- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知f(x)=xlnx,g(x)=x3+ax2-x+2
(Ⅰ)如果函数g(x)的单调递减区间为(-,1),求函数g(x)的解析式;
(Ⅱ)对一切的x∈(0,+∞),2f(x)≤g′(x)+2恒成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)g′(x)=3x2+2ax-1
由题意3x2+2ax-1>0的解集是(-,1),即3x2+2ax-1=0的两根分别是-
,1
将x=1或-代入方程3x2+2ax-1=0得a=-1,
∴g(x)=x3-x2-x+2
(Ⅱ)由题意知,2xlnx≤3x2+2ax-1+2在x∈(0,+∞)上恒成立
即a≥lnx-x-
,
设h(x)=lnx-x-
,则h′(x)=
-
+
=-
令h′(x)=0,得x=1,x=-(舍),当0<x<1时,h′(x)>0;当x>1时,h′(x)<0
∴当x=1时,h(x)取得最大值,h(x)max=-2,.
∴a≥-2,即a的取值范围是[-2,+∞).
已知函数f(x)=+lnx-1.
(1)求f(x)的单调区间.
(2)若a>0,求函数f(x)在区间(0,e]上的最小值;
(3)若0<a<e,g(x)=--lnx.∃x1∈(0,e],x2∈(0,e],使g(x1)=f(x2),求a的取值范围.
正确答案
(1)∵函数f(x)=+lnx-1,(x>0),∴f′(x)=-
+
=
,
①当a≤0时,f′(x)>0,∴函数f(x)在区间(0,+∞)上单调递增;
②当a>0时,当x>a时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;当0<x<a时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减.
(2)①若a≥e,由(1)可知:函数f(x)在区间(0,e]上单调递减,因此当x=e时,函数f(x)取得最小值f(e)=.
②若0<a<e,由(1)可知:函数f(x)在区间(0,a)上单调递减,在区间(a,e)上单调递增,因此当x=a时,函数f(x)取得极小值,即最小值f(a)=lna.
(3)∵当0<x≤e时,∴g′(x)=-
=
>0,∴g(x)在区间(0,e]上单调递增,∴g(x)≤g(e)=-3.
由(2)可知:对于函数f(x),当0<x≤e,0<a<e时,函数f(x)取得最小值f(a)=lna.
因此要使∃x1∈(0,e],x2∈(0,e],使g(x1)=f(x2),则必须g(x)max≥f(x)min,即-3≥lna,
解得0<a<,
∴a的取值范围是(0,).
20、已知函数f(x)=(a∈R),g(x)=
(1)求函数g(x)在x=1处的切线方程;
(2)求f(x)的单调区间与极值;
(3)若函数f(x)的图象与函数g(x)的图象在区间(0,e2]上有公共点,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)∵g(x)=,
∴g′(x)=-.
∴g′(1)=-1,又g(1)=1,
∴函数g(x)在x=1处的切线方程为y-1=-(x-1),即y=-x+2.
(2)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=,令f′(x)=0,得x=e1-a,
当x∈(0,e1-a)时,f′(x)>0,f(x)在∈(0,e1-a]上是增函数;
当x∈(e1-a,+∞)时,f′(x)<0,f(x)在∈[e1-a,+∞)上是减函数;
∴函数f(x)的单调递增区间为(0,e1-a],单调递减区间为[e1-a,+∞),极大值为f(x)极大值=f(e1-a)=ea-1,无极小值.
(3)令F(x)=f(x)-g(x)=,则F′(x)=
.
令F′(x)=0得x=e2-a;令F′(x)>0,得0<x<e2-a;令F′(x)<0,得x>e2-a.
故函数F(x)在区间(0,e2-a]上是增函数,在区间[e2-a,+∞)上是减函数.
①当e2-a<e2,即a>0时,函数F(x)在区间(0,e2-a]上是增函数,在区间[e2-a,e2]上是减函数.
∴F(x)max=F(e2-a)=ea-2,
又F(e1-a)=0,F(e2)=>0.
∴当0<x<e1-a时,F(x)<0;
当e1-a<x≤e2时,F(x)>0;
此时函数f(x)的图象与函数g(x)的图象在区间(0,e2]上有一个公共点.
②当e2-a≥e2,即a≤0时,函数F(x)在区间(0,e2]上是增函数,F(x)max=F(e2)=.
若F(x)max=F(e2)=≥0,即-1≤a≤0时,e1-a≤e2,
∵F(e1-a)=0,所以函数f(x)的图象与函数g(x)的图象在区间(0,e2]上有一个公共点;
若F(x)max=F(e2)=<0,即a<-1时,函数f(x)的图象与函数g(x)的图象在区间(0,e2]上没有公共点.
综上,实数a的取值范围是[-1,+∞).
已知函数f(x)=ax-2lnx-
(I)若函数f(x)在其定义域内为单调函数,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)设g(x)=,若存在x∈[1,e],使得f(x)>g(x)成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(I)函数的定义域为(0,+∞),f′(x)=
①若f′(x)≥0,则ax2-2x+a≥0在(0,+∞)上恒成立,即a≥=
在(0,+∞)上恒成立,∵
≤1,∴a≥1,此时函数在(0,+∞)上单调递增;
②若f′(x)≤0,则ax2-2x+a≤0在(0,+∞)上恒成立,即a<=
在(0,+∞)上恒成立,∵
>0,∴a≤0,此时函数在(0,+∞)上单调递减;
综上,a≥1或a≤0;
(II)g(x)=在[1,e]上是减函数,且g(x)∈[2,2e].
①a≤0时,函数f(x)在[1,e]上是减函数,此时f(x)max=f(1)=0,不合题意;
②a≥1时,函数f(x)在[1,e]上是增函数,由题意,f(e)>g(e)
∴a(e-)-2>2
∴a>;
②当0<a<1时,∵x-≥0∴f(x)=ax-2lnx-
≤x-
-2lnx≤e-
-2<2,不合题意
综上,a>.
函数f(x)=lnx++ax(a∈R)
(1)a=0时,求f(x)最小值;
(2)若f(x)在[2,+∞)是单调增函数,求a取值范围.
正确答案
(1)a=0时,f(x)=lnx+f′(x)=
-
=
,
当0<x<1时f'(x)<0,此时函数f(x)递减.
当x>1时,f'(x)>0,此时函数f(x)递增.
∴f(x)在(0,1)单减,在(1,+∞)单增.
∴x=1时f(x)有最小值1…(6分)
(2)f′(x)=-
+a=
,
∵f(x)在[2,+∞)为增函数,∴f'(x)≥0恒成立,
则≥0x≥2恒成立,∴a≥(
)2-
最大值…(9分)
令g(x)=()2-
=(
-
)2-
,
则x≥2时,则0<≤
-
≤g(x)<0,
∴a≥0…(13分)
由三个电子元件j1,j2,j3组成的线路系统如图所示,每个电子元件能正常工作的概率都是t(0<t<1).
(1)求该线路系统正常工作的概率P;
(2)试问函数P(t)在区间(0,1)上是否存在最值?
正确答案
(1)记线路A、线路B正常工作的概率分别为P(A)、P(B)
P(A)=P(j1)P(j2)=t2 P(B)=t
系统正常工作的概率P=1-P()•P(
)=1-(1-t2)(1-t)=-t3+t2+t
(2)P'(t)=-3t2+2t+1=-(3t+1)(t-1)
∵当0<t<1时,P'(t)>0
∴P(t)在(0,1)上单调递增
∴P(t)在开区间(0,1)上不存在最值
已知x=1是f(x)=2x++lnx的一个极值点
(Ⅰ)求b的值;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调减区间;
(Ⅲ)设g(x)=f(x)-,试问过点(2,5)可作多少条直线与曲线y=g(x)相切?请说明理由.
正确答案
(Ⅰ)∵x=1是f(x)=2x++lnx的一个极值点,
f′(x)=2-+
,
∴f′(1)=0,即2-b+1=0,
∴b=3,经检验,适合题意,
∴b=3.
(II)由f′(x)=2-+
<0,
得<0,∴-
<x<1,
又∵x>0(定义域),
∴函数的单调减区间为(0,1].
(III)g(x)=f(x)-=2x+lnx,
设过点(2,5)与曲线g(x)的切线的切点坐标为(x0,y0),
∴=g′(x0),
即2x0+lnx0-5=(2+)(x0-2),
∴lnx0+-5=(2+
)(x0-2),
∴lnx0+-2=0,
令h(x)=lnx+-2,
h′(x)=-
=0,∴x=2.
∴h(x)在(0,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,
∵h()=2-ln2>0,h(2)=ln2-1<0,h(e2)=
>0,
∴h(x)与x轴有两个交点,
∴过点(2,5)可作2条直线与曲线y=g(x)相切.
已知函数f(x)=x(x2-a),(a∈R)
(1)求f(x)的单调区间;
(2)若过点P(1,-2)可以向y=f(x)作两条切线,求a的取值范围.
正确答案
(1)由f(x)=x3-ax求导数得到f'(x)=3x2-a.
(i)当a≤0时,f'(x)≥0,则f(x)在R上单增.
(ii)当a>0时,f′(x)=3(x-)(x+
).
则f(x)在[,+∞)和(-∞,-
]上单调递增;
在[-,+
]上单调递减.…(5分)
(2)设过P(1,-2)向y=f(x)作切线于切点(x0,y0),
则y-y0=(3x02-a)(x-x0),即y=(3x02-a)x-2x03
则y=(3x02-a)x-2x03过P(1,-2),
∴-2=3x02-a-2x03,即2x03-3x02+a-2=0.
由题意知关于x0的方程
2x03-3x02+a-2=0有两个不等的实根.
令g(x)=2x3-3x2+a-2,
则g'(x)=6x2-6x=6x(x-1).
于是g(x)极小=g(1)=a-3,
g(x)极大=g(0)=a-2.
方程g(x)=0有三个实根,其中两个根是等根.
∴或
∴a=3或a=2
∴所求a的取值范围为[2,3].…(13分)
已知函数f(x)=x2+ax-lnx,a∈R.
(Ⅰ)若a=0时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)若函数f(x)在[1,2]上是减函数,求实数a的取值范围;
(Ⅲ)令g(x)=f(x)-x2,是否存在实数a,当x∈(0,e](e是自然常数)时,函数g(x)的最小值是3,若存在,求出a的值;若不存在,说明理由.
正确答案
(I)a=0时,曲线y=f(x)=x2-lnx,
∴f′(x)=2x-,∴g′(1)=1,又f(1)=1
曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程x-y=0.
(II) f′(x)=2x+a-=
≤0在[1,2]上恒成立,
令h(x)=2x2+ax-1,有 得
,
得 a≤-
(II)假设存在实数a,使g(x)=ax-lnx(x∈(0,e])有最小值3,g′(x)=a-=
①当a≤0时,g(x)在(0,e]上单调递减,g(x)min=g(e)=ae-1=3,a=(舍去),
②当 0<<e时,g(x)在 (0,
)上单调递减,在 (
,e]上单调递增
∴g(x)min=g()=1+lna=3,a=e2,满足条件.
③当 ≥e时,g(x)在(0,e]上单调递减,g(x)min=g(e)=ae-1=3,a=
(舍去),
综上,存在实数a=e2,使得当x∈(0,e]时g(x)有最小值3.
已知函数f(x)=lnx-a(x-1),(a>0)
(1)求函数f(x)的单调区间和极值;
(2)若函数f(x)在(1,+∞)是单调减函数,求实数a的取值范围;
(3)在(2)的条件下,当n∈N+时,证明:(1+)(1+
+)(1+
)…(1+
)<e.其中(e≈2.718…即自然对数的底数)
正确答案
(1)f(x)定义域为(0,+∞)…(1分)
求导数,得f′ (x)=-a=
…(2分)
令f’ (x)=0,x1=0,x2=
当0<x<时,f′(x)>0;当x>
时,f′(x)<0…(3分)
∴f(x)的单调增区间为(0,),f(x)的单调减区间为(
,+∞),…(4分)
因此,f(x)的极大值为f()=-lna-1+a,无极小值…(5分)
(2)∵函数f(x)在(1,+∞)是单调减函数,
∴f′ (x)=-a≤0在区间(1,+∞)上恒成立.(7分)
∵x>1,可得0<<1
∴a≥1,即实数a的取值范围为[1,+∞)…(9分)
(3)由(2)得当a=1时,f(x)在(1,+∞)上单调递减,
,可得
…(10分)
令x=1+,可得ln(1+
)<
…(11分)
分别取n=1,2,3,…,n得
ln(1+)+ln(1+
)+ln(1+
)+…+ln(1+
)<
+
+
+…+
=1-
<1…(13分)
即ln[(1+)(1+
)(1+
)…(1+
)]<lne
可得(1+)(1+
+)(1+
)…(1+
)<e,对任意的n∈N*成立.
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