- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=x2-(1+2a)x+alnx(a为常数).
(1)当a=-1时,求曲线y=f(x)在x=1处切线的方程;
(2)当a>0时,讨论函数y=f(x)在区间(0,1)上的单调性,并写出相应的单调区间.
正确答案
(1)当a=-1时,f(x)=x2+x-lnx,则f′(x)=2x+1-
∴f(1)=2,f′(1)=2
∴曲线y=f(x)在x=1处切线的方程为y-2=2(x-1)
即y=2x;
(2)由题意得,f′(x)=2x-(1+2a)+=
(x>0)
由f′(x)=0,得x1=,x2=a
①当0<a<时,令f′(x)>0,x>0,可得0<x<a或
<x<1;
令f′(x)<0,x>0,可得a<x<
∴函数f(x)的单调增区间是(0,a)和(,1),单调减区间是(a,
);
②当a=时,f′(x)=
≥0,当且仅当x=
时,f′(x)=0,
所以函数f(x)在区间(0,1)上是单调增函数;
③当<a< 1时,令f′(x)>0,x>0,可得0<x<a或a<x<1;
令f′(x)<0,x>0,可得<x<a
∴函数f(x)的单调增区间是(0,)和(a,1),单调减区间是(
,a);
④当a≥1时,令f′(x)>0,x>0,可得0<x<;
令f′(x)<0,x>0,可得<x<1
∴函数f(x)的单调增区间是(0,),单调减区间是(
,1).
已知函数f(x)=x+(a∈R),g(x)=lnx.
(1)求函数F(x)=f(x)+g(x)的单调区间;
(2)若关于x的方程=f(x)-2e(e为自然对数的底数)只有一个实数根,求a的值.
正确答案
(1)函数F(x)=f(x)+g(x)=x++lnx的定义域为(0,+∞).
∴F′(x)=1-+
=
.
①当△=1+4a≤0,即a≤-时,得x2+x-a≥0,则F′(x)≥0.
∴函数F(x)在(0,+∞)上单调递增.(2分)
②当△=1+4a>0,即a>-时,令F′(x)=0,得x2+x-a=0,
解得x1=<0,x2=
.
(ⅰ)若-<a≤0,则x2=
≤0.
∵x∈(0,+∞),∴F′(x)>0,
∴函数F(x)在(0,+∞)上单调递增.(4分)
(ⅱ)若a>0,则x∈(0,)时,F′(x)<0;x∈(
,+∞)时,F′(x)>0,
∴函数F(x)在区间(0,)上单调递减,在区间(
,+∞)上单调递增.
综上所述,当a≤0时,函数F(x)的单调递增区间为(0,+∞);
当a>0时,函数F(x)的单调递减区间为(0,),
单调递增区间为(,+∞).(8分)
(2)由=f(x)-2e,得
=x+
-2e,化为
=x2-2ex+a.
令h(x)=,则h′(x)=
.
令h′(x)=0,得x=e.
当0<x<e时,h′(x)>0;当x>e时,h′(x)<0.
∴函数h(x)在区间(0,e)上单调递增,在区间(e,+∞)上单调递减.
∴当x=e时,函数h(x)取得最大值,其值为h(e)=.(10分)
而函数m(x)=x2-2ex+a=(x-e)2+a-e2,
当x=e时,函数m(x)取得最小值,其值为m(e)=a-e2.(12分)
∴当a-e2=,即a=e2+
时,方程
=f(x)-2e只有一个根.(14分)
已知函数f(x)=x-ln(x+a)在(-a,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增.
(1)求实数a的值;
(2)若m>n>0,求证:lnm-lnn<;
(3)若关于x的方程f(x)+2x=x2+λ在[,2]上恰有两个不相等的实数根,求实数λ的取值范围.
正确答案
(1)由题意,f′(x)=1-
∵函数f(x)=x-ln(x+a)在(-a,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增
∴f′(1)=0
∴a=0;
(2)证明:∵m>n>0,∴要证明lnm-lnn<,只需要证明ln
<
-1
只需要证明lnx<x-1,x>1
记g(x)=lnx-x=-f(x)
∴g(x)在(1,+∞)上单调递减
∴g(x)<g(1)=-1,即lnx-x<-1
∴lnm-lnn<;
(3)∵f(x)+2x=x2+λ,f(x)=x-lnx
∴原方程可化为x2-3x+lnx+λ=0,x∈[,2]
记h(x)=x2-3x+lnx+λ,x∈[,2]
则h′(x)=
∴x∈(,1)时,h′(x)<0,x∈(1,2)时,h′(x)>0,
∵h()=-
-ln2+λ,h(2)=-2+ln2+λ,h(1)=-2+λ,h(2)-h(
)=-
+ln4>0
∴h(1)<h()<h(2)
∴
∴
∴+ln2≤λ<2.
已知函数f(x)=,x∈[2,5]
(1)判断f(x)的单调性并证明;
(2)求f(x)的最大值及最小值.
正确答案
(1)f(x)在[2,5]上单调递增,下面证明:
因为f′(x)==
>0,
所以f(x)在[2,5]上单调递增;
(2)由(1)知f(x)在[2,5]上单调递增,
所以fmin(x)=f(2)==1,fmax(x)=f(5)=
=
.
故f(x)的最大值为,最小值为1.
已知函数f(x)=x3+bx2+cx+d,当x=-3和x=1时,f(x)取得极值.
(1)求b,c的值;
(2)若对任意x∈[-4,2],都有f(x)≥-6d2成立,试求d的取值范围.
正确答案
(1)f′(x)=3x2+2bx+c,(2分)
∵当x=-3和x=1时,f(x)取得极值.∴f′(3)=0,f′(1)=0,(4分)
,解得,b=3,c=-9.(6分)
(2)由(1)知f(x)=x3+3x2-9x+d,
f′(x)=3x2+6x-9 f′(x)>0,3x2+6x-9>0,解得 x<-3或x>1,
∵x∈[-4,2]∴f(x)的增减区间、极值、端点值情况如下表:
对任x∈[-4,2],都有f(x)≥-6d2成立,只需f(x)在[-4,2]上的最小值f(x)min≥-6d2.
∴d的取值应满(12分)
解不等式组得,d≤-1或d≥,
∴d的取值范围是(-∞,-1)∪[,+∞)(14分)
已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c在x=2处有极值,其图象在x=1处的切线平行于直线y=-3x-2,求实数a、b的值.
正确答案
函数f(x)的导函数是f'(x)=3x2+2ax+b;
由题意可知:即
;
解得:a=-3,b=0.
已知函数y=f(x)=.
(1)求函数y=f(x)的图象在x=处的切线方程;
(2)求y=f(x)的单调区间.
正确答案
(1)∵已知函数y=f(x)=,
∴f′(x)=,k=f′(
)=2e2,且f(
)=e,
所以切线方程为y-e=2e2(x-),即2e2x-y-e=0…(6分)
(2)易知x>0,由f'(x)>0得0<x<e,所以f(x)递增区间:(0,e)…(10分)
f'(x)<0得x>e,递减区间:(e,+∞) …(12分).
已知函数f(x)=-x3+3x2+9x+a
(1)求f(x)的单调递减区间;
(2)若f(x)在区间[-2,2]上的最大值为20,求a的值并求它在[-2,2]上的最小值.
正确答案
(I)f′(x)=-3x2+6x+9.
令f′(x)<0,解得x<-1或x>3,
所以函数f(x)的单调递减区间为(-∞,-1),(3,+∞).
(II)因为f(-2)=8+12-18+a=2+a,f(2)=-8+12+18+a=22+a,
所以f(2)>f(-2).
因为在(-1,3)上f′(x)>0,所以f(x)在[-1,2]上单调递增,
又由于f(x)在[-2,-1]上单调递减,
因此f(2)和f(-1)分别是f(x)在区间[-2,2]上的最大值和最小值,于是有22+a=20,解得a=-2.
故f(x)=-x3+3x2+9x-2,因此f(-1)=1+3-9-2=-7,
即函数f(x)在区间[-2,2]上的最小值为-7.
已知函数f(x)=x2-(a+2)x+alnx,其中常数a>0.
(1)当a>2时,求函数f(x)的单调递增区间;
(2)当a=4时,是否存在实数m,使得直线6x+y+m=0恰为曲线y=f(x)的切线?若存在,求出m的值;若不存在,说明理由;
(3)设定义在D上的函数y=h(x)的图象在点P(x0,h(x0))处的切线方程为l:y=g(x),当x≠x0时,若>0在D内恒成立,则称P为函数y=h(x)的“类对称点”.当a=4,试问y=f(x)是否存在“类对称点”?若存在,请至少求出一个“类对称点”的横坐标;若不存在,说明理由.
正确答案
(1)∵f(x)=x2-(a+2)x+alnx,
∴f′(x)=2x-(a+2)+=
=
,其中x>0,
令f'(x)=0,得x=1或x=.
∵a>2,∴>1.
当0<x<1及x>时,f'(x)>0;
当1<x<时,f'(x)<0;
∴f(x)的单调递增区间为(0,1),(,+∞).
(2)当a=4时,f(x)=x2-6x+4lnx,f′(x)=2x+-6,其中x>0,
令f′(x)=2x+-6=-6,方程无解,
∴不存在实数m使得直线6x+y+m=0恰为曲线y=f(x)的切线.
(3)由(2)知,当a=4时,函数y=f(x)在其图象上一点P(x0,f(x0))处的切线方程为y=m(x)=(2x0+-6)(x-x0)+
-6x0+4lnx0,
设ϕ(x)=f(x)-m(x)=x2-6x+4lnx-(2x0+-6)(x-x0)-(
-6x0+4lnx0),
则φ(x0)=0.
ϕ′(x)=2x+-6-(2x0+
-6)=2(x-x0)(1-
)=
(x-x0)(x-
)
若x0<,ϕ(x)在(x0,
)上单调递减,
∴当x∈(x0,)时,φ(x)<φ(x0)=0,此时
<0;
若x0>,ϕ(x)在(
,x0)上单调递减,
∴当x∈(,x0)时,φ(x)>φ(x0)=0,此时
<0.
∴y=f(x)在(0,)∪(
,+∞)上不存在“类对称点”.
若x0=,ϕ′(x)=
(x-
)2>0,
∴φ(x)在(0,+∞)上是增函数,
当x>x0时,φ(x)>φ(x0)=0,
当x<x0时,φ(x)<φ(x0)=0,故>0.
即此时点P是y=f(x)的“类对称点”
综上,y=f(x)存在“类对称点”,是一个“类对称点”的横坐标.
设函数f(x)=alnx-x,其中a∈R,且a≠0.
(Ⅰ)当a=2时,求函数f(x)在区间[1,e]上的最小值;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调区间.
正确答案
(Ⅰ)当a=2时,f(x)=2lnx-x,则f′(x)=-1.
令f'(x)=0,得x=2.
当x变化时,f(x)与f'(x)的变化情况如下表:
即函数f(x)在(1,2)上单调递增,在(2,e)上单调递减.
因为f(1)<f(e),
所以当x=1时,f(x)在区间[1,e]上有最小值-1.
(Ⅱ)函数f(x)=alnx-x的定义域为(0,+∞).
求导,得f′(x)=-1=
.
①当a<0时,由x>0,得f′(x)=<0.
所以f(x)在区间(0,+∞)上单调递减;
②当a>0时,令f'(x)=0,得x=a.
当x变化时,f(x)与f'(x)的变化情况如下表:
即函数f(x)在(0,a)上单调递增,在(a,+∞)上单调递减.
综上,当a<0时,函数f(x)区间(0,+∞)上单调递减;
当a>0时,函数f(x)在(0,a)上单调递增,在(a,+∞)上单调递减.
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