- 导数在研究函数中的应用
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设函数,其中
.
(1)求函数的定义域
(用区间表示);
(2)讨论函数在
上的单调性;
(3)若,求
上满足条件
的
的集合(用区间表示).
正确答案
(1);
(2)单调递增区间为,
,
递减区间为,
;
(3)
.
试题分析:(1)由已知条件得到或
,对上述两个不等式进行求解,并比较端点值的大小,从而求出函数
的定义域
;(2)求导
,并求出方程
的根,求出不等式
的解集,并与定义域取交集得到函数
的单调递增区间,用同样的办法求出函数
的单调递减区间,但需注意比较各端点值得大小;(3)先求出方程
的解,然后结合函数
的单调性以及函数
的定义域得到不等式
的解集合.
试题解析:(1)可知,
,
或
,
或
,
或
,
或
或
,
所以函数的定义域
为
;
(2),
由得
,即
,
或
,结合定义域知
或
,
所以函数的单调递增区间为
,
,
同理递减区间为,
;
(3)由得
,
,
,
,
或
或
或
,
,
,
,
,
,
结合函数的单调性知
的解集为
.
【考点定位】本题以复合函数为载体,考查函数的定义域、单调区间以及不等式的求解,从中渗透了二次不等式的求解,在求定义域时考查了分类讨论思想,以及利用作差法求解不等式的问题,综合性强,属于难题.
19.(本小题满分14分)
设函数(
,
).
(1)若函数在其定义域内是减函数,求
的取值范围;
(2)函数是否有最小值?若有最小值,指出其取得最小值时
的值,并证明你的结论.
正确答案
,,当
时,函数
在
时取最小值;当
时, 函数
在
时取最小值.
(考查函数和方程、函数与导数、不等式的求解等知识,考查化归与转化、分类与整合、函数与方程的数学思想和方法、推理论证能力和运算求解能力)
解:(1)∵,
∵ 在
上是减函数,
∴在
恒成立. …………
分
又∵当 时,
,
∴不等式
在
时恒成立,
即 在
时恒成立, …………
分
设 ,
,则
,
∴ . …………
分
(2)∵,
令 ,解得:
,
,
由于,
∴,
,
∴,
, …………
分
①当即
时,在
上
;在
上
,
∴当时,函数
在
上取最小值. ……
分
② 当即
时,在
上
,
∴当时,函数
在
上取最小值.
由①②可知,当 时,函数
在
时取最小值;当
时, 函数
在
时取最小值. …………
分
……分
已知函数f(x)=xln x.
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)k为正常数,设g(x)=f(x)+f(k-x),求函数g(x)的最小值;
(3)若a>0,b>0证明:f(a)+(a+b)ln2≥f(a+b)-f(b)
正确答案
(1)f′(x)=ln x+1,f′(x)>0,得x>;
f′(x)<0,得0<x<,
∴f(x)的单调递增区间是(,+∞),单调递减区间是(0,
).…(3分)
(2)∵g(x)=f(x)+f(k-x)=x ln x+(k-x)ln(k-x),定义域是(0,k)
∴g′(x)=ln x+1-[ln (k-x)+1]=ln …(5分)
由g′(x>0,得<x<k,由g′(x<0,得0<x<
,
∴函数g(x)在(0,) 上单调递减;在(
,k)上单调递增,…(7分)
故函数g(x)的最小值是:ymin=g()=kln
.…(8分)
(3)∵a>0,b>0∴在(2)中取x=,k=2,
可得f()+f(2-
)≥2ln1 f(
)+f(
)≥0
⇒ln
+
ln
≥0
⇒alna+blnb+(a+b)ln2-(a+b)ln(a+b)≥0
⇒f(a)+(a+b)ln2≥f(a+b)-f(b) …(12分)
已知函数f(x)=2ax--(2+a)lnx(a≥0).
(1)当a=0时,求f(x)的极值;
(2)当a>0时,讨论f(x)的单调性;
(3)若对任意的a∈(2,3),x1,x2∈[1,3],恒有(m-ln3)a-2ln3>|f(x1)-f(x2)|成立,求实数m的取值范围。
正确答案
(1)的极大值为
,无极小值.(3)
试题分析:(1)求已知函数的极值,利用导数法,即求定义域,求导,求导数为0与单调区间,判断极值点求出极值. (2) 求定义域,求导.利用数形结合思想讨论导数(含参数二次不等式)的符号求f(x)的单调区间,讨论二次含参数不等式注意按照定性(二次项系数是否为0),开口,判别式,两根大小得顺序依次进行讨论,进而得到函数f(x)的单调性(注意单调区间为定义域的子集)(3)这是一个恒成立问题,只需要(m-ln3)a-2ln3>(|f(x1)-f(x2)|),故求解确定|f(x1)-f(x2)|最大值很关键,分析可以发现(|f(x1)-f(x2)|)
=
,故可以利用第二问单调性来求得函数的最值进而得到(|f(x1)-f(x2)|)
. (m-ln3)a-2ln3>(|f(x1)-f(x2)|)
对于任意的a∈(2, 3)恒成立,则也是一个恒成立问题,可以采用分离参数法就可以求的m的取值范围.
试题解析:(1)当时,
,由
,解得
,可知
在
上是增函数,在
上是减函数.
∴的极大值为
,无极小值.
①当时,
在
和
上是增函数,在
上是减函数;
②当时,
在
上是增函数;
③当时,
在
和
上是增函数,在
上是减函数 8分
(3)当时,由(2)可知
在
上是增函数,
∴.
由对任意的a∈(2, 3),x1, x2∈[1, 3]恒成立,
∴
即对任意
恒成立,
即对任意
恒成立,由于当
时,
,∴
.
已知函数.
(Ⅰ)若函数的值域为
,若关于
的不等式
的解集为
,求
的值;
(Ⅱ)当时,
为常数,且
,
,求
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)
.
试题分析:(Ⅰ)根据函数的值域为,求得
,得到
;通过解一元二次不等式,解得
.
(Ⅱ)注意到,令
,遵循“求导数,求驻点,讨论区间导数值正负,确定极值”等步骤,即可得到
的范围为
.
试题解析:(Ⅰ)由值域为,当
时有
,
即 2分
则,由已知
解得,
4分
不等式的解集为
,∴
,
解得 6分
(Ⅱ)当时,
,所以
因为,
,所以
令,则
8分
当时,
,
单调增,当
时,
,
单调减,
所以当时,
取最大值,
10分
因为
,所以
所以的范围为
12分
已知函数f(x)=ax-lnx(a为常数).
(Ⅰ)当a=1时,求函数f(x)的最小值;
(Ⅱ)求函数f(x)在[1,+∞)上的最值;
(Ⅲ)试证明对任意的n∈N﹡都有<1.
正确答案
解(1)当时,函数
=
,
∵,令
得
∵当时,
∴函数
在
上为减函数
∵当时
∴函数
在
上为增函数
∴当时,函数
有最小值,
--------3分
(2)∵
若,则对任意的
都有
,∴函数
在
上为减函数
∴函数在
上有最大值,没有最小值,
; --------4分
若,令
得
当时,
,当
时
,函数
在
上为减函数
当时
∴函数
在
上为增函数
∴当时,函数
有最小值,
------6分
当时,
在
恒有
∴函数在
上为增函数,
函数在
有最小值,
. ---------7分
综上得:当时,函数
在
上有最大值,
,没有最小值;
当时,函数
有最小值,
,没有最大值;
当时,函数
在
有最小值,
,没有最大值.---8分
(3)由(1)知函数=
在
上有最小值1
即对任意的都有
,即
, ---------10分
当且仅当时“=”成立
∵ ∴
且
∴
∴对任意的都有
. ……12分
略
已知函数f(x)=2ax-, x
。
正确答案
(1)由已知可得f′(x)=2a+。因为f(x)在x
上是增函数,有
f′(x)>0,即有a>-,而g(x)= -
在
为增函数,且g(x)的最大值为g(1)= -1,所以a>-1。当a=-1时, f′(x)=2a+
,在x
也有 f′(x)>0,满足f(x)在
为增函数,所以a≥-1。
(2)由(1)知a≥-1时,f(x)在为增函数,所以当a≥-1时,f(x)的最大值为f(1)=2a-1。当a<-1时,令f′(x)=2a+
=0,得x=
,注意到0<
<1,所以当0
时,
f′(x)>0;当)=-3
。故对x
,当a≥-1时,f(x)的最大值为2a-1;当a<-1时, f(x)的最大值为-3
。
(1)由已知可得f′(x)=2a+。因为f(x)在x
上是增函数,有
f′(x)>0,即有a>-,而g(x)= -
在
为增函数,且g(x)的最大值为g(1)= -1,所以a>-1。当a=-1时, f′(x)=2a+
,在x
也有 f′(x)>0,满足f(x)在
为增函数,所以a≥-1。
(2)由(1)知a≥-1时,f(x)在为增函数,所以当a≥-1时,f(x)的最大值为f(1)=2a-1。当a<-1时,令f′(x)=2a+
=0,得x=
,注意到0<
<1,所以当0
时,
已知f(x)=ex-ax-1
(Ⅰ)若f(x)在定义域R内单调递增,求a的取值范围;
(Ⅱ)若f(x)在(-∞,0]上单调递减,在[0,+∞)单调递增,求a的值;
(Ⅲ)设在g(x)=-x2+2x-2在(Ⅱ)的条件下,求证g(x)的图象恒在f(x)图象的下方.
正确答案
(Ⅰ)∵f(x)=ex-ax-1,
∴f′(x)=ex-a,
∵f(x)在定义域R内单调递增,
∴ex-a≥0在R上恒成立,即a≤ex在R上恒成立,
∵ex>0,
∴a≤0.
(Ⅱ)由题意知,若f(x)在(-∞,0]上单调递减,则ex-a≤0在(-∞,0]上恒成立,
∴a≥ex在(-∞,0]上恒成立,
∵y=ex在(-∞,0]上为增函数,
∴x=0时,y=ex最大值为1,
∴a≥1,
同理可知,ex-a≥0在[0,+∞)上恒成立,
∴a≤ex在[0,+∞)上恒成立,
∵y=ex在[0,+∞)上为增函数,
∴x=0时,y=ex最小值为1,
∴a≤1,
综上可知,当a=1时,满足f(x)在(-∞,0]上单调递减,在[0,+∞)上单调递增.
(Ⅲ)将g(x)的图象恒在f(x)图象的下方转化为g(x)<f(x)恒成立,
由(I)可知f(0)是f(x)的最小值,有f(x)≥f(0),而f(0)=e0-0-1=0,
∴f(x)≥0,
∵g(x)=-(x-1)2-1,
∴g(x)≤-1,
∴f(x)>g(x),即g(x)的图象恒在f(x)图象的下方,
故在g(x)=-x2+2x-2在(Ⅱ)的条件下,求证g(x)的图象恒在f(x)图象的下方.
已知函数f(x)=ax3+12x+c在x=2处有极大值8,求实数a,c的值.
正确答案
(1)因为f(x)=ax3+12x+c,
故f′(x)=3ax2+12,
由于f(x)在点x=2处取得极大值8,
故有,
即
解得
已知函数f(x)=x(lnx+1)(x>0).
(Ⅰ)设F(x)=ax2+f'(x)(a∈R),讨论函数F(x)的单调性;
(Ⅱ)若斜率为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
(Ⅰ)由f(x)=x(lnx+1)(x>0),得f′(x)=lnx+2(x>0),
F(x)=ax2+lnx+2(x>0),∴F′(x)=2ax+=
(x>0).
①当a≥0时,恒有F′(x)>0,故F(x)在(0,+∞)上是增函数;
②当a<0时,
令F′(x)>0,得2ax2+1>0,解得0<x<;
令F′(x)<0,得2ax2+1<0,解得x>;
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;
(Ⅱ)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lnt<t-1<tlnt(t>0)(*)
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(t>1).
由①②知(*)成立,故x1<<x2.
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