- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=x2+alnx.
(1)当a=-2时,求函数f(x)的单调区间和极值;
(2)若g(x)=f(x)+在[1,+∞)上是单调函数,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)易知,函数f(x)的定义域为(0,+∞).…(1分)
当a=-2时,f′(x)=2x-=
.…(2分)
当x变化时,f'(x)和f(x)的值的变化情况如下表:…(4分)
由上表可知,函数f(x)的单调递减区间是(0,1),单调递增区间是(1,+∞),极小值是f(1)=1.…(8分)
(2)由g(x)=x2+alnx+,得g′(x)=2x+
-
.…(9分)
又函数g(x)=x2+alnx+为[1,+∞)上单调函数,
①若函数g(x)为[1,+∞)上的单调增函数,
则g'(x)≥0在[1,+∞)上恒成立,
即不等式2x-+
≥0在[1,+∞)上恒成立.
也即a≥-2x2在[1,+∞)上恒成立,
而φ(x)=-2x2在[1,+∞)上的最大值为φ(1)=0,所以a≥0.…(12分)
②若函数g(x)为[1,+∞)上的单调减函数,
根据①,在[1,+∞)上φ(x)max=φ(1)=0,φ(x)没有最小值.…(13分)
所以g'(x)≤0在[1,+∞)上是不可能恒成立的.…(15分)
综上,a的取值范围为[0,+∞).…(16分)
已知函数f(x)=x3-a2x+2a,(a>0)
(1)求函数y=f(x)的单调区间;
(2)若在区间[0,2]上恒有f(x)≥-,求a的取值范围.
正确答案
(1)f'(x)=x2-a2=(x-a)(x+a)(a>0)
f'(x)>0⇒x>a或x<-a,f'(x)<0⇒-a<x<a…(4分)
∴f(x)在(-∞,-a)和(a,+∞)上都单调递增,在[-a,a]上单调递减;…(6分)
(2)x=-a为函数y=f(x)的极大值点,x=a为函数y=f(x)的极小值点,…(8分)
①当0<a<2时,函数y=f(x)在[0,2]上的最小值为f(a)=-a3+2a,
∴-a3+2a≥-
,即(a+1)2(a-2)≤0,∴a≤2,又0<a<2
∴0<a<2…(11分)
②当a≥2时,函数y=f(x)在[0,2]上的最小值为f(2)=-2a2+2a,
∴-2a2+2a≥-
,∴-1≤a≤2
又a≥2,∴a=2,…(14分)
综上,0<a≤2.…(15分).
已知函数f(x)=ex,g(x)=1+ax+ ,a∈R
(1)设函数F(x)=f(x)-g(x),讨论F(x)的极值点的个数;
(2)若-2≤a≤1,求证:对任意的x1,x2∈[1,2],且x1
正确答案
解:(1 ),F'(x)=ex-a-x,F''(x)=ex-1,
令F''(x)=0,得x=0
当x∈(-∞,0)时,F''(x)<0,从而F'(x)在(- ∞,0)上单调递减,
当x∈(0,+ ∞)时, F''(x)>0,从而F'(x)在(0,+ ∞)上单调递增,
所以F'(x)min=F'(x)=1-a,
当F'(x)min=1-a≥0,即a≤1时,F'(x) ≥0恒成立,F(x)的极值点个数为0;
当F'(x)min=1-a<0,即a>1时,(又x→-∞,F'(x) →+∞, x→+∞,F'(x) →+∞)F(x)的极值点个数为2个
(2)证明:
在[1,2]上单调递增
在x∈[1,2]上恒成立
令H(a)= -a-x=
(-2≤a≤1),关于a是一次函数。
又H(-2)=2-x≥0,H(1)=ex-1-x≥0,(由F'(x)=ex-a-x≥1-a得)
所以G(x)= -a-x≥0在x∈[1,2]上恒成立,所以,原命题成立。
若对任意的x∈D,均有f1(x)≤f(x)≤f2(x)成立,则称函数f(x)为函数f1(x)到函数f2(x)在区间D上的“折中函数”.已知函数f(x)=(k-1)x-1,g(x)=0,h(x)=(x+1)ln x,且f(x)是g(x)到h(x)在区间[1,2e]上的“折中函数”,则实数k的取值范围为________.
正确答案
{2}
法一:依题意可知当x∈[1,2e]时,恒有0≤(k-1)x-1≤(x+1)ln x成立.
当x∈[1,2e]时,由(k-1)x-1≥0恒成立,可知k≥1+恒成立,又x∈[1,2e]时,
max=2,此时x=1,从而k≥2.
当x∈[1,2e]时,由(k-1)x-1≤(x+1)ln x恒成立,可知k≤+1恒成立,记
m(x)==
ln x+
,
其中x∈[1,2e].从而m′(x)=ln x+
-
=
,易知当x∈[1,2e]时,x>ln x(可以建立函数再次利用导数证明,)所以当x∈[1,2e]时,m′(x)>0,所以m(x)在x∈[1,2e]上是单调递增函数,所以k≤m(x)min+1=m(1)+1=2.
综上所述可知k=2,所以实数k的取值范围为{2}.
法2:由于本题的特殊性,可看出g(1)=0,h(1)=0,由题知g(1)≤f(1)≤h(1),显然f(1)=0,即k=2.h′(x)=1++ln x.在[1,2e]上,h′(x)>1=f′(x),故k=2.
设函数
.
(1) 当时,求函数
的极值;
(2)若,证明:
在区间
内存在唯一的零点;
(3)在(2)的条件下,设是
在区间
内的零点,判断数列
的增减性.
正确答案
(1)极大值,无极小值;(2)详见解析;(3)数列
是单调递减.
试题分析:(1)当时,函数
,于是可利用导数研究函数的单调性与极值;
(2)当时,
要证在区间
内存在唯一的零点,只要证
在区间
内单调且
即可;
(3)先求和
,再根据
得到
,结合(2)的结论:函数
在区间
内是单调递增的,从而得到
,结论得证.
解:(1)由已知,得:
由得:
当
时,
单调递增
当时,
单调递减
所以是函数
的极大值点,无极小值点
故的极大值为,无极小值.
(2)由已知,得:
∴易得: 于是
在区间
内存在零点;
又当时,
恒成立
∴函数在区间
内是单调递增的
故在区间
内存在唯一的零点. (8分)
解:(3):数列是单调递减的. 理由如下: (9分)
由(2)设
是
在
内唯一的零点,
则
又,
于是
即
由(2)在
上是单调递增的,
∴当时,
.
故数列是单调递减的. (14分)
已知函数.
(Ⅰ)当时,求曲线
在点
处的切线方程;
(Ⅱ)当时,若
在区间
上的最小值为
,求
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)
.
试题分析:(Ⅰ)将代入
得:
,利用导数便可求得曲线
在点
处的切线方程;
(Ⅱ).
令得:
.因为
,所以
.下面就结合图象分情况求出
在区间
上的最小值,再由其最小值为
,求出
的取值范围.
试题解析:(Ⅰ)当时,
,
此时:,于是:切线方程为
.
(Ⅱ)
令得:
当即
时,
,函数
在
上单调递增,于是
满足条件
当即
时,函数
在
上单调递减,在
上单调递增,于是
不满足条件.
当即
时,函数
在
上单调递减,此时
不满足条件.
综上所述:实数的取值范围是
.
(12分) 设函数(
),
.
(1) 将函数图象向右平移一个单位即可得到函数
的图象,试写出
的解析式及值域;
(2) 关于的不等式
的解集中的整数恰有3个,求实数
的取值范围;
(3)对于函数与
定义域上的任意实数
,若存在常数
,使得
和
都成立,则称直线
为函数
与
的“分界线”.设
,
,试探究
与
是否存在“分界线”?若存在,求出“分界线”的方程;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1),值域为
(2)解法一:不等式的解集中的整数恰有3个,
等价于恰有三个整数解,故
,
令,由
且
,
所以函数的一个零点在区间
,
则另一个零点一定在区间,
故解之得
.
解法二:恰有三个整数解,故
,即
,
,
所以,又因为
,
所以,解之得
.
(3)设,则
.
所以当时,
;当
时,
.
因此时,
取得最小值
,
则与
的图象在
处有公共点
.
设与
存在 “分界线”,方程为
,
即,
由在
恒成立,则
在
恒成立 .
所以成立,
因此.
下面证明恒成立.
设,则
.
所以当时,
;当
时,
.
因此时
取得最大值
,则
成立.
故所求“分界线”方程为:.
略
已知函数
(1) 求曲线在点A(0,
)处的切线方程;
(2) 讨论函数的单调性;
(3) 是否存在实数,使
当
时恒成立?若存在,求出实数a;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)∵ a>0,,
∴
=, …………… 2分
于是,
,所以曲线y = f(x)在点A(0,f(0))处的切线方程为
,即(a-2)x-ay + 1 = 0. … 4分
(2)∵ a>0,eax>0,∴ 只需讨论的符号. ………… 5分
ⅰ)当a>2时,>0,这时f ′(x)>0,所以函数f(x)在(-∞,+∞)上为增函数.
ⅱ)当a = 2时,f ′(x)= 2x2e2x≥0,函数f(x)在(-∞,+∞)上为增函数.
ⅲ)当0<a<2时,令f ′(x)= 0,解得,
.
当x变化时, f '(x)和f(x)的变化情况如下表:
∴ f(x)在,
为增函数,
f(x)在为减函数.
(3)当a∈(1,2)时,∈(0,1).由(2)知f(x)在
上是减函数,在
上是增函数,故当x∈(0,1)时,
,所以
当x∈(0,1)时恒成立,等价于
恒成立.当a∈(1,2)时,
,设
,则
,表明g(t) 在(0,1)上单调递减,于是可得
,即a∈(1,2)时
恒成立,因此,符合条件的实数a不存在.
略
已知函数(a-b)
(I)当a=1,b=2时,求曲线在点(2,
)处的切线方程。
(II)设是
的两个极值点,
是
的一个零点,且
,
证明:存在实数,使得
按某种顺序排列后的等差数列,并求
正确答案
y=x-2,
略
设α,β是函数f(x)=x3+
x2-m2x(m>0)的两个极值点,且|α|+|β|=2.
(1)求证:0<m≤1;α<x<2
(2)求n的取值范围;
(3)若函数g(x)=f′(x)-2m(x-α),当且α<0时,求证:|g(x)|≤4m.
正确答案
(1)f'(x)=mx2+nx-m2
∵α、β是f'(x)=0的两个实根
∴α+β=-,αβ=-m(m>0)(1分)
∴[|α|+|β|]2=α2+β2+2|αβ|=(α+β)2-2αβ+2|αβ|=(-)2+2m+2|-m|=
(3分)
又|α|+|β|=2,∴=4,n2=4m2(1-m)
∴4m2(1-m)≥0(m>0),∴0<m≤1(15分)
(2)令h(m)=4m2(1-m)(0<m≤1)
h'(m)=4m(2-3m)令h′(x)>0,得0<m<,
∴h(m)在(0,)上是增函数,在(
,1]上是减函数,∴h(m)最大为h(
)=
,
h(m)最小为0,∴0≤n2≤,∴-
≤n≤
.
(3)g(x)=m(x-α)(x-β-2),∵αβ=-m,α<0,∴β>0,
由|α|+|β|=2得:-α+β=2,∴α=β-2>-2,
∴g(x)=m(x-α)(x-α-4),∵-2<α<x<2,∴0<x-α<4,
|g(x)|=m|x-α||x-α-4|≤m[]2=4m,
∴|g(x)|≤4m.
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