- 导数在研究函数中的应用
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已知函数f(x)=x2+alnx.
(1)当a=-2时求f(x)的极值;
(2)若g(x)=f(x)+2x在[1,+∞)上单调递增,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)当a=-2时
f(x)=x2-2lnx
f′(x)=2x-=
令f′(x)=0,则x=1
又∵当x∈(0,1)时,f′(x)<0,当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,
∴当x=1时,f(x)极小=f(1)=1
(2)∵f(x)=x2+alnx
∴g(x)=x2+2x+alnx
∴g′(x)=2x+2+=
∵g(x)在[1,+∞)上单调递增,
∴g′(x)≥0在[1,+∞)上恒成立
即u=2x2+2x+a≥0在[1,+∞)上恒成立
∵u=2x2+2x+a在[1,+∞)上单调递增
∴仅须u的最小值4+a≥0,即a≥-4即可
故实数a的取值范围为[-4,+∞)
设函数f(x)=x3-ax2+3x+5(a>0),求f(x)的单调区间.
正确答案
f′(x)=3x2-ax+3,判别式△=a2-36=(a-6)(a+6).
1°0<a<6时,
△<0,f′(x)>0对x∈R恒成立.
∴当0<a<6时,f′(x)在R上单调递增.
2°a=6时,y=x3-3x2+3x+5=(x-1)3+4.
∴在R上单调递增.
3°a>6时,△>0,由f'(x)>0⇒x>或
x<.f'(x)<0⇒
<x<
.
∴在(,+∞)和(-∞,
)内单调递增,
在(,
)内单调递减.
已知函数f(x)=lnx-2kx,(k常数)
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)若f(x)<x3+lnx恒成立,求K的取值范围.
正确答案
(1)由f(x)=lnx-2kx,得f′(x)=-2k,
∵f(x)的定义域为(0,+∞),
∴当k≤0时,f′(x)=-2k>0,f(x)在(0,+∞)是增函数,
当k>0时,由-2k>0,得x<
,
∴f(x)在(0,)上是增函数,在(
,+∞)上是减函数,
综上,当k≤0时,f(x)的单调增区间是(0,+∞);
当k>0时,f(x)的单调增区间是(0,),单调减区间是(
,+∞).
(2)由f(x)<x3+lnx恒成立,
得x3+2kx>0恒成立,x∈(0,+∞),
即2kx>-x3,∴2k>-x3恒成立,
∵-x2<0,2k≥0,
∴k的取值范围是[0,+∞).
已知x∈R,函数f(x)=ax3+bx2+cx+d在x=0处取得极值,曲线y=f(x)过原点O(0,0)和点P(-1,2).若曲线y=f(x)在点P处的切线l与直线y=2x的夹角为45°,且直线l的倾斜角θ∈(,π),
(Ⅰ)求f(x)的解析式;
(Ⅱ)若函数y=f(x)在区间[2m-1,m+1]上是增函数,求实数m的取值范围;
(Ⅲ)若x1、x2∈[-1,1],求证:f(x1)-f(x2)≤4.
正确答案
解(Ⅰ)由已知f'(x)=3ax2+2bx+c∴⇒c=d=0∴c=d=0…(2分)
又|| =1且f'(-1)<0∴f'(-1)=-3 (舍去f'(-1)=
)
∴⇒
⇒f(x)=x3+3x2…(4分)
(Ⅱ)令f'(x)=3x(x+2)>0⇒x>0或x<-2 即f(x)的增区间为(-∞,-2]、[0,+∞)
∵y=f(x)在区间[2m-1,m+1]上是增函数
∴2m-1<m+1≤-2或0≤2m-1<m+1 则m≤-3或≤m<2…(8分)
(Ⅲ)令f'(x)=3x(x+2)=0⇒x=0或x=-2
∵f(0)=0,f(-1)=2,f(1)=4∴y=f(x)在[-1,1]上的最大值为4,最小值为0…(10分)
∴x1、x2∈[-1,1]时,|f(x1)-f(x2)|≤4-0=4…(12分)
已知函数f(x)=xlnx.
(I)求函数f(x)的单调递减区间;
(II)若f(x)≥-x2+ax-6在(0,+∞)上恒成立,求实数a的取值范围;
(III)过点A(-e-2,0)作函数y=f(x)图象的切线,求切线方程.
正确答案
(Ⅰ)∵f′(x)=lnx+1
∴f′(x)<0得lnx<-1 (2分)
∴0<x<
∴函数f(x)的单调递减区间是(0,); (4分)
(Ⅱ)∵f(x)≥-x2+ax-6即a≤lnx+x+
设g(x)=lnx+x+,
则g′(x)==
(7分)
当x∈(0,2)时g′(x)<0,函数g(x)单调递减;
当x∈(2,+∞)时g′(x)>0,函数g(x)单调递增;
∴g(x)最小值g(2)=5+ln2,
∴实数a的取值范围是(-∞,5+ln2]; (10分)
(Ⅲ)设切点T(x0,y0)则kAT=f′(x0),
∴=lnx0+1即e2x0+lnx0+1=0
设h(x)=e2x+lnx+1,当x>0时h′(x)>0,
∴h(x)是单调递增函数 (13分)
∴h(x)=0最多只有一个根,
又h()=e2×
+ln
+1=0,
∴x0=
由f'(x0)=-1得切线方程是x+y+=0. (16分)
已知函数f(x)=x2+alnx.
(1)当a=-2时求f(x)的极值;
(2)若g(x)=f(x)+2x在[1,+∞)上单调递增,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)当a=-2时
f(x)=x2-2lnx
f′(x)=2x-=
令f′(x)=0,则x=1
又∵当x∈(0,1)时,f′(x)<0,当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,
∴当x=1时,f(x)极小=f(1)=1
(2)∵f(x)=x2+alnx
∴g(x)=x2+2x+alnx
∴g′(x)=2x+2+=
∵g(x)在[1,+∞)上单调递增,
∴g′(x)≥0在[1,+∞)上恒成立
即u=2x2+2x+a≥0在[1,+∞)上恒成立
∵u=2x2+2x+a在[1,+∞)上单调递增
∴仅须u的最小值4+a≥0,即a≥-4即可
故实数a的取值范围为[-4,+∞)
已知函数f(x)=x2+2(1-a)x+2(1-a)ln(x-1)x∈(1,+∞).
(1)x=是函数的一个极值点,求a的值;
(2)求函数f(x)的单调区间;
(3)当a=2时,函数g(x)=-x2-b,(b>0),若对任意m1,m2∈[+1,e+1],
<2g2+2g都成立,求b的取值范围.
正确答案
(1)函数f(x)=x2+2(1-a)x+2(1-a)ln(x-1)
f′(x)=2x+2(1-a)+,…(2分)
∵x=是函数的一个极值点,
∴f′()=0
解得:a=…(4分)
(2)∵f′(x)=2x+2(1-a)+=
又f(x)的定义域为(1,+∞).
∴当a≤1时,函数f(x)的单调增区间(1,+∞).…(6分)
当a>1时,函数f(x)的单调增区间(a,+∞),减区间为(1,a).…(…(8分)
(3)当a=2时,由(2)知f(x)在(1,2)减,在(2,+∞)增.
∵f(2)=0,f(+1)=
,f(e+1)=e2-3
∴y=f(x)在[+1,e+1]上的值域为[0,e2-3]…(10分)
∵函数g(x)=-x2-b在[+1,e+1]上是减函数,
∴y=g(x)在[+1,e+1]上的值域为[-(e+1)2-b,-(
+1)2-b]…(11分)
∵b>0
∴-(e+1)2-b,-(+1)2-b都小于0
∴<2e2+2e,只要e2-3-[-(e+1)2-b]=e2-3+(e+1)2+b=2e2+2e-2+b<2e2+2e即可
…(12分)
解得:0<b<2…(14分)
已知函数f(x)=lnx-ax+1在x=2处的切线斜率为-.
(I)求实数a的值及函数f(x)的单调区间;
(II)设g(x)=,对∀x1∈(0,+∞),∃x2∈(-∞,0)使得f(x1)≤g(x2)成立,求正实数k的取值范围;
(III)证明:+
+…+
<
(n∈N*,n≥2)•
正确答案
(Ⅰ)函数的定义域为(0,+∞).
由已知得:f′(x)=-a,f′(2)=
-a=-
,解得a=1.
于是f′(x)=-1=
,当x∈(0,1)时,f′(x)>0,f (x)为增函数,
当x∈(1,+∞)时,f′(x)<0,f (x)为减函数,
即f (x)的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞).
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,∀x1∈(0,+∞),f (x1)≤f (1)=0,即f (x1)的最大值为0,
由题意知:对∀x1∈(0,+∞),∃x2∈(-∞,0)使得f (x1)≤g(x2)成立,
只须f (x)max≤g(x)max.
∵g(x)==x+
+2k=-(-x+
)+2k≤-2
+2k,∴只须-2
+2k≥0,解得k≥1.
故k的取值范围[1,+∞).
(Ⅲ)要证明:+
+…+
<
(n∈N*,n≥2)•
只须证+
+…+
<
,
即证+
+…+
<
,
由(Ⅰ)知,当x∈(1,+∞)时,f′(x)<0,f (x)为减函数,
∴f (x)=lnx-x+1≤f(1)=0,即lnx≤x-1,
∴当n≥2时,lnn2<n2-1,
<
=1-
<1-
=1-
+
,
+
+…+
<(1-
+
)+(1-
+
)+…+(1-
+
)
=n-1-+
=
,
∴+
+…+
<
.
已知函数f(x)=x-sinx
(Ⅰ)若x∈[0,π],试求函数f(x)的值域;
(Ⅱ)若x∈[0,π],θ∈[0,π],求证:≥f(
);
(Ⅲ)若x∈[kπ,(k+1)π],θ∈(kπ,(k+1)π),k∈z,猜想与f(
); 的大小关系.(不必证明)
正确答案
(Ⅰ)当x∈[0,π]时,f′(x)=1-cosx>0,
∴f(x)为增函数
∴f(x)的值域为[0,π]
(Ⅱ)设g(x)=-f(
)
∴g/(x)=(-cosx+cos
)
由导数等于0得,x=θ
∴x∈(0,θ),g′(x)<0,x∈(θ,π),g′(x)>0
∴x∈[0,π]时,g(x)≥g(θ)=0
∴≥f(
)
(Ⅲ)在题设条件下,同(Ⅱ)当k为偶数时≥f(
)
当k为奇数时≤f(
)
已知函数f(x)=+lnx-1,a∈R.
(1)若曲线y=f(x)在P(1,y0)处的切线平行于直线y=-x+1,求函数y=f(x)的单调区间;
(2)若a>0,且对x∈(0,2e]时,f(x)>0恒成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)直线y=-x+1斜率kAB=1,函数y=f(x)的导数f′(x)=-+
(2)∵a>0,f(x)>0,对x∈(0,2e]恒成立,
即+lnx-1>0对x∈(0,2e]恒成立
设a>x(1-lnx)=x-xlnx,x∈(0,2e],
g′(x)=1-lnx-1=-lnx
当0<x<1时,g′(x)>0,g(x)为增函数,
当1<x<2e,g′(x)<0,g(x)为减函数,
∴当x=1时,函数在(0,2e]上取得最大值,
∴g(x)≤g(1)=1
∴a的取值范围是(1,+∞)
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