- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数.
(Ⅰ)当时,求曲线
在点
处的切线方程;
(Ⅱ)求的单调区间;
(Ⅲ)若在区间
上恒成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)切线方程为.
(Ⅱ)当时,
的单调增区间是
和
,单调减区间是
;
当时,
的单调增区间是
;
当时,
的单调增区间是
和
,单调减区间是
.
(Ⅲ).
试题分析:(Ⅰ)切线的斜率,等于在切点的导函数值.
(Ⅱ)通过“求导数,求驻点,讨论各区间导数值的正负”,确定函数的单调区间。本题应特别注意讨论,
,
时的不同情况.
(Ⅲ)在区间
上恒成立,只需
在区间
的最小值不大于0.
试题解析:(Ⅰ)因为,
,
所以, 1分
,
, 3分
所以切线方程为. 4分
(Ⅱ), 5分
由得
, 6分
当时,在
或
时
,在
时
,
所以的单调增区间是
和
,单调减区间是
; 7分
当时,在
时
,所以
的单调增区间是
; 8分
当时,在
或
时
,在
时
.
所以的单调增区间是
和
,单调减区间是
. 10分
(Ⅲ)由(Ⅱ)可知在区间
上只可能有极小值点,
所以在区间
上的最大值在区间的端点处取到, 12分
即有且
,
解得. 14分
已知函数若函数
在x = 0处取得极值.
(1) 求实数的值;
(2) 若关于x的方程在区间[0,2]上恰有两个不同的实数根,求实数
的取值范围;
(3)证明:对任意的正整数n,不等式都成立.
正确答案
(1);(2)
;(3)见解析.
试题分析:(1)先有已知条件写出的解析式,然后求导,根据导数与函数极值的关系得到
,解得
的值;(2)由
构造函数
,则
在
上恰有两个不同的实数根等价于
在
恰有两个不同实数根,对函数
求导,根据函数的单调性与导数的关系找到函数
的单调区间,再由零点的存在性定理得到
,解不等式组即可;(3)证明不等式
,即是证明
,即
.对函数
求导,利用导数研究函数的单调性,找到其在区间
上的最大值
,则有
成立,那么不等式
得证.
试题解析:(1) 由题意知则
, 2分
∵时,
取得极值,∴
,故
,解得
.
经检验符合题意. 4分
(2)由知
由 ,得
, 5分
令,
则在
上恰有两个不同的实数根等价于
在
恰有两个不同实数根.
, 7分
当时,
,于是
在
上单调递增;
当时,
,于是
在
上单调递减.依题意有
,即
,
.9分
(3) 的定义域为
,由(1)知
,
令得,
或
(舍去), 11分
∴当时,
,
单调递增;
当时,
,
单调递减. ∴
为
在
上的最大值.
∴,故
(当且仅当
时,等号成立) 12分
对任意正整数,取
得,
,
故. 14分
已知函数
(1)设,当m≥
时,求g(x)在[
]上的最大值;
(2)若上是单调减函数,求实数m的取值范围.
正确答案
(1) m≥时,g(x)max=2m-
; (2) -1≤m<9.
(1)g(x)=.
即m≥时,g′(x)≤0,g(x)在[
,2]上单调递减,
∴g(x)max=g()=2m-
-ln2.
所以m≥时,g(x)max=2m-
;
(2)因为函数y=log[8-f(x)]在[1,+∞)上是单调减函数,则其导数在[1,+∞)上恒小于等于零.
所以
恒成立.
因为loge<0,所以
在[1,+∞)恒成立.即
在[1,+∞)恒成立.
因为在[1,+∞)上不恒成立,所以
在[1,+∞)上恒成立.
得在[1,+∞)上恒成立. 所以-1≤m<9.
(本题也可用复合函数进行处理)
已知函数f(x)=ax--3ln x,其中a为常数.
(1)当函数f(x)的图象在点处的切线的斜率为1时,求函数f(x)在
上的最小值;
(2)若函数f(x)在区间(0,+∞)上既有极大值又有极小值,求a的取值范围;
(3)在(1)的条件下,过点P(1,-4)作函数F(x)=x2[f(x)+3lnx-3]图象的切线,试问这样的切线有几条?并求出这些切线方程.
正确答案
(1) 1-3ln 2 (2) 0 (3) 满足条件的切线只有一条,其方程为5x+y-1=0.
解:(1)由题可知f′=1,解得a=1,
故f(x)=x--3ln x,∴f′(x)=
,
由f′(x)=0得x=2或x=1.
于是可得x∈的下表:
于是可得f(x)min="f(2)=1-3ln" 2.
(2)∵f′(x)=a+-
=
(x>0),
由题可得方程ax2-3x+2=0有两个不等的正实根,不妨设这两个根为x1、x2,
则
解得0.
(3)由(1)f(x)=x--3ln x,
故F(x)=x3-3x2-2x(x>0),F′(x)=3x2-6x-2(x>0).
设切点为T(x0,y0),由于点P在函数F(x)的图象上,
①当切点T不与点P(1,-4)重合,即当x0≠1时,由于切线过点P(1,-4),则=3
-6x0-2,
所以-3
-2x0+4=(x0-1)(3
-6x0-2),
化简得-3
+3x0-1=0,即(x0-1)3=0,
解得x0=1(舍去).
②当切点T与点P(1,-4)重合,即x0=1时,
则切线的斜率k=F′(1)=-5,
于是切线方程为5x+y-1=0.
综上所述,满足条件的切线只有一条,
其方程为5x+y-1=0.
已知函数f(x)=ln ax- (a≠0).
(1)求函数f(x)的单调区间及最值;
(2)求证:对于任意正整数n,均有1+(e为自然对数的底数);
(3)当a=1时,是否存在过点(1,-1)的直线与函数y=f(x)的图象相切?若存在,有多少条?若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)当a>0时,函数在(0,a)上是减函数,在(a,+∞)上是增函数,f(x)min=f(a)=ln a2,无最大值.当a<0时,函数在(-∞,a)上是减函数,在(a,0)上是增函数,f(x)min=f(a)=ln a2,无最大值.(2)见解析(3)仅有一根
(1)由题意得f′(x)=.
当a>0时,函数f(x)的定义域为(0,+∞),此时函数在(0,a)上是减函数,在(a,+∞)上是增函数,f(x)min=f(a)=ln a2,无最大值.
当a<0时,函数f(x)的定义域为(-∞,0),此时函数在(-∞,a)上是减函数,在(a,0)上是增函数,f(x)min=f(a)=ln a2,无最大值.
(2)取a=1,由(1)知f(x)=ln x-≥f(1)=0,故
≥1-ln x=ln
,
取x=1,2,3,…,n,则1+.
(3)假设存在这样的切线,设其中一个切点为
T,∴切线方程为y+1=
(x-1),将点T坐标代入得ln x0-
+1=
,即ln x0+
-
-1=0,①
设g(x)=ln x+-
-1,则g′(x)=
.
∵x>0,∴g(x)在区间(0,1),(2,+∞)上是增函数,在区间(1,2)上是减函数,
故g(x)极大值=g(1)=1>0,g(x)极小值=g(2)=ln 2+>0.
又g=ln
+12-16-1=-ln 4-5<0.
注意到g(x)在其定义域上的单调性,知g(x)=0仅在内有且仅有一根,方程①有且仅有一解,故符合条件的切线仅有一条.
(13分)已知函数.
(1)若,求曲线
在点
处的切线方程;
(2)讨论函数的单调性.
正确答案
(1).
(2)当时,
在
单调递减,在
单调递增;当
时,
在
和
单调递增,在
单调递减;当
时,
在
单调递增;当
时,
在
和
单调递增,在
单调递减;当
时,
在
单调递减,在
单调递增。
试题分析:(1)通过求导数,确定得到切线的斜率,利用直线方程的点斜式,即得解.
(2)求导数,求驻点,得或
.分以下情况讨论.
1;2
;3
;4
; 5
等,明确函数
的单调区间.
试题解析:(1)时,
,
,
,
,所以所求切线方程为
,即
.
(2),令
得
或
.
1当时,
,所以
在
单调递减,在
单调递增;
2当时,
,所以
在
和
单调递增,在
单调递减;
3当时,
,所以
在
单调递增;
4当时,
,所以
在
和
单调递增,在
单调递减;
5当时,
,所以
在
单调递减,在
单调递增。
综上,当时,
在
单调递减,在
单调递增;当
时,
在
和
单调递增,在
单调递减;当
时,
在
单调递增;当
时,
在
和
单调递增,在
单调递减;当
时,
在
单调递减,在
单调递增。
设函数其中
,曲线
在点
处的切线方程为
.
(I)确定的值;
(II)设曲线在点
处的切线都过点(0,2).证明:当
时,
;
(III)若过点(0,2)可作曲线的三条不同切线,求
的取值范围.
正确答案
(I),
;(II)详见试题解析;(III)
的取值范围是
.
试题分析:(I)根据导数的几何意义,首先对函数求导,可得
,由已知:曲线
在点
处的切线方程为
,从而可得
的值及
,又
,故得
;(II)先利用导数的几何意义,求出
在点
处的切线方程为
,而点
在切线上,所以
,化简即得
满足的方程为
,下面利用反证法明当
时,
;(III)由(II)知,过点
可作
的三条切线,等价于方程
有三个相异的实根,即等价于方程
有三个相异的实根.构造函数
,利用导数求函数
的极大值、极小值,只要
的极大值与极小值异号即可,解这个不等式组即可求得
的取值范围.
试题解析:(I)由又由曲线
处的切线方程为
,得
故
(II)处的切线方程为
,而点
在切线上,所以
,化简得
,即
满足的方程为
.
下面用反证法证明:假设处的切线都过点
,则下列等式成立.
由(3)得
又,故由(4)得
,此时
与
矛盾,
.
(III)由(II)知,过点可作
的三条切线,等价于方程
有三个相异的实根,即等价于方程
有三个相异的实根.
设,则
,由于
,故有
由 的单调性知:要使
有三个相异的实根,当且仅当
<0,
.
的取值范围是
.
己知函数 .
(I)求的极大值和极小值;
(II)当时,
恒成立,求
的取值范围.
正确答案
(I)的极大值为
和
;
的极小值为
.(II)
的取值范围是
.
试题分析:(I) 易知函数定义域为
,在
上讨论
的极值先求导
,列出
的正负表,再根据函数的单调性和极值与倒数的关系即可求出极值.
(II) 本题是不等式恒成立求参数范围问题,一般思路是化简-分类讨论,但本题中化简后为,如果用
即
换元后为
讨论起来更简单.分别讨论
时,化简为
;
时,恒成立;
时化简为
三种情况,运用均值不等式求出范围即可.
试题解析:(I) 函数,知定义域为
,
.
所以的变化情况如下:
所以的极大值为
和
;
的极小值为
.
(II) 当时,
恒成立,化简为
,令
则,代入化简为
.当
时,即
,
等价于
由,当且仅当
时,即
等号成立.所以
的取子范围是
;当
时,即
,不等式
恒成立;当
时,即
,
等价于
由
,当且仅当
时,即
等号成立.所以
的取子范围是
;综上
的取值范围是
.
已知函数
.
(Ⅰ)求的单调区间和极值;
(Ⅱ)当时,不等式
恒成立,求
的范围.
正确答案
(Ⅰ)函数的单调递减区间
,递增区间
,极小值为
,无极大值;(Ⅱ)
的范围是
.
试题分析:(Ⅰ)求的单调区间和极值,研究单调性和极值问题,往往与导数有关,特别是极值,只能利用导数求得,故先对
求导,得
,令
,解得
,从而得递增区间,同样方法可得递减区间为
,进而得极值;(Ⅱ)当
时,不等式
恒成立,求
的范围,属于恒成立问题,解这一类题,常常采用含有参数
的放到不等式的一边,不含参数
(即含
)的放到不等式的另一边,转化为函数的最值问题,故原不等式可化为
,只需求出
在
上的最大值即可,因含有
,可通过求导来求,令
可得
,
,得
,故
最大,最大值为
,从而得
的范围.
试题解析:(Ⅰ)函数的单调递减区间
,递增区间
.极小值为
,无极大值;
(Ⅱ)原不等式可化为:,令
可得
,令
,可得
在
上恒小于等于零,所以函数g(x)=
在(0,1)上递增,在(1,+
)递减,所以函数g(x)在
上有最大值g(1)=2-e,所求
的范围是
已知函数(e为自然对数的底数)
(1)求函数的单调区间;
(2)设函数,存在实数
,使得
成立,求实数
的取值范围
正确答案
(1)在
上单调递增,在
上单调递减;(2)
试题分析:(1)求导得,根据导数的符号即可求出
的单调区间(2)如果存在
,使得
成立,那么
由题设得
,求导得
由于含有参数
,故分情况讨论,分别求出
的最大值和最小值如何分类呢?由
得
,又由于
故以0、1为界分类 当
时,
在
上单调递减;当
时,
在
上单调递增以上两种情况都很容易求得
的范围当
时,
在
上单调递减,
在
上单调递增,所以最大值为
中的较大者,最小值为
,一般情况下再分类是比较这两者的大小,但
,由(1)可知
,而
,显然
,所以
无解
试题解析:(1)∵函数的定义域为R, 2分
∴当时,
,当
时,
∴在
上单调递增,在
上单调递减 4分
(2)假设存在,使得
成立,则
。
∵
∴ 6分
当时,
,
在
上单调递减,∴
,即
8分
②当时,
,
在
上单调递增,∴
,即
10分
③当时,
在,
,
在
上单调递减,
在,
,
在
上单调递增,
所以,即
――――――――
由(1)知,在
上单调递减,
故,而
,所以不等式
无解
综上所述,存在,使得命题成立 12分
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