- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数
(Ⅰ)若在(0,
)单调递减,求a的最小值
(Ⅱ)若有两个极值点,求a的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)a的最小值为1; (Ⅱ)(0,1).
试题分析:(Ⅰ)将“f(x)在(0,)单调递减”转化为“"x∈(0,+∞),a≥
”,然后才有构造函数的思想求解函数的最大值即可;(Ⅱ)通过对参数a 与1的讨论,借助求导的方法研究函数的单调性,进而分析保证有两个极值点的条件,通过解不等式求解求a的取值范围.
试题解析:(Ⅰ)f¢(x)=lnx+1-ax.
f(x)单调递减当且仅当f¢(x)≤0,即"x∈(0,+∞),
a≥. ①
设g(x)=,则g¢(x)=-
.
当x∈(0,1)时,g¢(x)>0,g(x)单调递增;
当x∈(1,+∞)时,g¢(x)<0,g(x)单调递减.
所以g(x)≤g(1)=1,故a的最小值为1. 5分
(Ⅱ)(1)由(Ⅰ)知,当a≥1时,f(x)没有极值点.
(2)当a≤0时,f¢(x)单调递增,f¢(x)至多有一个零点,f(x)不可能有两个极值点. 7分
(3)当0<a<1时,设h(x)=lnx+1-ax,则h¢(x)=-a.
当x∈(0,)时,h¢(x)>0,h(x)单调递增;
当x∈(,+∞)时,h¢(x)<0,h(x)单调递减. 9分
因为f¢()=h(
)=ln
>0,f¢(
)=h(
)=-
<0,
所以f(x)在区间(,
)有一极小值点x1. 10分
由(Ⅰ)中的①式,有1≥,即lnx≤x-1,则ln
≤
-1,
故f¢()=h(
)=ln2+2ln
+1-
≤ln2+2(
-1)+1-
=ln2-1<0.
所以f(x)在区间(,
)有一极大值点x2.
综上所述,a的取值范围是(0,1).
已知函数,其中
且
.
(1)讨论的单调性;
(2) 若不等式恒成立,求实数
取值范围;
(3)若方程存在两个异号实根
,
,求证:
正确答案
(1)详见解析;(2);(3)证明详见解析.
试题分析:本题主要考查导数的运算、利用导数判断导数的单调性、利用导数求函数的单调性、利用导数求函数的最值等基础知识,考查学生的分析问题解决问题的能力、计算能力.第一问,先求函数的定义域,对求导,由于
,所以讨论a的正负,利用
的正负,判断函数的单调性;第二问,结合第一问的结论,当
时举一反例证明
不恒成立,当
时,将
恒成立转化为
恒成立,令
,利用导数求
的最小值;第三问,要证
,需证
,令
,利用函数的单调性,解出
的大小.
(1)的定义域为
.
其导数 2分
①当时,
,函数在
上是增函数;
②当时,在区间
上,
;在区间(0,+∞)上,
.
所以,在
是增函数,在(0,+∞)是减函数. 4分
(2)当时, 则
取适当的数能使
,比如取
,
能使, 所以
不合题意 6分
当时,令
,则
问题化为求恒成立时
的取值范围.
由于
在区间
上,
;在区间
上,
. 8分
的最小值为
,所以只需
即,
,
10分
(3)由于存在两个异号根
,不仿设
,因为
,所以
11分
构造函数:(
)
所以函数在区间
上为减函数.
,则
,
于是,又
,
,由
在
上为减函数可知
.即
14分
已知函数,其中
.
(1)是否存在实数,使得函数
在
上单调递增?若存在,求出的
值或取值范围;否则,请说明理由.
(2)若a<0,且函数y=f(x)的极小值为,求函数的极大值。
正确答案
(1)存在a=;(2)
.
试题分析:(1)利用导数求得函数单调递增满足的条件;(2)先求出函数的两个极值点,根据a<0确定极大值与极小值点,由函数的极小值求得
,再求出极大值.
(1)∵,
∴.
由可得
≥0.即
在x∈R时恒成立.
∴Δ=(a+2)2-4(-2a2+4a)≤0,即(3a-2)2≤0,即a=,此时,f′(x)=(x+
)2ex≥0,函数y=f(x)在R上单调递增.(2)由f′(x)=0可得ex[x2+(a+2)x-2a2+4a]=0,解之得x1=-2a,x2=a-2.
当a<0时,-2a>a-2,当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下:
由条件可知,f(-2a)=-e,即3a·e-2a=-
e,
可得a=-
.
此时,f(x)=(x2-x-2)ex,极大值为f(a-2)=f(-
)=
.
设函数(其中
),
,已知它们在
处有相同的切线.
(1)求函数,
的解析式;
(2)求函数在
上的最小值;
(3)判断函数零点个数.
正确答案
(1).
(2);
(3)函数只有一个零点.
试题分析:(1) 应用导数的几何意义,确定切点处的导函数值,得切线斜率,建立的方程组.
(2) 应用导数研究函数的最值,基本步骤明确,本题中由于中
的不确定性,应该对其取值的不同情况加以讨论.
当时,
在
单调递减,
单调递增,
得到.
当时,
在
单调递增,得到
;
即 .
(3)由题意
求导得,
由,
确定的单调区间:
上单调递增,在
上单调递减
根据,
得到函数只有一个零点. 13分,即得所求.
试题解析:(1) ,
1分
由题意,两函数在处有相同的切线.
,
. 3分
(2) ,由
得
,由
得
,
在
单调递增,在
单调递减. 4分
当时,
在
单调递减,
单调递增,
∴. 5分
当时,
在
单调递增,
;
6分
(3)由题意
求导得, 8分
由得
或
,由
得
所以在
上单调递增,在
上单调递减 10分
11分
12分
故函数只有一个零点. 13分
设函数.
(Ⅰ)若在x=
处的切线与直线4x+y=0平行,求a的值;
(Ⅱ)讨论函数的单调区间;
(Ⅲ)若函数的图象与x轴交于A,B两点,线段AB中点的横坐标为
,证明
.
正确答案
(I)a=-6;(Ⅱ)①当a≥0时,函数f(x)的单调递增区间为(0,+∞);②当a<0时,函数f(x)的单调递增区间为(0,),单调递减区间为(
,+∞);(Ⅲ)详见解析.
试题分析:(I)f(x)的图象在x=处的切线与直线4x+y=0平行,则
,求导、代入此式即可得a的值;(Ⅱ)求导得
,由x>0,知
>0,故只需考虑
的符号.当a≥0时,对任意x>0,
>0恒成立,函数f(x)的单调递增区间为(0,+∞).当a<0时,令
=0,解得
,由此可得函数f(x)的单调递增区间为(0,
),单调递减区间为(
,+∞);(Ⅲ)因为函数
的图象与x轴交于A、B两点,由(Ⅱ)知必有
.不妨设A(
,0),B(
,0),且
,
因为函数f(x)在(,+∞)上单调递减,于是要证
<0成立,只需证:
即
.这个不等式怎么证?这是一个很常见的问题,都是将a换掉,只留
,
,然后将这个不等式变形为含
的不等式,然后令
,再利用导数证明.
试题解析:(I)由题知f(x)=2ax2+(a+4)x+lnx的定义域为(0,+∞),
且.
又∵f(x)的图象在x=处的切线与直线4x+y=0平行,
∴,
解得a=-6. 4分
(Ⅱ),
由x>0,知>0.
①当a≥0时,对任意x>0,>0,
∴此时函数f(x)的单调递增区间为(0,+∞).
②当a<0时,令=0,解得
,
当时,
>0,当
时,
<0,
此时,函数f(x)的单调递增区间为(0,),单调递减区间为(
,+∞). 9分
(Ⅲ)不妨设A(,0),B(
,0),且
,由(Ⅱ)知
,
于是要证<0成立,只需证:
即
.
∵, ①
, ②
①-②得,
即,
∴,
故只需证,
即证明,
即证明,变形为
,
设,令
,
则,
显然当t>0时,≥0,当且仅当t=1时,
=0,
∴g(t)在(0,+∞)上是增函数.
又∵g(1)=0,
∴当t∈(0,1)时,g(t)<0总成立,命题得证. 14分
已知函数,
(
)
(1)若函数存在极值点,求实数b的取值范围;
(2)求函数的单调区间;
(3)当且
时,令
,
(
),
(
)为曲线y=
上的两动点,O为坐标原点,能否使得
是以O为直角顶点的直角三角形,且斜边中点在y轴上?请说明理由
正确答案
(1);(2)当
时,
,函数
的单调递增区间为
;
当时,
,函数
的单调递减区间为
,单调递增区间为
.
(3)对任意给定的正实数,曲线上总存在
两点,满足条件.
试题分析:(1)求,要函数
由极值,也就是有实数解,由于
是关于
的二次函数,则由
便求得
的取值范围;(2)求
,需要对实数
进行分类讨论,
或
,在这两种情况下分别求出函数
的单调区间,注意分类讨论问题,应弄清对哪个字母分类讨论,分类应不重不漏;(3)是探索性问题,要说明存在
是以O为直角顶点的直角三角形,
且斜边中点在y轴上,需要证明,
该方程有解,要对
进行分类讨论分别说明.
试题解析:(1),若
存在极值点,
则有两个不相等实数根.
所以,解得
.
(2),
当时,
,函数
的单调递增区间为
;
当时,
,函数
的单调递减区间为
,单调递增区间为
.
当且
时,
假设使得是以O为直角顶点的直角三角形,且斜边中点在y轴上.
则且
.
不妨设.故
,则
.
,
该方程有解,
当时,
,代入方程
得
,
即,而此方程无实数解;
当时,
则
;
当时,
,代入方程
得
,即
,
设,则
在
上恒成立.
∴在
上单调递增,从而
,则值域为
.
∴当时,方程
有解,即方程
有解.
综上所述,对任意给定的正实数,曲线上总存在
两点,使得
是以O为直角顶点的直角三角形,且斜边中点在y轴上.
已知函数:
(1)讨论函数的单调性;
(2)若对于任意的,若函数
在 区间
上有最值,求实数
的取值范围.
正确答案
(1)当时,
的单调增区间为
,减区间为
;当
时,
的单调增区间为
,无减区间;(2)
试题分析:(1)这是一道含参函数的单调性问题,先求出定义域,求导
,根据
进行讨论,当
时,
的单调增区间为
,减区间为
;当
时,
的单调增区间为
,无减区间;(2)有(1)知,代入
,得
这是一个二次函数,
在区间
上有最值,
在区间
上总不是单调函数,又
,
由题意知:对任意恒成立,
因为
,对任意
,
恒成立,
∴
∵ ∴
.
试题解析:(1)由已知得的定义域为
,且
,
当时,
的单调增区间为
,减区间为
;
当时,
的单调增区间为
,无减区间;
(2)
在区间
上有最值,
在区间
上总不是单调函数,
又
由题意知:对任意恒成立,
因为
对任意,
恒成立
∴ ∵
∴
已知,其中
,
,
(Ⅰ)若为
上的减函数,求
应满足的关系;
(Ⅱ)解不等式。
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)所求不等式的解集为
.
试题分析:(Ⅰ)若为
上的减函数,由于
其中
,
,由于
含有对数函数,可考虑它的导函数在
小于等于零恒成立,因此对
求导,得
,令
对
恒成立,只要
即可,从而得
的关系;(Ⅱ)解不等式
,而
,这样不等式两边的形式是
,故对
中取
,得
,由(Ⅰ)知
在
上是减函数,不等式
,也就是
,利用单调性得
,这样就可以解不等式.
试题解析:(Ⅰ) 2分
,
为
上的减函数
对
恒成立,
即
4分
(Ⅱ)在(Ⅰ)中取,即
,由(Ⅰ)知
在
上是减函数,
即
8分
,解得
, 或
故所求不等式的解集为 12分
已知函数
(Ⅰ)当时,求函数
的单调区间;
(Ⅱ)若,对定义域内任意x,均有
恒成立,求实数a的取值范围?
(Ⅲ)证明:对任意的正整数,
恒成立。
正确答案
(Ⅰ)在
;(Ⅱ)
;(Ⅲ)详见解析.
试题分析:(Ⅰ)当时,求函数
的单调区间,首先确定定义域
,可通过单调性的定义,或求导确定单调区间,由于
,含有对数函数,可通过求导来确定单调区间,对函数
求导得
,由此令
,
,解出
就能求出函数
的单调区间;(Ⅱ)若
,对定义域内任意
,均有
恒成立,求实数
的取值范围,而
,对定义域内任意
,均有
恒成立,属于恒成立问题,解这一类题,常常采用含有参数
的放到不等式的一边,不含参数
(即含
)的放到不等式的另一边,转化为函数的最值问题,但此题用此法比较麻烦,可考虑求其最小值,让最小值大于等于零即可,因此对函数
求导,利用导数确定最小值,从而求出
的取值范围;(Ⅲ)由(Ⅱ)知,当
时,
,当且仅当
时,等号成立,这个不等式等价于
,即
,由此对任意的正整数
,不等式
恒成立.
试题解析:(Ⅰ)定义域为(0,+∞),,
,所以
在
(4分)
(Ⅱ),当
时,
在
上递减,在
上递增,
,当
时,
不可能成立,综上
;(9分)
(Ⅲ)令,
相加得到
得证。(14分)
设f(x)=ax3+bx+c(a≠0)为奇函数,其图象在点(1,f(1))处的切线与直线x-6y-7=0垂直,导函数f′(x)的最小值为-12.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)求函数f(x)的单调增区间,并求函数f(x)在[-1,3]上的最大值和最小值.
正确答案
(1);(2)
、
试题分析:(1)根据为奇函数可得
。由导数的几何意义可得
,
的最小值可求
,从而可得
的解析式。(2)先求导,在令导数大于0得增区间,令导数小于零得减区间,从而求得在
上的极值。再求两端点处函数值,比较极值与端点处函数值最小的为最小值,最大的为最大值。
试题解析:
解:(1)∵为奇函数,∴
1分
即,∴
. 2分
又的最小值为
,∴.
4分
由题设知,∴
,
故 6分
(2) 7分
当变化时,
、
的变化情况表如下:
∴函数的单调递增区间为
和
8分
∵,极小值
,极大值
,
当时,
;当
时,
. 10分
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