- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
一元三次函数f(x)的三次项系数为,f′(x)+9x<0的解集为(1,2),
(1)若f′(x)+7a=0,求f′(x)的解析式;
(2)若f(x)在R上单调增,求a的范围.
正确答案
解∵一元三次函数f(x)的三次项系数为,
设f(x)=x3+bx2+cx+d,∴f'(x)=ax2+2bx+c
∵f′(x)+9x=ax2+2bx+c+9x<0的解集为(1,2),
∴f′(x)+9x=ax2+2bx+c+9x=a(x-1)(x-2)<0
b=-,c=2a(a>0)
(1)由上f'(x)+7a=ax2-(9+3a)x+9a=0成立
∴△=(9+3a)2-36a2≥0
∴-1≤a≤3又因为a>0∴0<a≤3
∴f′(x)=ax2-(9+3a)x+2a(0<a≤3)
(2)∵f(x)在R上单调增,
∴f'(x)=ax2-(9+3a)x+2a≥0在R上恒成立
∴△=(9+3a)2-8a2=a2+54a+81≤0
∴-27-18 ≤a≤-27+18
又因为a>0∴0<a≤-27+18
已知函数上为增函数,且
,
,
.
(1)求的值;
(2)当时,求函数
的单调区间和极值;
(3)若在上至少存在一个
,使得
成立,求
的取值范围.
正确答案
(1);
(2)函数的单调递增区间是,递减区间为
,极大值
;
(3)的取值范围为
.
试题分析:(1)利用在
上恒成立,
转化成在
上恒成立,从而只需
,
即,结合正弦函数的有界性,得到
,求得
;
(2)研究函数的单调性、极值,一般遵循“求导数,求驻点,讨论区间导数值的正负,确定单调性及极值”,利用“表解法”,往往形象直观,易于理解.
(3)构造函数,
讨论,
时,
的取值情况,根据
在
上恒成立,得到
在
上单调递增,利用
大于0,求得
.
试题解析:(1)由已知在
上恒成立,
即,∵
,∴
,
故在
上恒成立,只需
,
即,∴只有
,由
知
; 4分
(2)∵,∴
,
,
∴,
令,则
,
∴,
和
的变化情况如下表:
即函数的单调递增区间是,递减区间为
,有极大值
;
7分
(3)令,
当时,由
有
,且
,
∴此时不存在使得
成立;
当时,
,
∵,∴
,又
,∴
在
上恒成立,
故在
上单调递增,∴
,
令,则
,
故所求的取值范围为
. 12分
已知函数>0)
(1)若的一个极值点,求
的值;
(2)上是增函数,求a的取值范围
(3)若对任意的总存在
>
成立,求实数m的取值范围
正确答案
(1); (2)
; (3)
试题分析:(1)先求函数的导函数,然后由
的一个极值点,有
求得:
,(2)
,从而可知
;
,从而解得
;(3)先由已知条件由化归与转化思想,对任意的
总存在
>
成立转化为对任意的
,不等式
恒成立,设左边为
,然后对函数
进行讨论,从而得出
的取值范围
试题解析:
由已知,得 且
,
,
,
3分
6分
(3)时,由(2)知,
在
上的最大值为
,
于是问题等价于:对任意的,不等式
恒成立 ---8分
记,(
)
则,
当时,2ma—1+2m<0,∴g’(a)<0
在区间
上递减,
此时,,
时不可能使
恒成立,故必有
10分
若,可知
在区间
上递减,
在此区间上,有,与
恒成立矛盾,
故,这时,
,
在
上递增,
恒有,满足题设要求,
,即
,
所以,实数的取值范围为
14分
已知函数f(x)=-x3+ax2-4
(1)若f(x)在x=处取得极值,求函数f(x)的单调区间.
(2)若存在x0∈(0,+∞),时,使得不等式f(x0)>0成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)f'(x)=-3x2+2ax,由题意得 f′()=0,解得a=2,此时f′(x)=-3x(x-
),
可知函数在(0,)上,f′(x)>0,函数单调增,在(-∞,0),(
,+∞)上,f′(x)<0,函数单调减,
所以函数单调增区间为(0,),函数单调减区间为(-∞,0),(
,+∞).
(2)根据题意,只需要不等式f(x)>0在(0,+∞)上有解即可,
即-x3+ax2-4>0在(0,+∞)上有解.即不等式 a>x+在(0,+∞)上有解即可.
令 g(x)=x+,只需要a>g(x)min
而 g(x)=x+=
+
+
≥3
=3,当且仅当
=
,即x=2时“=”成立.
故a>3,即a的取值范围是(3,+∞).
(本小题满分14分)已知函数(
为常数,
).
(Ⅰ)若是函数
的一个极值点,求
的值;
(Ⅱ)求证:当时,
在
上是增函数;
(Ⅲ)若对任意的(1,2),总存在
,使不等式
成立,求实数
的取范围.
正确答案
(Ⅰ)满足条件;(Ⅱ)
在
上是增函数;(Ⅲ)实数
的取值范围为
.
本试题主要是考查了导数在研究函数中的运用。以及不等是的求解,和函数单调性的判定的综合运用。
(1)因为
由已知,得即
, 得到a的值,
(2)当时,
当
时,
.又
,
故
在
上是增函数
(3)当时,由(Ⅱ)知,
在
上的最大值为
于是问题等价于:对任意的,不等式
恒成立.
利用构造函数得到结论。
解:……………1分
(Ⅰ)由已知,得即
,
……3分
经检验,满足条件.……………………………………4分
(Ⅱ)当时,
…………5分
当
时,
.又
,
故
在
上是增函数
(Ⅲ)当时,由(Ⅱ)知,
在
上的最大值为
于是问题等价于:对任意的,不等式
恒成立.
记
则…………………………9分
当时,有
,且
在区间(1,2)上递减,且
,则
不可能使
恒成立,故必有
…………11分
当,且
若,可知
在区间
上递减,在此区间
上有
,与
恒成立矛盾,故
,这时
,即
在(1,2)上递增,恒有
满足题设要求.
,即
,所以,实数
的取值范围为
.……………………14分
(本小题满分14分) 设函数.
(Ⅰ)当时,求函数
的单调区间和极大值点;
(Ⅱ)已知,若函数
的图象总在直线
的下方,求
的取值范围;
(Ⅲ)记为函数
的导函数.若
,试问:在区间
上是否存在
(
)个正数
…
,使得
成立?请证明你的结论.
正确答案
(Ⅰ)单调增区间为,单调减区间为
,极大值点
(Ⅱ).
(Ⅲ)在区间上不存在使得
成立的
(
)个正数
…
.
(1)当时,求出
的导函数,令
,列表研究其单调性和极值;
(2)只要求出的最大值小于
即可,求出函数
的导数,研究单调性可得到
的最大值就是其极大值,解不等式得
的取值范围;
(3)时,
,
,要研究
的单调性,记
,其中
.
,即
在
上为增函数.又
,所以,对任意的
,总有
,
.。故不存在
。
解:(Ⅰ)当时,
,
令得到
,列表如下:
所以的单调增区间为
,单调减区间为
极大值点
(Ⅱ),
,
.
令,则
.
当时,
;当
时,
.
故为函数
的唯一极大值点,
所以的最大值为
=
.
由题意有,解得
.
所以的取值范围为
.
(Ⅲ)当时,
. 记
,其中
.
∵当时,
,∴
在
上为增函数,
即在
上为增函数.又
,
所以,对任意的,总有
.
所以,
又因为,所以
.
故在区间上不存在使得
成立的
(
)个正数
…
.
已知函数
(1)求函数的单调区间与极值点;
(2)若对,函数
满足对
都有
成立,求实数
的取值范围(其中
是自然对数的底数)。
正确答案
①时,
在(0,+∞)上单调递增,
此时函数无极值点
②在
上单调递减,
在上单调递增,
此时函数仅有极小值点
解:(1)
①时,
在(0,+∞)上单调递增,
此时函数无极值点;
②,令
当时,
在
上单调递减;
当时,
在
上单调递增;
即在
上单调递减,
在上单调递增,
此时函数仅有极小值点
6分
(2)函数满足:
,
函数满足对
都有
成立,
即在
上的最大值小于
由(1)知:,
在
上单调递减,在
上单调递增,
所以
对恒成立
又
故实数的取值范围是
13分
已知f(x)=x2+ax+a(a≤2,x∈R),g(x)=e-x,φ(x)=f(x)•g(x).
(1)当a=1时,求φ(x)的单调区间;
(2)求g(x)在点(0,1)处的切线与直线x=1及曲线g(x)所围成的封闭图形的面积;
(3)是否存在实数a,使φ(x)的极大值为3?若存在,求出a的值,若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)当a=1时,φ(x)=(x2+x+1)e-x.φ′(x)=e-x(-x2+x)
当φ′(x)>0时,0<x<1;当φ′(x)<0时,x>1或x<0
∴φ(x)单调减区间,(-∞,0),(1,+∞),单调增区间为:(0,1)
(2)k=g'(0)=-e-x|x-0=-1,切线方程为:y=-x+1
所围成的封闭图形的面积为S=∫01[e-x-(-x+1)]dx=∫01(e-x+x-1)dx=(-e-x+x2-x)
=
-
=
-
(3)φ′(x)=(2x+a)e-x-e-x(x2+ax+a)=e-x[-x2+(2-a)x]
令φ′(x)=0,得x=0或x=2-a:
由表可知,φ(x)极大=φ(2-a)=(4-a)ea-2
设μ(a)=(4-a)ea-2,μ′(a)=(3-a)ea-2>,
∴μ(a)在(-∞,2)上是增函数,
∴μ(a)≤μ(2)=2<3,即(4-a)ea-2≠3,
∴不存在实数a,使φ(x)极大值为3.(14分)
已知函数f(x)=lnx+,其中a为大于零的常数.
(Ⅰ)若a=1,求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)求函数f(x)在区间[1,2]上的最小值;
(Ⅲ)求证:对于任意的n∈N*,n>1时,都有lnn>+
+…+
成立.
正确答案
f′(x)=(x>0). (2分)
(Ⅰ)当a=1时,f′(x)=(x>0).
当x>1时,f′(x)>0;当0<x<1时,f′(x)<0.
∴f(x)的增区间为(1,+∞),减区间为(0,1).(4分)
(Ⅱ)当a≥1时,f′(x)>0在(1,2)上恒成立,
这时f(x)在[1,2]上为增函数∴f(x)min=f(1)=0.
当0<a≤,∵f′(x)<0在(1,2)上恒成立,
这时f(x)在[1,2]上为减函数∴f(x)min=f(2)=ln2-.
当<a<1时,令f′(x)=0,得x=
∈(1,2).
又∵对于x∈[1,)有f′(x)<0,
对于x∈(,2]有f′(x)>0,
∴f(x)min=f()=ln
+1-
,(6分)
综上,f(x)在[1,2]上的最小值为
①当0<a≤时,f(x)mim=ln2-
;
②当<a<1时,f(x)min=ln
+1-
.
③当a≥1时,f(x)min=0;(8分)
(Ⅲ)由(Ⅰ)知函数f(x)=-1+lnx在[1,+∞)上为增函数,
当n>1时,∵>1,∴f(
)>f(1),
即lnn-ln(n-1)>,对于n∈N*且n>1恒成立.(10分)
lnn=[lnn-ln(n-1)]+[ln(n-1)-ln(n-2)]++[ln3-ln2]+[ln2-ln1]>+
++
+
,
∴对于n∈N*,且n>1时,lnn>+
++
恒成立.(12分)
已知函数f(x)=ax3-12x2+9x+2,若f(x)在x=1处的切线斜率为-3
(Ⅰ)求f(x)的解析式及单调区间;
(Ⅱ)若对任意x∈[0,2]都有f(t)≥t2-2t-1成立,求实数t的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)求导函数f′(x)=3ax2-24x+9
∵f(x)在x=1处的切线斜率为-3
∴f′(1)=2a-24+9=-3,∴a=4
∴f(x)=4x3-12x2+9x+2
∴f′(x)=12x2-24x+93(2x-3)(2x-1),
令f′(x)>0得x>或x<
;f′(x)<0得
<x<
,
∴f(x)的单调增区间( ,+∞),(-∞,
),
f(x)的单调减区间( ,
)
(Ⅱ)由(Ⅰ)可f(x)的极大值f( )=2,
∵f(0)=2,f(2)=4,f()=4
∴f(x)[0,2]上的最小值2,
f(x)≥t2-2t-1在x∈[0,2]上恒成立,等价于t2-2t-1≤2,
∴t2-2t-3≤0,
解得-1≤t≤3.
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