- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=2ax3-3ax2+1,g(x)=-x+
(a∈R).
(Ⅰ) 当a=1时,求函数y=f(x)的单调区间;
(Ⅱ) 当a≤0时,若任意给定的x0∈[0,2],在[0.2]上总存在两个不同的xi(i=1,2),使 得f(xi)=g(x0)成立,求a的取值范围.
正确答案
(I)求导函数可得f′(x)=6x(x-1)------------------------(2分)
由f′(x)>0,可得x>1或x<0;由f′(x)<0,可得0<x<1;
故函数f(x)的单调递增区间是(-∞,0)和(1,+∞);单调递减区间是(0,1).-----------(6分)
(II) ①当a=0时,f(x)=1,g(x)=,显然不可能满足题意;------------(7分)
②当a<0时,f'(x)=6ax2-6ax=6ax(x-1).
------------------------------(9分)
又因为当a<0时,g(x)=-x+
在[0,2]上是增函数,
∴对任意x∈[0,2],g(x)∈[,-
+
],-------------------------------(11分)
由题意可得-+
<1-a,解得a<-1.
综上,a的取值范围为(-∞,-1).---------(13分)
设a>0,已知函数 f(x)=,讨论f(x)的单调性.
正确答案
∵函数 f(x)=(x>0),
∴f′(x)=
∵a>0,所以判断1-lnx的符号,
当0<x<e时,f′(x)>0,为增函数,
当x>e时,f′(x)<0,为减函数函数,
∴x=e为f(x)的极大值,
∴f(x)在(0,e)上单调递增.(e,+∞)为减函数函数.
已知函数f(x)=x2-(a+1)x+alnx.
(I)若曲线f(x)在点(2,f(2))处的切线与直线2x+3y+1=0垂直,求a的值;
(II)讨论函数y=f(x)的单调性;
(III)当a=2时,关于x的方程f(x)=m有三个不同的实数根,求实数m的取值范围.
正确答案
(I)由已知可知f(x)的定义域为{x|x>0}
f'(x)=x-a-1+(x>0)
根据题意可得,f'(2)=2-a-1+=
,
∴a=-1.
(II)∵f'(x)=x-a-1+=
(x>0)
①当a>1时,由f′(x)>0可得x>a或0<x<1;
由f′(x)<0可得0<x<2a
∴f(x)在(2a,+∞)上单调递增,在(0,2a)上单调递减
②当0<a<1时,由f′(x)>0可得x>1或0<x<a;
③当a=1时,在区间(0,+∞)上f′(x)≥0恒成立.
∴当a>1时,f(x)在(0,1),(a,+∞)上单调递增,在(1,a)上单调递减;
当0<a<1时,f(x)在(0,a),(1,+∞)上单调递增,在(a,1)上单调递减;
当a=1时,f(x)在(0,+∞)上单调递增.
当a≤0时,f(x)在(1,+∞)上单调递增,在(0,1)上单调递减.
(III)当a=2时,f(x)=x2-3x+2lnx,
由(II)问知,f(x)在(0,1),(2,+∞)上单调递增,在(1,2)上单调递减;
∴f(x)的极大值为f(1)=-,f(x)的极小值为f(2)=2ln2-4,
当m∈(2ln2-4,-),函数方程f(x)=m在(0,+∞)上有三个不同的实数根,
因此实数m的取值范围是(2ln2-4,-).
已知函数f(x)=lnx-ax2+bx(a>0)且f′(1)=0,
(1)试用含a的式子表示b,并求函数f(x)的单调区间;
(2)已知A(x1,y1),B(x2,y2)(0<x1<x2)为函数f(x)图象上不同两点,G(x0,y0)为AB的中点,记AB两点连线斜率为K,证明:f′(x0)≠K.
正确答案
(1)f(x)的定义域为(0,+∞),
∵f′(x)=-ax+b=0,
∴b=a-1,∴f′(x)=-ax+a-1=-
,
当f′(x)>0时,得->0,
∵x>0,a>0,解得0<x<1,
当f′(x)<0时,得-<0,∵x>0,a>0,解得x>1,
;∴当f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减;
(2)因A、B在f(x)=lnx-ax2+bx(a>0)的图象上,
∴y1=lnx1-ax12+(a-1)x1,y2=lnx2-
ax22+(a-1)x2,
∴K==
-
a(x2+x2)+a-1,
∵x0=,f′(x)=
-ax+a-1,
∴f′(x0)=-a•
+a-1,
假设k=f′(x0),则得:-
a(x2+x2)+a-1=
-a•
+a-1,
即=
,
即ln=
,令t=
,u(t)=lnt-
(0<t<1),
∵u′(t)=>0,
∴u(t)在(0,1)上是增函数,∴u(t)<u(1)=0,
∴lnt-<0,所以假设k=f′(x0)不成立,
故f′(x0)≠k.
已知函数f(x)=2x3-ax2+6bx在x=-1处有极大值7.
(Ⅰ)求f(x)的解析式;
(Ⅱ)求f(x)的单调区间;
(Ⅲ)求f(x)在x=1处的切线方程.
正确答案
(Ⅰ)f'(x)=6x2-2ax+6b,
⇒⇒
,经检验满足题意
∴f(x)=2x3-3x2-12x.
(Ⅱ)∵f'(x)=6x2-6x-12,令 6x2-6x-12<0,
令6x2-6x-12>0,x2-x-2<0,
x2-x-2>0,(x+1)(x-2)<0,
(x+1)(x-2)>0,(x+1)(x-2)<0,
∴x<-1或x>2. (1分)∴-1<x<2
∴f (x)在(-∞,-1)和(2,+∞)内为增函数,
f (x)在(-1,2)内为减函数.
(Ⅲ)∵f'(x)=6x2-6x-12
∴f'(1)=-12(1分)∵f(1)=-13
∴切线方程为y+13=-12(x-1),即y=-12x-1
已知函数f(x)=x3+(1-a)x2-a(a+2)x(a∈R),f′(x)为f(x)的导数.
(1)当a=-3时,求y=f(x)的单调区间和极值;
(2)设g(x)=x-
,是否存在实数x1=-
,对于任意的x1∈[-1,1],存在x2∈[0,2],使得f′(x1)+2ax1=g(x2)成立?若存在,求出
≤h(x1)≤6的取值范围;若不存在,说明理由.
正确答案
(1)当a=-3时,f(x)=x3+4x2-3x,f'(x)=3x2+8x-3,
令f'(x)=0得:x1=-3、x2=
所以f(x)在(-3,)单调递减.在(-∞,-3),(
,+∞)单调递增
所以f(x)极大=f(-3)=18,f(x)极小=f()=-
,
(2)在[0,2]上g(x)=x-
是增函数,故对于x2∈[0,2],g(x2)∈[-
,6].
设h(x1)=f′(x1)+2ax1=3+2x1-a(a+2),x1∈[-1,1].h'(x1)=6x1+2,
由h'(x1)=0,得x1=-.
要使对于任意的x1∈[-1,1],存在x2∈[0,2]使得h(x1)=g(x2)成立,只需在[-1,1]上,
-≤h(x1)≤6,
在(-1,-)上h′(x1)<0,在(-
,1)上h′(x1)>0,
∴x1=-时,h(x1)有极小值h(-
)=-
-a2-2a,
∵h(-1)=1-a2-2a,h(1)=5-a2-2a,
∵在[-1,1]上,h(x1)只有一个极小值,
故h(x1)的最小值为--a2-2a,
,
解得-2≤a≤0.
函数f(x)=lnx+-
(a为常数,a>0).
(1)若函数f(x)在区间[1,+∞)内单调递增,求a的取值范围;
(2)求函数f(x)在区间[1,2]上的最小值.
正确答案
(1)∵f(x)=lnx+-
(a为常数,a>0).
∴f′(x)= (x>0).
由已知得f′(x)≥0在[1,+∞)上恒成立,
即a≥在[1,+∞)上恒成立,
又∵当x∈[1,+∞)时,≤1,
∴a≥1,即a的取值范围为[1,+∞).
(2)当a≥1时,∵f′(x)>0在(1,2)上恒成立,f(x)在[1,2]上为增函数,
∴f(x)min=f(1)=0,
当0<a≤时,∵f′(x)<0在(1,2)上恒成立,这时f(x)在[1,2]上为减函数,
∴f(x)min=f(2)=ln2-.
当<a<1时,∵x∈[1,
)时,f′(x)<0;
x∈(,2]时,f′(x)>0,
∴f(x)min=-lna+1-.
综上,f(x)在[1,2]上的最小值为 ①当0<a≤时,f(x)min=ln2-
;②当
<a<1时,f(x)min=-lna+1-
.③当a≥1时,f(x)min=0.
设函数f(x)=x3+ax2+x+1,a∈R.
(1)若x=1时,函数f(x)取得极值,求函数f(x)的图象在x=-1处的切线方程;
(2)若函数f(x)在区间(,1)内不单调,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)f'(x)=3x2+2ax+1由f'(1)=0得a=-2
∴f(x)=x3-2x2+x+1
当x=-1时,y=-3即切点(-1,-3)
k=f'(x0)=3x02-4x0+1令x0=-1得k=8
∴切线方程为8x-y+5=0
(2f(x)在区间(,1)内不单调即f′(x)=0在(
,1)有解
∴3x2+2ax+1=0在(,1)有解
∴2a=-3x-
令h(x)=-3x-
∴h′(x)=-3+<0
知h(x)在(,1)单调递减,在(
,
)单调递增
∴h(1)<h(x)≤h()
即h(x)∈[-4,-2]
∴-4<2a≤-2
即-2<a≤-
而当a=-时,f′(x)=3x2-2
x+1=(
x-1)2≥0
∴舍去
综上a∈(-2,-)
设函数f(x)=xlnx(x>0).
(1)求函数f(x)的最小值;
(2)设F(x)=ax2+f′(x)(a∈R),讨论函数F(x)的单调性;
(3)斜率为k的直线与曲线y=f′(x)交于A(x1,y1)、B(x2,y2)(x1<x2)两点,求证:x1<<x2.
正确答案
(1)f'(x)=lnx+1(x>0),令f'(x)=0,得x=.(2分)
∵当x∈(0,)时,f'(x)<0;当x∈(
,+∞)时,f'(x)>0,(3分)
∴当x=时,f(x)min=
ln
=-
.(4分)
(2)F(x)=ax2+lnx+1(x>0),F′(x)=2ax+=
(x>0).(5分)
①当a≥0时,恒有F'(x)>0,F(x)在(0,+∞)上是增函数;(6分)
②当a<0时,
令F'(x)>0,得2ax2+1>0,解得0<x<;(7分)
令F'(x)<0,得2ax2+1<0,解得x>.(8分)
综上,当a≥0时,F(x)在(0,+∞)上是增函数;
当a<0时,F(x)在(0,)上单调递增,在(
,+∞)上单调递减.(9分)
(3)证:k==
.
要证x1<<x2,即证x1<
<x2,等价于证1<
<
,令t=
,
则只要证1<<t,由t>1知lnt>0,故等价于证lnt<t-1<tlnt(t>1)(*).
①设g(t)=t-1-lnt(t≥1),则g′(t)=1-≥0(t≥1),故g(t)在[1,+∞)上是增函数,
∴当t>1时,g(t)=t-1-lnt>g(1)=0,即t-1>lnt(t>1).
②设h(t)=tlnt-(t-1)(t≥1),则h'(t)=lnt≥0(t≥1),故h(t)在[1,+∞)上是增函数,
∴当t>1时,h(t)=tlnt-(t-1)>h(1)=0,即t-1<tlnt(t>1).
由①②知(*)成立,得证.(14分)
已知函数f(x)=mlnx+(m-1)x(m∈R).
(Ⅰ)当m=2时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)讨论f(x)的单调性;
( III)若f(x)存在最大值M,且M>0,求m的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)当m=2时,f(x)=2lnx+x.f′(x)=+1=
.
所以f'(1)=3.
又f(1)=1,
所以曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程是y-1=3(x-1),即3x-y-2=0.
(Ⅱ)函数f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=+m-1=
.
当m≤0时,由x>0知f′(x)=+m-1<0恒成立,
此时f(x)在区间(0,+∞)上单调递减.
当m≥1时,由x>0知f′(x)=+m-1>0恒成立,
此时f(x)在区间(0,+∞)上单调递增.
当0<m<1时,由f'(x)>0,得x<,由f'(x)<0,得x>
,
此时f(x)在区间(0,)内单调递增,在区间(
,+∞)内单调递减.
( III)由(Ⅱ)知函数f(x)的定义域为(0,+∞),
当m≤0或m≥1时,f(x)在区间(0,+∞)上单调,此时函数f(x)无最大值.
当0<m<1时,f(x)在区间(0,)内单调递增,在区间(
,+∞)内单调递减,
所以当0<m<1时函数f(x)有最大值,最大值M=f()=mln
-m.
因为M>0,所以有mln-m>0,解之得m>
.
所以m的取值范围是(,1).
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