- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
定义在R上的函数f(x)=ax3+bx2+cx+d满足:函数f(x)的图象关于原点对称且过点(3,-6),函数f(x)在点x1、x2处取得极值,且|x1-x2|=4.
(Ⅰ)求函数f(x)的表达式;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅲ)求函数f(x)过点P(1,-8)的切线方程.
正确答案
(I)由题意f(-x)=-f(x)对x∈R恒成立,解之得b=d=0
所以f(x)=ax3+cx,又f(3)=27a+3c=-6 ①
由f′(x)=3ax2+c=0,得x1=-,x2=
即=2,c=-12a ②
由①②得a=,c=-8
故f(x)=x3-8x
(II)由(I)知,f′(x)=2x2-8,
当f′(x)>0时,解得x<-2或x>2;
当f′(x)<0时,解得-2<x<2.
所以函数f(x)的单调增区间为(-∞,-2),(2,+∞),单调减区间为(-2,2).
(III)设切点Q(x0,y0),则点Q处的切线方程为:y-y0=(-8)(x-x0) ③
注意到y0=-8x0及点P(1,-8)在此切线上,
有-8-+8x0=(
-8)(1-x0),
整理得:2-3
=0,即x0=0或x0=
代入方程③得8x+y=0或7x+2y+9=0为所求.
设a为实数,函数f(x)=ex﹣2x+2a,x∈R.
(1)求f(x)的单调区间及极值;
(2)求证:当a>ln2﹣1且x>0时,ex>x2﹣2ax+1.
正确答案
(1)解:∵f(x)=ex﹣2x+2a,x∈R,
∴f'(x)=ex﹣2,x∈R.
令f'(x)=0,得x=ln2.
于是当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:
故f(x)的单调递减区间是(﹣∞,ln2),单调递增区间是(ln2,+∞),
f(x)在x=ln2处取得极小值,极小值为f(ln2)=eln2﹣2ln2+2a=2(1﹣ln2+a).
(2)证明:设g(x)=ex﹣x2+2ax﹣1,x∈R,
于是g′(x)=ex﹣2x+2a,x∈R.
由(1)知当a>ln2﹣1时, g′(x)最小值为g′(ln2)=2(1﹣ln2+a)>0.
于是对任意x∈R,都有g′(x)>0,所以g(x)在R内单调递增.
于是当a>ln2﹣1时,对任意x∈(0,+∞),都有g(x)>g(0).
而g(0)=0,从而对任意x∈(0,+∞),g(x)>0.
即ex﹣x2+2ax﹣1>0,
故ex>x2﹣2ax+1.
已知函数
(Ⅰ)求曲线在点
处的切线方程;
(Ⅱ)求函数的极值;
(Ⅲ)对恒成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)
;(Ⅲ)
.
试题分析:(Ⅰ)本小题首先利用导数的公式和法则求得原函数的导函数,根据导数的几何意义可求得函数的切线方程为,化简可得
;
(Ⅱ)本小题首先求得函数的定义域,然后根据(Ⅰ)中求得的导函数去求导数的零点
,通过列表分析其单调性,进而寻找极值点;
(Ⅲ)本小题针对恒成立问题,首先考虑对不等式分离参数
,然后转化为求函数
在
上的最小值的问题,通过求导、分析单调性,然后得出函数
的最小值为
,于是
.
试题解析:(Ⅰ)函数的定义域为, 1分
, 2分
,
, 3分
曲线
在点
处的切线方程为
,
即, 4分
(Ⅱ)令,得
, 5分
列表:
7分
函数
的极小值为
, 8分
(Ⅲ)依题意对恒成立
等价于在
上恒成立
可得在
上恒成立, 10分
令
11分
令,得
列表:
函数
的最小值为
, 13分
根据题意,. 14分
已知函数f(x)=x3+ax2-9x-1;
(Ⅰ)若x=-1是函数f(x)的一个极值点,求:(1)a的值;(2)函数f(x)在区间[-2,5]上的最大值与最小值.
(Ⅱ)是否存在实数a,使f(x)在R上单调递增;若存在,求出a的取值范围;若不存在,说明理由.
正确答案
(Ⅰ)(1)∵f(x)=x3+ax2-9x-1,
∴f′(x)=3x2+2ax-9,
∵x=-1是函数f(x)的一个极值点,
∴f′(-1)=3-2a-9=0,
解得a=-3.
(2)∵a=-3,∴f′(x)=3x2-6x-9,f(x)=x3-3x2-9x-1,
由f′(x)=3x2-6x-9=0,得x=-1,或x=3.
∵x∈[-2,5],-1∈[-2,5],3∈[-2,5],
f(-2)=-8-12+18-1=-3;
f(-1)=-1-3+9-1=4;
f(3)=27-27-27-1=-28;
f(5)=125-75-45-1=4.
∴函数f(x)在区间[-2,5]上的最大值为4,最小值为-28.
(Ⅱ)假设存在实数a,使f(x)在R上单调递增,
则f′(x)=3x2+2ax-9>0的解集为R,
∴△=4a2+108<0
∵△=4a2+108≥108,
∴△<0不成立.
所以,不存在实数a,使f(x)在R上单调递增.
设函数f(x)=x2+aIn(1+x)有两个极值点x1、x2,且x1<x2,
(I)求a的取值范围,并讨论f(x)的单调性;
(II)证明:f(x2)>.
正确答案
(I)f′(x)=2x+=
(x>-1)
令g(x)=2x2+2x+a,其对称轴为x=-.
由题意知x1、x2是方程g(x)=0的两个均大于-1的不相等的实根,
其充要条件为,得0<a<
(1)当x∈(-1,x1)时,f'(x)>0,∴f(x)在(-1,x1)内为增函数;
(2)当x∈(x1,x2)时,f'(x)<0,∴f(x)在(x1,x2)内为减函数;
(3)当x∈(x2,+∞)时,f'(x)>0,∴f(x)在(x2,+∞)内为增函数;
(II)由(I)g(0)=a>0,∴-<x2<0,a=-(2x22+2x2)
∴f(x2)=x22+aln(1+x2)=x22-(2x22+2x2)ln(1+x2)
设h(x)=x2-(2x2+2x)ln(1+x)(x>-),
则h'(x)=2x-2(2x+1)ln(1+x)-2x=-2(2x+1)ln(1+x)
(1)当x∈(-,0)时,h'(x)>0,∴h(x)在[-
,0)单调递增;
(2)当x∈(0,+∞)时,h'(x)<0,h(x)在(0,+∞)单调递减.∴当x∈(-,0)时,h(x)>h(-
)=
故f(x2)=h(x2)>.
设a为实常数,函数f(x)=-x3+ax2-4.
(1)若函数y=f(x)的图象在点P(1,f(1))处的切线的倾斜角为,求函数f(x)的单调区间;
(2)若存在x0∈(0,+∞),使f(x0)>0,求a的取值范围.
正确答案
(1)f′(x)=-3x2+2ax.根据题意f′(1)=tan=1,
∴-3+2a=1,即a=2.∴f′(x)=-3x2+4x=-3x(x-).
当f′(x)>0,得x(x-)<0,即0<x<
;当f′(x)<0,得x(x-
)>0,即x<0或x>
.
∴f′(x)的单调递增区间是(0,),单调递减区间是(-∞,0)∪(
,+∞);
(2)f′(x)=-3x(x-).
①若a≤0,当x>0时,f′(x)<0,从而f(x)在(0,+∞)上是减函数,
又f(0)=-4,则当x>0时,f(x)<-4.
∴当a≤0时,不存在x0>0,使f(x0)>0;
②当a>0,则当0<x<时,f′(x)>0,当x>
时,f′(x)<0.
从而f(x)在(0,)上单调递增,在(
,+∞)上单调递减.
∴当x∈(0,+∞)时,f(x)max=f()=-
+
-4=
-4.
据题意,-4>0,即a3>27,∴a>3.
故a的取值范围是(3,+∞).
定义在R上的函数f(x)=ax3+bx2+cx+d满足:函数f(x)的图象关于原点对称且过点(3,-6),函数f(x)在点x1、x2处取得极值,且|x1-x2|=4.
(Ⅰ)求函数f(x)的表达式;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅲ)求函数f(x)过点P(1,-8)的切线方程.
正确答案
(I)由题意f(-x)=-f(x)对x∈R恒成立,解之得b=d=0
所以f(x)=ax3+cx,又f(3)=27a+3c=-6 ①
由f′(x)=3ax2+c=0,得x1=-,x2=
即=2,c=-12a ②
由①②得a=,c=-8
故f(x)=x3-8x
(II)由(I)知,f′(x)=2x2-8,
当f′(x)>0时,解得x<-2或x>2;
当f′(x)<0时,解得-2<x<2.
所以函数f(x)的单调增区间为(-∞,-2),(2,+∞),单调减区间为(-2,2).
(III)设切点Q(x0,y0),则点Q处的切线方程为:y-y0=(-8)(x-x0) ③
注意到y0=-8x0及点P(1,-8)在此切线上,
有-8-+8x0=(
-8)(1-x0),
整理得:2-3
=0,即x0=0或x0=
代入方程③得8x+y=0或7x+2y+9=0为所求.
(本小题满分12分)
已知函数.
(1)当时,求
的极值;
(2)若在区间
上单调递增,求b的取值范围.
正确答案
(1)在
取极小值
,在
取极大值4.(2)
试题分析:(1)求函数极值,首先明确其定义域:,然后求导数:当
时,
再在定义域下求导函数的零点:
或
根据导数符号变化规律,确定极值:当
时,
单调递减,当
时,
单调递增,当
时,
单调递减,故
在
取极小值
,在
取极大值4.(2)已知函数单调性,求参数取值范围,一般转化为对应导数恒非负,再利用变量分离求最值. 由题意得
对
恒成立,即
对
恒成立,即
,
,即
试题解析:(1)当时,
由
得
或
当时,
单调递减,当
时,
单调递增,当
时,
单调递减,故
在
取极小值
,在
取极大值4.
(2)因为当
时,
依题意当时,有
,从而
所以b的取值范围为
已知函数,其中
是常数且
.
(1)当时,
在区间
上单调递增,求
的取值范围;
(2)当时,讨论
的单调性;
(3)设是正整数,证明:
.
正确答案
(1) ;(2)当
时,
的减区间为
,增区间为
;当
时,
的减区间为
,增区间为
;(3)详见解析.
试题分析:(1)利用导数法,然后才有分离参数的思路进行求解; (2)明确函数的解析式,利用求导法和分类讨论进行求解;(3)用代替
中的
得到
,再证明不等式成立.
试题解析:(1)∵,则
,∴
,
∵当时,
是增函数,∴
在
时恒成立. (2分)
即在
时恒成立. ∵当
时,
是减函数,
∴当时,
,∴
. (4分)
(2)∵,∴
,
∴, (5分)
∴当时,由
得
或
,故
的减区间为
,增区间为
.
当时,由
得
或
,故
的减区间为
,增区间为
. (9分)
(3)由(1)知,当,
时,
在
时增函数,
∴,即
,∴
,
∵,∴
,∴
,
即, (12分)
∴
∴. (14分)
已知函数f(x)=,g(x)=bx2+3x.
(Ⅰ)若曲线h(x)=f(x)-g(x)在点(1,0)处的切线斜率为0,求a,b的值;
(Ⅱ)当a∈[3,+∞),且ab=8时,求函数φ(x)=的单调区间,并求函数在区间[-2,-1]上的最小值.
正确答案
(Ⅰ)函数h(x)定义域为{x|x≠-a},
则h′(x)=f′(x)-g′(x)=--2bx-3,
∵h(x)在点(1,0)处的切线斜率为0,
∴,即
,解得
或
;
(Ⅱ)φ(x)=(x+a)(bx2+3x)(x≠-a),
∵ab=8,所以b=,∴φ(x)=(x+a)(
x2+3x)(x≠-a),
∴φ′(x)=(24x2+22ax+3a2)=
(4x+3a)(6x+a),
令φ'(x)=0,得x=-a,或x=-
a,
∵因为a∈[3,+∞),∴所以-a<-
a,
∴故当x<-a,或x>-
a时,φ'(x)>0,当-
a<x<-
a时,φ'(x)<0,
∴函数φ(x)的单调递增区间为(-∞,-a),(-a,-a),(-
a,+∞),单调递减区间为(-
a,-
a),
∵a∈[3,+∞),∴-≤-
,-
≤-
,
①当-≤-2,即a≥12时,∵φ(x)在[-2,-1]单调递增,
∴φ(x)在该区间的最小值为φ(-2)=-+44-6a;
②当-2<-<-1,即6<a<12时,
∵φ(x)在[-2,-)上单调递减,在(-
,-1]上单调递增,
∴φ(x)在该区间的最小值为φ(-)=-
a2;
③当-≥-1时,即3≤a≤6时,∵φ(x)在[-2,-1]单调递减,
∴φ(x)在该区间的最小值为φ(-1)=-+11-3a,
综上所述,当3≤a≤6时,最小值为-+11-3a;当6<a<12时,最小值为-
a2;当a≥12时,最小值为-
+44-6a.
扫码查看完整答案与解析