- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=lnx+(x-a)2,a∈R.
(1)若a=0,求函数f(x)在[1,e]上的最小值;
(2)若函数f(x)在[,2]上存在单调递增区间,试求实数a的取值范围.
正确答案
(1)定义域为(0,+∞),
∵f′(x)=+2x>0,…(3分),
∴f(x)在[1,e]上单调递增,…(5分)
∴当x=1时,f(x)min=f(1)=1…(7分)
(2)f′(x)=+2(x-a)=
,…(9分)
由题可知,在区间[,2]上存在子区间使不等式2x2-2ax+1>0成立使成立
又x>0,∴2a<2x+在[
,2]上有解…(11分)
令g(x)=2x+,则只需2a小于g(x)在[
,2]上的最大值
由g′(x)=2->0知x>
,
∴g(x)在[,2]上单调递增,在[
,
]上单调递减,…(13分)
∴g(x)max=max{g(2),g()}
又g(2)=,g(
)=3,
故2a<,即a<
…(15分)
已知函数f(x)=(2ax-x2)eax,其中a为常数,且a≥0.
(Ⅰ)若a=1,求函数f(x)的极值点;
(Ⅱ)若函数f(x)在区间(,2)上单调递减,求实数a的取值范围.
正确答案
解法一:(Ⅰ)依题意得f(x)=(2x-x2)ex,所以f'(x)=(2-x2)ex,
令f′(x)=0,得x=±,
当x∈(-∞,-)时,f′(x)<0,函数f(x)在此区间单调递减;
当x∈(-,
)时,f′(x)>0,函数f(x)在此区间上单调递增;
当x∈(,+∞)时,f′(x)<0,函数f(x)在此区间上单调递减;
由上可知,x=-是函数f(x)的极小值点,x=
是函数f(x)的极大值点.
(Ⅱ)f'(x)=[-ax2+(2a2-2)x+2a]eax,
由函数f(x)在区间(,2)上单调递减可知:f′(x)≤0对任意x∈(
,2)恒成立,
当a=0时,f′(x)=-2x,显然f'(x)≤0对任意x∈(,2)恒成立;
当a>0时,f′(x)≤0等价于ax2-(2a2-2)x-2a≥0,
因为x∈(,2),不等式ax2-(2a2-2)x-2a≥0等价于x-
≥
令g(x)=x-,x∈[
,2]
则g'(x)=1+,在[
,2]上显然有g′(x)>0恒成立,所以函数g(x)在[
,2]单调递增,
所以g(x)在[,2]上的最小值为g(
)=0
由于f′(x)≤0对任意x∈(,2)恒成立等价于x-
≥
对任意x∈(
,2)恒成立,
需且只需g(x)min≥,即0≥
,解得-1≤a≤1,因为a>0,所以0<a≤1.
综合上述,若函数f(x)在区间(,2)上单调递减,则实数a的取值范围为0≤a≤1.
若>0,即a>1时,由于函数h(x)的图象是连续不间断的,
假如h(x)≥0对任意x∈(,2)恒成立,则有h(
)≥0,
解得-1≤a≤1,与a>1矛盾,所以h(x)≥0不能对任意x∈(,2)恒成立.
综上所述:若函数f(x)在区间(,2)上单调递减,则实数a的取值范围为0≤a≤1.
已知函数f(x)=ax2+2ln(1-x)(a为常数).
(1)若f(x)在x=-1处有极值,求a的值;
(2)若f(x)在[-3,-2]上是增函数,求a的取值范围.
正确答案
(1) f′(x)=2ax-x∈(-∞,0)
f′(-1)=-2a-1
a=-
(2)f′(x)≥0在x∈[-3,-2]上恒成立
2ax-≥01-x>0
∴ax2-ax+1≤0在x∈[-3,-2]上恒成立,
令y=
1
-x2+x
在∈[-3,-2]上单调递减,
∴ymin=-.
∴a≤-.
已知函数f(x)=x3+mx2-3m2+1(m>0).
(Ⅰ)若m=1,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(Ⅱ)若函数f(x)在区间(2m-1,m+1)上单调递增,求实数m的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)当m=1时,f(x)=x3+x2-3x+1,f(2)=
+4-6+1=
;
f′(x)=x2+2x-3,f′(2)=4+4-3=5,
所以所求切线方程为y-=5(x-2),即15x-3y-25=0;
(Ⅱ)对于f(x)=x3+mx2-3m2x+1,
f′(x)=x2+2mx-3m2,
令f′(x)=x2+2mx-3m2=0,解可得x=-3m或x=m;
由于m>0,则m>-3m,
若f′(x)=x2+2mx-3m2≥0,则x的范围是x≤-3m或x≥m;
所以函数f(x)的单调递增区间是(-∞,-3m]和[m,+∞),
要使f(x)在区间(2m-1,m+1)上单调递增,
应有m+1≤-3m或2m-1≥m,
解得m≤或m≥1,①
对于区间(2m-1,m+1),有m+1>2m-1,解可得m<2,②
又由m>0,③
综合三式可得1≤m<2,
即实数m的取值范围{m|1≤m<2}.
已知函数f(x)=x3+mx2-3m2+1(m>0).
(Ⅰ)若m=1,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(Ⅱ)若函数f(x)在区间(2m-1,m+1)上单调递增,求实数m的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)当m=1时,f(x)=x3+x2-3x+1,f(2)=
+4-6+1=
;
f′(x)=x2+2x-3,f′(2)=4+4-3=5,
所以所求切线方程为y-=5(x-2),即15x-3y-25=0;
(Ⅱ)对于f(x)=x3+mx2-3m2x+1,
f′(x)=x2+2mx-3m2,
令f′(x)=x2+2mx-3m2=0,解可得x=-3m或x=m;
由于m>0,则m>-3m,
若f′(x)=x2+2mx-3m2≥0,则x的范围是x≤-3m或x≥m;
所以函数f(x)的单调递增区间是(-∞,-3m]和[m,+∞),
要使f(x)在区间(2m-1,m+1)上单调递增,
应有m+1≤-3m或2m-1≥m,
解得m≤或m≥1,①
对于区间(2m-1,m+1),有m+1>2m-1,解可得m<2,②
又由m>0,③
综合三式可得1≤m<2,
即实数m的取值范围{m|1≤m<2}.
已知a,b是实数,1和-1是函数f(x)=x3+ax2+bx的两个极值点.
(1)求a和b的值;
(2)设函数g(x)的导函数g′(x)=f(x)+2,求g(x)的极值点.
正确答案
(1)由f(x)=x3+ax2+bx,得f'(x)=3x2+2ax+b.
∵1和-1是函数f(x)=x3+ax2+bx的两个极值点,
∴f'(1)=3+2a+b=0,f'(-1)=3-2a+b=0,解得a=0,b=-3.
(2)∵由(1)得,f(x)=x3-3x,
∴g'(x)=f(x)+2=x3-3x+2=(x-1)2(x+2),解得x1=x2=1,x3=-2.
∵当x<-2时,g'(x)<0;当-2<x<1时,g'(x)>0,
∴x=-2是g(x)的极值点.
∵当-2<x<1或x>1时,g'(x)>0,∴x=1不是g(x)的极值点.
∴g(x)的极值点是-2.
已知f(x)=xlnx
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)求函数f(x)在[t,t+2](t>0)上的最小值.
正确答案
(1)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=lnx+1,
令f′(x)<0,解得0<x<,令f′(x)>0,解得x>
,
所以f(x)的单调减区间为(0,),单调增区间为(
,+∞);
(2)由(1)知f(x)的单调减区间为(0,),单调增区间为(
,+∞),
则(ⅰ)当0<t<t+2<时,t无解;
(ⅱ)当0<t<<t+2,即0<t<
时,
f(x)在[t,]上递减,在[
,t+2]上递增,
所以f(x)min=f()=-
;
(ⅲ)当≤t<t+2,即t≥
时,f(x)在[t,t+2]上单调递增,
所以f(x)min=f(t)=tlnt,
所以f(x)min=.
已知函数f(x)=x2eax,其中a≤0,e为自然对数的底数.
(Ⅰ)讨论函数f(x)的单调性;
(Ⅱ)求函数f(x)在区间[0,1]上的最大值.
正确答案
(Ⅰ)f'(x)=x(ax+2)eax.
(i)当a=0时,令f'(x)=0,得x=0.
若x>0,则f'(x)>0,从而f(x)在(0,+∞)上单调递增;
若x<0,则f'(x)<0,从而f(x)在(-∞,0)上单调递减.
(ii)当a<0时,令f′(x)=0,得x(ax+2)=0,故x=0或x=-.
若x<0,则f'(x)<0,从而f(x)在(-∞,0)上单调递减;
若0<x<-,则f′(x)>0,从而f(x)在(0,-
)上单调递增;
若x>-,则f′(x)<0,从而f(x)在(-
,+∞)上单调递减.
(Ⅱ)(i)当a=0时,f(x)在区间[0,1]上的最大值是f(1)=1.
(ii)当-2<a<0时,f(x)在区间[0,1]上的最大值是f(1)=ea.
(iii)当a≤-2时,f(x)在区间[0,1]上的最大值是f(-)=
.
已知a,b是实数,函数f(x)=x3+ax,g(x)=x2+bx,f'(x)和g'(x)是f(x),g(x)的导函数,若f'(x)g'(x)≥0在区间I上恒成立,则称f(x)和g(x)在区间I上单调性一致
(1)设a>0,若函数f(x)和g(x)在区间[-1,+∞)上单调性一致,求实数b的取值范围;
(2)设a<0,且a≠b,若函数f(x)和g(x)在以a,b为端点的开区间上单调性一致,求|a-b|的最大值.
正确答案
f'(x)=3x2+a,g'(x)=2x+b.
(1)由题得f'(x)g'(x)≥0在[-1,+∞)上恒成立.因为a>0,故3x2+a>0,
进而2x+b≥0,即b≥-2x在[-1,+∞)上恒成立,所以b≥2.
故实数b的取值范围是[2,+∞)
(2)令f'(x)=0,得x=±.
若b>0,由a<0得0∈(a,b).又因为f'(0)g'(0)=ab<0,
所以函数f(x)和g(x)在(a,b)上不是单调性一致的.
因此b≤0.
现设b≤0,当x∈(-∞,0)时,g'(x)<0;
当x∈(-∝,-)时,f'(x)>0.
因此,当x∈(-∝,-)时,f'(x)g'(x)<0.故由题设得a≥-
且b≥-
,
从而-≤a<0,于是-
<b<0,因此|a-b|≤
,且当a=-
,b=0时等号成立,
又当a=-,b=0时,f'(x)g'(x)=6x(x2-
),从而当x∈(-
,0)时f'(x)g'(x)>0.
故函数f(x)和g(x)在(-,0)上单调性一致,因此|a-b|的最大值为
.
已知函数f(x)=lnx+x2-ax(a∈R).
(1)若f(x)在其定义域上为增函数,求a的取值范围;
(2)若f(x)存在极值,试求a的取值范围,并证明所有极值之和小于-3+ln;
(3)设an=1+(n∈N*),求证:3(a1+a2+…+an)-(a12+a22+…+an2)<ln(n+1)+2n.
正确答案
(1)f′(x)=+2x-a,x>0,
由已知,f′(x)>0对x>恒成立,
即a≤+2x,x>0,由于
+2x≥2
=2
,所以a≤2
(2)由已知,f′(x)=0在(0,+∞)内有穿越型的零点,即2x2-ax+1=0在(0,+∞)内有穿越型的零点,
记g(x)=2x2-ax+1,由于g(0)=0,所以,解得a>2
.
设f(x)的两个极值点为x1,x2,则x1+x2=,x1x2=
,∴f(x1)+f(x2)=(lnx1+x12-ax1)+(lnx2+x22-ax2)
=lnx1x2-a(x1+x2)+(x1+x2)2-2x1x2
=ln-
+
-1=-
-1+ln
<-3+ln
,所以所有极值之和小于-3+ln
;
(3)令a=3,则f(x)=lnx+x2-3x,x>1,f′(x)==
>0,
即f(x)在(1,+∞)上为增函数,所以f(x)>f(1)=-2,
即lnx+x2-3x>-2,3x-x2<lnx+2,
∴3(a1+a2+…+an)-(a12+a22+…+an2)<ln((a1a2…an)+2n=ln(n+1)+2n.
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