- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数
.
(Ⅰ)若在
处的切线垂直于直线
,求该点的切线方程,并求此时函数
的单调区间;
(Ⅱ)若对任意的
恒成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ) ,
的单调递增区间是
;单调递减区间是
和
;
(Ⅱ) 或
.
试题分析:(Ⅰ)通过切线垂直直线可以得到切线的斜率,解出,将
代入求出切点坐标,从而求出切线方程,令
和
分别求出函数的单调递增区间和递减区间;(Ⅱ)通过对
的讨论,求出
在
上的最大值,令
,解出
的取值范围.
试题解析:(Ⅰ) ,根据题意
,解得
,
此时切点坐标是,故所求的切线方程是
,即
.
当时,
,
令,解得
,令
,解得
且
,故函数
的单调递增区间是
;单调递减区间是
和
. 5分
(Ⅱ) .
①若,则
在区间
上恒成立,
在区间
上单调递增,函数
在区间
上的最大值为
; 7分
②若,则在区间
上
,函数单调递减,在区间
上
,函数单调递增,故函数
在区间
上的最大值为
,
中的较大者,
,故当
时,函数的最大值为
,当
时,函数的最大值为
; 9分
③当时,
在区间
上恒成立,函数
在区间
上单调递减,函数的最大值为
. 11分
综上可知,在区间上,当
时,函数
,当
时,函数
.
不等式对任意的
恒成立等价于在区间
上,
,故当
时,
,即
,解得
或
;当
时,
,即
,解得
. 12分
综合知当或
时,不等式
对任意的
恒成立. 13分
已知为常数,且
,函数
,
(是自然对数的底数).
(1)求实数的值;
(2)求函数的单调区间;
(3)当时,是否同时存在实数
和
(
),使得对每一个
,直线
与曲线
都有公共点?若存在,求出最小的实数
和最大的实数
;若不存在,说明理由.
正确答案
(1);(2)当
时,
的单调增区间为
,单调减区间为
,当
时,
的单调增区间为
,单调减区间为
;(3) 当
时,存在实数
和
,使得对每一个
,直线
与曲线
都有公共点,可得
.
试题分析:(1) 由可解得
的值;(2)对函数求导可得
,对
进行讨论,解
,
分别可得单调递增与递减区间;(3)当
时,
,求出导数判断
在
的变化情况,得
在区间
内值域为
,假设存在题目中要求的点,那么每一个
,直线
与曲线
都没有公共点.
解: (1)由,得
; 2分
(2)由(Ⅰ),.定义域为
. .3分
从而, ..4分
因为,所以
当时,由
得
,由
得
;5分
当时,由
得
,由
得
;6分
因而, 当时,
的单调增区间为
,单调减区间为
, ..7分
当时,
的单调增区间为
,单调减区间为
. .8分
(3)当时,
.
.令
,则
.
当在区间
内变化时,
,
的变化情况如下表:
10分
因为,所以
在区间
内值域为
. .11分
由此可得,
若,则对每一个
,直线
与曲线
都有公共点, .12分
并且对每一个,直线
与曲线
都没有公共点. .13分
综合以上,当时,存在实数
和
,使得对每一个
,直线
与曲线
都有公共点. .14分
已知函数f(x)=ax3-
x2+cx+d(a,c,d∈R)满足f(0)=0,f′(1)=0,且f′(x)≥0在R上恒成立.
(1)求a,c,d的值;
(2)若h(x)=x2-bx+
-
,解不等式f′(x)+h(x)<0.
正确答案
(1)a=,c=
d=0(2)当b>
时,解集为
,当b<
时,解集为
,当b=
时,解集为∅
(1)∵f(0)=0,∴d=0,∵f′(x)=ax2-x+c.又f′(1)=0,∴a+c=
.∵f′(x)≥0在R上恒成立,即ax2-
x+c≥0恒成立,∴ax2-
x+
-a≥0恒成立,显然当a=0时,上式不恒成立.∴a≠0,
∴
即解得a=
,c=
.
(2)由(1)知f′(x)=x2-
x+
.
由f′(x)+h(x)<0,得x2-
x+
+
x2-bx+
-
<0,即x2-
x+
<0,
即(x-b) <0,当b>
时,解集为
,
当b<时,解集为
,当b=
时,解集为∅
已知函数,函数
的导函数
,且
,其中
为自然对数的底数.
(1)求的极值;
(2)若,使得不等式
成立,试求实数
的取值范围;
正确答案
(1)当时,
没有极值;当
时,
存在极大值,且当
时,
;(2)
.
试题分析:(1)对求导可得
,由极值定义可知要对
进行分类讨论,当
,
,函数无极值,当
时,可得当
存在极大值;(2) 由函数
的导函数
,且
,得
,可知不等式
变为
,求出
的取值范围,可得m的范围.
解:(1) 函数的定义域为
,
.
当时,
,
在
上为增函数,
没有极值;当
时,
,
若时,
;若
时,
存在极大值,且当
时,
综上可知:当时,
没有极值;当
时,
存在极大值,且当
时,
(2) 函数
的导函数
,
,
,
,使得不等式
成立,
,使得
成立,
对于,
,由于
,
当时,
,
,
,
,从而
在
上为减函数,
已知且
,现给出如下结论:
①;②
;③
;④;
;
⑤的极值为1和3.其中正确命题的序号为 .
正确答案
②③
试题分析:依题意可得函数.令
.所以函数
在
和
上递增,在
递减,又
,所以
.又
.由
可得,
.所以
(
).又因为
.所以
.所以②③正确.若
的极值为1和3,则可得
.即
与
矛盾,所以不成立.所以正确的选项是②③.
已知函数.
(1)若在
处取得极大值,求实数
的值;
(2)若,求
在区间
上的最大值.
正确答案
(1);(2)详见解析.
试题分析:(1) 本小题首先利用导数的公式和法则求得原函数的导函数,通过列表分析其单调性,进而寻找极大值点;(2) 本小题结合(1)中的分析可知参数的取值范围影响函数在区间
上的单调性,于是对参数
的取值范围进行分段讨论,从而求得函数在区间
上的单调性,进而求得该区间上的最大值.
试题解析:(1)因为
令,得
,
所以,
随
的变化情况如下表:
所以 6分
(2)因为所以
当时,
对
成立
所以当时,
取得最大值
当时, 在
时,
,
单调递增
在时,
,
单调递减
所以当时,
取得最大值
当时, 在
时,
,
单调递减
所以当时,
取得最大值
当时,在
时,
,
单调递减
在时,
,
单调递增
又,
当时,
在
取得最大值
当时,
在
取得最大值
当时,
在
,
处都取得最大值0. 14分
综上所述,
当或
时,
取得最大值
当时,
取得最大值
当时,
在
,
处都取得最大值0
当时,
在
取得最大值
.
设(
且
)
(Ⅰ)讨论函数的单调性;
(Ⅱ)若,证明:
时,
成立
正确答案
(Ⅰ)(Ⅱ)详见解析
试题分析:(Ⅰ) 利用导数分析单调性,注意分类讨论;(Ⅱ)利用导数分析单调性,进而求最值
试题解析:(Ⅰ)的定义域为
,
,
(1)当时,
解得
或
;
解得
所以函数在
,
上单调递增,在
上单调递减;
(2)当时,
对
恒成立,所以函数
在
上单调递增;
(3)当时,
解得
或
;
解得
所以函数在
,
上单调递增,在
上单调递减 (6分)
(Ⅱ)证明:不等式等价于
因为,所以
,
因此
令,则
令得:当
时
,
所以在
上单调递减,从而
即
,
在
上单调递减,得:
,
当
时,
(12分)
(本小题满分14分)设与
是函数
的两个极值点.
(1)试确定常数和
的值;
(2)试判断是函数
的极大值点还是极小值点,并说明理由。
正确答案
(1) ;(2)当
是
的极小值点,当
是
的极大值点。
根据函数在极值点处导数为0,得,解之;
判断是函数
的极大值点还是极小值点,只需判断导数在
左右导数值的正负变化,由正至负极大值,由负至正极小值。
解:(1)由题知 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2分
┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2分
┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2分
(2)由(1)知 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1分
┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1分
令的
或
┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1分
当
时
当
时
当时
┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3分
当
是
的极小值点, ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1分
当是
的极大值点。 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1分
(本小题满分12分)
已知函数
(Ⅰ)当
(Ⅱ)当时,讨论
的单调性.
正确答案
(Ⅰ)
( Ⅱ )当时,函数
在(0,1)上单调递减;
函数在 (1,+∞) 上单调递增
当时,函数
在(0,+∞)上单调递减
当时,函数
在(0,1)上单调递减;
函数在
上单调递增;
函数在(
,+∞)上单调递减。
本题考查了导数的运算、导数的几何意义、直线方程的求解以及利用导数讨论函数的单调性,考查了学生利用导数知识解决函数问题的能力以及分类讨论与等价转化的数学思想。
解:(Ⅰ)当
所以
因此,
即 曲线……………………
又
所以曲线
(Ⅱ)因为 ,
所以
,
令
(1) 当时,
,
,
所以 当时,
,此时
,函数
单调递减;
当函数
(2) 当时,由
,
即 解得
①当时,
, 恒成立,此时
,函数
f在
上单调递减;
②当时,
时,
,此时
,函数
单调递减
时,
,此时
,函数
单调递增
时,
,此时
,函数
单调递减
③当时,由于
,
时,
,此时
函数
单调递减;
时,
此时函数
单调递增。
综上所述:
当时,函数
在(0,1)上单调递减;
函数在 (1,+∞) 上单调递增
当时,函数
在(0,+∞)上单调递减
当时,函数
在(0,1)上单调递减;
函数在
上单调递增;
函数在(
,+∞)上单调递减。
设函数.
(1)求f(x)的单调区间和极值;
(2)关于的方程f(x)=a在区间
上有三个根,求a的取值范围.
正确答案
(1) f(x)的单调增区间为,
;单调减区间为
;当
时f(x)有极大值
,当x=2时, f(x)有极小值-8.
(2)
试题分析:(1)首先求出函数的导数,然后根据导数与单调区间的关系确定函数的单调区间,根据函数单调性即可求得函数极值;
(2)关于的方程f(x)=a在区间
上有三个根,即函数y=a与y=f(x)的图象在区间
上有三个交点,只需要函数y=" f(x)" 和函数y="a" 的图像有两个交点.根据函数单调性变化情况,可求得实数a的值.
(1) ,由
得
(2分)
由上表得, f(x)的单调增区间为,
;单调减区间为
;
当时f(x)有极大值
,当x=2时, f(x)有极小值-8. (6分)
(2)由题知,只需要函数y=" f(x)" 和函数y="a" 的图像有两个交点. (7分)
,所以
由(1)知f(x)在,当上单调递减,
上单调递增,在
在上单调递减. (10分)
∴当 时, y=" f(x)" 和y="a" 的图像有两个交点.即方程f(x)=a在区间
上有三个根. (12分)
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