- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
设a为正实数,函数f(x)=x3-ax2-a2x+1, x∈R.
(1)求f(x)的极值;
(2)设曲线y=f(x)与直线y=0至多有两个公共点,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)f(x)(极大)=f
f(x)(极小)=f(a)=a3-a3-a3+1=1-a3
(1)f′(x)=3x2-2ax-a2……………………………………………………2分
由f′(x)=3x2-2ax-a2=0,得x1=-,x2="a," (a>0)
x
(-,-)
-
(-,a)
a
(a,+ ∞)
f′(x)
+
0
-
0
+
f(x)
增
极大
减
极小
增
……………………………………………………………………………………5分
∴f(x)(极大)=f
f(x)(极小)=f(a)=a3-a3-a3+1=1-a3……………………………………………7分
(2)∵f(x)在(-∞,-)上递增,在(-
,a)上递减,在(a,+ ∞)上递增,
f(x)(极大)= a3+1>0………………………………………………………………9分
①当极小值f(a)=1-a3≥0,即0,+∞)上有1个或0个公共点,此时f(-1)=a(a-1) ≤0
∴y=f(x)与y="0 " 在x∈(-∞,-)上有1个公共点
②当极小值f(a)=1-a3<0即a>1时,y=f(x)与y=0在x∈(-,+∞)上有2个公共点,此时f(-a)=1-a3<0
∴y=f(x)与y="0" 在x∈(-∞,-)上有1个公共点
∴a>1时,y=f(x)与y=0有3个公共点………………………………………13分
已知函数.
(1)求的单调区间;
(2)记为
的从小到大的第
个零点,证明:对一切
,有
.
正确答案
(1) 单调递减区间为,
单调递增区间为.(2)详见解析
试题分析:(1)对函数求导得到导函数
,求
大于0和小于0的解集得到单调减区间和单调增区间,但是必须注意正余弦的周期性和原函数的定义域
.
(2)利用(1)问的结果可知函数在区间
上是单调递减的,即
在区间
上至多一个零点,根据正余弦的函数值可得
,再根据
在区间上
单调性和函数
在区间
端点处函数值异号可得函数
在区间
上有且只有一个零点,即
,则依次讨论
利用放缩法即可证明
.
数求导可得
,令
可得
,当
时,
.此时
;
当时,
,此时
,
故函数的单调递减区间为
,
单调递增区间为.
(2)由(1)可知函数在区间
上单调递减,又
,所以
,
当时,因为
,且函数
的图像是连续不断的,所以
在区间
内至少存在一个零点,又
在区间
上是单调的,故
,因此,
当时,
;
当时,
;
当时,
,
综上所述,对一切的,
.
已知函数.
(1)讨论函数在
上的单调性;
(2)当时,曲线
上总存在相异两点,
,
,使得
曲线在
、
处的切线互相平行,求证:
.
正确答案
(1)讨论函数的单调性,我们可先求其导数,则不等式
的解集区间就是函数的单调增区间,不等式
的解集区间就是函数的单调减区间;(2)题设问题实际上就是已知
时
,由(1)知
化简变形得
,要证明的是
,利用基本不等式
,这样有
,故
小于
的最小值,而
在
上是增函数(可用导数或用增函数的定义证明),于是有
,从而
,解得
.
试题分析:
(1)函数的定义域为
.
,
令,解得
或
.
∵,∴
, ∴当
时,
;当
时,
.
故在
上单调递减,在
上单调递增. 6分
(2)由题意得,当时,
且
)
即 ∴
.
整理得
令 所以
在
上单调递减,所以
在
上的最大值为
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.
(1)求a,b,c,d的值;
(2)若x≥-2时,f(x)≤kg(x),求k的取值范围.
正确答案
(1)a=4,b=2,c=2,d=2
(2)[1,e2]
(1)∵曲线y=f(x)和曲线y=g(x)都过点P(0,2),
∴b=d=2.
∵f′(x)=2x+a,故f′(0)=a=4.
∵g′(x)=ex(cx+d+c),
∴g′(0)=2+c=4,故c=2.
从而a=4,b=2,c=2,d=2.
(2)令F(x)=kg(x)-f(x),则F′(x)=(kex-1)(2x+4),
由题设可得F(0)≥0,故k≥1,
令F′(x)=0得x1=-ln k,x2=-2,
①若1≤k<e2,则-2<x1≤0,
从而当x∈[-2,x1)时,F′(x)<0,
当x∈(x1+∞)时,F′(x)>0,
即F(x)在[-2,+∞)上最小值为F(x1)=2x1+2-x22-4x1-2=-x1(x1+2)≥0,此时f(x)≤kg(x)恒成立;
②若k=e2,F′(x)=(ex+2-1)(2x+4),
故F(x)在[-2,+∞)上单调递增,
因为F(-2)=0,所以f(x)≤kg(x)恒成立;
③若k>e2,则F(-2)=-2ke-2+2=-2e-2(k-e2)<0,
从而当x∈[-2,+∞)时,
f(x)≤kg(x)不可能恒成立.
综上所述k的取值范围为[1,e2].
已知函数.
(1)当且
时,证明:
;
(2)若对,
恒成立,求实数
的取值范围;
(3)当时,证明:
.
正确答案
(1)详见解析;(2);(3)详见解析.
试题分析:(1)将代入函数
的解析式,构造新函数
,问题转化为证明
,只需利用导数研究函数
的单调性,利用函数
的单调性来证明该不等式;(2)解法一是利用参数分离法将不等式转化为
在
上恒成立,构造新函数
,问题转化为
来处理;解法二是构造新函数
,问题转化为
来处理,求出导数
的根
,对
与区间
的相对位置进行分类讨论,以确定函数
的单调性与最值,从而解决题中的问题;解法三是利用参数分离法将问题转化为
,从而将问题转化为
来处理,而将
视为点
与点
连线的斜率,然后利用图象确定
斜率的最小值,从而求解相应问题;(3)利用分析法将问题等价转化为证明不等式
,结合(1)中的结论
结合放缩法证明
,最后利用累加法证明相关不等式证明
.
试题解析:(1)证明:要证,即证
,
令,则
,
在
单调递增,
,
,即
成立;
(2)解法一:由且
可得
,
令,
,
由(1)知,
,函数
在
上单调递增,当
时,
,
;
解法二:令,则
,
当时,
,函数
在
上是增函数,有
,------6分
当时,
函数
在
上递增,在
上递减,
对,
恒成立,只需
,即
;
当时,函数
在
上递减,对
,
恒成立,只需
,
而,不合题意,
综上得对,
恒成立,
;
解法三:由且
可得
,
由于表示两点
、
的连线斜率,
由图象可知在
单调递减,
故当,
,
,即
;
(3)当时,
,则
,
要证,即证
,
由(1)可知,又
,
,
,
,
故.
设函数,若
是奇函数,则
+
的值为
正确答案
试题分析:解:因为,所以
所以,=
因为是奇函数,所以
,所以,
故答案填:3.
已知 (
).
(1)当时,判断
在定义域上的单调性;
(2)若在
上的最小值为
,求
的值;
(3)若在
上恒成立,试求
的取值范围.
正确答案
(1)单调递增 (2) (3)
试题分析:(1)判断函数的单调性常用作差比较法、导函数法.其共同点都是与0比大小确定单调性.也可以利用基本初等函数的单调性来判断:当时,因为
与
在
上都是单调递增,所以
(
)在定义域
上单调递增;(2)利用导函数法求闭区间上的最值,首先要求出极值,然后再与两个端点函数值比较得出最值;既要灵活利用单调性,又要注意对字母系数
进行讨论;(3)解决“恒成立”问题,常用分离参数法,转化为求新构造函数的最值(或值域).
试题解析:(1)由题意得,且
1分
显然,当时,
恒成立,
在定义域上单调递增; 3分
(2)当时由(1)得
在定义域上单调递增,所以
在
上的最小值为
,
即(与
矛盾,舍); 5分
当,
显然在
上单调递增,最小值为0,不合题意; 6分
当,
,
若(舍);
若(满足题意);
(舍); 9分
综上所述. 10分
(3)若在
上恒成立,即在
上
恒成立,(分离参数求解)
等价于在
恒成立,
令. 则
; 11分
令,则
显然当时
,
在
上单调递减,
,
即恒成立,说明
在
单调递减,
; 13分
所以. 14分
已知函数在
与
时,都取得极值。
(1)求的值;
(2)若,求
的单调区间和极值;
(3)若对都有
恒成立,求
的取值范围。
正确答案
解:(1)f ′(x)=3x2+2a x+b=0.
由题设,x=1,x=-为f ′(x)=0的解.
-a=1-
,
=1×(-
).∴a=-
,b=-2……………………………………4分
经检验得:这时与
都是极值点.…………………………………5分
(2)f (x)=x3-x2-2 x+c,由f (-1)=-1-
+2+c=
,c=1.
∴f (x)=x3-x2-2 x+1.
∴ f (x)的递增区间为(-∞,-),及(1,+∞),递减区间为(-
,1).
当x=-时,f (x)有极大值,f (-
)=
;
当x=1时,f (x)有极小值,f (1)=-……………………………………………10分
(3)由(1)得,f ′(x)=(x-1)(3x+2),f (x)=x3-x2-2 x+c,
f (x)在[-1,-及(1,2]上递增,在(-
,1)递减.
而f (-)=-
-
+
+c=c+
.f (2)=8-2-4+c=c+2.
∴ f (x)在[-1,2]上的最大值为c+2.∴ ,∴
∴ 或
∴
或
…………………16分
略
已知函数的一个极值点.
(Ⅰ)求;
(Ⅱ)求函数的单调区间;
(Ⅲ)若的图象与x轴有且只有3个交点,求b的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)
(Ⅱ)函数的单调递增区间为
函数的单调递减区间为[1,3]
(Ⅲ)
(Ⅰ)
………………………………2分
(Ⅱ)由(Ⅰ)知
…………………………4分
由
由………………………………………………6分
∴函数的单调递增区间为
函数的单调递减区间为[1,3] ……………………………8分
(Ⅲ)由(Ⅱ)可知函数在
单调递增
函数在[1,3]单调递减
函数在[3,+
单调递增
当x=1或x=3时,
…………………………11分
……………………12分
∴要使的图象与x轴正半轴有且仅有三个不同的交点,只须
即………………………………………………………………15分
(14分)(2011•天津)已知函数f(x)=4x3+3tx2﹣6t2x+t﹣1,x∈R,其中t∈R.
(Ⅰ)当t=1时,求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
(Ⅱ)当t≠0时,求f(x)的单调区间;
(Ⅲ)证明:对任意的t∈(0,+∞),f(x)在区间(0,1)内均存在零点.
正确答案
(Ⅰ)y=﹣6x
(Ⅱ)(1)若t<0,则<﹣t,∴f(x)的单调增区间是(﹣∞,
),(﹣t,+∞);f(x)的单调减区间是(
,﹣t)
(2)若t>0,则>﹣t,∴f(x)的单调增区间是(﹣∞,﹣t),(
,+∞);f(x)的单调减区间是(﹣t,
)
(Ⅲ)见解析
试题分析:(I)当t=1时,求出函数f(x),利用导数的几何意义求出x=0处的切线的斜率,利用点斜式求出切线方程;
(II)根据f'(0)=0,解得x=﹣t或x=,讨论t的正负,在函数的定义域内解不等式fˊ(x)>0和fˊ(x)<0求出单调区间即可;
(III)根据函数的单调性分两种情况讨论,当≥1与当0<
<1时,研究函数的单调性,然后根据区间端点的符号进行判定对任意t∈(0,2),f(x)在区间(0,1)内均存在零点从而得到结论.
解:(I)当t=1时,f(x)=4x3+3x2﹣6x,f(0)=0
f'(x)=12x2+6x﹣6,f'(0)=﹣6,所以曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=﹣6x.
(II)解:f'(x)=12x2+6tx﹣6t2,f'(0)=0,解得x=﹣t或x=
∵t≠0,以下分两种情况讨论:
(1)若t<0,则<﹣t,∴f(x)的单调增区间是(﹣∞,
),(﹣t,+∞);f(x)的单调减区间是(
,﹣t)
(2)若t>0,则>﹣t,∴f(x)的单调增区间是(﹣∞,﹣t),(
,+∞);f(x)的单调减区间是(﹣t,
)
(III)证明:由(II)可知,当t>0时,f(x)在(0,)内单调递减,在(
,+∞)内单调递增,以下分两种情况讨论:
(1)当≥1,即t≥2时,f(x)在(0,1)内单调递减.
f(0)=t﹣1>0,f(1)=﹣6t2+4t+3≤﹣13<0
所以对于任意t∈[2,+∞),f(x)在区间(0,1)内均存在零点.
(2)当0<<1,即0<t<2时,f(x)在(0,
)内单调递减,在(
,1)内单调递增
若t∈(0,1],f()=
+t﹣1≤
<0,
f(1)=)=﹣6t2+4t+3≥﹣2t+3>0
所以f(x)在(,1)内存在零点.
若t∈(1,2),f()=
+t﹣1<
+1<0,
f(0)=t﹣1>0∴f(x)在(0,)内存在零点.
所以,对任意t∈(0,2),f(x)在区间(0,1)内均存在零点.
综上,对于任意t∈(0,+∞),f(x)在区间(0,1)内均存在零点.
点评:本题主要考查了导数的几何意义,利用导数研究函数的单调性、曲线的切线方程、函数零点、解不等式等基础知识,考查了计算能力和分类讨论的思想.
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