- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=x2-2a(-1)k lnx(k∈N*,a∈R且a>0),
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)若k=2014时,关于x的方程f(x)=2ax有唯一解,求a的值;
(3)当k=2013时,证明:对一切x>0∈(0,+∞),都有f(x)-x2>2a(-
)成立.
正确答案
(1)由已知得x>0且f(x)=2x-(-1)k•.
当k是奇数时,f′(x)>0,则f(x)在(0,+∞)上是增函数;
当k是偶数时,则f′(x)=.
所以当x∈(0,)时,f′(x)<0,当x∈(
,+∞)时,f′(x)>0.
故当k是偶数时,f (x)在(0,)上是减函数,在(
,+∞)上是增函数.…(4分)
(2)若k=2014,则f(x)=x2-2alnx.
记g(x)=f(x)-2ax=x2-2alnx-2ax,∴g′(x)=(x2-ax-a),
若方程f(x)=2ax有唯一解,即g(x)=0有唯一解;
令g′(x)=0,得x2-ax-a=0.
因为a>0,x>0,所以x1=<0(舍去),x2=
.
当x∈(0,x2)时,g′(x)<0,g(x)在(0,x2)是单调递减函数;
当x∈(x2,+∞)时,g′(x)>0,g(x)在(x2,+∞)上是单调递增函数.
当x=x2时,g′(x2)=0,g(x)min=g(x2).
因为g(x)=0有唯一解,所以g(x2)=0.
则
设函数h(x)=2lnx+x-1,
因为在x>0时,h (x)是增函数,所以h (x)=0至多有一解.
因为h(1)=0,所以方程(*)的解为x 2=1,从而解得a=…(10分)
(3)证明:当k=2013时,问题等价于证明xlnx>-
(x∈(0,+∞))
由导数可求φ(x)=xlnx(x∈(0,+∞))的最小值是-,当且仅当x=
时取到,
设m(x)=-
(x∈(0,+∞)),则m′(x)=
,
∴m(x)max=m(1)=-,当且仅当x=1时取到,
从而对一切x∈(0,+∞),都有lnx>-
成立.故命题成立.…(16分)
已知:定义在R上的函数f(x)=x2(ax-3),其中a为常数.
(1)若a=1,求:f(x)的图象在点(1,-2)处的切线方程;
(2)若x=1是函数f(x)的一个极值点,求:实数a的值;
(3)若函数f(x)在区间(-1,0)上是增函数,求:实数a的取值范围.
正确答案
(1)当a=1时,f(x)=x3-3x2,则f′(x)=3x2-6x=3x(x-2),
则k=f′(1)=-3,
∴切线方程为:y+2=-3(x-1),即3x+y-1=0;
(2)f(x)=ax3-3x2,得到f′(x)=3ax2-6x=3x(ax-2),
∵x=1是f(x)的一个极值点,
∴f′(1)=0即3(a-2)=0,∴a=2;
(3)①当a=0时,f(x)=-3x2在区间(-1,0)上是增函数,则a=0符合题意;
②当a≠0时,f′(x)=3ax(x-),令f′(x)=0,则x1=0,x2=
,
当a>0时,对任意x∈(-1,0),f′(x)>0,则a>0符合题意;
当a<0时,当x∈(,0)时,f′(x)>0,则
≤-1,∴-2≤a<0符合题意,
综上所述,a≥-2满足要求.
已知函数f(x)=x2-2x-3,x∈[0,1],g(x)=x3-3a2x-2a,x∈[0,1].
(1)求f(x)的值域M;
(2)若a≥1,求g(x)的值域N;
(3)在(2)的条件下,若对于任意的x∈[0,1],总存在x0∈[0,1]使得f(x1)=g(x0),求a的取值范围.
正确答案
(1)∵f(x)=(x-1)2-4,x∈[0,1]
所以f(x)在[0,1]单调递减,
所以当x=0时函数最大为-3,当x=1时函数最小为-4
故f(x)值域为M=[-4,-3](4分)
(2)∵g′(x)=3x2-3a2=3(x2-a2)
∵x∈[0,1]a≥1
∴x2-a2≤0即g′(x)≤0
∴g′(x)=x2-3a2x-2a在[0,1]上单调递减
故g(x)的值域为N=[1-2a-3a2,-2a](8分)
(3)∵对任意x1∈[0,1],总存在x0∈[0,1]使f(x1)=g(x0)
∴M⊆N
∴
即
又∵a≥1
∴a∈[1,](13分)
已知a>0,函数f(x)=+2a(a+1)lnx-(3a+1)x.
(1)若函数f(x)在x=1处的切线与直线y-3x=0平行,求a的值;
(2)求函数f(x)的单调递增区间;
(3)在(1)的条件下,若对任意x∈[1,2],f(x)-b2-6b≥0恒成立,求实数b的取值组成的集合.
正确答案
(1)f′(x)=x+-(3a+1),
由已知f'(1)=3,即2a2-a=3,2a2-a-3=0,
解得a=或a=-1.…(2分)
又因为a>0,所以a=.…(3分)
(2)函数f(x)的定义域为(0,+∞),…(4分)
f′(x)=x+-(3a+1)=
=
,
①当2a>a+1,即a>1时,
由f'(x)>0得x>2a或0<x<a+1,
因此函数f(x)的单调增区间是(0,a+1)和(2a,+∞).
②当2a<a+1,即0<a<1时,
由f'(x)>0得x>a+1或0<x<2a,
因此函数f(x)的单调增区间是(0,2a)和(a+1,+∞).
③当2a=a+1,即a=1时f'(x)≥0恒成立(只在x=2a处等于0),
所以函数在定义域(0,+∞)上是增函数.…(7分)
综上:①当a>1时,函数f(x)的单调增区间是(0,a+1)和(2a,+∞);
②当0<a<1时,函数f(x)的单调增区间是(0,2a)和(a+1,+∞);
③当a=1时,函数f(x)的单调增区间是(0,+∞).…(8分)
(3)当a=时,f(x)=
+
lnx-
,
由(2)知该函数在(0,)上单调递增,
因此在区间[1,2]上f(x)的最小值只能在x=1处取到.…(10分)
又f(1)=-
=-5,
若要保证对任意x∈[1,2],f(x)-b2-6b≥0恒成立,
应该有-5≥b2+6b,即b2+6b+5≤0,解得-5≤b≤-1,
因此实数b的取值组成的集合是{b|-5≤b≤-1}.…(12分)
已知函数f(x)=x2-alnx(a∈R).
(1)求函数f (x)的单调区间;
(2)求证:x>1时,x2+lnx<
x3.
正确答案
(1)依题意知函数的定义域为(0,+∞),因为f′(x)=x-,
①当a≤0时,f′(x)=x->0,所以f (x)的单调递增区间为(0,+∞)
②当a>0时,因为f′(x)=x-=
=
,
令f'(x)>0,有x>;所以函数f (x)的单调递增区间为(
,+∞);
令f'(x)<0,有0<x<.所以函数f (x)的单调递减区间为(0,
).
(2)设g(x)=x3-
x2-lnx,则g′(x)=2x2-x-
,
当x>1时,g′(x)=>0,
所以g (x)在(1,+∞)上是增函数,所以g(x)>g(1)=-
>0
所以当x>1时,x2+lnx<
x3成立.
已知函数f(x)的导数f′(x)=3x2-3ax,f(0)=b.a,b为实数,1<a<2.
(Ⅰ)若f(x)在区间[-1,1]上的最小值、最大值分别为-2、1,求a、b的值;
(Ⅱ)在(Ⅰ)的条件下,求经过点P(2,1)且与曲线f(x)相切的直线l的方程;
(Ⅲ)设函数F(x)=(f′(x)+6x+1)•e2x,试判断函数F(x)的极值点个数.
正确答案
(Ⅰ)由已知得,f(x)=x3-ax2+b
由f'(x)=0,得x1=0,x2=a.∵x∈[-1,1],1<a<2,
∴当x∈[-1,0)时,f'(x)>0,f(x)递增;
当x∈(0,1]时,f'(x)<0,f(x)递减.
∴f(x)在区间[-1,1]上的最大值为f(0)=b,∴b=1.
又f(1)=1-a+1=2-
a,f(-1)=-1-
a+1=-
a,
∴f(-1)<f(1).,即-a=-2,得a=
.
故a=,b=1为所求.
(Ⅱ)由(1)得f(x)=x3-2x2+1,f'(x)=3x2-4x,点P(2,1)在曲线f(x)上.
(1)当切点为P(2,1)时,切线l的斜率k=f'(x)|x=2=4,
∴l的方程为y-1=4(x-2),即4x-y-7=0.
(2)当切点P不是切点时,设切点为Q(x0,y0)(x0≠2),
切线l的斜率k=f′(x)|x=x0=3-4x0,
∴l的方程为y-y0=(3x02-4x0)(x-x0).
又点P(2,1)在l上,∴1-y0=(3x02-4x0)(2-x0),
∴1-(x03-2x02+1)=(3x02-4x0)(2-x0),
∴x02(2-x0)=(3x02-4x0)(2-x0),
∴x02=3x02-4x0,即2x0(x0-2)=0,∴x0=0.∴切线l的方程为y=1.
故所求切线l的方程为4x-y-7=0或y=1.
(或者:由(1)知点A(0,1)为极大值点,
所以曲线f(x)的点A处的切线为y=1,恰好经过点P(2,1),符合题意.)
(Ⅲ)F(x)=(3x2-3ax+6x+1)•e2x=[3x2-3(a-2)x+1]•e2x.
∴F'(x)=[6x-3(a-2)]•e2x+2[3x2-3(a-2)x+1]•e2x=[6x2-6(a-3)x+8-3a]•e2x.
二次函数y=6x2-6(a-3)x+8-3a的判别式为△=36(a-3)2-24(8-3a)=12(3a2-12a+11)=12[3(a-2)2-1],
令△≤0,得:(a-2)2≤,2-
≤a≤2+
.
令△>0,得a<2-,或a>2+
.
∵e2x>0,1<a<2,
∴当2-≤a<2时,F'(x)≥0,函数F(x)为单调递增,极值点个数为0;
当1<a<2-时,此时方程F'(x)=0有两个不相等的实数根,根据极值点的定义,可知函数F(x)有两个极值点.
设函数f(x)=(1+x)2-2ln(1+x).
(Ⅰ)求函数f(x)的单调增区间;
(Ⅱ)当x∈[-1,e-1]时,求f(x)的最大值.
正确答案
(Ⅰ)由x+1>0,得:f(x)定义域为(-1,+∞)…(2分)f′(x)=2[(x+1)-]=
,x∈(-1,+∞)…(4分)
由f′(x)=>0,x+1>0得x>0…(6分)
所以f(x)递增区间是[0,+∞)…(7分)
(Ⅱ)由f'(x)<0,x+1>0,得-1<x<0.所以f(x)递减区间是(-1,0).…(9分)
∴f(x)在[-1,0)上递减,在[0,e-1]上递增.…(11分)
又f(-1)=
+2,f(e-1)=e2-2,
且e2-2>+2.
∴当x∈[-1,e-1]时,[f(x)]max=e2-2…(14分)
设函数f(x)=x2+aln(x+1),a∈R.(注:(ln(x+1))′=).
(1)讨论f(x)的单调性.
(2)若f(x)有两个极值点x1,x2,且x1<x2,求f(x2)的取值范围.
正确答案
(1)函数f(x)的定义域为(-1,+∞),
f′(x)=2x+=
=
,
①当a≥时,f′(x)>0,f(x)在(-1,+∞)上单调递增;
②当a<时,f′(x)=0有两个解,x1=
,x2=
,且x1<x2,
若x1>-1,即0<a<时,-1<x1<x2,此时f(x)在(-1,x1),(x2,+∞)上单调递增,在(x1,x2)上单调递减;
若x1≤-1,即a≤0时,x1≤-1<x2,此时f(x)在(-1,x2)上单调递减,在(x2,+∞)上单调递增;
(2)由(1)知:当0<a<时f(x)有两个极值点,x1=
,x2=
,x1<x2,
则f(x2)=()2+aln(
+1),令t=
,0<t<1,a=
,x2=
,
f(x2)=()2+
ln
,令g(t)=(
)2+
ln
(0<t<1),g′(t)=-tln
>0,
所以g(t)在(0,1)上为增函数,所以g(0)<g(t)<g(1),即+
ln
<g(t)<0,
故f(x2)的取值范围为(+
ln
,0).
设函数f(x)=x2-ax+bln(x+1)(a,b∈R,且a≠2).
(1)当b=1且函数f(x)在其定义域上为增函数时,求a的取值范围;
(2)若函数f(x)在x=1处取得极值,试用a表示b;
(3)在(2)的条件下,讨论函数f(x)的单调性.
正确答案
(1)当b=1时,函数f(x)=x2-ax+bln(x+1),
其定义域为(-1,+∞).∴f′(x)=2x-a+.
∵函数f(x)是增函数,∴当x>-1时,∴f′(x)=2x-a+≥0恒成立.
即当x>-1时,a≤2x+恒成立.
∵当x>-1时,2x+=2(x+1)+
-2≥2
-2,
且当x=-1时取等号.∴a的取值范围为(-∞,2
-2].
(2)∵f′(x)=2x-a+,且函数f(x)在x=1处取得极值,
∴f′(1)=0.∴b=2a-4.此时f′(x)=2x-a+=
.
当=1,即a=6时,f'(x)≥0恒成立,
此时x=1不是极值点.∴b=2a-4(a≠6,且a≠2)
(3)由f′(x)=得
①当a<2时,≤-1.∴当-1<x<1时,f′(x)<0;
当x>1时,f′(x)>0.∴当a<2时,
f(x)的单调递减区间为(-1,1),单调递增区间为(1,+∞).
②当2<a<6时,-1<<1.
∴当-1<x<,或x>1时,f'(x)>0;
当<x<1时,f'(x)<0;
∴当2<a<6时,f(x)的单调递减区间为(,1),
单调递增区间为(-1,),(1,+∞).
③当a>6时,>1.∴当-1<x<1,或x>
时,f'(x)>0;
当1<x<时,f'(x)<0;
∴当a>6时,f(x)的单调递减区间为(1,),
单调递增区间为(-1,1),(,+∞).
综上所述:∴当a<2时,f(x)的单调递减区间为(-1,1),
单调递增区间为(1,+∞);
当2<a<6时,f(x)的单调递减区间为(,1),
单调递增区间为(-1,),(1,+∞);
当a>6时,f(x)的单调递减区间为(1,),
单调递增区间为(-1,1),(,+∞).
设函数f(x)=x2-2x+alnx.
(1)若函数f(x)是定义域上的单调函数,求实数a的取值范围;
(2)求函数f(x)的极值点.
正确答案
(1)f′(x)=2x-2+=
,
若函数f(x)是定义域上的单调函数,则只能f′(x)≥0在(0,+∞)上恒成立,
即2x2-2x+a≥0在(0,+∞)上恒成立恒成立,
令g(x)=2x2-2x+a,则函数g(x)图象的对称轴方程是x=,
故只要△=4-8a≤0恒成立,即只要a≥.
(2)有(1)知当a≥时,f′(x)=0的点是导数不变号的点,
故a≥时,函数无极值点;
当a<时,f'(x)=0的根是x1=
,x2=
,
若a≤0,≥1,此时x1≤0,x2>0,且在(0,x2)上f′(x)<0,
在(x2,+∞)上f'(x)>0,故函数f(x)有唯一的极小值点x2=;
当0<a<时,0<
<1,
此时x1>0,x2>0,f′(x)在(0,x1),(x2,+∞)都大于0,f′(x)在(x1,x2)上小于0,
此时f(x)有一个极大值点x1=和一个极小值点x2=
.
综上可知,a≤0时,f(x)在(0,+∞)上有唯一的极小值点x2=;
0<a<时,f(x)有一个极大值点x1=
和一个极小值点x2=
;
a≥时,函数f(x)在(0,+∞)上无极值点.
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