- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
设函数f(x)=.
(Ⅰ)求f(x)的单调区间;
(Ⅱ)证明:对任意的x≥0,都有f(x)≤x.
正确答案
(1)由已知得,f′(x)=(2分)
令f'(x)>0,得2cosx+1>0,即cosx>-,
解得x∈(-+2kπ,
+2kπ)(4分)
令f'(x)<0,得2cosx+1<0,即cosx<-,
解得x∈(+2kπ,
+2kπ)(6分)
故单增区间为(-+2kπ,
+2kπ),
单减区间为(+2kπ,
+2kπ).(k∈Z)
(2)令F(x)=f(x)-x,
则F(x)=-
xF′(x)=
-
=
,(8分)
故对于∀x≥0,都有F'(x)≤0因而F(x)在[0,+∞)上递减,(10分)
对于∀x≥0,都有F(x)≤F(0)=0
因此对于∀x≥0,都有f(x)≤x(12分)
已知函数f(x)=ax2-2xsin2α和函数g(x)=lnx,记F(x)=f(x)+g(x).
(1)当α=时,若f(x)在[1,2]上的最大值是f(2),求实数a的取值范围;
(2)当a=1时,判断F(x)在其定义域内是否有极值,并予以证明;
(3)对任意的α∈[,
π),若F(x)在其定义域内既有极大值又有极小值,试求实数a的取值范围.
正确答案
(1)α=时,f(x)=
ax2-
x.
①当a=0时,f(x)=-x,不合题意;[1,2]⊆[
,+∞)
②当a<0时,f(x)=ax2-
x在(-∞,
]上递增,在[
,+∞)上递减,而,故不合题意;
③当a>0时,f(x)=ax2-
x在(-∞,
]上递减,在[
,+∞)上递增,
f(x)在[1,2]上的最大值是max{f(1),f(2)}=f(2),所以f(1)≤f(2),即a-
≤2a-3,所以a≥1.
综上所述,实数a的取值范围是[1,+∞).
(2)a=1时,F(x)=x2-2xsin2α+lnx定义域为(0,+∞),F/(x)=x+
-2sin2α≥2-2sin2α=2cos2α≥0.
①当cosα≠0时,F′(x)>0,F(x)在(0,+∞)上单调递增,从而F(x)在其定义域内没有极值;
②当cosα=0时,F/(x)=x+-2=
,令F′(x)=0有x=1,但是x∈(0,1)时,F′(x)>0,F(x)单调递增,x∈(1,+∞)时,F′(x)>0,F(x)也单调递增,所以F(x)在其定义域内也没有极值.
综上,F(x)在其定义域内没有极值.
(3)据题意可知,令F/(x)=ax+-2sin2α=0,即方程ax2-2xsin2α+1=0在(0,+∞)上恒有两个不相等的实数根.即
恒成立,因为α∈[
,
π),sinα∈[
,1],所以0<a<
.
已知函数f(x)=ln-ax2+x(a>0).
(1)若f(x)是单调函数,求a的取值范围;
(2)若f(x)有两个极值点x1,x2,证明:f(x1)+f(x2)>3-2ln2.
正确答案
(Ⅰ)f(x)=-lnx-ax2+x,
f′(x)=--2ax+1=-
.…(2分)
令△=1-8a.
当a≥时,△≤0,f′(x)≤0,f(x)在(0,+∞)单调递减.…(4分)
当0<a<时,△>0,方程2ax2-x+1=0有两个不相等的正根x1,x2,
不妨设x1<x2,
则当x∈(0,x1)∪(x2,+∞)时,f′(x)<0,
当x∈(x1,x2)时,f′(x)>0,
这时f(x)不是单调函数.
综上,a的取值范围是[,+∞).…(6分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,当且仅当a∈(0,)时,f(x)有极小值点x1和极大值点x2,
且x1+x2=,x1x2=
.
f(x1)+f(x2)=-lnx1-ax12+x1-lnx2-ax22+x2
=-(lnx1+lnx2)-(x1-1)-
(x2-1)+(x1+x2)
=-ln(x1x2)+(x1+x2)+1=ln(2a)+
+1.…(9分)
令g(a)=ln(2a)++1,a∈(0,
],
则当a∈(0,)时,g′(a)=
-
=
<0,g(a)在(0,
)单调递减,
所以g(a)>g()=3-2ln2,即f(x1)+f(x2)>3-2ln2.…(12分)
已知f(x)=ax3+cx+d(a≠0)是R上的奇函数,当x=1时f(x)取得极值-2.
(Ⅰ)求f(x)的解析式;
(Ⅱ)求f(x)在(-4,5)上的单调区间.
正确答案
(Ⅰ)由奇函数的定义,应有f(-x)=-f(x),x∈R
即-ax3-cx+d=-ax3-cx-d∴d=0
因此,f(x)=ax3+cx f'(x)=3ax2+c
由条件f(1)=-2为f(x)的极值,必有f'(1)=0,故
解得a=1,c=-3因此,f(x)=x3-3x,
(II)f'(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1)
当x∈(-4,-1)时,f'(x)>0,故f(x)在单调区间(-4,-1)上是增函数
当x∈(-1,1)时,f'(x)<0,故f(x)在单调区间(-1,1)上是减函数
当x∈(1,5)时,f'(x)>0,故f(x)在单调区间(1,5)上是增函数
已知曲线C1:y=+e(e为自然对数的底数),曲线C2:y=2elnx和直线l:y=2x.
(1)求证:直线l与曲线C1,C2都相切,且切于同一点;
(2)设直线x=t(t>0)与曲线C1,C2及直线l分别相交于M,N,P,记f(t)=|PM|-|NP|,求f(t)在[e-3,e3]上的最大值;
(3)设直线x=em(m=0,1,2,3┅┅)与曲线C1和C2的交点分别为Am和Bm,问是否存在正整数n,使得A0B0=AnBn?若存在,求出n;若不存在,请说明理由. (本小题参考数据e≈2.7).
正确答案
(1)证明:y=+ey′=
由y′=
=2得x=e(2分)
在C1上点(e,2e)处的切线为y-2e=2(x-e),即y=2x(3分)
又在C2上点(e,2e)处切线可计算得y-2e=2(x-e),即y=2x
∴直线l与C1、C2都相切,且切于同一点(e,2e)(4分)
(2)f(t)=+e-2t-(2t-2elnt)=
+2elnt-4t+ef′(t)=
+2e
-4=
=
≥0(6分)
∴f(t)在[e-3,e3]上递增
∴当t=e3时f(t)max=+2elne3-4e3+e=e5-4e3+7e(8分)
(3)AnBn=+e-2elnen=
+e-2ne
设上式为g(n),假设n取正实数,则g′(n)=•lne2-2e=
当n∈(0,1)时,g′(n)<0,∴g(n)递减;
当n∈(1,+∞),g′(n)>0,∴g(n)递增.(12分)
g(0)=A0B0=e+g(1)=2e-2e=0g(2)=e3+e-4e=e3-3e≈2.72e-3e>2e>e+
∴不存在正整数n,使得g(m)=g(0)
即AnBn=A0B0.(14分)
已知函数f(x)=-x3+x2,g(x)=aln x,a∈R.
(1)若对任意x∈[1,e],都有g(x)≥-x2+(a+2)x恒成立,求a的取值范围;
(2)设F(x)=若P是曲线y=F(x)上异于原点O的任意一点,在曲线y=F(x)上总存在另一点Q,使得△POQ中的∠POQ为钝角,且PQ的中点在y轴上,求a的取值范围.
正确答案
(1)(-∞,-1](2)(-∞,0]
(1)由g(x)≥-x2+(a+2)x,得(x-ln x)a≤x2-2x..
由于x∈[1,e],ln x≤1≤x,且等号不能同时取得,所以ln x<x,x-ln x>0.
从而a≤恒成立,a≤
min.(4分)
设t(x)=,x∈[1,e].求导,得t′(x)=
.(6分)
x∈[1,e],x-1≥0,ln x≤1,x+2-2ln x>0,从而t′(x)≥0,t(x)在[1,e]上为增函数.
所以t(x)min=t(1)=-1,所以a的取值范围是(-∞,-1].(8分)
(2)F(x)=
设P(t,F(t))为曲线y=F(x)上的任意一点.
假设曲线y=F(x)上存在一点Q(-t,F(-t)),使∠POQ为钝角,
则<0.(10分)
①若t≤-1,P(t,-t3+t2),Q(-t,aln(-t)),=-t2+aln(-t)·(-t3+t2).
由于<0恒成立,a(1-t)ln(-t)<1.
当t=-1时,a(1-t)ln(-t)<1恒成立.
当t<-1时,a<恒成立.由于
>0,所以a≤0.(12分)
②若-1<t<1,且t≠0,P(t,-t3+t2),Q(-t,t3+t2),则=-t2+(-t3+t2)·(t3+t2)<0,
即t4-t2+1>0对-1<t<1,且t≠0恒成立.(14分)
③当t≥1时,同①可得a≤0.
综上所述,a的取值范围是(-∞,0].(16分)
已知函数f(x)=px--2lnx.
(1)若p=2,求曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)若函数f(x)在其定义域内为增函数,求正实数p的取值范围.
正确答案
(1)当p=2时,函数f(x)=2x--2lnx,
f(1)=2-2-2ln1=0.f′(x)=2+-
,
曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率为f'(1)=2+2-2=2.
从而曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y-0=2(x-1),即y=2x-2.
(2)f′(x)=p+-
=
.
令h(x)=px2-2x+p,要使f(x)在定义域(0,+∞)内是增函数,
只需h(x)≥0在(0,+∞)内恒成立.
由题意p>0,h(x)=px2-2x+p的图象为开口向上的抛物线,对称轴方程为x=∈(0,+∞),
∴h(x)min=p-,只需p-
≥0,
即p≥1时,h(x)≥0,f'(x)≥0
∴f(x)在(0,+∞)内为增函数,正实数p的取值范围是[1,+∞).
已知f(x)=xlnx,g(x)=-x2+ax-3.
(1)求函数f(x)在[t,t+2](t>0)上的最小值;
(2)对一切x∈(0,+∞),2f(x)≥g(x)恒成立,求实数a的取值范围;
(3)证明对一切x∈(0,+∞),都有lnx>-
成立.
正确答案
(1)f(x)min=(2)a≤4(3)见解析
(1)解:f′(x)=lnx+1,当x∈时,f′(x)<0,f(x)单调递减;当x∈
时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
①当0时,t无解;②当0
时,f(x)min=f
=-
;
③当≤t
时,f(x)在[t,t+2]上单调递增,f(x)min=f(t)=tlnt,
所以f(x)min=.
(2)解:由题意,要使2xlnx≥-x2+ax-3在x∈(0,+∞)恒成立,即要使a≤2lnx+x+恒成立.
设h(x)=2lnx+x+(x>0),则h′(x)=
+1-
.
当x∈(0,1)时,h′(x)<0,h(x)单调递减;
当x∈(1,+∞)时,h′(x)>0,h(x)单调递增.
所以x=1时,h(x)取得极小值,也就是最小值,
即[h(x)]min=h(1)=4,所以a≤4.
(3)证明:问题等价于证明xlnx>-
,x∈(0,+∞).
由(1)知,f(x)=xlnx在(0,+∞)上最小值是-,
当且仅当x=时取得.设m(x)=
-
,x∈(0,+∞),则m′(x)=
,
易得[m(x)]max=m(1)=-,
当且仅当x=1时取得,
从而对一切x∈(0,+∞),都有lnx>-
成立
已知函数.
(I)求函数的单调区间;
(Ⅱ)若,试解答下列两小题.
(i)若不等式对任意的
恒成立,求实数
的取值范围;
(ii)若是两个不相等的正数,且以
,求证:
.
正确答案
(I)①当时,
递增区间是
;②当
时,
递增区间是
,递减区间为
;(Ⅱ)(i)实数
的取值范围为
;(ii)详见试题解析.
试题分析:(I)首先求函数的定义域,再求
的导数,令
下面分
和
讨论求函数
的单调区间;(Ⅱ)(i)先由已知条件,将问题转化为
设
求函数
的导数:
,由此讨论可得
在
上为减函数,从而求得实数
的取值范围;(ii)先根据已知条件把
化简为
,只要证
设
,构造函数
利用导数可得
在
上单调递减,在
上单调递增,最终证得
.
试题解析:(I)解:函数的定义域为
令
①当时,
在
上恒成立,∴
递增区间是
;
②当时,由
可得
,∴
递增区间是
,递减区间为
. (6分)
(Ⅱ)(i)解:设则
.
∵在
上恒成立,∴
在
上为减函数,∴
实数
的取值范围为
. (10分)
(ii)证明:
.设
,则
.
令,得
,
在
上单调递减,在
上单调递增
. (15分)
已知函数(
).
(1)当时,求函数
的单调区间;
(2)当时,
取得极值.
① 若,求函数
在
上的最小值;
② 求证:对任意,都有
.
正确答案
(1)单调增区间为和
,单调减区间为
;(2)①
②详见解析.
试题分析:(1)求导解得
或
, 解
得
;
(2)①当时,
取得极值, 所以
解得
,对
求导,判断在
,
递增,在
递减,分类讨论,求出最小值;②通过求导,求出
,将恒成立问题转化为最值问题,对任意
,都有
.
试题解析:(1)
当时,
解得
或
, 解
得
所以单调增区间为
和
,单调减区间为
(2)①当时,
取得极值, 所以
解得(经检验
符合题意)
所以函数在
,
递增,在
递减
当时,
在
单调递减,
当时
在
单调递减,在
单调递增,
当时,
在
单调递增,
综上,在
上的最小值
②令 得
(舍)
因为 所以
所以,对任意,都有
.
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