- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=ax2-(a+2)x+lnx
(1)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)求f(x)的单调区间.
正确答案
(1)当a=1时,f(x)=x2-3x+lnx,f′(x)=2x-3+.
因为f′(1)=0,f(1)=-2,所以切线方程为 y=-2.
(2)函数f(x)=ax2-(a+2)x+lnx的定义域为(0,+∞).
当a>0时,f′(x)=2ax-(a+2)+=
(x>0),
令f′(x)=0,即f′(x)==
=0,
所以x=或x=
.
①a>2时,令f′(x)>0,可得x>或0<x<
;令f′(x)<0,可得
<x<
;
②a=2时,f′(x)≥0恒成立;
③0<a<2时,令f′(x)>0,可得x>或0<x<
;令f′(x)<0,可得
<x<
;
④a≤0时,令f′(x)>0,可得0<x<;令f′(x)<0,可得x>
;
∴a>2时,函数的单调增区间是(0,),(0,
);单调减区间为(
,
);a=2时,f(x)在(0,+∞上单调递增;0<a<2时,函数的单调增区间是(
,+∞),(0,
);单调减区间是(
,
);a≤0时,函数的单调增区间是(0,
);单调减区间是(
,+∞).
数列an中,a1=t,a2=t2,其中t≠0且t≠1,x=是函数f(x)=an-1x3-3[(t+1)an-an+1]x+1(n≥2)的一个极值点.
(1)证明:数列an+1-an是等比数列;
(2)求an.
正确答案
(1)证明:∵f(x)=an-1x3-3[(t+1)an-an+1]x+1∴f'(x)=3an-1x2-3[(t+1)an-an+1],
根据已知f′()=0,即tan-1-(t+1)an+an+1=0,即an+1-an=t(an-an-1),当t≠1时,数列an+1-an是等比数列.(6分)
(2)由于a2-a1=t2-t=t(t-1),所以an+1-an=(t-1)tn.
所以an=(an-an-1)+(an-1-an-2)++(a2-a1)+a1=(t-1)tn-1+(t-1)tn-1++(t-1)t+t=(t-1)×+t=tn.
所以数列an的通项公式an=tn.(12分)
已知函数f(x)=alnx+.
(1)当a>0时,求函数f(x)的单调区间和极值;
(2)当a>0时,若对任意x>0,均有ax(2-lnx)≤1,求实数a的取值范围;
(3)若a<0,对任意x1、x2∈(0,+∞),且x1≠x2,试比较f()与
的大小.
正确答案
由题意x>0,f′(x)=-
(1)当a>0时,由f′(x)>0得,解得x>,
即函数f(x)的单调增区间是(,+∞);
由f′(x)<0得-
<0,解得x<
,
即函数f(x)的单调减区间是(0,)
∴当x=时,函数f(x)有极小值,
极小值为f()=aln
+a=a-alna
(2)当a>0时,∵对任意x>0,
均有ax(2-lnx)≤1,即有对任意x>0,2a≤alnx+恒成立,
∴对任意x>0,只须2a≤f(x)min
由(1)可知,函f(x)的极小值,即为最小值,
∴2a≤f(x)min=a-alna,,解得0<a≤
即a的取值范围为0<a≤
(3)f() -
=aln
-
∵x1>0,x2>0且x1≠x2,a<0,
∴x1+x2>2,∴
>1,aln
<0
又<0,
∴aln+
<0,
∴f()-
<0,即f(
)<
.
设函数f(x)=x3+ax2-9x-1(a<0),若曲线y=f(x)的斜率最小的切线与直线12x+y=6平行,
求:(Ⅰ)a的值;
(Ⅱ)函数f(x)的单调区间。
正确答案
解:(Ⅰ)因,
所以,
即当时,f′(x)取得最小值
,
因斜率最小的切线与12x+y=6平行,即该切线的斜率为-12,
所以,解得a=±3,
由题设a<0,所以a=-3。
(Ⅱ)由(Ⅰ)知a=-3,因此,,
,
令f′(x)=0,解得,
当x∈(-∞,-1)时,f′(x)>0,故f(x)在(-∞,-1)上为增函数;
当x∈(-1,3)时,f′(x)<0,故f(x)在(-∞,-1)上为减函数;
当x∈(3,+∞)时,f′(x)>0,故f(x)在(3,+∞)上为增函数,
由此可见,函数f(x)的单调递增区间为(-∞,-1)和(3,+∞),单调递减区间为(-1,3)。
设函数f(x)=ex-1-x -ax2。(1)若a=0,求f(x)的单调区间;
(2)若当x≥0时f(x)≥0,求a的取值范围。
正确答案
解:(1)a=0时,f(x)=ex-1-x,f'(x)=ex-1
当x∈(-∞,0)时,f'(x)<0;当x∈(0,+∞)时,f'(x)>0
故f(x)在(-∞,0)单调减少,在(0,+∞)单调增加;
(2)f '(x)=ex-1-2ax
由(1)知ex≥1+x,当且仅当x=0时等号成立
故f'(x)≥x-2ax=(1-2a)x,
从而当1-2a≥0,即时,f'(x)≥0(x≥0),而f(0)= 0,
于是当x≥0时,f(x)≥0
由ex>1+x(x≠0)可得e-x>1-x(x≠0)
从而当a>时,f'(x)<ex-1+2a(e-x-1)=e-x(ex-1)(ex-2a),
故当x∈(0,ln2a)时,f'(x)<0,而f(0)=0,于是当x∈(0,ln2a)时,f(x)<0
综合得a的取值范围为。
(本小题满分12分)
已知函数,
.
(I)证明:当时,
在
上是增函数;
(II)对于给定的闭区间,试说明存在实数
,当
时,
在闭区间
上是减函数;
(III)证明:.
正确答案
(I)当时,
在
上是增函数
(II)取与
中较大者记为k,易知当t>k时,
<0在闭区[a,b]成立,即
在闭区间[a,b]上为减函数.
(III)
证明:由题设得
又由≥
,且t<
得t<
,即
>0.
由此可知,为R上的增函数.
(Ⅱ)证法一:因为<0是
为减函数的充分条件,所以只要找到实数k,使得t
<0,即t>
在闭区间[a,b]上成立即可.
因此y=在闭区间[a,b]上连续,故在闭区[a,b]上有最大值,设其为k,t>k时,
<0在闭区间[a,b]上恒成立,即
在闭区间[a,b]上为减函数.
证法二:因为<0是
为减函数的充分条件,所以只要找到实数k,使得t>k时
<0,
在闭区间[a,b]上成立即可.
令则
<0(
)当且仅当
<0(
).
而上式成立只需
即
成立.取与
中较大者记为k,易知当t>k时,
<0在闭区[a,b]成立,即
在闭区间[a,b]上为减函数.
(Ⅲ)证法一:设
易得
≥
.
令则
易知
当x>0时,
>0;当x<0,
<0.故当x=0时,
取最小值,
所以
≥
,
于是对任意x、t,有≥
,即
≥
.
证法二:设=
≥
,当且仅当
≥0
只需证明
≤0,即
≥1
以下同证法一.
证法三:设=
,则
易得当t>
时,
>0; t<
时,
<0,故当t=
取最小值
即
≥
以下同证法一.
证法四:
设点A、B的坐标分别为,易知点B在直线y=x上,令点A到直线y=离为d,则
≥
以下同证法一.
已知函数f(x)=x3+ax2+x+1,a∈R.
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)设函数f(x)在区间(-,-
)内是减函数,求a的取值范围.
正确答案
(1)f(x)=x3+ax2+x+1求导:f'(x)=3x2+2ax+1
当a2≤3时,△≤0,f'(x)≥0,f(x)在R上递增
当a2>3,f'(x)=0求得两根为x=
即f(x)在(-∞,)递增,(
,
)递减,(
,+∞)递增
(2)f'(x)=3x2+2ax+1≤0在(-,-
)恒成立.
即2a≥在(-
,-
)恒成立.
可知在(-
,-
)上为减函数,在(-
,-
)上为增函数.
<4.
所以a≥2.a的取值范围是[2,+∞).
已知函数(
)
(1)当时,求函数
的极值;(2)当
时,讨论
的单调性。
正确答案
(1)的极小值为
,无极大值(2)当
时,
的单调递增区间是
,单调递减区间是
;当
时,单调递减区间是
;
时,
的单调递增区间是
,单调递减区间是
试题分析:(1)当时,
,求导
,令
,同时讨论
的单调性即可.
(2)当时,
,
,故二次不等式
的二次项系数为负,故不等式的解集取决于两个根
的大小,分类讨论即可得到
的单调区间.
(1)函数的定义域为
当时,
令,得
当时,
;当
时,
故在
上单调递减,在
上单调递增
故的极小值为
,无极大值.
(2)………6分
①当即
时,
,故函数在
上是减函数;
②当即
时,
令,得
;令
,得
;
③当即
时,
令,得
;令
,得
;
综上所述,
当时,
的单调递增区间是
,单调递减区间是
;
当时,单调递减区间是
;
时,
的单调递增区间是
,单调递减区间是
已知函数.
(I)若在
处取得极值,
①求、
的值;②存在
,使得不等式
成立,求
的最小值;
(II)当时,若
在
上是单调函数,求
的取值范围.(参考数据
)
正确答案
(1)①,②
;(2)
试题分析:(1)①根据在
处取得极值,求导将
带入到导函数中,联立方程组求出
的值;②存在性恒成立问题,
,只需
,进入通过求导求出
的极值,最值.(2)当
的未知时,要根据
中分子是二次函数形式按
进行讨论.
试题解析:(1)定义域为
.
①,
因为在
处取和极值,故
,
即,解得
.
②由题意:存在,使得不等式
成立,则只需
由,令
则
,令
则
或
,
所以在
上单调递减,
在
上单调递增,
在
上单调递减
所以在
处取得极小值,
而最大值需要比较的大小,
,
,
比较与4的大小,而
,所以
所以
所以.
(2)当 时,
①当时,
则
在
上单调递增;
②当时,∵
,则
在
上单调递增;
③当时,设
,只需
,从而得
,此时
在
上单调递减;
综上可得,.
已知函数.
(Ⅰ)求函数的单调区间;
(Ⅱ)若对定义域每的任意
恒成立,求实数
的取值范围;
(Ⅲ)证明:对于任意正整数,不等式
恒成立。
正确答案
. 。
(Ⅰ)当时,若
,则
,若
,则
,故此时函数
的单调递减区间是
,单调递增区间是
;
当时,
的变化情况如下表:
单调递增
极大值
单调递减
极小值
单调递增
所以函数的单调递增区间是
,单调递减区间是
;
当时,
,函数
的单调递增区间是
;
当时,同
可得,函数
的单调递增区间是
,单调递减区间是
。
(Ⅱ)由于,显然当
时,
,此时
对定义域每的任意
不是恒成立的,
当时,根据(1),函数
在区间
的极小值、也是最小值即是
,此时只要
即可,解得
,故得实数
的取值范围是
。
(Ⅲ)当时,
,等号当且仅当
成立,这个不等式即
,当
时,可以变换为
,
在上面不等式中分别令,
所以
略
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