- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
设函数f(x)=lnx+x2-2ax+a2,a∈R.
(I)若a=0,求函数f(x)在[1,e]上的最小值;
(II)若函数f(x)在[,2]上存在单调递增区间,求实数a的取值范围;
(III)求函数f(x)的极值点.
正确答案
(I)当a=0时,函数f(x)=lnx+x2的定义域为(0,+∞),f′(x)=+2x>0,
∴f(x)在[1,e]上是增函数,
当x=1时,f(x)取得最小值f(1)=1,∴f(x)在[1,e]上的最小值为1;
(II)f′(x)=+2x-2a=
,设g(x)=2x2-2ax+1
由题意知,在区间[,2]上存在于区间使得不等式g(x)>0恒成立,
由于抛物线g(x)=2x2-2ax+1开口向上,
∴只要g(2)>0,或g()>0即可,
由g(2)>0,即8-4a+1>0,∴a<,由g(
)>0,即
-a+1>0,∴a<
,
∴a<,即实数a的取值范围(-∞,
)
(III)∵f′(x)=,设h(x)=2x2-2ax+1,
①显然,当a≤0时,在(0,+∞)上h(x)>0恒成立,
这时f′(x)>0此时f(x)没有极值点;
②当a>0时,
当x<或x>
时,h(x)>0,这时f′(x)>0,
∴当a>时,x=
是函数f(x)的极大值点;
x=是函数f(x)的极小值点,
综上,当a≤时,函数f(x)没有极值点;
当a>时,x=
是函数f(x)的极大值点;
x=是函数f(x)的极小值点;
设函数f(x)=(x2+3x+m)•e-x(其中m∈R,e是自然对数的底数)
(I)若m=3,求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
(II)若函数f(x)在(-∞,0)上有两个极值点.
①求实数m的范围;
②证明f(x)的极小值大于e.
正确答案
(I)f'(x)=-(x2+x+m-3)•e-x
∵m=3
∴f(x)=(x2+3x+3)•e-x,f'(x)=-(x2+x)•e-x
∴f(0)=3,f′(0)=0
故曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为:y=3
(II)①由(I)知f'(x)=-(x2+x+m-3)•e-x,要使函数f(x)在(-∞,0)上有两个极值点
只要方程g(x)=x2+x+m-3=0有两个不等的负根
那么实数m应满足解得3<m<
,
②设两负根为x1,x2且x1<x2<0,可知x=x1时有极小值f(x1)
由于对称轴为x=-,g(0)>0,所以-1<x1<-
,且
+x1+m-3=0得m=3-
-x1,
∴f(x1)=(+3x1+m)•e-x1=(2x1+3)•e-x1,(-1<x1<-
)
令h(x)=(2x+3)•e-x∵h′(x)=(-1-2x)•e-x>0,即h(x)在x∈(-1,-)上单调递增,
∴h(x)>h(-1)=e
故f(x1)>e
已知函数f(x)=(c>0且c≠1,k∈R)恰有一个极大值点和一个极小值点,其中一个是x=-c.
(Ⅰ)求函数f(x)的另一个极值点;
(Ⅱ)求函数f(x)的极大值M和极小值m,并求M-m≥1时k的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)f′(x)==
,
由题意知f'(-c)=0,即得c2k-2c-ck=0,(*)
∵c≠0,∴k≠0.
由f'(x)=0得-kx2-2x+ck=0,
由韦达定理知另一个极值点为x=1(或x=c-).
(Ⅱ)由(*)式得k=,即c=1+
.
当c>1时,k>0;当0<c<1时,k<-2.
(i)当k>0时,f(x)在(-∞,-c)和(1,+∞)内是减函数,在(-c,1)内是增函数.
∴M=f(1)==
>0,m=f(-c)=
=
<0,
由M-m=+
≥1及k>0,解得k≥
.
(ii)当k<-2时,f(x)在(-∞,-c)和(1,+∞)内是增函数,在(-c,1)内是减函数.
∴M=f(-c)=>0,m=f(1)=
<0M-m=
-
=1-
≥1恒成立.
综上可知,所求k的取值范围为(-∞,-2)∪[,+∞).
已知f(x)=lnx-ax2-bx(a≠0),
(1)若a=-1,函数f(x)在其定义域内是增函数,求b的取值范围.
(2)在(1)的结论下,设g(x)=e2x+bex,x∈[0,ln2],求函数g(x)的最小值;
(3)设各项为正的数列{an}满足:a1=1,an+1=lnan+an+2,n∈N*,求证:an≤2n-1.
正确答案
(1)依题意:f(x)=lnx+x2-bx
∵f(x)在(0,+∞)递增
∴f′(x)=+2x-b≥0对x∈(0,+∞)恒成立
∴b≤+2x
∵x>0
∴+2x≥2
当且仅当x=
时取“=”,
∴b≤2,
且当b=2时,x∈(0,
),f′(x)>0,f′(
)=0,x∈(
,+∞),f′(x)>0
∴符合f(x)在(0,+∞)是增函数∴b∈(-∞,2]
(2)设t=ex,
∵x∈[0,ln2]
∴1≤t≤2,
则函数g(x)化为:y=t2+bt=(t+)2-
,t∈[1,2]
①当-≤1时,即-2≤b≤2
时.y在[1,2]递增∴当t=1时,ymin=b+1
②当1<-<2时,即-4<b<-2,当t=-
,ymin=-
③当-≥2,即b≤-4时,y在[1,2]递减,当t=2时,ymin=4+2b
综上:g(x)min=
(3)∵a1=1,a2=ln1+1+2=3>1,a3=ln3+3+2>1
假设ak≥1(n≥1),则ak+1=lnak+ak+2>1,∴an≥1成立
设F(x)=lnx-x+1,(x≥1),则F′(x)=-1<0
∴F(x)在[1,+∞]单调递减,∴F(x)≤F(1)=0,∴lnx≤x-1
∴lnan≤an-1,故an+1≤2an+1,∴an+1+1≤2(an+1)an+1+1≤2(an+1)≤22(an-1+1)≤≤2n(a1+1)=2n+1,
∴an+1≤2n⇒an≤2n-1
已知函数f(x)=x3-ax2-3x(a∈R).
(Ⅰ)若函数f(x)在区间[1,+∞)上为增函数,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)若x=-是函数f(x)的极值点,求函数f(x)在区间[1,a]上的最大值;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,是否存在实数b,使得函数g(x)=bx的图象与函数f(x)的图象恰有3个交点?若存在,请求出b的取值范围;若不存在,试说明理由.
正确答案
(Ⅰ)由题意得f′(x)=3x2-2ax-3,
∵f(x)在区间[1,+∞)上是增函数,
∴当x∈[1,+∞)时,恒有f′(x)≥0,
即3x2-2ax-3≥0在区间[1,+∞)上恒成立,
由△=4a2+36>0,≤1且f′(1)=-2a≥0,
解得a≤0,
(Ⅱ)依题意得f′(-)=0,
+
a-3=0,a=4,
∴f(x)=x3-4x2-3x,
令f′(x)=3x2-8x-3=0,
解得x1=-,x2=3,
而f(1)=-6,f(3)=-18,f(-)=-12,
故f(x)在区间[1,4]上的最大值是f(1)=-6.
(Ⅲ)若函数g(x)=bx的图象与函数f(x)的图象恰有3个不同的交点,
即方程x3-4x2-3x=bx恰有3个不等的实数根,
而x=0是方程x3-4x2-3x=bx的一个实数根,则
方程x2-4x-3-b=0有两个非零实数根,
则,
即b>-7且b≠-3,
故满足条件的b存在,其取值范围是(-7,-3)∪(-3,+∞).
已知x∈R,求证:ex≥x+1.
正确答案
证明:设f(x)=ex-x-1,则f′(x)=ex-1,
∴当x=0时,f′(x)=0,f(x)=0.
当x>0时,f′(x)>0,
∴f(x)在(0,+∞)上是增函数,
∴f(x)>f(0)=0.
当x<0时,f′(x)<0,
∴f(x)在(-∞,0)上是减函数,
∴f(x)>f(0)=0.
∴对x∈R都有f(x)≥0,
∴ex≥x+1.
用一块边长为a的正方形白铁皮,在它的四个角各剪去一个小正方形,制成一个无盖的盒子.要使制成的盒子的容积最大,应当剪去多大的小正方形?
正确答案
设减去的小正方形的边长为x,制成的盒子的容积为V,
则V=x(a-2x)2(0<x<)
所以V=4x3-4ax2+a2x.
则V′=12x2-8ax+a2,由V′=0,得x=(舍)或x=
.
所以当x=,即减去小正方形的面积为
•
=
时,制成的盒子的容积最大.
已知函数f(x)=xlnx.
(I)若函数g(x)=f(x)+ax在区间[e2,+∞]上为增函数,求a的取值范围;
(II)若对任意x∈(0,+∞),f(x)≥恒成立,求实数m的最大值.
正确答案
(I)由题意得,g′(x)=f′(x)+a=lnx+a+1,
∵函数g(x)在区间[e2,+∞)上为增函数,
∴当x∈[e2,+∞)时,g′(x)≥0,即lnx+a+1≥0在[e2,+∞)上恒成立,
∴a≥-1-lnx,
又当x∈[e2,+∞)时,lnx∈[2,+∞),
∴-1-lnx∈(-∞,-3],
∴a≥-3.
(II)因为2f(x)≥-x2+mx-3,即mx≤2x•lnx+3+x2,
又x>0,所以m≤,令h(x)=
,
h′(x)==
,
令h′(x)=0解得:x=1或x=-3(舍),
当x∈(0,1)时,h′(x)<0,函数h(x)在(0,1)上单调递减,
当x∈(1,+∞)时,h′(x)>0,函数h(x)在(1,+∞)上单调递增,
所以h(x)min=h(1)=4,
因为对任意x∈(0,+∞),f(x)≥恒成立,
所以m≤h(x)min=4,即m的最大值为4.
已知函数f(x)=ax2+x-xlnx(a>0).
(Ⅰ)若函数满足f(1)=2,且在定义域内f(x)≥bx2+2x恒成立,求实数b的取值范围;
(Ⅱ)当<x<y<1时,试比较
与
的大小;
(Ⅲ)若函数f(x)在定义域上是单调函数,求实数a的取值范围.
正确答案
(Ⅰ) 由f(1)=2,得a=1…(2分)
∵x>0,∴x2+x-xlnx)≥bx2+2x恒成立等价于b≤1--
,
令g(x)=1--
,可得g′(x)=
∴x∈(0,1]时,g′(x)≤0
∴g(x)在(0,1]上递减,
在[1,∞)上递增,所以g(x)min=g(1)=0,
即b≤0…(3分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)知g(x)在(0,1]上递减,
∴<x<y<1时,g(x)>g(y)即
>
…(6分)
而<x<y<1时,-1<lnx<0,
∴1+lnx>0,
∴<
;…(9分)
(Ⅲ)f′(x)=2ax-lnx,(x>0),
令f′(x)≥0得:2a≥
设h(x)=(x>0),则h′(x)=
令h′(x)=>0,则0<x<e;令h′(x)=
<0,可得x>e
∴当x=e时,h(x)max=,
∴当a≥时,函数f(x)在(0,+∞)单调递增 …(11分)
若0<a<,g(x)=2ax-lnx,(x>0),g′(x)=2a-
g′(x)=0,x=
,x∈(0,
),g′(x)<0;x∈(
,+∞),g′(x)>0,
∴x=时,取得极小值,即最小值.
当0<a<时,g(
)=1-ln
<0,f'(x)=0必有根,f(x)必有极值,在定义域上不单调…(13分)
∴a≥ …(14分)
已知函数f(x)=ax2+x-xlnx(a>0).
(Ⅰ)若函数满足f(1)=2,且在定义域内f(x)≥bx2+2x恒成立,求实数b的取值范围;
(Ⅱ)当<x<y<1时,试比较
与
的大小;
(Ⅲ)若函数f(x)在定义域上是单调函数,求实数a的取值范围.
正确答案
(Ⅰ) 由f(1)=2,得a=1…(2分)
∵x>0,∴x2+x-xlnx)≥bx2+2x恒成立等价于b≤1--
,
令g(x)=1--
,可得g′(x)=
∴x∈(0,1]时,g′(x)≤0
∴g(x)在(0,1]上递减,
在[1,∞)上递增,所以g(x)min=g(1)=0,
即b≤0…(3分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)知g(x)在(0,1]上递减,
∴<x<y<1时,g(x)>g(y)即
>
…(6分)
而<x<y<1时,-1<lnx<0,
∴1+lnx>0,
∴<
;…(9分)
(Ⅲ)f′(x)=2ax-lnx,(x>0),
令f′(x)≥0得:2a≥
设h(x)=(x>0),则h′(x)=
令h′(x)=>0,则0<x<e;令h′(x)=
<0,可得x>e
∴当x=e时,h(x)max=,
∴当a≥时,函数f(x)在(0,+∞)单调递增 …(11分)
若0<a<,g(x)=2ax-lnx,(x>0),g′(x)=2a-
g′(x)=0,x=
,x∈(0,
),g′(x)<0;x∈(
,+∞),g′(x)>0,
∴x=时,取得极小值,即最小值.
当0<a<时,g(
)=1-ln
<0,f'(x)=0必有根,f(x)必有极值,在定义域上不单调…(13分)
∴a≥ …(14分)
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