- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=ax3+bx2+cx+d,(x∈R)在任意一点(x0,f(x))处的切线的斜率为k=(x0-2)(x0+1).
(1)求a,b,c的值;
(2)求函数f(x)的单调区间;
(3)若y=f(x)在-3≤x≤2上的最小值为,求y=f(x)在R上的极大值.
正确答案
(1)f′(x)=3ax2+2bx+c,(1分)
而f(x)在(x0,f(x0))处的切线斜率k=f′(x0)=3ax02+2bx0+c=(x0-2)(x0+1),
∴3a=1,2b=-1,c=-2,
∴a=,b=-
,c=-2.(3分)
(2)∵f(x)=x3 -
x2-2x+d,
由f′(x)=x2-x-2
=(x-2)(x+1)≥0,
知f(x)在(-∞,-1]和[2,+∞)上是增函数,
由f′(x)=(x-2)(x+1)≤0,
知f(x)在[-1,2]上为减函数.(7分)
(3)由f′(x)=(x-2)(x+1)及-3≤x≤2,可列表
f(x)在[-3,2]上的最小值产生于f(-3)和f(2),
由f(-3)=-+d,f(2)=-
+d,
知f(-3)<f(2),(9分)
于是f(-3)=-+d=
,
则d=10.(11分)
∴f(x)max=f(-1)=,
即所求函数f(x)在R上的极大值为.(12分)
设函数f(x)=x2,g(x)=alnx+bx(a>0).
(1)若f(1)=g(1),f′(1)=g′(1),求F(x)=f(x)-g(x)的极小值;
(2)在(1)的结论下,是否存在实常数k和m,使得f(x)≥kx+m和g(x)≤kx+m成立?若存在,求出k和m,若不存在,说明理由.
正确答案
(1)f′(x)=2x,g′(x)=+b,代入可得:a=1,b=1
∴F(x)=x2-lnx-x,
∴F′(x)=2x--1=
=
∵当x∈(0,1)时,F′(x)<0,当x∈(1,+∞)时,F′(x)>0,
∴F(x)在(0,1)递减,(1,+∞)递增,
∴F(x)的极小值为F(1)=0
(2)由(1)得,(1,1)是f(x)和g(x)的公共点,
f(x)在点(1,1)处的切线方程是y=2x-1
∴若存在实常数k和m,使得f(x)≥kx+m和g(x)≤kx+m成立
即f(x)≥2x-1和g(x)≤2x-1同时成立
∵f(x)-2x+1=x2-2x+1=(x-1)2≥0,
∴f(x)≥2x-1
令h(x)=g(x)-2x+1,h′(x)=-1=
,
∴h(x) 在(0,1)递增,(1,+∞)递减,
∴h(x)max=h(1)=0,
∴h(x)≤0,即g(x)≤2x-1成立
∴存在k=2,m=-1使得f(x)≥kx+m和g(x)≤kx+m成立
已知定义在同一个区间(,
)上的两个函数f(x)=x2-2alnx,g(x)=x3-bx2+x在x=x0处的切线平行于x轴.
(1)求实数a和b的取值范围;
(2)试问:是否存在实数x1,x2,当x1,x0,x2成等比数列时,等式f(x1)+f(x2)=2g(x0)成立?若成立,求出实数a的取值范围;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)f′(x)=2x-令f′(x)=0
∵a>0∴x=
∵<
<
∴<a<
g′(x)=3x2-2bx+1
令g′(x)=0得3a-2b+1=0
∴b==
(3
+
)
∵<t=
<
∴(3t+
)在(
,
)上单调递减则b∈(
,
)
(2)假设存在实数x1,x2∈(,
)则x1•x2=a
由题意得x12+x22-2alnx1-2alnx2=-a+
x12+x22-2x1•x2=2alna-a+
-2a
令φ(a)=2alna-a+
-2a (
<a<
)
φ′(a)=2lna+-
φ‘’(a)=-
-
=
>0
∴φ′(a)在(,
)上是增函数
∴φ′(a)<φ′()=2ln
-
<0
∴φ(a)在(,
)上是减函数
∴φ(a)<φ()=
ln
+
-
-
<0
∴(x1-x2)2<0
即不存在满足条件的x1与x2.
已知函数f(x)=-2x2+lnx(a∈R且a≠0).
(Ⅰ)当a=3时,求在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)若函数f(x)在区间[1,2]上为单调函数,求a的取值范围.
正确答案
(1)当a=3时,f(x)=x-2x2+lnx,
则f′(x)=1-4x+,且f(1)=-1,
∴f′(1)=-2,
∴在点(1,f(1))处的切线方程是y+1=-2(x-1),
即2x+y-1=0,
(2)由题意得,f′(x)=-4x+
,
∵函数f(x)在区间[1,2]上为单调递增函数,
∴x∈[1,2]时,f′(x)=-4x+
≥0恒成立,
即≥4x-
对x∈[1,2]恒成立,
设h(x)=4x-,因函数h(x)在[1,2]上单调递增,
∴≥h(2)=4×2-
=
,解得0<a≤
,
故a的取值范围是(0,].
设函数f(x)=(x>0且x≠1)
(1)若f'(x0)=0,求x0的值;
(2)求函数f(x)的单调区间;
(3)已知21x>xa对任意x∈(0,1)成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)f′(x)=-,f'(x0)=0,即
=0,
所以lnx0+1=0,解得x0=;
(2)f′(x)=-,
令f′(x)>0,得0<x<,f(x)递增;令f′(x)<0,得x>
且x≠1,
所以函数f(x)的增区间为(0,),减区间为(
,1),(1,+∞);
(3)在21x>xa两边取对数,得ln2>alnx,由于0<x<1,所以
>
(1),
由(1)的结果可知,当x∈(0,1)时,f(x)≤f()=-e,
为使(1)式对所有x∈(0,1)成立,当且仅当>-e,即a>-eln2.
已知x=1是函数f(x)=ax3-
x2+(a+1)x+5的一个极值点.
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
(Ⅱ)若曲线y=f(x)与直线y=2x+m有三个交点,求实数m的取值范围.
正确答案
(I)f′(x)=ax2-3x2+a+1
由f′(1)=0得:a-3+a+1=0
即a=1
∴f(x)=x3-
x2+2x+5
(II)曲线y=f(x)与直线y=2x+m有三个交点
即x3-
x2+2x+5-2x-m=0有三个根
即g(x)=x3-
x2+5-m有三个零点
由g′(x)=x2-3x=0,得x=0或x=3
由g′(x)>0得x<0或x>3,由g′(x)<0得0<x<3
∴函数g(x)在(-∞,0)上为增函数,在(0,3)上为减函数,在(3,+∞)上为增函数
要使g(x)有三个零点,
只需即
解得:<m<5
已知函数f(x)=x+,g(x)=x+lnx,其中a>0.
(I)若x=1是函数h(x)=f(x)+g(x)的极值点,求实数a的值;
(Ⅱ)若对任意的x1∈[1,e],都存在x2∈[1,e](其中为e自然对数的底数)使得f(x1)<g(x2)成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)∵h(x)=2x++lnx,其定义域为(0,+∞),…(1分)
∴h′(x)=2-+
,
…(2分)
∵x=1是函数h(x)的极值点,
∴h'(1)=0,即3-a2=0
∵a>0,∴a=. …(4分)
经检验当a=时,x=1是函数h(x)的极值点,
∴a=…(5分)
(Ⅱ)对任意的x1∈[1,e],都存在x2∈[1,e]使得f(x1)<g(x2)
成立等价于f(x)max<g(x)max…(6分)
当x∈[1,e]时,g′(x)=1+>0,
∴函数g(x)=x+lnx在[1,e]上是增函数,
∴g(x)max=g(e)=e+1…(7分)
f′(x)=1-=
,x∈[1,e],a>0
①当0<a≤1时,x∈[1,e],f′(x)=≥0,
∴函数f(x)=x+在[1,e]上是增函数,
∴f(x)max=f(e)=e+e+
<e+1
即f(x)max<g(x)max恒成立,满足题意; …(9分)
②当1<a<e时,若1≤x<a,则f′(x)=<0,
若a<x≤e,则f′(x)=>0
∴函数f(x)=x+在[1,a)上是减函数,在(a,e]上是增函数,
而f(1)=1+a2,f(e)=e+
a)f(1)<f(e)即1<a<时,
f(x)max=f(e)=e+,e+
<e+1
即f(x)max<g(x)max恒成立;
b)f(1)≥f(e)即≤a≤e时,
f(x)max=f(1)=1+a2
此时,f(x)max≥g(x)max,不合题意; …(12分)
③当a≥e时,x∈[1,e],f′(x)=≤0,
∴函数f(x)=x+在[1,e]上是减函数,
∴f(x)max=f(1)=1+a2
此时,f(x)max>g(x)max,不合题意; …(13分)
综上知,a的取值范围为(0,). …(14分)
若函数f(x)=ax3-x2+x-5在(-∞,+∞)上单调递增,求a的取值范围.
正确答案
f′(x)=3ax2-2x+1>0恒成立.
∴即
,
∴a>.
当a=时,f(x)在(-∞,+∞)上单调递增,
∴a≥.
已知函数f(x)=axlnx(a≠0).
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间和最值;
(Ⅱ)若m>0,n>0,a>0,证明:f(m)+f(n)≥f(m+n)-a(m+n)ln2.
正确答案
(Ⅰ)∵f'(x)=alnx+a(x>0),
当a>0时,令f'(x)≥0,即lnx≥-1=lne-1.
∴x≥e-1=.,∴x∈[
,+∞).
同理,令f'(x)≤0,可得x∈(0,].
∴f(x)单调递增区间为[,+∞),单调递减区间为(0,
].
由此可知y=f(x)min=f()=-
.无最大值.
当a<0时,令f'(x)≥0,即lnx≤-1=lne-1.∴x≤e-1=.,∴x∈(0,
].
同理,令f'(x)≤0可得x∈[,+∞).
∴f(x)单调递增区间为(0,],单调递减区间为[
,+∞).
由此可知y=f(x)max=f()=-
.此时无最小值.
(Ⅱ)不妨设m≥n>0,令n=x,
记g(x)=amlnm+axlnx-a(m+x)ln(x>0)
g′(x)=alnx+a-aln-a=aln
∵m+x≥2x∴≤1,∴aln
≤0,
∴g'(x)≤0,∴g(x)是减函数,
∵m≥x>0,∴g(x)≥g(m)=0∴g(x)=amlnm+axlnx-a(m+x)ln≥0,即得证.
已知函数f(x)=-x3+bx2-3a2x(a≠0)在x=a处取得极值,
(1)用x,a表示f(x);
(2)设函数g(x)=2x3-3af′(x)-6a3如果g(x)在区间(0,1)上存在极小值,求实数a的取值范围
正确答案
(1)由题得 f′(x)=-x2+2bx-3a2,
因为f′(a)=0⇒b=2a⇒f(x)=-x3+2ax2-3a2x
所以f(x)=-x3+2ax2-3a2x.
(2)由已知,g(x)=2x3+3ax2-12a2x+3a3,令g'(x)=0⇒x=a或x=-2a
①若a>0⇒当x<a或x>-2a时,g′(x)>0;当-2a<x<a时,g′(x)<0
所以当x=a∈(0,1)时,g(x)在(0,1)有极小值.
②同理当a<0时,x=-2a∈(0,1),即a∈(-,0)时,g(x)在(0,1)有极小值
综上所述:当a∈(0,1)∪(-,0)时,g(x)在(0,1)有极小值
扫码查看完整答案与解析