- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
(本小题共13分)
已知函数(
)=In(1+
)-
+
(
≥0)。
(Ⅰ)当=2时,求曲线
=
(
)在点(1,
(1))处的切线方程;
(Ⅱ)求(
)的单调区间。
正确答案
(I)(II)当
时,
得单调递增区间是
,单调递减区间是
.
当时,
得单调递增区间是
和
,单调递减区间是
.
当
时
得单调递增区间是
.
当时,
得单调递增区间是
和
,单调递减区间是
:(I)当时,
,
由于,
,
所以曲线在点
处的切线方程为
即
(II),
.
当时,
.
所以,在区间上,
;在区间
上,
.
故得单调递增区间是
,单调递减区间是
.
当时,由
,得
,
所以,在区间和
上,
;在区间
上,
故得单调递增区间是
和
,单调递减区间是
.
当
时,
故得单调递增区间是
.
当时,
,得
,
.
所以没在区间和
上,
;在
区间
上,
,故
得单调递增区间是
和
,单调递减区间是
(本小题满分12分)
已知,
.
(1)求的单调区间;
(2)若时,
恒成立,求实数
的取值范围;
(3)当时,证明:
.
正确答案
(1)①时,
在
上单调递减;
②时,
,单调增区间为
,单调减区间为
;
③时,
,单调增区间为
,单调减区间为
.
(2)
(3)证明见解析。
(1)
…………………………1分
当,即
时,
,所以
在
上单调递减……………2分
当,即
时,
①时,
,单调增区间为
,单调减区间为
……………3分
②时,
,单调增区间为
,单调减区间为
………5分
综上:①时,
在
上单调递减(只要写出以上
三种情况即得5分)
②时,
,单调增区间为
,单调减区间为
③时,
,单调增区间为
,单调减区间为
(2)恒成立,等价于
…………………………6分
,
,
在
上单调递减,
,
在
上单调递减,
所以的最大值为
,所以
…………………………8分
(3)证法一:由(2)知当时,
时,
恒成立
所以时,有
…………………………10分
所以相乘得
…………………………12分
方法二:数学归纳法
①当时,显然成立…………………9分
②假设(
)成立,即
那么当时,
下面只需证,
设,所以设
由(2)知当时,
时,
恒成立,
即在
恒成立,所以
综合①②命题成立…………………………………………………………12分
已知函数f(x)=lnx+ax2+bx(其中a,b为常数且a≠0)在x=1处取得极值.
(1)当f(x)在(0,)上递增,在(
,
)上递减时,求a,b的值
(2)若f(x)在(0,e](其中e为自然对数的底数)上的最大值为1,求a的值.
正确答案
(1)∵f(x)=lnx+ax2+bx,
∴f′(x)=+2ax+b,
∵函数f(x)=lnx+ax2+bx在x=1,x=处取得极值f'(1)=1+2a+b=0,f/(
)=2+a+b=0,
∴a=1,b=-3,
(2)因为f′(x)==
,
令f'(x)=0,x1=1,x2=,
因为f(x)在x=1处取得极值,所以x2=≠x1=1,
<0时,f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,e]上单调递减,
所以f(x)在区间(0,e]上的最大值为f(1),令f(1)=1,
解得a=-2,
a>0,x2=>0,
当<1时,f(x)在(0,
)上单调递增,(
,1)上单调递减,(1,e)上单调递增,
所以最大值1可能在x=或x=e处取得,
而f()=ln
+a(
)2-(2a+1)
=ln
-
-1<0,
所以f(e)=lne+ae2-(2a+1)e=1,解得a=,
当1≤<e时,f(x)在区间(0,1)上单调递增,(1,
)上单调递减,(
,e)上单调递增,
所以最大值1可能在x=1或x=e处取得,
而f(1)=ln1+a-(2a+1)<0,
所以f(e)=lne+ae2-(2a+1)e=1,解得a=,与1<x2=
<e矛盾,
当x2=≥e时,f(x)在区间(0,1)上单调递增,在(1,e)单调递减,
所以最大值1可能在x=1处取得,而f(1)=ln1+a-(2a+1)<0,矛盾,
综上所述,a=或a=-2.
已知关于x的函数f(x)=-+b
+cx+bc,其导函数f′(x).
(1)如果函数f(x)在x=1处有极值-,试确定b、c的值;
(2)设当x∈(0,1)时,函数y=f(x)-c(x+b)的图象上任一点P处的切线斜率为k,若k≤1,求实数b的取值范围.
正确答案
(1)f′(x)=-x2+2bx+c
∵函数f(x)在x=1处有极值-
∴(3分)
解得或
(4分)
(i)当b=1,c=-1时,f′(x)=-(x-1)2≤0
所以f(x)在R上单调递减,不存在极值
(ii)当b=-1,c=3时,f′(x)=-(x+3)(x-1)
x∈(-3,1)时,f′(x)>0,f(x)单调递增
x∈(1,+∞)时,f′(x)<0,f(x)单调递减
所以f(x)在x=1处存在极大值,符合题意.
综上所述,满足条件的值为b=-1,c=3(7分)
(2)当x∈(0,1)时,函数y=f(x)-c(x+b)=-x3+bx2,
设图象上任意一点P(x0,y0),则k=y′|x=x0=-x02+2bx0,x0∈(0,1),
因为k≤1,
所以对任意x0∈(0,1),=-x02+2bx0≤1恒成立(9分)
所以对任意x0∈(0,1),不等式b≤恒成立
设g(x)=,则g′(x)=
,
当x∈(0,1)时,g′(x)<0
故g(x)在区间(0,1)上单调递减
所以对任意x0∈(0,1),g(x0)>g(1)=1(12分)
所以b≤1.(14分)
(本小题满分12分)
已知,
.
(1)求的单调区间;
(2)若时,
恒成立,求实数
的取值范围;
(3)当时,证明:
.
正确答案
(1)①时,
在
上单调递减;
②时,
,单调增区间为
,单调减区间为
;
③时,
,单调增区间为
,单调减区间为
.
(2)
(3)证明见解析。
(1)
…………………………1分
当,即
时,
,所以
在
上单调递减……………2分
当,即
时,
①时,
,单调增区间为
,单调减区间为
……………3分
②时,
,单调增区间为
,单调减区间为
………5分
综上:①时,
在
上单调递减(只要写出以上
三种情况即得5分)
②时,
,单调增区间为
,单调减区间为
③时,
,单调增区间为
,单调减区间为
(2)恒成立,等价于
…………………………6分
,
,
在
上单调递减,
,
在
上单调递减,
所以的最大值为
,所以
…………………………8分
(3)证法一:由(2)知当时,
时,
恒成立
所以时,有
…………………………10分
所以相乘得
…………………………12分
方法二:数学归纳法
①当时,显然成立…………………9分
②假设(
)成立,即
那么当时,
下面只需证,
设,所以设
由(2)知当时,
时,
恒成立,
即在
恒成立,所以
综合①②命题成立…………………………………………………………12分
已知函数f(x)=2ax-x3,a>0,若f(x)在x∈(0,1]上是增函数,求a的取值范围.
正确答案
∵f(x)在x∈(0,1]上是增函数,
∴f′(x)=2a-3x2在(0,1]上恒为正,
∴2a>3x2恒成立,
即a>x2,
∵x∈(0,1],
∴x2∈(0,
],
∴a>,
又当a=时也成立,
∴a≥.
已知函数f(x)=lnax-(a≠0).
(Ⅰ)讨论函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)当a=1时,是否存在过点(1,-1)的直线与函数y=f(x)的图象相切?若存在,有多少条?若不存在,说明理由.
正确答案
解析:(1)由题意f′(x)=. …(1分)
当a>0时,函数f(x)的定义域为(0,+∞),f'(x)>0,则x∈(a,+∞),f'(x)<0,则x∈(0,a),
此时函数在(0,a)上是减函数,在(a,+∞)上是增函数,…(3分)
当a<0时,函数f(x)的定义域为(-∞,0),f'(x)>0,则x∈(a,0),f'(x)<0,则x∈(-∞,a),
此时函数在(-∞,a)上是减函数,在(a,0)上是增函数.…(5分)
(2)假设存在这样的切线,设其中一个切点T(x0,lnx0-),
∴切线方程:y+1=(x-1),将点T坐标代入得:
lnx0-+1=
,即lnx0+
-
-1=0,①
设g(x)=lnx+-
-1,则g′(x)=
.
令g'(x)=0,则x=1或x=2.…(8分)
所以g(x)在区间(0,1),(2,+∞)上是增函数,在区间(1,2)上是减函数,g(x)在x=1处取得极大值g(1)=1,在x=2处取得极小值g(2)=ln2+,
所以g(x)>0在[1,+∞)上恒成立,即g(x)=0在[1,+∞)上无解.
因为g()=ln
+12-16-1=-ln4-3<0,g(1)=1>0,g(x)在区间(0,1)上单调递增,
根据零点定理,g(x)在区间(0,1)上有且仅有一个实数根,即方程①有且仅有一解,故符合条件的切线有且仅有一条.…(12分)
设关于x的方程x2-mx-1=0有两个实根α、β,且α<β.定义函数f(x)=
(Ⅰ)求αf(α)+βf(β)的值;
(Ⅱ)判断f(x)在区间(α,β)上的单调性,并加以证明.
正确答案
(Ⅰ)∵关于x的方程x2-mx-1=0有两个实根α、β,∴.
∴f(α)==
=
=
,
同理f(β)=,
∴αf(α)+βf(β)=2.
(Ⅱ)f(x)在(α,β)上为增函数
∵f(x)=,
∴f′(x)=,
当x∈(α,β)时,x2-mx-1=(x-α)(x-β)<0,
从而f′(x)>0,
∴f(x)在(α,β)上为增函数.
已知函数f(x)=x2+alnx( a为常数、a∈R),g(x)=f(x)-
x3.
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)当a=1时,判断函数g(x)的零点的个数,并说明理由.
正确答案
(1)由f(x)=x2+alnx,得f′(x)=x+
=
,其中x>0.
当a≥0时,f′(x)>0对任意x∈(0,+∞)均成立,这是f(x)在区间(0,+∞)上单调递增;
当a<0时,由f′(x)>0⇒x>或x<-
(舍)
由f′(x)<0⇒0<x<,
∴f(x)在区间(,+∞)上单调递增,在区间(0,
)上单调递减;
(2)a=1时,g(x)=f(x)-x3=
x2+lnx-
x3,
g′(x)=x+-2x2=
,其中x>0,
∴x∈(0,1)时,g′(x)>0,函数g(x)单调递增;x∈(1,+∞)时,g′(x)<0,函数g(x)单调递减.
∴[g(x)]min=g(1)=-<0,
∴函数g(x)零点的个数为0.
已知函数f(x)=x3+ax2+bx+a2(a>0)在x=1处有极值10.
(1)求a、b的值;
(2)求f(x)的单调区间;
(3)求f(x)在[0,4]上的最大值与最小值.
正确答案
(1)由f′(1)=3+2a+b=0,f(1)=1+a+b+a2=10,
得a=4,或a=-3
∵a>0,∴a=4,
b=-11(经检验符合)
(2)f(x)=x3+4x2-11x+16,f'(x)=3x2+8x-11,
由f′(x)=0得x1=-,x2=1
所以令f′(x)>0得x<-或x> 1;令f′(x)<0得-
<x<1
所以f(x)在(-∞,-),(1,+∞)上单调递增,(-
,1)上单调递减.
(3)由(2)知:f(x)在(0,1)上单调递减,(1,4)上单调递增,
又因为f(0)=16,f(1)=10,f(4)=100,
所以f(x)的最大值为100,最小值为1020.
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