- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
(理科)已知函数f(x)=4x3+3tx2-6t2x+t-1,x∈R,t∈R.
(1)当t≠0时,求f(x)的单调区间;
(2)证明:对任意t∈(0,+∞),f(x)在区间(0,1)内均存在零点.
正确答案
(1)f'(x)=12x2+6tx-6t2,令f'(x)=0,得x1=-t或x2=.
1°当t>0时,f'(x)>0的解集为(-∞,-t)∪(,+∞)
∴f(x)的单调增区间为(-∞,-t),(,+∞),f(x)的单调减区间为(-t,
).
2°当t<0时,f'(x)<0的解集为(,-t)
∴f(x)的单调增区间为(-∞,),(-t,+∞),f(x)的单调减区间为(
,-t).
(2)证明:由(1)可知,当t>0时,f(x)在(0,)内递减,(
,+∞)内单调递增.
1°当≥1,即t≥2时,f(x)在(0,1)递减,在(1,+∞)递增.
f(0)=t-1>0,f(1)=-6t2+4t+3<0
∴f(x)在(0,1)内有零点.
2°当0<<1,即0<t<2时,f(x)在(0,
)内递减,在(
,1)内单调递增.
若t∈(0,1],f()=-
t3+t-1≤-
t3<0,f(1)=-6x2+4t+3≥-6t+4t+3=3-2t>0
∴f(x)在(,1)内存在零点.
若t∈(1,2),f()=-
t3+t-1<0,f(0)=t-1>0
∴f(x)在(0,)内存在零点.
∴对任意t∈(0,2),f(x)在区间(0,1)内均存在零点.
已知函数f(x)=x4-4x3+ax2-1在区间[0,1]单调递增,在区间[1,2)单调递减.
(Ⅰ)求a的值;
(Ⅱ)若A(x0,f(x0))在函数f(x)的图象上,求证点A关于直线x=1的对称点B也在函数f(x)的图象上;
(Ⅲ)是否存在实数b,使得函数g(x)=bx2-1的图象与函数f(x)的图象恰有3个交点,若存在,请求出实数b的值;若不存在,试说明理由
正确答案
(Ⅰ)f(x)=x4-4x3+ax2-1在区间[0,1]单调递增,
在区间[1,2)单调递减,所以x=1时,取得极大值.
所以f'(1)=0.(2分)
因为f'(x)=4x3-12x2+2ax,
所以4-12+2a=0.解得a=4.(4分)
(Ⅱ)因为点A(x0,f(x0))关于直线x=1的对称点B的坐标为(2-x0,f(x0)),
且f(2-x0)=(2-x0)4-4(2-x0)3+4(2-x0)2-1x04-4x03+4x02-1=f(x0).(8分)
所以点A关于直线x=1的对称点B也在函数f(x)的图象上.
(Ⅲ)因为函数g(x)=bx2=bx2-1的图象与函数f(x)的图象恰有3个交点,
等价于方程x4-4x3+4x2-1=bx2-1恰有3个不等实根.
由x4-4x3+4x2-1=bx2-1得x4-4x3+(4-b)x2=0.
因为x=0是其中一个根,
所以方程x4-4x3+(4-b)x2=0有2个非零且不等的实数根.(12分)
故由得b>0且b≠4.(14分)
设x=m和x=n是函数f(x)=lnx+x2-(a+2)x的两个极值点,其中m<n,a∈R.
(Ⅰ) 求f(m)+f(n)的取值范围;
(Ⅱ) 若a≥+
-2,求f(n)-f(m)的最大值.
注:e是自然对数的底数.
正确答案
(Ⅰ)函数f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=+x-(a+2)=
.
依题意,方程x2-(a+2)x+1=0有两个不等的正根m,n(其中m<n).
故,∴a>0,
并且m+n=a+2,mn=1.
所以,f(m)+f(n)=lnmn+(m2+n2)-(a+2)(m+n)
=[(m+n)2-2mn]-(a+2)(m+n)=-
(a+2)2-1<-3
故f(m)+f(n)的取值范围是(-∞,-3). …(7分)
(Ⅱ)当a≥+
-2时,(a+2)2≥e+
+2.
若设t= (t>1),则(a+2)2=(m+n)2=
=t+
+2≥e+
+2.
于是有t+≥e+
,∴(t-e)(1-
)≥0,∴t≥e
∴f(n)-f(m)=ln+
(n2-m2)-(a+2)(n-m)=ln
+
(n2-m2)-(n+m)(n-m)
lnt-
(t-
)
构造函数g(t)=lnt-(t-
)(其中t≥e),则g′(t)=
-
(1+
)=-
<0.
所以g(t)在[e,+∞)上单调递减,g(t)≤g(e)=1-+
.
故f(n)-f(m)的最大值是1-+
. …(15分)
已知函数f(x)=lnx-(a∈R).
(1)判断f(x)在定义域上的单调性;
(2)若f(x)在[1,e]上的最小值为2,求a的值.
正确答案
(1)由题意得f(x)的定义域为(0,+∞),.(0,+∞)
①当a≥0时,f'(x)>0,故f(x)在上为增函数;
②当a<0时,由f'(x)=0得x=-a;由f'(x)>0得x>-a;由f'(x)<0得x<-a;
∴f(x)在(0,-a]上为减函数;在(-a,+∞)上为增函数.
所以,当a≥0时,f(x)在(0,+∞)上是增函数;当a<0时,f(x)在(0,-a]上是减函数,在(-a,+∞)上是增函数.
(2)∵f′(x)=,x>0.由(1)可知:
①当a≥0时,f(x)在(0,+∞)上为增函数,f(x)min=f(1)=-a=2,得a=-2,矛盾!
②当0<-a≤1时,即a≥-1时,f(x)在(0,+∞)上也是增函数,f(x)min=f(1)=-a=2,∴a=-2(舍去).
③当1<-a<e时,即-e<a<-1时,f(x)在[1,-a]上是减函数,在(-a,e]上是增函数,
∴f(x)min=f(-a)=ln(-a)+1=2,得a=-e(舍去).
④当-a≥e时,即a≤-e时,f(x)在[1,e]上是减函数,有f(x)min=f(e)=1-=2,
∴a=-e.
综上可知:a=-e.
已知:a>0,b>0,且a+b=1,求证:(1)+
≤
;(2)ab+
≥
.
正确答案
证明:(1)要证+
≤
成立,
只要证:a+b+2≤2,
只要证:2≤1
∵a>0,b>0,
∴≤
=
,即2
≤1成立,
∴+
≤
成立.…(4分)
(2)∵a>0,b>0,
∴≤
=
,
∴0<ab≤,…(5分)
令t=ab(t∈(0,]),
则设y=ab+=t+
,t∈(0,
]
y′ =1-=
,
则当t∈(0,)时,y't<0恒成立,
∴y=t+在区间(0,
)是减函数,…(8分)
∴当t=时,ymin=
,
∴y≥
即ab+≥
.…(10分)
已知函数f(x)=x3+(1-a)x2-a(a+2)x+b(a,b∈R).
(Ⅰ)若函数f(x)在区间(-1,1)上不单调,求a的取值范围.
(Ⅱ)令g(x)=x-
,是否存在实数a,对任意x1∈[-1,1],存在x2∈[0,2],使得f′(x1)+2ax1=g(x2)成立?若存在,求a的值;若不存在,请说明理由.
正确答案
(Ⅰ)求导函数可得f'(x)=3x2+2(1-a)x-a(a+2)=(x-a)[3x+(a+2)],
函数f(x)在区间(-1,1)不单调,等价于导函数f′(x)在(-1,1)既能取到大于0的实数,又能取到小于0的实数,即函数f′(x)在(-1,1)上存在零点,但无重根.
令f'(x)=0得x=a与x=-,则-1<a<1或-1<-
<1,且a≠-
,∴-5<a<1且a≠-
综上-5<a<-或-
<a<1;
(Ⅱ)由题意,函数f′(x)+2ax值域是g(x)的值域的子集
∵x∈[0,2],g(x)=x-
,∴g(x)∈[-
,6];
令F(x)=f′(x)+2ax=3x2+2(1-a)x-a(a+2)+2ax=3x2+2x-a2-2a
∵x∈[-1,1],∴F(x)∈[--a2-2a,5-a2-2a]
∴--a2-2a≥-
且5-a2-2a≤6
∴-2≤a≤0
∴a∈[-2,0]
已知函数f(x)=x3+bx2+ax+d的图象过点P(0,2),且在点M(﹣1,f(﹣1))处的切线方程为6x﹣y+7=0.
(Ⅰ)求函数y=f(x)的解析式;
(Ⅱ)求函数y=f(x)的单调区间.
正确答案
解:(Ⅰ)∵f(x)的图象经过P(0,2),
∴d=2,
∴f(x)=x3+bx2+ax+2,f'(x)=3x2+2bx+a.
∵点M(﹣1,f(﹣1))处的切线方程为6x﹣y+7=0
∴f'(x)|x=﹣1=3x2+2bx+a|x=﹣1=3﹣2b+a=6①,
还可以得到,f(﹣1)=y=1,
即点M(﹣1,1)满足f(x)方程,得到﹣1+b﹣a+2=1②
由①、②联立得b=a=﹣3
故所求的解析式是f(x)=x3﹣3x2﹣3x+2.
(Ⅱ)f'(x)=3x2﹣6x﹣3.,
令3x2﹣6x﹣3=0,即x2﹣2x﹣1=0.解得 .
当 ;
当 .
故f(x)的单调增区间为(﹣∞,1﹣ ),(1+
,+∞);
单调减区间为(1﹣ ,1+
)
已知x∈R,奇函数f(x)=x3-ax2-bx+c在[1,+∞)上单调.
(1)求字母a,b,c应满足的条件;
(2)设x0≥1,f(x0)≥1,且满足f[f(x0)]=x0,求证:f(x0)=x0.
正确答案
(1)∵f(0)=0⇒c=0;f(x)+f(-x)=0⇒a=0.∵f'(x)=3x2-b,
若f(x)x∈[1,+∞)上是增函数,则f'(x)≥0恒成立,即b≤(3x2)min=3
若f(x)x∈[1,+∞)上是减函数,则f'(x)≤0恒成立,这样的b不存在.
综上可得:a=c=0,b≤3.
(2)假设f(x0)≠x0,不妨设f(x0)=a>x0≥1,
由(1)可知f(x)在[1,+∞)上单调递增,故f[f(x0)]=f(a)>f(x0)>x0,
这与已知f[f(x0)]=x0矛盾,故原假设不成立,即有f(x0)=x0.
已知函数f(x)=x3-ax2-3x
(1)若x=-是f(x)的极值点,求f(x)在[1,a]上的最大值;
(2)若f(x)在区间[1,+∞)上是增函数,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)f′(x)=3x2-2ax-3,
∵x=-是f(x)的极值点,∴f′(-
)=0,即3×(-
)2-2a×(-
)-3=0,解得a=4.
经验证a=4满足题意.
∴f(x)=x3-4x2-3x,f′(x)=3x2-8x-3,
令f′(x)=(3x+1)(x-3)=0,解得x=-或3.
∴当x<-或x>3时,f′(x)>0,因此函数f(x)在区间(-∞,-
)或(3,+∞)上单调递增;
当-<x<3时,f′(x)<0,因此函数f(x)在区间(-
,3)上单调递减.
∴函数f(x)在[1,3]上单调递减,在区间[3,4]上单调递增.
又f(1)=-6,f(4)=-12.
∴f(x)在[1,4]上的最大值为f(1)=-6.
(2)∵函数f(x)在区间[1,+∞)是增函数,
∴f′(x)=3x2-2ax-3≥0在[1,+∞)上恒成立,
则或△<0,解得a≤0.
已知函数f(x)=3x3-9x+5.
(Ⅰ)求函数f(x)的单调递增区间;
(Ⅱ)求函数f(x)在[-2,2]上的最大值和最小值.
正确答案
(I)f′(x)=9x2-9.(2分)
令9x2-9>0,(4分)解
此不等式,得x<-1或x>1.
因此,函数f(x)的单调增区间为(-∞,-1)和(1,+∞).((6分)
(II)令9x2-9=0,得x=1或x=-1.(8分)
当x变化时,f′(x),f(x)变化状态如下表:
(10分)
从表中可以看出,当x=-2或x=1时,函数f(x)取得最小值-1.
当x=-1或x=2时,函数f(x)取得最大值11.(12分)
扫码查看完整答案与解析