
在上单调递减 6分
综上所述:当时,
的单调递减区间为:
,
单调递增区间为:;
当时,
的单调递减区间为:
单调递增区间为:和
;
当时,单调递增区间为:
. 7分
(2)由题意,
8分
假设存在区间,使得当
时函数
的值域为
,即
,
当
时
,
在区间
单调递增 9分
,即方程
有两个大于
的相异实根 10分
设,
11分
设
,
,
在
上单调增,又
,即存在唯一的
使
. 12分
当时,
,
为减函数;当
时,
,
为增函数;
在
处取到极小值.又
13分
在
只存在一个零点,与方程
有两个大于
的相异实根相矛盾,所以假设不成立,所以不存在
符合题意. 14分
已知函数
(Ⅰ)时,求
在
处的切线方程;
(Ⅱ)若对任意的
恒成立,求实数
的取值范围;
(Ⅲ)当时,设函数
,若
,求证:
.
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)
;(Ⅲ)详见解析.
试题分析:(Ⅰ)将代入,求导即得;(Ⅱ)
,即
在
上恒成立. 不等式恒成立的问题,一般有以下两种考虑,一是分离参数,二是直接求最值.在本题中,设
,则
,这里面不含参数
了,求
的最大值比较容易了,所可直接求最大值.(Ⅲ)本题首先要考虑的是,所要证的不等式与函数
有什么关系?待证不等式可作如下变形:
,最后这个不等式与
有联系吗?我们再往下看.
,所以在
上
是增函数.
因为,所以
即从这儿可以看出,有点联系了.
同理,
所以,
与待证不等式比较,只要问题就解决了,而这由重要不等式可证,从而问题得证.
试题解析:(Ⅰ),
,所以切线为:
即
. 3分
(Ⅱ),
,即
在
上恒成立
设,
,
时,单调减,
单调增,
所以时,
有最大值.
,
所以. 8分
法二、可化为
.
令,则
,所以
所以.
(Ⅲ)当时,
,
,所以在
上
是增函数,
上是减函数.
因为,所以
即,同理
.
所以
又因为当且仅当“
”时,取等号.
又,
,
所以,所以
,
所以:. 14分
(本小题满分14分)
已知函数(
为常数)的图像与
轴交于点
,曲线
在点
处的切线斜率为
.
(1)求的值及函数
的极值;
(2)证明:当时,
(3)证明:对任意给定的正数,总存在
,使得当
时,恒有
正确答案
(1)当时,
有极小值
,
无极大值.
(2)见解析.(3)见解析.
试题分析:(1)由,得
.
从而.
令,得驻点
.讨论可知:
当时,
,
单调递减;
当时,
,
单调递增.
当时,
有极小值
,
无极大值.
(2)令,则
.
根据,知
在R上单调递增,又
,
当时,由
,即得.
(3)思路一:对任意给定的正数c,取,
根据.得到当
时,
.
思路二:令,转化得到只需
成立.
分,
,应用导数研究
的单调性.
思路三:就①,②
,加以讨论.
试题解析:解法一:
(1)由,得
.
又,得
.
所以,
.
令,得
.
当时,
,
单调递减;
当时,
,
单调递增.
所以当时,
有极小值,
且极小值为,
无极大值.
(2)令,则
.
由(1)得,,即
.
所以在R上单调递增,又
,
所以当时,
,即
.
(3)对任意给定的正数c,取,
由(2)知,当时,
.
所以当时,
,即
.
因此,对任意给定的正数c,总存在,当
时,恒有
.
解法二:(1)同解法一.
(2)同解法一.
(3)令,要使不等式
成立,只要
成立.
而要使成立,则只需
,即
成立.
①若,则
,易知当
时,
成立.
即对任意,取
,当
时,恒有
.
②若,令
,则
,
所以当时,
,
在
内单调递增.
取,
,
易知,
,所以
.
因此对任意,取
,当
时,恒有
.
综上,对任意给定的正数c,总存在,当
时,恒有
.
解法三:(1)同解法一.
(2)同解法一.
(3)①若,取
,
由(2)的证明过程知,,
所以当时,有
,即
.
②若,
令,则
,
令得
.
当时,
,
单调递增.
取,
,
易知,又
在
内单调递增,
所以当时,恒有
,即
.
综上,对任意给定的正数c,总存在,当
时,恒有
.
(14分)(2011•广东)设a>0,讨论函数f(x)=lnx+a(1﹣a)x2﹣2(1﹣a)x的单调性.
正确答案
见解析
试题分析:求出函数的定义域,求出导函数,设g(x)=2a(1﹣a)x2﹣2(1﹣a)x+1,x∈(0,+∞),讨论a=1,a>1与0<a<1三种情形,然后利用函数的单调性与导函数符号的关系求出单调性.
解:定义域{x|x>0}
f′(x)==
设g(x)=2a(1﹣a)x2﹣2(1﹣a)x+1,x∈(0,+∞)
①若a=1,则g(x)=1>0
∴在(0,+∞)上有f'(x)>0,即f(x)在(0,+∞)上是增函数.
②若a>1则2a(1﹣a)<0,g(x)的图象开口向下,
此时△=[﹣2(1﹣a)]2﹣4×2a(1﹣a)×1=4(1﹣a)(1﹣3a)>0
方程2a(1﹣a)x2﹣2(1﹣a)x+1=0有两个不等的实根
不等的实根为x1=,x2=
且x1<0<x2
∴在(0,)上g(x)>0,
即f'(x)>0,f(x)是增函数;
在(,+∞)上g(x)<0,
即f'(x)<0,f(x)是减函数;
③若0<a<1则2a(1﹣a)>0,g(x)的图象开口向上,
此时△=[﹣2(1﹣a)]2﹣4×2a(1﹣a)×1=4(1﹣a)(1﹣3a)
可知当≤a<1时,△≤0,故在(0,+∞)上,g(x)≥0,
即f'(x)≥0,f(x)是增函数;
当0<a<时,△>0,方程2a(1﹣a)x2﹣2(1﹣a)x+1=0有两个不等的实根
不等的实根满足>
>0
故在(0,)和(
,+∞)上g(x)>0,
即f'(x)>0,f(x)是增函数;
在(,
)上g(x)<0,
即f'(x)<0,f(x)是减函数.
点评:本题考查利用导函数讨论函数的单调性:导函数为正函数递增;导函数为负,函数递减,同时考查了分类讨论的数学思想方法,属于难题.
已知函数,
.
(1)讨论在
内和在
内的零点情况.
(2)设是
在
内的一个零点,求
在
上的最值.
(3)证明对恒有
.
正确答案
(1)在
内有唯一零点;
在
内无零点.(2)
在
有最大值
;
在
的最小值
.(3)详见解析.
试题分析:(1)首先求导确定在
、
内的单调性,然后根据零点判定定理确定
的零点情况; (2)求导得
,所以
在
有最大值
,又
是
在
内的一个零点,所以
在
的最大值为
.再由(1)的结论知
在
的最小值应为
.由
知
,于是
在
的最小值
. (3)由(2)知
时,有
,即
,得
,再将左右两边放缩相加即得.
(1)在
有唯一零点
,易知
在
单增而在
内单减,且,故
在
和
内都至多有一个零点.
又,
故在
内有唯一零点;
再由知
在
内无零点.
(2)由(1)知在
有最大值
,
故在
有最大值
;
再由(1)的结论知在
的最小值应为
.
由知
,于是
在
的最小值
.
(3)由(2)知时,有
,即
①
取,则
且
,将
的值代入①中,可得
②
再由,得
③
相仿地,时,
,故
④
而时④即
,显然也成立.故原不等式成立.
已知为函数
图象上一点,O为坐标原点,记直线
的斜率
.
(1)若函数在区间
上存在极值,求实数m的取值范围;
(2)设,若对任意
恒有
,求实数
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
.
试题分析:(1),先求其导数,令
,求出其导数为0的
值,然后判断
两侧的单调性是否发生改变,求出极值点,让极值点落在
,即可求出
的范围;
(2)首先代入求出函数,
是负数,所以讨论当
,
的情况;恒有
,设
,求
,设
,由
来确定
的范围,来确定
的正负,即
的正负,从而确定
的单调性,如果
恒成立,只需
的最大值小于0,从而求出a的范围.
试题解析:(1)由题意,
所以 2分
当时,
;当
时,
.所以
在
上单调递增,在
上单调递减,故
在
处取得极大值.
因为函数在区间
(其中
)上存在极值,
所以,得
.即实数
的取值范围是
. 4分
(2)由题可知,,因为
,所以
.当
时,
,不合题意.
当时,由
,
可得
. 6分
设,则.
设,
. 8分
(1)若,则
,
,
,所以
在
内单调递增,又
所以
.所以
符合条件. 10分
(2)若,则
,
,
,所以存在
,使得
,对.则
在
内单调递减,又
,所以当
时,
,不合要求.
综合(1)(2)可得. 12分
已知函数f(x)=lnx-a2x2+ax(aR).
(l)当a=1时,证明:函数f(x)只有一个零点;
(2)若函数f(x)在区间(1,十)上是减函数,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)证明过程详见解析;(2)
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及最值问题等数学知识,考查学生的转化能力、分析问题解决问题的能力和计算能力,考查分类讨论思想.第一问,将代入确定的解析式,先求函数的定义域,这是解题的前题,函数
只有一个零点等价于
图像与x轴只有一个交点,对
求导,利用
,
判断函数的增减区间,判断出当
时,
,从而证明出
图像与x轴只有一个交点;第二问,对
中的参数a进行讨论,当
时,
与题干矛盾,当
时,得到的减区间为
,由题干分析可知,
是
的子集,所以得到
和1的大小关系,当
时,同理得到
与1的大小,从而综合上述情况得到a的取值范围.
试题解析:(1)当a=1时,f(x)=lnx-x2+x,其定义域是(0,+∞),
又,
令f′(x)=0,即,解得
或x=1.又x>0,∴x=1.
当0<x<1时,f′(x)>0;当x>1时,f′(x)<0.
∴函数f(x)在区间(0,1)上单调递增,在区间(1,+∞)上单调递减.
∴当x=1时,函数f(x)取得最大值,其值为f(1)=ln1-12+1=0.
当x≠1时,f(x)<f(1),即f(x)<0.
∴函数f(x)只有一个零点.(7分)
(2)显然函数f(x)=lnx-a2x2+ax的定义域为(0,+∞),
∴.
①当a=0时,,∴f(x)在区间(1,+∞)上为增函数,不合题意;
②当a>0时,f′(x)<0,得,∴
,即a≥1;
③当a<0时,f′(x)<0,得,∴
,a≤-.
综上,实数a的取值范围是.(14分)
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