- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数.
(1)试判断函数的单调性;
(2)设,求
在
上的最大值;
(3)试证明:对任意,不等式
都成立(其中
是自然对数的底数).
正确答案
(1)函数在
上单调递增,在
上单调递减;
(2)在
上的最大值为
;
(3) 证明过程详见试题解析.
试题分析:(1)先对函数求导,令导函数为0,即可求得函数在
上单调递增,在
上单调递减. (2)结合函数的单调性,分
时,
时,
三种情况进行讨论,即可求
在
上的最大值;(3) 把证明过程转化为恒成立问题即可.
试题解析:(1)解:(1)函数的定义域是
.由已知
.
令,得
.
因为当时,
;当
时,
.
所以函数在
上单调递增,在
上单调递减.
(2)由(1)可知当,即
时,
在
上单调递增,所以
.
当时,
在
上单调递减,所以
.
当,即
时,
.
综上所述,
(3)由(1)知当时
.所以在
时恒有
,即
,当且仅当
时等号成立.因此对任意
恒有
.因为
,
,所以
,即
.因此对任意
,不等式
.
正确答案
已知函数,曲线
在点
处的切线方程为
。
(1)求、
的值;
(2)如果当,且
时,
,求
的取值范围。
正确答案
(1),
(2)(-
,0]
(1)
由于直线的斜率为
,且过点
,故
即
解得,
。
(2)由(1)知,所以
。
考虑函数,则
。
(i)设,由
知,当
时,
,h(x)递减。而
故当
时,
,可得
;
当x(1,+
)时,h(x)<0,可得
h(x)>0
从而当x>0,且x1时,f(x)-(
+
)>0,即f(x)>
+
.
(ii)设0=
的图像开口向下,且
,对称轴x=
.当x
(1,
)时,(k-1)(x2 +1)+2x>0,故
(x)>0,而h(1)=0,故当x
(1,
)时,h(x)>0,可得
h(x)<0,与题设矛盾。
(iii)设k1.此时
,
(x)>0,而h(1)=0,故当x
(1,+
)时,h(x)>0,可得
h(x)<0,与题设矛盾。
综合得,k的取值范围为(-,0]
点评:求参数的范围一般用离参法,然后用导数求出最值进行求解。若求导后不易得到极值点,可二次求导,还不行时,就要使用参数讨论法了。即以参数为分类标准,看是否符合题意。求的答案。此题用的便是后者。
已知函数.
(Ⅰ)若函数在
上不是单调函数,求实数
的取值范围;
(Ⅱ)当时,讨论函数
的零点个数.
正确答案
(Ⅰ)(Ⅱ)只有一个零点
(Ⅰ),由题意知方程
有两个不同的实数解,
,解得
.因此,实数
的取值范围是
.--------6分
(Ⅱ),
.--------7分
设,
,
因为,所以
,故
在
上是增函数,---------9分
又,
,
因此在内存在唯一的实数
,使得
,--------------11分
因为在
上市增函数,所以在
内存在唯一的实数
,使得
.
与
随
的变化情况如下表:
由上表可知,,又
,
故的大致图象右图所示:
所以函数在
内只有一个零点.--------15分
已知函数.
(1)求证:时,
恒成立;
(2)当时,求
的单调区间.
正确答案
(1)详见试题解析;(2)时,
的单调递增区间为
,单调递减区间为
;
时,
的单调递增区间为
,单调递减区间为
和
;
时,
的单调递减区间为
,无单调增区间.
试题分析:(1)当时,
,根据求函数极值的一般步骤,先求函数
的定义域,再求导数,解
的方程,得可能的极值点,进一步得函数
的单调性,最后得
的最小值,从而证得
恒成立;(2)当
时,先求
的导数:
,根据
表达式的结构特征,分子为
,故只需分
,
,
几种情况,分别求函数
的单调区间.
试题解析:(1)当时,
,
,
,令
,解得:
.当
时,
,
在
上单调递减; 当
时,
,
在
上单调递增,∴
.
所以,,
. 5分
(2)的定义域为
,
.
①当时,
,此时
在区间
上单调递增,在
上单调递减;
②当时,
.令
,解得:
.
ⅰ)当时,
,令
,解得:
.令
,解得:
或
,此时
在区间
上单调递增,在
和
上单调递减.
ⅱ)当时,
,此时
,
在区间
上单调递减.
综上,时,
的单调递增区间为
,单调递减区间为
;
时,
的单调递增区间为
,单调递减区间为
和
;
时,
的单调递减区间为
,无单调增区间. 13分
已知函数f(x)=ex,a,b
R,且a>0.
⑴若a=2,b=1,求函数f(x)的极值;
⑵设g(x)=a(x-1)ex-f(x).
①当a=1时,对任意x (0,+∞),都有g(x)≥1成立,求b的最大值;
②设g′(x)为g(x)的导函数.若存在x>1,使g(x)+g′(x)=0成立,求的取值范围.
正确答案
⑴f (x)的极大值是f (-1)=e-1,f (x)的极小值是f ()=4
;⑵① -1-e-1 ;②(-1,+∞).
试题分析: ⑴由 a=2,b=1得,f (x)=(2+)ex, 定义域为(-∞,0)∪(0,+∞);从而可求得 f ′(x)=
ex, 令f ′(x)=0,得x1=-1,x2=
,列表可求得f (x)的极值.
⑵①当a=1时,g (x)=(x--2)ex,由已知得不等式g (x)≥1在x∈(0,+∞)上恒成立,即b≤x2-2x-
在x∈(0,+∞)上恒成立,从而b≤(x2-2x-
)min x∈(0,+∞),令h(x)=x2-2x-
(x>0)利用函数导数求出h(x)的最小值即可.
②由于g (x)=(ax--2a)ex,所以g ′(x)=(
+ax-
-a)ex; 由g (x)+g ′(x)=0,得(ax-
-2a)ex+(
+ax-
-a)ex=0,整理得2ax3-3ax2-2bx+b=0.
存在x>1,使g (x)+g ′(x)=0成立,等价于存在x>1,2ax3-3ax2-2bx+b=0成立.
注意到a>0,所以=
(x>1);设u(x)=
(x>1),则问题等价于
的最小值(或下确界),利用函数导数可判断u(x)在
上的单调性可求得
从而可得
的取值范围为(-1,+∞).
试题解析:⑴当a=2,b=1时,f (x)=(2+)ex,定义域为(-∞,0)∪(0,+∞).
所以f ′(x)=ex.令f ′(x)=0,得x1=-1,x2=
,列表
由表知f (x)的极大值是f (-1)=e-1,f (x)的极小值是f ()=4
.
⑵① 因为g (x)=(ax-a)ex-f (x)=(ax--2a)ex,当a=1时,g (x)=(x-
-2)ex.
因为g (x)≥1在x∈(0,+∞)上恒成立,所以b≤x2-2x-在x∈(0,+∞)上恒成立.
记h(x)=x2-2x-(x>0),则h′(x)=
.
当0<x<1时,h′(x)<0,h(x)在(0,1)上是减函数;
当x>1时,h′(x)>0,h(x)在(1,+∞)上是增函数.
所以h(x)min=h(1)=-1-e-1.所以b的最大值为-1-e-1.
②因为g (x)=(ax--2a)ex,所以g ′(x)=(
+ax-
-a)ex.
由g (x)+g ′(x)=0,得(ax--2a)ex+(
+ax-
-a)ex=0,整理得2ax3-3ax2-2bx+b=0.
存在x>1,使g (x)+g ′(x)=0成立,等价于存在x>1,2ax3-3ax2-2bx+b=0成立.
因为a>0,所以=
.设u(x)=
(x>1),则u′(x)=
.
因为x>1,u′(x)>0恒成立,所以u(x)在(1,+∞)是增函数,所以u(x)>u(1)=-1,
所以>-1,即
的取值范围为(-1,+∞).
已知f(x)=ex-t(x+1).
(1)若f(x)≥0对一切正实数x恒成立,求t的取值范围;
(2)设,且A(x1,y1)、B(x2,y2)(x1≠x2)是曲线y=g(x)上任意两点,若对任意的t≤-1,直线AB的斜率恒大于常数m,求m的取值范围;
(3)求证:(n∈N*).
正确答案
(1);(2)
;(3)详见解析.
试题分析:(1)对函数求导数,分离变量得
,再设
,用导数法判断
的单调性、极值,从而求出
的取值范围;(2)设x1、x2是任意的两实数,且x1
,则
,构造函数
,则函数
在
上是增函数,即
恒成立,即对任意的t≤-1,x∈R,
恒成立,再用均值不等式求
的最小值,从而求得
;(3)由(1)知,
,得
,令
,放缩得
,把
取,则
取,则
而用导数法
(1)(x>0)恒成立.
设(x≥0),则
,
∴在
单调递增,
(x=1时取等号),
∴t≤1 4分.
(2)设x1、x2是任意的两实数,且x1
,故
,
设,则F(x)在R上单增,(7分)
即恒成立.
即对任意的t≤-1,x∈R,恒成立.
而
故m<3.(9分)
(3)由(1)知,
取,则
∴(n∈N*).(14分)
已知函数,
.
(1)若的极大值为
,求实数
的值;
(2)若对任意,都有
恒成立,求实数
的取值范围;
(3)若函数f(x)满足:在定义域内存在实数x0,使f(x0+k)= f(x0)+ f(k)(k为常数),则称“f(x)关于k可线性分解”. 设,若
关于实数a 可线性分解,求
取值范围.
正确答案
(1);(2)
;(3)
.
试题分析:本题主要考查导数的运算、利用导数判断函数的单调性、利用导数求函数的极值和最值等基础知识,考查学生的分析问题解决问题的能力、转化能力、计算能力.第一问,利用导数求出极值,令极值为,解方程得b的值,先对
求导,利用“
为递增函数,
为递减函数”判断函数单调性,利用单调性判断极大值为
;第二问,将“对任意
,都有
恒成立”转化为“
”,令
,利用导数求
的最小值;第三问,先利用已知得到
的解析式,代入到已知的f(x0+k)= f(x0)+ f(k)中,得到方程,根据函数定义域
,得
.
(1)由,得
,
令,得
或
. 2分
当变化时,
及
的变化如下表:
所以的极大值为
=
,
. 4分
(2)由,得
.
,且等号不能同时取,
,即
恒成立,即
6分
令,求导得,
,
当时,
,从而
,
在
上为增函数,
,
. 9分
(3)证明:
由已知,存在,使
关于实数a 可线性分解,则
,
即: 10分
,
12分
因为 所以
14分
已知函数(
均为正常数),设函数
在
处有极值.
(1)若对任意的,不等式
总成立,求实数
的取值范围;
(2)若函数在区间
上单调递增,求实数
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
.
试题分析:本题主要考查导数的应用、不等式、三角函数等基础知识,考查思维能力、运算能力、分析问题与解决问题的能力,考查函数思想、转化思想等数学思想方法.第一问,对求导,因为
在
有极值,所以
是
的根,列出表达式,求出
,不等式恒成立等价于
恒成立,所以下面的主要任务是求
的最大值,对
求导,利用三角公式化简,求
的最值,判断
的正负,从而判断
的单调性,求出最大值;第二问,由
单调递增,所以
解出
的取值范围,由已知
在
上单调递增,所以得出
,利用子集关系列出不等式组,解出
.
试题解析:∵,∴
,
由题意,得,
,解得
. 2分
(1)不等式等价于
对于一切
恒成立. 4分
记
5分
∵,∴
,∴
,∴
,
∴,从而
在
上是减函数.
∴,于是
,故
的取值范围是
. 6分
(2),由
,得
,即
. 7分
∵函数在区间
上单调递增,
∴,
则有,
, 9分
即,
,
∴只有时,
适合题意,故
的取值范围为
. 12分
某公司经销某种产品,每件产品的成本为6元,预计当每件产品的售价为元(
)时,一年的销售量为
万件。
(1)求公司一年的利润y(万元)与每件产品的售价x的函数关系;
(2)当每件产品的售价为多少时,公司的一年的利润y最大,求出y最大值.
正确答案
(1) (
),(2)
,y=27
试题分析:(1)一年的利润为一年的销售量与每件产品的利润的乘积,而每件产品的利润为每件产品的售价与每件产品的成本之差.所以,
.注意函数解析式必须明确函数定义域.(2)由于函数是三次函数,所以利用导数求最值. 因为
,所以由
0得
,因此当
时y为增函数,当
时y为减函数,又
,当
时y为减函数,∴当
时,
(万元)
(1)=
(
) 6分
(2) 8分
令0,
,
10分
当时y为增函数,当
时y为减函数 12分
又,当
时y为减函数
∴当时,
(万元) 14分
答:当每件产品的售价为9元时,一年的利润最大为27万元。 15分
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