- 导数在研究函数中的应用
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已知f(x)=ax3-bx2+cx在区间[0,1]上是减函数,在区间(-∞,0],[1,+∞)上是增函数,又f′(2)=12.
(1)求f(x)的解析式;
(2)若在区间[0,m].(m>0)上恒有f(x)≤5x成立,求m的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)f'(x)=3ax2-2bx+c,
由已知f'(0)=f'(1)=0,
即解得
所以f'(x)=3ax2-3ax,因为f'(2)=12a-6a=6a=12,所以a=2,
所以f(x)=2x3-3x2.
(Ⅱ)令f(x)≤5x,即2x3-3x2-5x≤0,
所以(2x-5)(x+1)≤0,解得x≤-1或0≤x≤.
又f(x)≤5x在区间[0,m]上恒成立,所以0<m≤.
设函数f(x)=px-2lnx.
(1)若p>0,求函数f(x)的最小值;
(2)若函数g(x)=f(x)-在其定义域内为单调函数,求p的取值范围.
正确答案
(1)∵f′(x)=p-=
,令f′(x)=0,得x=
.
∵p>0,列表如下,
从上表可以得,当x=时,f(x)有极小值2-2ln
.(4分)
又此极小值也为最小值,所以当x=时,f(x)有最小值2-2ln
.(5分)
(2)因为g(x)=f(x)-=px-
-2lnx,则g′(x)=p+
-
=
,
由函数g(x)=f(x)-在其定义域内为单调函数得,g′(x)≥0对x∈(0,+∞)恒成立或g′(x)≤0对x∈(0,+∞)恒成立.
①当p=0时,g′(x)=-<0对x∈(0,+∞)恒成立(7分)
此时g(x)在其定义域内为减函数,满足要求.
②当p>0时,g′(x)≤0对x∈(0,+∞)恒成立不可能,
由g′(x)≥0对x∈(0,+∞)恒成立得px2-2x+p≥0对x∈(0,+∞)恒成立,即p≥对x∈(0,+∞)恒成立,
∵当x∈(0,+∞)时,=
≤1,
∴p≥1(9分)
③当p<0时,g′(x)≥0对x∈(0,+∞)恒成立不可能,
由g′(x)≤0对x∈(0,+∞)恒成立得px2-2x+p≤0对x∈(0,+∞)恒成立,即p≤对x∈(0,+∞)恒成立,
∵当x∈(0,+∞)时,>0,
∴p≤0;
又∵p<0,
∴此时p<0.(11分)
综上所述,P的取值范围为(-∞,0]∪[1,+∞)..(12分)
已知函数f(x)=(x2-3x+3)•ex,其定义域为[-2,t](t>-2),设f(-2)=m,f(t)=n.
(1)试确定t的取值范围,使得函数f(x)在[-2,t]上为单调函数;
(2)试判断m,n的大小并说明理由.
正确答案
(1)∵f(x)=(x2-3x+3)•ex,
∴f′(x)=(x2-x)ex(2分)
令f′(x)≥0,则x≥1或x≤0,
∴f(x)在(-∞,0],[1,+∞)上单调递增,在[0,1]上单调递减(5分)
∴-2<t≤0.(7分)
①若-2<t≤0,则f(x)在[-2,t]上单调递增,
∴f(t)>f(-2),
即n>m.(9分)
②若0<t≤1,则f(x)在[-2,0]上单调递增,在[0,t]上单调递减
又f(-2)=,f(1)=e,
∴f(t)≥f(1)>f(-2),即n>m.(11分)
③若t>1,则f(x)在(_∞,0],[1,t]上单调递增,在[0,1]上单调递减
∴f(t)>f(1)>f(-2),即n>m.(13分)
综上,n>m.(15分)
(本小题满分16分)
设函数且
其中
是自然对数的底数.
(1) 求与
的关系;
(2)若在其定义域内为单调函数,求
的取值范围.
(3)设若存在
使得
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
略
已知函数的图像与直线
有且仅有三个交点,交点的横坐标的最大值为
,求证:
.
正确答案
(证)的图象与直线
的三个交点如答13图所示,且在
内相切,其切点为
,
.
由于,
,所以
,即
.
因此
.
解析见答案
设函数f(x)=x2+bln(x+1).
(I)若对定义域内的任意x,都有f(x)≥f(1)成立,求实数b的值;
(II)若函数f(x)的定义域上是单调函数,求实数b的取值范围;
(III)若b=-1,证明对任意的正整数n,不等式f(
)<1+
+
+…+
成立.
正确答案
(Ⅰ)由x+1>0,得x>-1.
∴f(x)的定义域为(-1,+∞).…(1分)
因为对x∈(-1,+∞),都有f(x)≥f(1),
∴f(1)是函数f(x)的最小值,故有f′(1)=0.…(2分)
f′(x)=2x+,
∴2+=0,解得b=-4. …(3分)
经检验,b=-4时,f(x)在(-1,1)上单调减,在(1,+∞)上单调增.
f(1)为最小值.故得证. …(4分)
(Ⅱ)∵f′(x)=2x+=
,
又函数f(x)在定义域上是单调函数,
∴f′(x)≥0或f′(x)≤0在(_1,+∞)上恒成立.…(6分)
若f′(x)≥0,则2x+≥0在(-1,+∞)上恒成立,
即b≥-2x2-2x=-2(x+)2+
恒成立,由此得b≥
;…(8分)
若f′(x)≤0,则2x+≤0在(-1,+∞)上恒成立,
即b≤-2x2-2x=-2(x+)2+
恒成立.
因-2(x+)2+
在(-1,+∞)上没有最小值,
∴不存在实数b使f′(x)≤0恒成立.
综上所述,实数b的取值范围是[,+∞).…(10分)
(Ⅲ)当b=1时,函数f(x)=x2-ln(x+1).
令h(x)=f(x)-x3=-x3+x2-ln(x+1),
则h′(x)=-3x2+2x-=-
.
当x∈(0,+∞)时,h′(x)<0,
所以函数h(x)在(0,+∞)上单调递减.
又h(0)=0,∴当x∈[0,+∞)时,恒有h(x)<h(0)=0,
即x2-ln(x+1)<x3恒成立.
故当x∈(0,+∞)时,有f(x)<x3.…(12分)
∵k∈N*,∴∈(0,+∞).
取x=,则有f(
) <
.
∴f(
) <1+
+
+…+
.
所以结论成立. …(14分)
已知f(x)=ax3+bx2+cx在区间[0,1]上是增函数,在区间(﹣∞,0),(1,+∞)上是减函数,又
(1)求f(x)的解析式;
(2)若在区间[0,m](m>0)上恒有f(x)≤x成立,求m的取值范围、
正确答案
解:(1)f'(x)=3ax2+2bx+c,
由已知f'(0)=f'(1)=0,
即
解得
∴f'(x)=3ax2﹣3ax,
∴,
∴a=﹣2,
∴f(x)=﹣2x3+3x2.
(2)令f(x)≤x,即﹣2x3+3x2﹣x≤0,
∴x(2x﹣1)(x﹣1)≥0,
∴或x≥1.
又f(x)≤x在区间[0,m]上恒成立,
∴.
已知函数,且
.(e是自然对数的底数)
(1)求a与b的关系式;
(2)若f(x)在其定义域内为单调函数,求a的取值范围.
正确答案
解:(1)由题意知,f(e)=ae﹣﹣2=be﹣
﹣2,
∴(a﹣b)(e+)=0,∴a=b,
(2)由(1)知 f(x)=ax﹣﹣2lnx,
f'(x)=a+﹣
=
,
令 h(x)=ax2﹣2x+a,因为f(x)在其定义域(0,+∞)内为单调函数,
∴在其定义域(0,+∞)内,h(x)≥0或h(x)≤0恒成立.
①当a=0时,h(x)=﹣2x,
∵x>0,∴h(x)<0,f'(x)<0,f(x)在其定义域(0,+∞)内为单调函数,
故a=0满足条件.
②当a>0时,h(x)图象是开口向上的抛物线,对称轴是x=,
h(x)的最小值是a﹣,只需 a﹣
≥0,
∴a≥1,即a≥1时,f(x)在其定义域(0,+∞)内为单调函数,
故a≥1满足条件.
③当a<0时,h(x)图象是开口向下的抛物线,对称轴是x=∈(0,+∞),
∴在(0,+∞)内,h(x)≤0成立,
∴f(x)在其定义域(0,+∞)内为单调减函数,
∴当a<0时,满足条件.
综上可得,a的取值范围是a≥1或a≤0.
已知函数.
(1)设,试讨论
单调性;
(2)设,当
时,若
,存在
,使
,求实数
的
取值范围.
正确答案
(1)当时,
在
上是增函数,在
和
上是减函数;当
时,
在
上是减函数;当
时,
在
上是增函数,在
和
上是减函数;(2)
.
试题分析:(1)先求出的导数,
,然后在
的范围内讨论
的大小以确定
和
的解集;(2)
时,代入结合上问可知函数
在在
上是减函数,在
上是增函数,即在
取最小值,若
,存在
,使
,即存在
使得
.从而得出实数
的取值范围.注意
不能用基本不等式,因为
等号取不到,实际上
为减函数.所以其值域为
,从而
,即有
.
试题解析:(1)函数的定义域为
,
因为,所以
,
令,可得
,
,
2分
①当时,由
可得
,故此时函数
在
上是增函数.
同样可得在
和
上是减函数. 4分
②当时,
恒成立,故此时函数
在
上是减函数. 6分
③当时,由
可得
,故此时函数
在
上是增函数,
在和
上是减函数; 8分
(2)当时,由(1)可知
在
上是减函数,在
上是增函数,
所以对任意的,有
,
由条件存在,使
,所以
, 12分
即存在,使得
,
即在
时有解,
亦即在
时有解,
由于为减函数,故其值域为
,
从而,即有
,所以实数
的取值范围是
. 16分
已知函数f(x)=x3+ax2-2x+5.
(1)若函数f(x)在(-,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,求实数a的值;
(2)是否存在正整数a,使得f(x)在x∈(-3,)上必为单调函数?若存在,试求出a的值,若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)∵函数f(x)在(-,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
∴函数f(x)在x=1处取极小值,故f′(1)=0,
求导数可得f′(x)=3x2+2ax-2,可得1+2a=0,解得a=-;
(2)假设存在正整数a,使得f(x)在x∈(-3,)上必为单调函数,
则f′(x)=3x2+2ax-2在x∈(-3,)上恒大于等于0,或恒小于等于0,
∵△=4a2+12>0,∴f′(x)=3x2+2ax-2=0必有两不等实根x1,x2,
要满足题意只需两根x1<-3,x2>,即
,
解得≤a≤
,可知存在正整数a=5满足要求.
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