- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数.
(1)若是
的极值点,求
及
在
上的最大值;
(2)若函数是
上的单调递增函数,求实数
的取值范围.
正确答案
(1),
在
上的最大值为15;
(2)实数的取值范围为:
.
试题分析:(1)先对函数求导,再把代入导函数使之为0,即解得
的值,进一步可求
;令导函数为0,列表可求
在
上的最大值;(2)函数
是
上的单调递增函数可转化为
在R上恒成立,即可求出实数
的取值范围.
试题解析:(1),令
,即
∴
.
∴ 4分
令,解得
或
(舍去).
当变化时,
,
,的变化情况如下表:
因此,当时,
在区间[1,5]上有最大值是
. 8分
(2) 是R上的单调递增函数转化为
在R上恒成立, 10分
从而有,由
,解得
12分
已知函数.
(Ⅰ)若是
上是增函数,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)证明:当a≥1时,证明不等式≤x+1对x∈R恒成立;
(Ⅲ)对于在(0,1)中的任一个常数a,试探究是否存在x0>0,使得>x0+1成立?如果存在,请求出符合条件的一个x0;如果不存在,请说明理由.
正确答案
(I)a的取值范围为a≤0;(Ⅱ)详见解析;(Ⅲ)可找到一个常数,使得
>x0+1成立.
试题分析:(I)时,
,求导得
.由题意,
≥0在
上恒成立.因为ex>0恒成立,故只需
≥0在
上恒成立,结合抛物线的图象即可得a的取值范围;(Ⅱ)由题知f(x)≤x+1即为
-
≤x+1.由于含有
,故分
和
两种情况讨论.①在x≥0时,要证明
-
≤x+1成立,可变为证1≤
成立,这样只需利用导数求
的最小值即可,求导得
,易得
≥0,从而g(x)≥g(0)=1.注:直接证
也可,只是需要求两次导数.
②在x≤0时,要证-
≤x+1成立,可变为证1≤
成立,这样只需利用导数求
的最小值即可.
(Ⅲ)要使f(x0)>x0+1成立,即.如果变为
,那么求导后式子很复杂,故尝试作其它的变形.
变形为,要找一个x0>0使该不等式成立,只需找到函数
的最小值,满足
即可.这利用导数就容易解决了.
试题解析:(I)∵时,
,
∴.
由题意,≥0在
上恒成立,
当a=0时,>0恒成立,即满足条件.
当a≠0时,要使≥0,而ex>0恒成立,
故只需≥0在
上恒成立,即
解得a<0.
综上,a的取值范围为a≤0. 4分
(Ⅱ)由题知f(x)≤x+1即为-
≤x+1.
①在x≥0时,要证明-
≤x+1成立,
只需证≤
,即证1≤
, ①
令,得
,
整理得,
∵x≥0时,≤1,结合a≥1,得
≥0,
∴为在
上是增函数,故g(x)≥g(0)=1,从而①式得证.
②在x≤0时,要使-
≤x+1成立,
只需证≤
,即证1≤
, ②
令,得
,
而在x≤0时为增函数,
故≤
≤0,从而
≤0,
∴m(x)在x≤0时为减函数,则m(x)≥m(0)=1,从而②式得证.
综上所述,原不等式-
≤x+1即f(x)≤x+1在a≥1时恒成立. 10分
(Ⅲ)要使f(x0)>x0+1成立,即,
变形为, ③
要找一个x0>0使③式成立,只需找到函数的最小值,满足
即可.
∵,
令得
,则x=-lna,取x0=-lna,
在0,在x>-lna时,
,
即t(x)在(0,-lna)上是减函数,在(-lna,+∞)上是增函数,
∴当x=-lna时,取得最小值
下面只需证明:在
时成立即可.
又令,
则≥0,从而
在(0,1)上是增函数,
则,从而
,得证.
于是的最小值
,
因此可找到一个常数,使得③式成立. 14分
已知函数.
(Ⅰ)求函数的单调区间;
(Ⅱ)若函数上是减函数,求实数a的最小值;
(Ⅲ)若,使
(
)成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)单调减区间是,增区间是
.;(Ⅱ)
;(Ⅲ)
.
试题分析:(1)先求,解不等式
并和定义域求交集,得
的单调递增区间;解不等式
并和定义域求交集,得
的单调递减区间;(2)等价于
在
时恒成立,即
,故
,得实数a的取值范围;(3)由特称量词的含义知,在区间
内存在两个独立变量
,使得已知不等式成立,等价于
的最小值小于等于
的最大值,分别求两个函数的最小值和最大值,建立实数
的不等式,进而求
的范围.
试题解析:由已知函数的定义域均为
,且
.
(Ⅰ)函数,当
且
时,
;当
时,
.
所以函数的单调减区间是
,增区间是
.
(Ⅱ)因f(x)在上为减函数,故
在
上恒成立.
所以当时,
.又
,故当
,即
时,
.所以
于是
,故a的最小值为
.
(Ⅲ)命题“若使
成立”等价于“当
时,
有”.
由(Ⅱ),当时,
,
. 问题等价于:“当
时,有
”.
当
时,由(Ⅱ),
在
上为减函数,则
=
,故
.
当0<
时,由于
在
上为增函数,故
的值域为
,即
.由
的单调性和值域知,
唯一
,使
,且满足:当
时,
,
为减函数;当
时,
,
为增函数;所以,
=
,
.所以,
,与
矛盾,不合题意.综上,得
.
已知函数.
(1)当时,求
的极值;(2)当
时,讨论
的单调性;
(3)若对任意的恒有
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1)极小值,无极大值;(2)参考解析;(3)
试题分析:(1)当时.函数f(x)是一个对数函数和分式的和的形式.通过求导可以求出函数的有极小值,但没极大值.
(2)当时.通过求导可得导函数的两个零点,在定义域
上分别对两个零点的大小讨论分类.从而得到函数的单调区间.
(3)由对任意的恒有
成立.首先要求出函数f(x)在[1,3]上且
的最大值
.从而对于任意
使得
恒成立即可.再通过分离变量即可得到结论.本题前两小题较为基础但第二小题的分类做到清晰不容易,第三小题难度较大.
试题解析:(1)当时,
1分
由,解得
. 2分
∴在
上是减函数,在
上是增函数. 3分
∴的极小值为
,无极大值. 4分
(2). 6分
①当时,
在
和
上是减函数,在
上是增函数; 7分
②当时,
在
上是减函数; 8分
③当时,
在
和
上是减函数,在
上是增函数. 9分
(3)当时,由(2)可知
在
上是减函数,
∴. 10分
由对任意的
恒成立,
∴ 11分
即对任意
恒成立,
即对任意
恒成立, 12分
由于当时,
,∴
. 14分
已知函数的图象与直线
相切于点
.
(1)求实数和
的值; (2)求
的极值.
正确答案
(1),
;(2)
,
.
试题分析:(1)将切点坐标代入函数得一等式,函数在某点处的导数即为该点处切线的斜率,由这两个等式可求得a、b的值. (2)将(1)所求得的a、b的值代入得,通过求导,即得其极值.
试题解析:(1)由求导得:
2分
据条件有
5分
解之得,
6分
(2)据(1)知,所以
7分
所以在区间
、
内是增函数,在区间
上是减函数 9分 故
11分
12分
已知函数.
(I)若,求函数
的单调区间;
(Ⅱ)求证:
(Ⅲ)若函数的图象在点
处的切线的倾斜角为
,对于任意的
,函数
是
的导函数)在区间
上总不是单调函数,求
的取值范围。
正确答案
(I)的单调增区间为
,减区间为
;(Ⅱ) 证明详见解析;(Ⅲ)
试题分析:(Ⅰ)先求导数,然后求导数大于或小于零的区间,即得原函数的单调区间;(Ⅱ)由(Ⅰ) 可知 当时
,即
对一切
成立,可得
,然后叠乘即可. (Ⅲ)求出
,则
,求出
,
,再求出
,则
,由于:对于任意的
,
恒成立,,所以
,解出m即可.
试题解析:解:(Ⅰ)当时,
,解
得
;解
得
[
的单调增区间为
,减区间为
(Ⅱ)证明如下: 由(Ⅰ)可知 当时
,即
,
∴对一切
成立
∵,则有
,∴
(Ⅲ) ∵∴
得
,
,∴
∵在区间
上总不是单调函数,且
∴
由题意知:对于任意的,
恒成立, 所以,
,∴
.
已知函数
(Ⅰ)判断函数在
上的单调性,并用定义加以证明;
(Ⅱ)若对任意,总存在
,使得
成立,求实数
的取值范围
正确答案
(Ⅰ)函数在
上的单调递增 (Ⅱ)实数
的取值范围
试题分析:(Ⅰ)利用函数的单调性的定义判断:先由,然后利用
判断出单调性,本题的关键在于:先把
转化成因式乘积的形式
,继而判断每一个因式的符号,最后得到
,即
(Ⅱ)先由,得到
,然后利用
在
上的单调递增,得到
,只需
,利用子集的性质得到
的取值范围
试题解析:(Ⅰ)函数在
上的单调递增 1分
证明如下:设,则
2分
,
,
,即
, 2分
函数
在
上的单调递增 1分
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,当时,
, 1分
,
在
上的单调递增,
时,
1分
依题意,只需 2分
,解得
,即 实数
的取值范围
2分
已知函数f(x)=x2+xsin x+cos x.
(1)若曲线y=f(x)在点(a,f(a))处与直线y=b相切,求a与b的值;
(2)若曲线y=f(x)与直线y=b有两个不同交点,求b的取值范围.
正确答案
(1) a=0,b=1.(2) b>1
(1)由f(x)=x2+xsin x+cos x,
得f′(x)=x(2+cos x),
∵y=f(x)在点(a,f(a))处与直线y=b相切.
∴f′(a)=a(2+cos a)=0且b=f(a),
则a=0,b=f(0)=1.
(2)令f′(x)=0,得x=0.
∴当x>0时,f′(x)>0,f(x)在(0,+∞)递增.
当x<0时,f′(x)<0,f(x)在(-∞,0)上递减.
∴f(x)的最小值为f(0)=1.
由于函数f(x)在区间(-∞,0)和(0,+∞)上均单调,
所以当b>1时曲线y=f(x)与直线y=b有且仅有两个不同交点.
已知函数,
(
为常数),直线
与函数
、
的图象都相切,且
与函数
图象的切点的横坐标为
.
(1)求直线的方程及
的值;
(2)若 [注:
是
的导函数],求函数
的单调递增区间;
(3)当时,试讨论方程
的解的个数.
正确答案
(1) ;
;(2)
,
;(3)详见解析.
试题分析:(1)利用函数在处的导数,等于在
处切线的斜率,所以先求
,再求
,直线
的斜率就是
,直线
过点
,代入得到直线
的方程,直线
与
的图象相切,所以代入联立
,
得到
值;(2)先求
, 得到
,再求
,令
,得到
的取值范围,即求得函数
的单调递增区间;(3)令
,
,再求
,得到极值点,然后列表分析当
变化时,
,
的变化情况,结合
为偶函数,画出
的函数图形,再画
,当直线
上下变化时,可以看出交点的变化,根据交点的不同,从而确定,再不同
的范围下得到不同的交点个数.此问注意分类讨论思想的使用,不要遗漏情况.属于较难习题.
试题解析:(1)解:由,
故直线的斜率为
,切点为
,
,即
,
,
所以直线的方程为
. 3分
直线与
的图象相切,等价于方程组
只有一解,
即方程有两个相等实根,
所以令,解得
. 5分
(2)因为,
由,
令,所以
,
所以函数的单调递增区间是
,
. 8分
(3)令,
,
由,令
,得
,
,
, 10分
当变化时,
,
的变化情况如下表:
又为偶函数, 所以函数
的图象如图:
当,
时,方程无解;
当或
,
时,方程有两解;
当时,方程有三解;
当,
时,方程有四解. 14分
某地政府为科技兴市,欲在如图所示的矩形ABCD的非农业用地中规划出一个高科技工业园区(如图中阴影部分),形状为直角梯形QPRE(线段EQ和RP为两个底边),已知其中AF是以A为顶点、AD为对称轴的抛物线段.试求该高科技工业园区的最大面积.
正确答案
试题分析:求该高科技工业园区的最大面积,由梯形的面积公式须知PQ,PR,QE的长度,注意到点P在曲线AF上的动点,因此此题可建立直角坐标系求解,故以A为原点,AB所在的直线为x轴建立直角坐标系,从而得,而曲线AF是以A为定点,AD为对称轴的抛物线段,故利用AF求出抛物线的方程,利用EC求出直线EC的方程,设出P点的坐标为
,从而得出PQ,PR,PE的长度,由梯形的面积公式,得出工业园区的面积
,由于是三次函数,需用求导来求最大值,从而解出高科技工业园区的最大面积是
.
试题解析:以A为原点,AB所在直线为x轴建立直角坐标系如图,则…(2分)
由题意可设抛物线段所在抛物线的方程为,由
得,
,
∴AF所在抛物线的方程为, (5分)
又,∴EC所在直线的方程为
,
设,则
, (9分)
∴工业园区的面积, (12分)
∴令
得
或
(舍去负值) , (13分)
当变化时,
和
的变化情况可知,当
时,
取得最大值
.
答:该高科技工业园区的最大面积.
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