- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=(x2-ax)ex(x∈R),a为实数.
(Ⅰ)当a=0时,求函数f(x)的单调增区间;
(Ⅱ)若f(x)在闭区间[-1,1]上为减函数,求a的取值范围.
正确答案
(I)当a=0时,f(x)=x2exf′(x)=2xex+x2ex=(x2+2x)ex,
由f′(x)>0⇒x>0或x<-2
故f(x)单调增区间为(0,+∞)和(-∞,-2)
(II)由f(x)=(x2-ax)ex,x∈R
得f′(x)=(2x-a)ex+(x2-ax)ex=[x2+(2-a)x-a]ex
记g(x)=x2+(2-a)x-a,
依题x∈[-1,1]时,g(x)≤0恒成立,结合g(x)的图象特征
得即a≥
,
∴a的取值范围[,+∞).
f(x)=x3-x2+bx+4在〔-2,1〕上单调递增,求b取值范围.
正确答案
∵f(x)=x3-x2+bx+4,
∴f′(x)=3x2-bx+b,
∵f(x)在〔-2,1〕上单调递增,
∴f′(x)在[-2,1]上恒有f′(x)≥0,即3x2-bx-b≥0在[-2,1]上恒成立,
设y=3x2-bx-b,则抛物线y=3x2-bx-b的对称轴方程是x=.
①当x=≥1时,f′(x)min=f′(1)=3-b+b>0,
解得b≥6.
②当x=≤-2时,f′(x)min=f′(-2)=12+2b+b≥0,
解得b∈∅.
③当-2≤≤1时,f′(x)min=
≥0,
∴0≤b≤6.
综上所述,所求参数b的取值范围是[0,+∞).
已知函数 f(x)=x2+2lnx+aln(1+x2).
(I)若a=-求f(x)的极值;
(II)已知f(x)有两个极值点x1,x2,且x1<x2
(i) 求a的取值范围
(ii)求证:f(x1)<1-4ln2
(III) a=0时,求证[f'(x)]n-2n-1f'(xn)≥2n(2n-2)
正确答案
(I)a=-时,f(x)=x2+2lnx-
ln(1+x2)(x>0),f′(x)=2x+
-
=
,
当0<x<时,f′(x)>0,当
<x<
时,f′(x)<0,当x>
时,f′(x)>0,
故f(x)极小=f()=2+ln2-
ln3,f(x)极大=f(
)=
+
-
ln3.
(II)由(I)计算过程不难计算出f′(x)=,
令t=x2,故只需t2+(a+2)t+1=0有两个不同正根,即解得a<-4,
所以a的范围为a<-4.
因此x1,x2为方程x4+(a+2)x2+1=0的两根,且结合韦达定理可知,
0<x1<1,再由a<-4,
所以f(x1)=+2lnx1+aln(1+
)<
+2lnx1-4ln(1+
),
令g(x1)=+2lnx1-4ln(1+
),易知g′(x1)≥0,即g′(x1)单调递增,
所以g(x1)<g(1)=1-4ln2,从而命题得证.
(III)a=0时,f(x)=x2+ln2x,所以f′(x)=2x+,f′(xn)=2xn+
,
故左边[f'(x)]n-2n-1f'(xn)=2n (xn-2+
xn-4++…
),
令Sn=xn-2+
xn-4++…
,
利用倒序相加法可得,2Sn=(xn-2+
)+
(xn-4+
)+…+
(xn-4+
)+
(
+xn-2)
≥2(+
+…+
+
)=2(2n-2),
从而命题得证.
已知实数x,y满足:ex+y=x+1.(1)讨论函数y=f(x)的单调性;(2)解关于x的不等式ln(1+)-
>ln
.
正确答案
(1)∵实数x,y满足:ex+y=x+1,变形,得x+y=ln(x+1),
∴y=ln(x+1)-x,
又∵y=f(x)∴f(x)=ln(x+1)-x,(x>-1)
则f′(x)=-1=
当-1<x<0时,f'(x)>0;
当x>0时,f'(x)<0
∴f(x)在(-1,0)上单调递增;在(0,+∞)上单调递减.
(2)ln(1+)-
>ln
变形为In(1+
)-
>In(1+2)-2
∵f(x)=ln(x+1)-x,
∴不等式In(1+)-
>In(1+2)-2等价于f(
)>f(2)
由(1)知f(x)=ln(1+x)-x在(0,+∞)上单调递减
∴f()>f(2)等价于
<2
解得-1<x<2
∴不等式ln(1+)-
>ln
解集为 {x|-1<x<2}
已知函数f(x)=ax2+2ln(1-x)(a∈R).
(Ⅰ)若f(x)在[-3,-2)上是增函数,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)是否存在正实数a,使得f(x)的导函数f′(x)有最大值1-2?若存在,求出a的值;若不存在,请说明理由.
正确答案
(Ⅰ)由已知得f(x)的定义域为(-∞,1)
f′(x)=2ax-.(2分)
由题意得f′(x)=2ax-≥0对一切x∈[-3,-2)恒成立,
∴a≤=
.(5分)
当x∈[-3,-2)时,-(x-)2+
<-6,
∴>-
.故a≤-
.(7分)
(Ⅱ)假设存在正实数a,使得f′(x)max=1-2成立.f′(x)=2ax-
=2a-[2a(1-x)+
]≤2a-2
.(9分)
由2a(1-x)=,得(1-x)2=
,
∴x=1±.由于x=1+
>1,故应舍去.
当x=1-时,f′(x)max=2a-2
.(11分)
令2a-2=1-2
,解得a=
或a=
-2
.(13分)
另假设存在正实数a,使得f′(x)max=1-2成立.
设g(x)=f′(x)=2ax-,则g′(x)=2a-
.(9分)
由g′(x)=2a->0,解得x<1-
或x>1+
.
因为x∈(-∞,1),
∴g(x)在(-∞,1-)上单调递增,在上单调递减.
∴f′(x)max=g(1-)=2a-4
.(11分)
令2a-4=1-2
,解得a=
或a=
-2
.(14分)
求函数f(x)=x3-3x在[-3,3]上的最值.
正确答案
f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
令f′(x)=0,则x=-1或x=1,
经验证x=-1和x=1为极值点,即f(1)=-2为极小值,f(-1)=2为极大值.
又因为f(-3)=-18,f(3)=18,
所以函数f(x)的最大值为18,最小值为-18.
已知函数f(x)=ln(1+x)-x+ax2,x∈[0,+∞),a∈R
.
正确答案
(1)当a=时,f(x)=ln(1+x)-x+
x2,
∴f′(x)=-1+x=
≥0在x∈[0,+∞)恒成立,
∴f(x)在[0,+∞)上单调递增,
∴当x∈[0,+∞)时,f(x)≥f(0)=0,
故当x∈[0,+∞)时,f(x)≥0;
(2)∵f′(x)=-1+2ax=
,
①当,即a≥
时,f′(x)≥0在[0,+∞)上恒成立,∴f(x)≥f(0)=0;
②当,即a<0时,f′(x)≤0在[0,+∞)上恒成立,∴f(x)≤f(0)=0与题意不符;
③当,即0<a<
时,f′(x)=
=
,
故在[0,)上,f′(x)≤0,
∴f(x)≤f(0)=0与题意不符,
综上可得当且仅当a≥时,f(x)≥0在[0,+∞)上恒成立.
已知函数f(x)=x3+bx2+cx+2在x=1时有极值6.
(Ⅰ)求b,c的值;
(Ⅱ)若函数f(x)的图象上是的切线与直线3x+y+1=0平行,求该切线方程.
正确答案
(Ⅰ)f′(x)=3x2+2bx+c,
依题意有f(1)=6,f′(1)=0.
可得
可得b=-6,c=9.
(Ⅱ)由(Ⅰ)可知f′(x)=3x2-12x+9,
依题意可知,切线的斜率为-3.
令f′(x)=-3,
可得x=2,
即f′(2)=-3.
又f(2)=4,
所以切线过点(2,4).
从而切线方程为3x+y-10=0.
已知函数f(x)=ax+blnx+c,(a,b,c)是常数)在x=e处的切线方程为(e-1)x+ex-e=0,x=1既是函数y=f(x)的零点,又是它的极值点.
(1)求常数a,b,c的值;
(2)若函数g(x)=x2+mf(x)(m∈R)在区间(1,3)内不是单调函数,求实数m的取值范围;
(3)求函数h(x)=f(x)-1的单调递减区间,并证明:×
×
×…×
<
.
正确答案
(1)由f(x)=ax+blnx+c知,f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=a+,
又f(x)在x=e处的切线方程为(e-1)x+ey-e=0,而切线(e-1)x+ey-e=0的斜率为-,
所以有f′(e)=a+=-
①
由x=1是函数f(x)的零点,得f(1)=a+c=0 ②
由x=1是函数f(x)的极值点,得f′(1)=a+b=0 ③
由③得:a=-b,把a=-b代入①得:-b+=-1+
,所以b=1,则a=-1,由②得:a=-c,所以c=1.
所以,a=-1,b=1,c=1.
(2)由(1)知f(x)=-x+lnx+1(x>0),
因此,g(x)=x2+mf(x)=x2-mx+mlnx+m (x>0),
所以g′(x)=2x-m+=
(2x2-mx+m) (x>0).
要使函数g(x)在(1,3)内不是单调函数,则函数g(x)在(1,3)内一定有极值,
而g′(x)=(2x2-mx+m),所以函数g(x)最多有两个极值.
令d(x)=2x2-mx+m (x>0).
(ⅰ)当函数g(x)在(1,3)内有一个极值时,g′(x)=0在(1,3)内有且仅有一个根,
即d(x)=2x2-mx+m 在(1,3)内有且仅有一个根,
又因为d(1)=2>0,所以当d(3)<0时,d(x)=2x2-mx+m 在(1,3)内有且仅有一个根,
即2×32-3m+m<0,解得m>9.
(ⅱ)当函数g(x)在(1,3)内有两个极值时,g′(x)=0在(1,3)内有两个根,
即二次函数d(x)=2x2-mx+m 在(1,3)内有两个不等根,
所以,
解得:8<m<9.
综上,实数m的取值范围是(8,9)∪(9,+∞).
(3)由h(x)=f(x)-1得:h(x)=-x+lnx (x>0),所以h′(x)=,
令h′(x)≤0,即≤0,得:x≥1,即h(x)的单调递减区间为[1,+∞).
事实上,
由函数h(x)=-x+lnx (x>0)在[1,+∞)上单调递减可知,
当x∈(1,+∞)时,h(x)<h(1),即-x+lnx<-1,
亦即lnx<x-1对一切x∈(1,+∞)都成立,
不等式两边同时除以x,
亦即0<<
对一切x∈(1,+∞)都成立,
所以0<<
,
0<<
,
0<<
,
…
0<<
,
所以有
×
×
×…×
<
×
×
×…×
,
所以×
×
×…×
<
.
已知函数f(x)=x-alnx,g(x)=-,(a∈R).
(Ⅰ)若a=1,求函数f(x)的极值;
(Ⅱ)设函数h(x)=f(x)-g(x),求函数h(x)的单调区间;
(Ⅲ)若在[1,e](e=2.718…)上存在一点x0,使得f(x0)<g(x0)成立,求a的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)f(x)的定义域为(0,+∞),(1分)
当a=1时,f(x)=x-lnx,f′(x)=1-=
,(2分)
(3分)
所以f(x)在x=1处取得极小值1.(4分)
(Ⅱ)h(x)=x+-alnx,
h′(x)=1--
=
=
(6分)
①当a+1>0时,即a>-1时,在(0,1+a)上h'(x)<0,在(1+a,+∞)上h'(x)>0,
所以h(x)在(0,1+a)上单调递减,在(1+a,+∞)上单调递增;(7分)
②当1+a≤0,即a≤-1时,在(0,+∞)上h'(x)>0,
所以,函数h(x)在(0,+∞)上单调递增.(8分)
( III)在[1,e]上存在一点x0,使得f(x0)<g(x0)成立,即
在[1,e]上存在一点x0,使得h(x0)<0,
即函数h(x)=x+-alnx在[1,e]上的最小值小于零.(9分)
由(Ⅱ)可知
①即1+a≥e,即a≥e-1时,h(x)在[1,e]上单调递减,
所以h(x)的最小值为h(e),
由h(e)=e+-a<0可得a>
,
因为>e-1,
所以a>;(10分)
②当1+a≤1,即a≤0时,h(x)在[1,e]上单调递增,
所以h(x)最小值为h(1),由h(1)=1+1+a<0可得a<-2;(11分)
③当1<1+a<e,即0<a<e-1时,可得h(x)最小值为h(1+a),
因为0<ln(1+a)<1,
所以,0<aln(1+a)<a
故h(1+a)=2+a-aln(1+a)>2
此时,h(1+a)<0不成立.(12分)
综上讨论可得所求a的范围是:a>或a<-2.(13分)
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