- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知是实数,函数
,
和
,分别是
的导函数,若
在区间
上恒成立,则称
和
在区间
上单调性一致.
(Ⅰ)设,若函数
和
在区间
上单调性一致,求实数
的取值范围;
(Ⅱ)设且
,若函数
和
在以
为端点的开区间上单调性一致,求
的最大值.
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)
.
试题分析:(Ⅰ)由不等式恒成立,即可求出结果. (Ⅱ)在以
为端点的开区间上恒成立,对
的大小分类讨论,以确定
的取值范围,从而去确定
的最大值.
试题解析:由已知,,
,
;
(Ⅰ)由题设“单调性一致”定义知,在区间
上恒成立,
即 在区间
上恒成立,
因,所以
,所以,
在区间
上恒成立,
即在区间
上恒成立,而
在
上最大值
所以,,即
;
(Ⅱ)由“单调性一致”定义知,在以
为端点的开区间上恒成立,
即在以
为端点的开区间上恒成立,
因,所以,由
,得
,
,
;
①若,则开区间为
,取
,由
知,
和
在区间
上单调性不一致,不符合题设;
②若,因
均为非负,故不在以
为端点的开区间内;所以,只有可能
在区间上;
由在以
为端点的区间上恒成立,知
要么不小于
中的大者,要么不大于
中的小者;
因为都不大于0,所以,
,所以,由
知
,所以
;
当时,由
在区间
上恒成立,即
在区间
上恒成立,知
最大值为
,而由
解得
;
此时,,配方后知,取不到最大值;
当时,显然,此时,当
,即
时,
取得最大值
;综上,
的最大值为
.
21.(本小题满分12分)
已知函数f(x)=在x=1处取得极值(a>0)
(I)求a、b所满足的条件;
(II)讨论函数f(x)的单调性.
正确答案
(本小题满分12分)
已知函数
(1)确定上的单调性;
(2)设在(0,2)上有极值,求
的取值范围。
正确答案
(1)在(0,+∞)上单调递减(2)
(1)由已知函数求导得 2分
设,
则 4分
在(0,+∞)上递减,
,
,
因此在(0,+∞)上单调递减 6分
(2)由可得:
7分
若,任给
,
在(0,2)上单调递减,
则在(0,2)无极值 9分
若,
在(0,2)上有极值的充要条件是
在(0,2)上有零点 11分
,解得
综上,的取值范围是
12分
已知函数,
,且
在点
处的切线方程为
.
(1)求的值;
(2)若函数在区间
内有且仅有一个极值点,求
的取值范围;
(3)设为两曲线
,
的交点,且两曲线在交点
处的切线分别为
.若取
,试判断当直线
与
轴围成等腰三角形时
值的个数并说明理由.
正确答案
(1) ;(2)
;(3)2个
试题分析:(1)由函数,在点
处的切线方程为
.所以对函数求导,根据斜率为1以及过点(1,0)两个条件即可求出结论.
(2)由函数,对函数
求导,并令
可解得两个根,由于函数
在区间
内有且仅有一个极值点,
的根在
内有且仅有一个根.所以通过分类讨论即可求
的取值范围.
(3)两曲线在交点处的切线分别为
.若取
,当直线
与
轴围成等腰三角形时.通过求导求出两函数的切线的斜率,即可得到这两斜率不可能是相等,所以依题意可得到两切线倾斜角有两倍的关系,再通过解方程和函数的单调性的判断即可得到结论.
(1),∴
,又
,
∴. 3分
(2);
∴
由得
,
∴或
. 5分
∵,当且仅当
或
时,函数
在区间
内有且仅有一个极值点. 6分
若,即
,当
时
;当
时
,函数
有极大值点
,
若,即
时,当
时
;当
时
,函数
有极大值点
,
综上,的取值范围是
. 8分
(3)当时,设两切线
的倾斜角分别为
,
则,
∵, ∴
均为锐角, 9分
当,即
时,若直线
能与
轴围成等腰三角形,则
;当
,即
时,若直线
能与
轴围成等腰三角形,则
.
由得,
,
得,即
,
此方程有唯一解,直线
能与
轴围成一个等腰三角形. 11分
由得,
,
得,即
,
设,
,
当时,
,∴
在
单调递增,则
在
单调递
增,由于,且
,所以
,则
,
即方程在
有唯一解,直线
能与
轴围成一个等腰三角形.
因此,当时,有两处符合题意,所以直线
能与
轴围成等腰三角形时,
值的个数
有2个. 14分
一个如图所示的不规则形铁片,其缺口边界是口宽4分米,深2分米(顶点至两端点所在直线的距离)的抛物线形的一部分,现要将其缺口边界裁剪为等腰梯形.
(1)若保持其缺口宽度不变,求裁剪后梯形缺口面积的最小值;
(2)若保持其缺口深度不变,求裁剪后梯形缺口面积的最小值.
正确答案
(1)6,(2).
试题分析:(1)由题意得:保持其缺口宽度不变,需在A,B点处分别作抛物线的切线. 以抛物线顶点为原点,对称轴为轴,建立平面直角坐标系,则
,从而边界曲线的方程为
,
.因为抛物线在点
处的切线斜率
,所以,切线方程为
,与
轴的交点为
.此时梯形的面积
平方分米,即为所求.(2)若保持其缺口深度不变,需使两腰分别为抛物线的切线. 设梯形腰所在直线与抛物线切于
时面积最小.此时,切线方程为
,其与直线
相交于
,与
轴相交于
.此时,梯形的面积
,
.故,当
时,面积有最小值为
.
解:(1)以抛物线顶点为原点,对称轴为轴,建立平面直角坐标系,则
,
从而边界曲线的方程为,
.
因为抛物线在点处的切线斜率
,
所以,切线方程为,与
轴的交点为
.
此时梯形的面积平方分米,即为所求.
(2)设梯形腰所在直线与抛物线切于时面积最小.
此时,切线方程为,
其与直线相交于
,
与轴相交于
.
此时,梯形的面积,
.……11分
(这儿也可以用基本不等式,但是必须交代等号成立的条件)
=0,得
,
当时,
单调递减;
当时,
单调递增,
故,当时,面积有最小值为
.
已知函数,
为函数
的导函数.
(1)设函数f(x)的图象与x轴交点为A,曲线y=f(x)在A点处的切线方程是,求
的值;
(2)若函数,求函数
的单调区间.
正确答案
(1),
;(2)见解析.
试题分析:(1)先对原函数进行求导,易知点A坐标,又由曲线y=f(x)在A点处的切线方程是,可得
,解得
的值;(2)先写出
的函数解析式,再对函数
求导,然后对a分
和
两种情况讨论,列表求单调区间.
试题解析:(1)∵,∴
. 1分
∵在
处切线方程为
,∴
, 3分
∴,
. (各1分) 5分
(2).
. 7分
①当时,
,
的单调递增区间为
,单调递减区间为
. 9分
②当时,令
,得
或
10分
(ⅰ)当,即
时,
的单调递增区间为
,单调递减区间为
,
; 11分
(ⅱ)当,即
时,
, 故
在
单调递减; 12分
(ⅲ)当,即
时,
在
上单调递增,在
,
上单调递减
综上所述,当时,
的单调递增区间为
,单调递减区间为
;
当时,
的单调递增区间为
,单调递减区间为
;
当时,
的单调递减区间为
;
当时,
的单调递增区间为
,单调递减区间为
,
14分
设直线. 若直线l与曲线S同时满足下列两个条件:
①直线l与曲线S相切且至少有两个切点;
②对任意x∈R都有. 则称直线l为曲线S的“上夹线”.
(1) 类比“上夹线”的定义,给出“下夹线”的定义;
(2) 已知函数取得极小值
,求a,b的值;
(3) 证明:直线是(2)中曲线
的“上夹线”。
正确答案
(1)设直线. 若直线l与曲线S同时满足下列两个条件:
①直线l与曲线S相切且至少有两个切点;
②对任意x∈R都有. 则称直线l为曲线S的“下夹线”.
(2)(3)见解析
(1) 设直线. 若直线l与曲线S同时满足下列两个条件:
①直线l与曲线S相切且至少有两个切点;
②对任意x∈R都有. 则称直线l为曲线S的“下夹线”. ----------3分
(2)因为,所以
-----4分
,
--------5分
解得, -----------6分
(3)由(2)得且
由得
,
当时,
,此时
,
,
,所以
是直线
与曲线
的一个切点; ……8分
当时,
,此时
,
,
,所以
是直线
与曲线
的一个切点; ----10分
所以直线l与曲线S相切且至少有两个切点;
对任意x∈R,,
所以 -----------12分
因此直线是曲线
的“上夹线”. ------13分
已知二次函数为常数);
.若直线l1、l2与函数f(x)的图象以及l1,y轴与函数f(x)的图象所围成的封闭图形如阴影所示.
(Ⅰ)求a、b、c的值;
(Ⅱ)求阴影面积S关于t的函数S(t)的解析式;
(Ⅲ)若问是否存在实数m,使得y=f(x)的图象与y=g(x)的图象有且只有两个不同的交点?若存在,求出m的值;若不存在,说明理由.
正确答案
(I)函数f(x)的解析式为
(Ⅱ)
(Ⅲ)当m=7或时,函数f(x)与g(x)的图象有且只有两个不同交点.
(I)由图形 知:,
∴函数f(x)的解析式为…………………………4分
(Ⅱ)由
得
∵0≤t≤2
∴直线l1与f(x)的图象的交点坐标为(…………………………6分
由定积分的几何意义知:
………………………………9分
(Ⅲ)令
因为x>0,要使函数f(x)与函数g(x)有且仅有2个不同的交点,则函数
的图象与x轴的正半轴有且只有两个不同的交点
当x∈(0,1)时,是增函数;
当x∈(1,3)时,是减函数
当x∈(3,+∞)时,是增函数
当x=1或x=3时,
∴
………………………………12分
又因为当x→0时,
当
所以要使有且仅有两个不同的正根,必须且只须
即
∴m=7或
∴当m=7或时,函数f(x)与g(x)的图象有且只有两个不同交点.
设函数
(1)若时,函数
有三个互不相同的零点,求
的取值范围;
(2)若函数在
内没有极值点,求
的取值范围;
(3)若对任意的,不等式
在
上恒成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
;(3)
.
试题分析:(1)时,
,
有三个互不相同的零点,即
有三个互不相同的实数根,构造函数确定函数的单调性,求函数的极值,从而确定
的取值范围;
(2)要使函数在
内没有极值点,只需
在
上没有实根即可,即
的两根
或
不在区间
上;
(3)求导函数来确定极值点,利用的取值范围,求出
在
上的最大值,再求满足
时
的取值范围.
(1)当时,
.
因为有三个互不相同的零点,所以
,即
有三个互不相同的实数根.
令,则
.
令,解得
;令
,解得
或
.
所以在
和
上为减函数,在
上为增函数.
所以,
.
所以的取值范围是
.
(2)因为,所以
.
因为在
内没有极值点,所以方程
在区间
上没有实数根,
由,二次函数对称轴
,
当时,即
,解得
或
,
所以,或
(
不合题意,舍去),解得
.
所以的取值范围是
;
(3)因为,所以
或
,且
时,
,
.
又因为,所以
在
上小于0,
是减函数;
在
上大于0,
是增函数;
所以,而
,
所以,
又因为在
上恒成立,所以
,即
,即
,在
上恒成立.
因为在
上是减函数,最小值为-87.
所以,即
的取值范围是
.
设f(x)是定义在区间(1,+∞)上的函数,其导函数为f′(x).如果存在实数a和函数h(x),其中h(x)对任意的x∈(1,+∞)都有h(x)>0,使得f′(x)=h(x)(x2-ax+1),则称函数f(x)具有性质P(a).
(1)设函数f(x)=ln x+ (x>1),其中b为实数.
①求证:函数f(x)具有性质P(b);
②求函数f(x)的单调区间;
(2)已知函数g(x)具有性质P(2).给定x1,x2∈(1,+∞),x1<x2,设m为实数,α=mx1+(1-m)x2,β=(1-m)x1+mx2,且α>1,β>1,若|g(α)-g(β)|<|g(x1)-g(x2)|,求m的取值范围.
正确答案
(1)当b≤2时,函数f(x)的单调增区间为(1,+∞);
当b>2时,函数f(x)的单调减区间为(1,),单调增区间为(
,+∞).
(2)(0,1)
解:(1)由f(x)=ln x+,得f′(x)=
.
①证明:因为x>1时,h(x)=>0,所以函数f(x)具有性质P(b).
②当b≤2时,由x>1得x2-bx+1≥x2-2x+1=(x-1)2>0,
所以f′(x)>0.从而函数f(x)在区间(1,+∞)上单调递增.
当b>2时,令x2-bx+1=0得
x1=,x2=
.
因为x1==
<
<1,
x2=>1,
所以当x∈(1,x2)时,f′(x)<0;当x∈(x2,+∞)时,f′(x)>0;当x=x2时,f′(x)=0.从而函数f(x)在区间(1,x2)上单调递减,在区间(x2,+∞)上单调递增.
综上所述,当b≤2时,函数f(x)的单调增区间为(1,+∞);
当b>2时,函数f(x)的单调减区间为(1,),单调增区间为(
,+∞).
(2)由题设知,g(x)的导函数
g′(x)=h(x)(x2-2x+1),
其中函数h(x)>0对于任意的x∈(1,+∞)都成立,
所以当x>1时,g′(x)=h(x)(x-1)2>0,
从而g(x)在区间(1,+∞)上单调递增.
①当m∈(0,1)时,
有α=mx1+(1-m)x2>mx1+(1-m)x1=x1,
α<mx2+(1-m)x2=x2,即α∈(x1,x2),
同理可得β∈(x1,x2).
所以由g(x)的单调性知g(α),g(β)∈(g(x1),g(x2)),从而有|g(α)-g(β)|<|g(x1)-g(x2)|,符合题意.
②当m≤0时,α=mx1+(1-m)x2≥mx2+(1-m)x2=x2,β=(1-m)x1+mx2≤(1-m)x1+mx1=x1,于是由α>1,β>1及g(x)的单调性知g(β)≤g(x1)<g(x2)≤g(α),
所以|g(α)-g(β)|≥|g(x1)-g(x2)|,与题意不符.
③当m≥1时,同理可得α≤x1,β≥x2,
进而得|g(α)-g(β)|≥|g(x1)-g(x2)|,与题意不符.
综上所述,所求的m的取值范围为(0,1).
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