- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
设函数.
(Ⅰ)当曲线
处的切线斜率;
(Ⅱ)求函数的单调区间与极值
(Ⅲ)已知方程有三个互不相同的实根0,
,且
.若对任意的
,
恒成立,求m的取值范围
正确答案
1,
在
和
内减函数,在
内增函数。
函数在
处取得极大值
,且
=
函数在
处取得极小值
,且
=
解:(Ⅰ)当
所以曲线处的切线斜率为1.
(Ⅱ),令
,得到
因为
当x变化时,的变化情况如下表:
在
和
内减函数,在
内增函数。
函数在
处取得极大值
,且
=
函数在
处取得极小值
,且
=
(Ⅲ)由题设,
所以方程=0由两个相异的实根
,故
,且
,解得
因为
若,而
,不合题意
若则对任意的
有
则又
,所以函数
在
的最小值为0,于是对任意的
,恒
成立的充要条件是
,解得
已知函数f(x)=x3+ax2+bx+3的单调递减区间为(-,1),单调递增区间为(-∞,-
)和(1,+∞).
(1)求f(x)的解析式;
(2)若t∈R,试讨论关于x的方程f(x)=2x2+8x+t的实数根的个数.
正确答案
(1)f'(x)=3x2+2ax+b
由题设得f'(x)=0的根为x=-或x=1
由此求得a=b=-1
故f(x)=x3-x2-x+3
(2)g(x)=f(x)-(2x2+8x+t)=x3-3x2-9x+3-t
令g'(x)=3x2-6x-9=0,得x=-1或x=3
g(x)极大值=g(-1)=8-t,g(x)极小值=g(3)=-24-t
∴当8-t<0,即t>8时,原方程有一个实数根;
当8-t=0,即t=8时,原方程有两个实数根;
当即-24<t<8时,原方程有三个实数根;
当-24-t=0,即t=-24时,原方程有两个实数根;
当-24-t>0,即t<-24时,原方程有一个实数根.
综上,当t=-24或t=8时,原方程有两个实数根;
当t<-24或t>8时,原方程有两个实数根;
当-24<t<8时,原方程有三个实数根.
已知函数g(x)=ax3+2x2-2x,函数f(x)是函数g(x)的导函数.
(1)若a=1,求g(x)的单调减区间;
(2)若对任意x1,x2∈R且x1≠x2,都有f()<
,求实数a的取值范围;
(3)在第(2)问求出的实数a的范围内,若存在一个与a有关的负数M,使得对任意x∈[M,0]时|f(x)|≤4恒成立,求M的最小值及相应的a值.
正确答案
(1)当a=1时,g(x)=x3+2x2-2x,g′(x)=x2+4x-2 …(1分)
由g′(x)<0解得-2-<x<-2+
…(2分)
∴当a=1时函数g(x)的单调减区间为 (-2-,2+
);…(3分)
(2)易知f(x)=g′(x)=x2+4x-2
依题意知 f()-
=a(
)2+4×
-2-
=-(x1-x2)2<0 …(5分)
因为x1≠x2,所以a>0,即实数a的取值范围是(0,+∞);…(6分)
(3)易知f(x)=ax2+4x-2=a(x+)2-2-
,a>0.
显然f(0)=-2,由(2)知抛物线的对称轴x=-<0 …(7分)
①当-2-<-4即0<a<2时,M∈(-
,0)且f(M)=-4
令ax2+4x-2=-4解得 x= …(8分)
此时M取较大的根,即M==
…(9分)
∵0<a<2,∴M==
>-1 …(10分)
②当-2-≥-4即a≥2时,M<-
且f(M)=4
令ax2+4x-2=4解得 x= …(11分)
此时M取较小的根,即 M==
…(12分)
∵a≥2,∴M==
≥-3当且仅当a=2时取等号 …(13分)
由于-3<-1,所以当a=2时,M取得最小值-3 …(14分)
已知函数f1(x)=x2,f2(x)=alnx(a∈R)•
(I)当a>0时,求函数.f(x)=f1(x)•f2(x)的极值;
(II)若存在x0∈[1,e],使得f1(x0)+f2(x0)≤(a+1)x0成立,求实数a的取值范围;
(III)求证:当x>0时,lnx+-
>0.
(说明:e为自然对数的底数,e=2.71828…)
正确答案
(I)f(x)=f1(x)•f2(x)=x2alnx,
∴f′(x)=axlnx+ax=
ax(2lnx+1),(x>0,a>0),
由f′(x)>0,得x>e 12,由f′(x)<0,得0<x<e 12.
∴函数f(x)在(0,e 12)上是增函数,在(e 12,+∞)上是减函数,
∴f(x)的极小值为f(e 12)=-,无极大值.
(II)根据题意存在x0∈[1,e],使得f1(x0)+f2(x0)≤(a+1)x0成立,
设g(x)=x2+alnx-(a+1)x,则g(x)min≤0即可,
又g′(x)=x+-(a+1)=
,
①当a≤1时,由x∈[1,e],g′(x)>0,得g(x)在[1,e]上是增函数,
∴g(x)min=g(1)=-(a+1)≤0,得-
≤a≤1.
②当1<a<e时,由x∈[1,a],g′(x)<0,得g(x)在[1,a]上是减函数,
由x∈[a,e],g′(x)>0,得g(x)在[1,a]上是增函数,
∴g(x)min=g(a)=-a2+alna-a=-
a2-a(1-lna)≤0恒成立,得1<a<e.
③当a≥e时,由x∈[1,e],g′(x)<0,得g(x)在[1,e]上是减函数,
∴g(x)min=g(e)=)=-e2+a-ae-e≤0,得a≥
,又
<e,∴a≥e.
综上,实数a的取值范围a≥.
(III)问题等价于x2lnx>-
,
由(I)知,f(x)=x2lnx的最小值为-,
设h(x)=-
,h′(x)=-
得,函数h(x)在(0,2)上增,在(2,+∞)减,
∴h(x)max=h(2)=-
,
因--(
-
)=
=
>0,
∴f(x)min>h(x)max,
∴x2lnx>-
,∴lnx-(
-
)>0,
∴lnx+-
>0.
求函数y=x+的单调区间.
正确答案
首先确定定义域:{x|x≠0},∴在(-∞,0)和(0,+∞)两个区间上分别讨论.任取x1、x2∈(0,+∞)且x1<x2,则f(x2)-f(x1)=x2+-x1-
=(x2-x1)+
=(x2-x1)(1-
),
要确定此式的正负只要确定1-的正负即可.
(1)当x1、x2∈(0,1)时,1-<0,∴f(x2)-f(x1)<0,为减函数,
(2)当x1、x2∈(1,+∞)时,1->0,∴f(x2)-f(x1)>0,为增函数.
同理可求(3)当x1、x2∈(-1,0)时,为减函数;(4)当x1、x2∈(-∞,-1)时,为增函数.
已知函数f(x)=x2-alnx(a∈R).
(1)若f(x)在x=2时取得极值,求a的值;
(2)求f(x)的单调区间;
(3)求证:当x>1时,x2+lnx<
x3.
正确答案
(1)∵f(x)=x2-alnx(a∈R).
∴f′(x)=x -
又∵f(x)在x=2时取得极值,
∴f′(2)=2 -=0,解得a=4
(2)∵f′(x)=x -,(x>0)
当a<0时,又由x>0,易得f′(x)>0,f(x)为增函数,
故当a<0时,(0,+∞)为函数的单调递增区间;
当a=0,f(x)=x2,当x∈[0,+∞)时,f′(x)≥0,f(x)为增函数,
故当a=0时,[0,+∞)为函数的单调递增区间;
当a>0时,当x∈(0,)时,f′(x)<0,f(x)为减函数,
当x∈(,+∞)时,f′(x)>0,f(x)为增函数,
故当a<0时,(0,)为函数的单调递减区间,(
,+∞)为函数的单调递增区间;
(3)令g(x)=x3-
x2-lnx,
则g′(x)=2x2-x-=
=
∵当x>1时,g′(x)>0
故在(1,+∞)上,g(x)=x3-
x2-lnx为增函数
即当x>1时,g(x)>g(1)=>0
故当x>1时,x2+lnx<
x3.
已知函数f(x)=x3+ax2+bx+a2在x=1处有极值10,求实数a,b的值;并判断f(1)=10是极大值还是极小值.
正确答案
∵函数f(x)=x3+ax2+bx+a2
∴f'(x)=3x2+2ax+b,
又∵函数f(x)=x3+ax2+bx+a2在x=1处有极值10,
∴解得:
或
当a=4,b=-11时,f′(x)=3(x+)(x-1),f(x)在(-∞,-
)↑,在(-
,1)↓,在(1,+∞)↑
∴f(x)在x=1处取得极小值f(1)=10;
当a=-3,b=3时,f'(x)=3(x-1)2≥0,f(x)在R上单增,无极值.
∴a=4,b=-11;且f(1)=10是极小值.
已知函数f(x)=ax+lnx
(1)试讨论f(x)的极值
(2)设g(x)=x2-2x+2,若对∀x1∈(0,+∞),∃x2∈[0,1],使得f(x1)<g(x2),求实数a的取值范围.
正确答案
(1)函数f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=a+=
.
当a≥0时f'(x)>0,所以f(x)在(0,+∞)上为增函数,此时函数不存在极值.
当a<0时,由f'(x)>0,解得0<x<-,此时函数递增.由f'(x)<0,解得x>-
此时函数递减.此时函数在x=-
处取得极小值.无极大值.
综上所述:当a≥0时,函数不存在极值.
当a<0时,函数在x=-处取得极小值.无极大值.
(2)对∀x1∈(0,+∞),∃x2∈[0,1],使得f(x1)<g(x2),恒成立
由(1)知当a≥0时,f(x1)在(0,+∞)上为增函数,f(x1)无最大值;
当a<0时,f(x1)max=f(-)=-1+ln(-
)=-1-ln(-a)
又g(x2)=x22-2x2+2在x2∈[0,1]上单调递减,所以g(x2)max=g(0)=2.
所以,解得a<-e-3.
所以,实数a的取值范围是(-∞,-e-3).
已知函数f(x)=x4+x3-
x2+cx有三个极值点.
(1)求c的取值范围;
(2)若存在c=5,使函数f(x)在区间[a,a+2]上单调递减,求a的取值范围.
正确答案
(1)∵函数f(x)=x4+x3-
x2+cx有三个极值点,
∴f'(x)=x3+3x2-9x+c=0有三个不等的实根,
设g(x)=x3+3x2-9x+c,则g'(x)=3x2+6x-9=3(x+3)(x-1)…(3分)
列表如下:
∴解得-27<c<5…(8分)
(2)当c=5时,由f'(x)=x3+3x2-9x+5=0,即f'(x)=(x-1)2(x+5)=0可知f(x)在(-∞,-5]上单调递减,
所以a+2≤-5,即a≤-7…(12分)
已知函数f(x)=plnx+(p-1)x2+1.
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)当P=1时,f(x)≤kx恒成立,求实数k的取值范围;
(3)证明:1n(n+1)<1++
+…+
(n∈N+).
正确答案
(1)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=+2(p-1)x=
,
当p>1时,f′(x)>0,故f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当p≤0时,f′(x)<0,故f(x)在(0,+∞)上单调递减;
当0<p<1时,令f′(x)=0,解得x=.
则当x∈(0,)时,f′(x)>0;x∈(
,+∞)时,f′(x)<0,
故f(x)在(0,)上单调递增,在(
,+∞)上单调递减;
(2)∵x>0,
∴当p=1时,f(x)≤kx恒成立⇔1+lnx≤kx⇔k≥,
令h(x)=,则k≥h(x)max,
∵h′(x)==0,得x=1,
且当x∈(0,1),h′(x)>0;当x∈(1,+∞),h′(x)<0;
所以h(x)在0,1)上递增,在(1,+∞)上递减,
所以h(x)max=h(1)=1,
故k≥1.
(3)由(2)知,当k=1时,有f(x)≤x,当x>1时,f(x)<x,即lnx<x-1,
∴令x=,则ln
<
,即ln(n+1)-lnn<
,
∴ln2-ln1<1,ln3-ln2<,…,ln(n+1)-lnn<
相加得1n(n+1)<1++
+…+
.
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