- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数(其中
,e是自然对数的底数).
(Ⅰ)若,试判断函数
在区间
上的单调性;
(Ⅱ)若函数有两个极值点
,
(
),求k的取值范围;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,试证明.
正确答案
(Ⅰ)在区间
上是单调递减函数;(Ⅱ)k的取值范围是
;(Ⅲ)详见解析.
试题分析:(Ⅰ)将代入
求导,根据其符号即可得其单调性;(Ⅱ)函数
有两个极值点
,
,则
,
是
的两个根,即方程
有两个根.接下来就研究函数
图象特征,结合图象便可知
取何值时,方程
有两个根.
(Ⅲ)结合图象可知,函数
的两个极值点
,
满足
.
,这里面有
两个变量,那么能否换掉一个呢?
由,得
,利用这个关系式便可将
换掉而只留
:
,这样根据
的范围,便可得
,从而使问题得证.
试题解析:(Ⅰ)若,
,则
,
当时,
,
故函数在区间
上是单调递减函数. 4分
(Ⅱ)函数有两个极值点
,
,则
,
是
的两个根,
即方程有两个根,设
,则
,
当时,
,函数
单调递增且
;
当时,
,函数
单调递增且
;
当时,
,函数
单调递减且
.
要使有两个根,只需
,
故实数k的取值范围是. 9分
(Ⅲ)由(Ⅱ)的解法可知,函数的两个极值点
,
满足
, 10分
由,得
,
所以,
由于,故
,
所以. 14分
已知函数R,
,
(1)求函数f(x)的值域;
(2)记函数,若
的最小值与
无关,求
的取值范围;
(3)若,直接写出(不需给出演算步骤)关于
的方程
的解集
正确答案
(1);(2)
;(3)①
时,解集为
;
②m>3时,解集为或
试题分析:(1)因解析式中有绝对值,,则把分情况利用基本不等式讨论函数
的值域;(2)易得函数
的解析式,再分情况去掉绝对值,利用基本不等求函数的最小值,从而得结论;(3)分
两种情况求方程的解
试题解析:(1)①时,
,
当且仅当,即
时等号成立;
②,
,由①②知函数
的值域为
(2),
①,
,
②时,
,
令,则
,记
,
,当且仅当
,
时等号成立,
(i),即
时,结合①知
与
无关;
(ii),即
时,
,
在
上是增函数,
,
结合①知与
有关;
综上,若的最小值与
无关,则实数
的取值范围是
(3)①时,关于
的方程
的解集为
;
②m>3时,关于x的方程的解集为
或
已知函数。
(1)求函数在
上的最小值;
(2)对一切,
恒成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1); (2)
.
试题分析:(1)先将所给进行化简,然后对其进行求导,令导数等于零求出函数的零点,利用已知
的范围和零点的大小进行分类讨论,结合函数的单调性与导数的正负的关系,可以在各自情况下求出函数的最小值,最后用分段函数的形式表示出来; (2)根据题意
将所给函数代入化简并参数分离可得
,可令一个新函数
故而转化为求函数
的最小值,结合函数的特征运用导数不难求出它的最小值,即可求出
的范围,最后由含有绝对值的不等式求出
的范围.
试题解析:(1)当在区间
时,
,所以
,当
,
,
单调递减;当
时,
,
单调递增,又
所以当,即
时,
;当
时,
在区间
时是递增的,
,故
; (2)由
可得
,则
,设
,则
,
递增;
递减,
,故所求
的范围
.
设函数.
(1)若时,求
处的切线方程;
(2)当时,
,求
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
的取值范围是
.
试题分析:本题考查函数与导数及运用导数求单调区间、最值等数学知识和方法,突出考查综合运用数学知识和方法分析问题解决问题的能力.第一问,将代入得到
解析式,对
求导,将
代入得到切线的斜率,再将
代入
中得到切点的纵坐标,最后利用点斜式方程直接写出切线方程;第二问,将恒成立问题转化成函数
的最小值问题,对
求导,判断
范围内的函数的单调性,判断出当
时,
,所以
.
试题解析:(1)当,
,
,
,
故所求切线方程为:,
化简得:.(5分)
(2) ,
,
化简得:,
设,
求导得:.
当时,
;当
时,
.
故在
单调减少,在
单调增加.
故在
时取极小值.
则在
时,
.
综上所述:,即
的取值范围是
.(13分)
(本小题满分l4分)
已知函数f(x)=ax3+bx2-3x在x=±1处取得极值.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)求证:对于区间[-1,1]上任意两个自变量的值x1,x2,都有
|f(x1)-f(x2)|≤4;
(3)若过点A(1,m)(m≠-2)可作曲线y=f(x)的三条切线,求实数m的取值范围.
正确答案
解: (I)f′(x)=3ax2+2bx-3,依题意,f′(1)=f′(-1)=0,
即 解得a=1,b="0. " ∴f(x)=x3-3x.
(II)∵f(x)=x3-3x,∴f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
当-1
fmax(x)=f(-1)=2,fmin(x)=f(1)=-2
∵对于区间[-1,1]上任意两个自变量的值x1,x2,
都有|f(x1)-f(x2)|≤|fmax(x) -fmin(x)|
|f(x1)-f(x2)|≤|fmax(x)-fmin(x)|=2-(-2)=4
(III)f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),∵曲线方程为y=x3-3x,∴点A(1,m)不在曲线上.
设切点为M(x0,y0),则点M的坐标满足
因,故切线的斜率为
,
整理得.∵过点A(1,m)可作曲线的三条切线,
∴关于x0方程=0有三个实根.
设g(x0)= ,则g′(x0)=6
,由g′(x0)=0,得x0=0或x0=1.
∴g(x0)在(-∞,0),(1,+∞)上单调递增,在(0,1)上单调递减.
∴函数g(x0)= 的极值点为x0=0,x0=1
∴关于x0方程=0有三个实根的充要条件是
,解得-3
故所求的实数a的取值范围是-3
略
已知函数,
(1)求;
(2)令,
求证:
正确答案
(1)(2)见解析
已知函数f(x)=lnx-ax2+bx(a>0)且f′(1)=0.
(Ⅰ)试用含a式子表示b;
(Ⅱ)求f(x)的单调区间;
(Ⅲ)若a=2,试求f(x)在区间[c,c+](c>0)上的最大值.
正确答案
(Ⅰ)f(x)的定义域为(0,+∞),…(2分)
∵f′(x)=-ax+b,f′(1)=1-a+b=0,
得:b=a-1.…(4分)
(Ⅱ)将b=a-1代入f′(x)=-ax+b,
得f′(x)=-ax+a-1
=-.…(6分)
当f′(x)>0时,->0,
由x>0,得(ax+1)(x-1)<0,
∵a>0,
∴0<x<1,即f(x)在(0,1)上单调递增,
当f′(x)<0时,-<0,
由x>0,得(ax+1)(x-1)>0,
∵a>0,∴x>1,
即f(x)在(1,+∞)上单调递减.
∴f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减.…(9分)
(Ⅲ)当c+≤1,即0<c≤
时,f(x)在[c,c+
]上单调递增.
所以f(x)max=f(c+)
=ln(c+)-(c+
)2+c+
=ln(c+)+
-c2.…(11分)
当,即
<c<1时,f(x)在[c,1]上单调递增,在[1,c+
]上单调递减,
所以f(x)max=f(1)=0.…(13分)
当c≥1时,f(x)在[c,c+]上单调递减.
所以f(x)max=f(c)=lnc-c2+c.…(15分)
综上:f(x)max=.
已知函数f(x)=2x2-xf′(2),则函数f(x)的图象在点(2,f(2))处的切线方程是______.
正确答案
∵函数f(x)=2x2-xf′(2),
∴f′(x)=4x-f′(2),
∴f′(2)=8-f′(2),
∴f′(2)=4
∴f(2)=8-2×4=0
∴函数f(x)的图象在点(2,f(2))处的切线方程是y-0=4(x-2)
即4x-y-8=0
故答案为:4x-y-8=0
已知x=3是函数f(x)=aln(1+x)+x2-10x的一个极值点.
(1)求a;
(2)求函数f(x)的单调区间;
(3)若直线y=b与函数y=f(x)的图象有3个交点,求b的取值范围.
正确答案
(1)a=16(2)单调增区间为(-1,1),(3,+∞),单调减区间为(1,3).(3)(32ln 2-21,16ln 2-9)
f(x)的定义域为(-1,+∞).
(1)f′(x)=+2x-10,又f′(3)=
+6-10=0,
∴a=16.经检验此时x=3为f(x)的极值点,故a=16.
(2)由(1)知f′(x)=.
当-1<x<1或x>3时,f′(x)>0;
当1<x<3时,f′(x)<0.
∴f(x)的单调增区间为(-1,1),(3,+∞),
单调减区间为(1,3).
(3)由(2)知,f(x)在(-1,1)上单调递增,在(1,3)上单调递减,在(3,+∞)上单调递增,且当x=1或x=3时,f′(x)=0.所以f(x)的极大值为f(1)=16ln 2-9,极小值为f(3)=32ln 2-21.
因为f(16)>162-10×16>16ln 2-9=f(1),
f(e-2-1)<-32+11=-21<f(3),
所以根据函数f(x)的大致图象可判断,在f(x)的三个单调区间(-1,1),(1,3),(3,+∞)内,直线y=b与y=f(x)的图象各有一个交点,当且仅当f(3)<b<f(1).
因此b的取值范围为(32ln 2-21,16ln 2-9).
已知函数是R上的奇函数,当
时
取得极值
.
(I)求的单调区间和极大值
(II)证明对任意不等式
恒成立.
正确答案
(Ⅰ)单增区间,单减区间
,极大值
;(Ⅱ)见解析.
试题分析:(Ⅰ)根据奇函数的定义可知,由此解得
,由已知条件“当
时
取得极值
”可得
以及
,联立方程组解得
,写出函数的解析式为
,然后对函数
求导,利用函数的单调性与导数的关系判断函数
在实数集R上的单调性,并由此得到函数
在
处取得极大值;(Ⅱ)根据函数
在区间
是单调递减的,可知函数
在区间
上的极大值
和极小值
,从而由对任意的
都有不等式
成立,即得结论.
试题解析:(Ⅰ)由奇函数的定义,有,
即,∴
.
因此,
,
由条件为
的极值,必有
.
故,解得
. 4分
因此, ,
,
.
当时,
,故
在单调区间
上是增函数;
当时,
,故
在单调区间
上是减函数;
当时,
,故
在单调区间
上是增函数.
∴函数在
处取得极大值,极大值为
. 8分
(Ⅱ)由(I)知,是减函数,
且在
上的最大值
在
上的最小值
∴对任意恒有
12分
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