- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数
(1)若为
的极值点,求
的值;
(2)若的图象在点
处的切线方程为
,
①求在区间
上的最大值;
②求函数的单调区间.
正确答案
⑴或2(2)①8②
时,
在
单调递减,在
单调递增;
时,
在
单调递减,在
单调递增.
⑴.∵
是极值点,
∴,即
.∴
或2.
⑵∵在
上.∴
∵在
上,∴
又,∴
∴,解得
∴
①由可知
和
是
的极值点.
∵
∴在区间
上的最大值为8.
②
令,得
当时,
,此时
在
单调递减
当时:
此时在
上单调递减,在
上单调递增.
当时:
此时在
上单调递减,在
上单调递增,综上所述:当
时,
在
单调递减;
时,
在
单调递减,在
单调递增;
时,
在
单调递减,在
单调递增.
已知函数f(x)=aln x=(a为常数).
(1)若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与直线x+2y-5=0垂直,求a的值;
(2)求函数f(x)的单调区间;
(3)当x≥1时,f(x)≤2x-3恒成立,求a的取值范围.
正确答案
(1)a=1(2)f(x)的单调增区间为(0,+∞),单调减区间为(3)a≤1.
(1)函数f(x)的定义域为{x|x>0},f′(x)=.
又曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与直线x+2y-5=0垂直,
所以f′(1)=a+1=2,即a=1.(4分)
(2)由f′(x)= (x>0),
当a≥0时,
f′(x)>0恒成立,所以f(x)的单调增区间为(0,+∞).
当a<0时,
由f′(x)>0,得0<x<-,
所以f(x)的单调增区间为;
由f′(x)<0,得x>-,
所以f(x)的单调减区间为.(10分)
(3)设g(x)=aln x--2x+3,x∈[1,+∞),
则g′(x)=+
-2=
.
令h(x)=-2x2+ax+1,考虑到h(0)=1>0,
当a≤1时,
h(x)=-2x2+ax+1的对称轴x=<1,
h(x)在[1,+∞)上是减函数,h(x)≤h(1)=a-1≤0,
所以g′(x)≤0,g(x)在[1,+∞)上是减函数,
所以g(x)≤g(1)=0,即f(x)≤2x2-3恒成立.
当a>1时,
令h(x)=-2x2+ax+1=0,
得x1=>1,x2=
<0,
当x∈[1,x1)时,h(x)>0,即g′(x)>0,
g(x)在[1,x1)上是增函数;
当x∈(x1,+∞)时,h(x)<0,即g′(x)<0,
g(x)在(x1,+∞)上是减函数.
所以0=g(1)<g(x1),即f(x1)>2x1-3,不满足题意.
综上,a的取值范围为a≤1.(16分)
设函数,
.
(1)若曲线与
在它们的交点
处有相同的切线,求实数
、
的值;
(2)当时,若函数
在区间
内恰有两个零点,求实数
的取值范围;
(3)当,
时,求函数
在区间
上的最小值.
正确答案
(1);(2)
;(3)
.
试题分析:(1)从条件“曲线与
在它们的交点
处有相同的切线”得到
以及
,从而列有关
、
的二元方程组,从而求出
与
的值;(2)将
代入函数
的解析式,利用导数分析函数
在区间
上的单调性,确定函数
在区间
上是单峰函数后,然后对函数
的端点值与峰值进行限制,列不等式组解出
的取值范围;(3)将
,
代入函数
的解析式,并求出函数
的单调区间,对函数
的极值点是否在区间
内进行分类讨论,结合函数的单调性确定函数
在区间
上的最小值.
试题解析:(1)因为,
,所以
,
.
因为曲线与
在它们的交点
处有相同切线,
所以,且
,
即,且
,解得
,
;
(2)当时,
,
所以,
令,解得
,
,
当变化时,
、
的变化情况如下表:
所以函数的单调递增区间为
、
,单调递减区间为
.
故在区间
内单调递增,在区间
内单调递减.
从而函数在区间
内恰有两个零点,当且仅当
,
即,解得
.
所以实数的取值范围是
.
(3)当,
时,
.
所以函数的单调递增区间为
、
,单调递减区间为
.
由于,
,所以
.
①当,即
时,
;
②当时,
;
③当时,
在区间
上单调递增,
;
综上可知,函数在区间
上的最小值为
.
在实数集R上定义运算:
(Ⅰ)求的解析式;
(Ⅱ)若在R上是减函数,求实数a的取值范围;
(Ⅲ)若,在
的曲线上是否存在两点,使得过这两点的切线互相垂直?若存在,求出切线方程;若不存在,说明理由.
正确答案
(I)(II)
.
(III)的曲线上不存的两点,使得过这两点的切线点互相垂直.
试题分析:(I)由新定义计算即得,关键是理解“新运算”的意义;
(II)根据时,
在减函数,得到
对于
恒成立,
即恒成立,得到
.
属于常规题目,难度不大,主要是注意应用“转化与化归思想” .
(III)假定是
曲线上的任意两点,如果存在互相垂直的切线,则有
.因此,只需研究
是否成立即可.
试题解析:(I)由题意, 2分
4分
(II)∵, 6分
当时,
在减函数,
∴对于
恒成立,即
恒成立, 8分
∵,
∴恒成立,
∴,
∴. 9分
(III)当时,
,
设是
曲线上的任意两点,
∵, 11分
∴,
∴不成立. 12分
∴的曲线上不存的两点,使得过这两点的切线点互相垂直. 13分
设函数
(1)若是函数
的极值点,
和
是函数
的两个不同零点,且
,求
;
(2)若对任意,都存在
(
为自然对数的底数),使得
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
试题分析:(1)根据极值的定义,对函数求导,利用导数为
求出对应的
值为极值点,可得到一个关于
的等式
,又由函数零点的定义,可得
,这样就可解得
的值;(2)由题中所给任意
,可设出关于
的函数
,又由
得
的最大值
,根据要求
,使得
成立,可将问题转化为
在上
有解,结合函数特点可求导数,由导数与
的大小关系,可想到对
与
的大小关系进行分类讨论,利用函数的最值与
的大小关系,从而得到
的取值范围.
试题解析:解(1),∵
是函数
的极值点,∴
.∵1是函数
的零点,得
,
由解得
. 4分
∴,
,
,所以
,故
. 8分
(2)令,
,则
为关于
的一次函数且为增函数,根据题意,对任意
,都存在
,使得
成立,则
在
有解,
令,只需存在
使得
即可,
由于=
,
令,
,
∴在(1,e)上单调递增,
, 10分
①当,即
时,
,即
,
在(1,e)上单调递增,∴
,不符合题意. 12分
②当,即
时,
,
若,则
,所以在(1,e)上
恒成立,即
恒成立,∴
在(1,e)上单调递减,
∴存在,使得
,符合题意. 14分
若,则
,∴在(1,e)上一定存在实数m,使得
,∴在(1,m)上
恒成立,即
恒成立,
在(1,m)上单调递减,∴存在
,使得
,符合题意.
综上所述,当时,对任意
,都存在
,使得
成立. 16分
设函数,其中
为常数。
(Ⅰ)当时,判断函数
在定义域上的单调性;
(Ⅱ)若函数有极值点,求
的取值范围及
的极值点。
正确答案
(Ⅰ)函数在定义域
上单调递增;(Ⅱ)当且仅当
时
有极值点; 当
时,
有惟一最小值点
;当
时,
有一个极大值点
和一个极小值点
.
试题分析:(Ⅰ)函数在定义域上的单调性的方法,一是利用定义,二是利用导数,此题既有代数函数又有对数函数,显然利用导数判断,只需对
求导,判断
的符号即可;(Ⅱ)求
的极值,只需对
求导即可,利用导数求函数的极值一般分为四个步骤:①确定函数的定义域;②求出
;③令
,列表;④确定函数的极值.此题由(Ⅰ)得,当
时,函数
无极值点,只需讨论
的情况,解
的根,讨论在
范围内根的个数,从而确定
的取值范围及
的极值点,值得注意的是,求出
的根时,忽略讨论根是否在定义域内,而出错.
试题解析:(Ⅰ)由题意知,的定义域为
,
∴当
时,
,函数
在定义域
上单调递增.
(Ⅱ)①由(Ⅰ)得,当时,函数
无极值点,②
时,
有两个相同的解
,但当
时,
,当
时,
时,函数
在
上无极值点,③当
时,
有两个不同解,
,
时,
,而
,此时
,
随
在定义域上的变化情况如下表:
由此表可知:当时,
有惟一极小值点
ii) 当时,0<
<1,此时,
,
随
的变化情况如下表:
由此表可知:时,
有一个极大值
,和一个极小值点
; 综上所述:当且仅当
时
有极值点; 当
时,
有惟一最小值点
;当
时,
有一个极大值点
和一个极小值点
函数,其中
为实常数。
(1)讨论的单调性;
(2)不等式在
上恒成立,求实数
的取值范围;
(3)若,设
,
。是否存在实常数
,既使
又使
对一切
恒成立?若存在,试找出
的一个值,并证明;若不存在,说明理由.
正确答案
(1)当时,增区间为
,无减区间;当
时,增区间为
,减区间为
;(2)
;(3)存在,如
等,证明见详解.
试题分析:(1)首先求导函数,然后对参数
进行分类讨论
的单调性;(2)根据函数的解析式可将问题转化为
的最大值,再利用导数研究函数单调性来确定其最值;(3)假设存在,将问题转化为证明:
及
成立,然后可考虑综合法与分析法进行证明.
试题解析:(1)定义域为,
①当时,
,
在定义域
上单增;
②当时,当
时,
,
单增;当
时,
,
单减.
增区间:
,减区间:
.
综上可知:当时,增区间
,无减区间;当
时,增区间:
,减区间:
.
(2)对任意
恒成立
,令
,
,
在
上单增,
,
,故
的取值范围为
.
(3)存在,如等.下面证明:
及成立.
①先证,注意
,
这只要证(*)即可,
容易证明对
恒成立(这里证略),取
即可得上式成立.
让分别代入(*)式再相加即证:
,
于是.
②再证,
法一:
,
只须证,构造证明函数不等式:
,
令,
,
当时,
在
上单调递减,
又当
时,恒有
,即
恒成立.
,取
,则有
,
让分别代入上式再相加即证:
,
即证.
法二:,
,
又故不等式成立.
(注意:此题也可用数学归纳法!).
已知函数的导函数是
,
在
处取得极值,且
.
(Ⅰ)求的极大值和极小值;
(Ⅱ)记在闭区间
上的最大值为
,若对任意的
总有
成立,求
的取值范围;
(Ⅲ)设是曲线
上的任意一点.当
时,求直线OM斜率的最小值,据此判断
与
的大小关系,并说明理由.
正确答案
(Ⅰ)的极大值为
,极小值为
;(Ⅱ)
的取值范围是:
;(Ⅲ)直线OM斜率的最小值为4;
,证明详见解析.
试题分析:(Ⅰ)由已知,首先利用求出
,再由
得
,从而得
,其导函数
,利用求函数极值的一般方法及一般步骤列表即可求得函数
的极大值和极小值;(Ⅱ)在(Ⅰ)的基础上,分
,
两种情形讨论.①当
时,由(I)知
在
上递增,所以
的最大值
,问题转化为
;②当
时,
的最大值
,由
对任意的
恒成立,等价于
,进而可求得
的取值范围;(Ⅲ)由已知易得直线
斜率
,由于
,易得直线
斜率的最小值为4.当
时,有
,故
,可以构造函数
,利用导数证明
在
恒成立,从而证得
.
试题解析:(I)依题意,,解得
, 1分
由已知可设,因为
,所以
,则
,导函数
. 3分
列表:
由上表可知在
处取得极大值为
,
在
处取得极小值为
. 5分
(Ⅱ)①当时,由(I)知
在
上递增,所以
的最大值
, 6分
由对任意的
恒成立,得
,则
,因为
,所以
,则
,因此
的取值范围是
. 8分
②当时,因为
,所以
的最大值
,由
对任意的
恒成立,得
, ∴
,因为
,所以
,因此
的取值范围是
.
综上①②可知,的取值范围是
. 10分
(Ⅲ)当时,直线
斜率
,因为
,所以
,则
,即直线
斜率的最小值为4. 11分
首先,由,得
.
其次,当时,有
,所以
, 12分
证明如下:记,则
,所以
在
递增,又
,则
在
恒成立,即
,所以
. 14分.
已知函数.
(Ⅰ) 求的单调区间;
(Ⅱ) 求所有的实数,使得不等式
对
恒成立.
正确答案
(Ⅰ)当a≤0时, f(x)的增区间是(-∞,+∞);当a>0时,f(x)的增区间是(-∞,-]、[
,+∞),f(x)的减区间是[-
,
];(Ⅱ)
试题分析:(Ⅰ)本小题首先求函数的导数,利用导数的正负求解原函数的单调区间,注意参数
的范围,通过分情况讨论可以分别得出函数
的增减区间;(Ⅱ)根据第一问可知函数
在区间
上的单调性,进而可以求得函数
在区间
上的的最大值和最小值,然后让
,即可解得参数
的取值范围.
试题解析:(Ⅰ) f′(x)=3x2-3a.
当a≤0时,f′(x)≥0恒成立,故f(x)的增区间是(-∞,+∞).
当a>0时,由f′(x)>0,得 x<- 或 x>
,
故f(x)的增区间是(-∞,-]和[
,+∞),f(x)的减区间是[-
,
]. 7分
(Ⅱ) 当a≤0时,由(Ⅰ)知f(x)在[0,]上递增,且f(0)=1,此时无解.
当0<a<3时,由(Ⅰ)知f(x)在[0,]上递减,在[
,
]上递增,
所以f(x)在[0,]上的最小值为f(
)=1-2a
.
所以
即
所以a=1.
当a≥3时,由(Ⅰ)知f(x)在[0,]上递减,又f(0)=1,所以
f()=3
-3
a+1≥-1,
解得a≤1+,此时无解.
综上,所求的实数a=1. 15分
(本小题满分共12分)已知函数f(x)=x2+ax+b,g(x)=ex(cx+d),若曲线y=f(x)和曲线y=g(x)都过点P(0,2),且在点P处有相同的切线y=4x+2
(Ⅰ)求a,b,c,d的值
(Ⅱ)若x≥-2时,f(x)≤kg(x),求k的取值范围。
正确答案
(1)因为曲线y=f(x)和曲线y=g(x)都过点P(0,2),所以b=d=2;因为,故
;
,故
,故
;所以
,
;
(2)令,则
,由题设可得
,故
,令
得
,
(1)若,则
,从而当
时,
,当
时
,即
在
上最小值为
,此时f(x)≤kg(x)恒成立;
(2)若,
,故
在
上单调递增,因为
所以f(x)≤kg(x)恒成立
(3)若,则
,故f(x)≤kg(x)不恒成立;
综上所述k的取值范围为.
(1)利用导数的几何意义进行求解;(2)构造函数“”,对k的取值范围进行分类讨论,进而得到答案.
本题考查导数的几何意义、导数与函数的最值、导数与函数的单调性,考查学生的分类讨论能力以及化归与转化思想.
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