- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
(14分)已知函数的定义域为[
,
],值域为
,
],并且
在
,
上为减函数.
(1)求的取值范围;
(2)求证:;
(3)若函数,
,
的最大值为M,
求证:
正确答案
解.(1)按题意,得.
∴ 即
. 3分
又∴ 关于x的方程
.
在(2,+∞)内有二不等实根x=、
.
关于x的二次方程
在(2,+∞)内有二异根
、
.
. 故
. 6分
(2)令,则
.
∴ . 10分
(3)∵ ,
.
∵ , ∴ 当
(
,4)时,
;当
(4,
)是
.
又在[
,
]上连接, ∴
在[
,4]上递增,在[4,
]上递减.
故 . 12分
∵ , ∴ 0<9a<1.故M>0. 若M≥1,则
.
∴ ,矛盾.故0<M<1. 14分
略
已知函数f(x)=+x+(a-1)lnx+15a,F(x)=-2x3+3(a+2)x2+6x-6a-4a2,其中a<0且a≠-1.
(Ⅰ)当a=-2,求函数f(x)的单调递增区间;
(Ⅱ)若x=1时,函数F(x)有极值,求函数F(x)图象的对称中心坐标;
(Ⅲ)设函数g(x)=(e是自然对数的底数),是否存在a使g(x)在[a,-a]上为减函数,若存在,求实数a的范围;若不存在,请说明理由.
正确答案
(Ⅰ)当a=-2,f(x)=-+x-3lnx-30(x>0)∴f′(x)=
+1-
=
,
设f'(x)>0,即x2-3x+2>0,
所以x<1,或x>2,
∴f(x)单调增区间是(0,1),(2,+∞);
(Ⅱ)∵F(x)=-2x3+3(a+2)x2+6x-6a-4a2,当x=1时,函数F(x)有极值,
∴F'(x)=-6x2+6(a+2)x+6,
且F'(1)=0,即a=-2,
∴F(x)=-2x3+6x-4,
又F(x)=-2x3+6x-4的图象可由F1(x)=-2x3+6x的图象向下平移4个单位长度得到,而F1(x)=-2x3+6x的图象关于(0,0)对称,
所以F(x)=-2x3+6x-4的图象的对称中心坐标为(0,-4);
(Ⅲ)假设存在a使g(x)在[a,-a]上为减函数,
设h1(x)=F(x)-6x2+6(a-1)x•ex,h2(x)=e•f(x)=e•(+x+(a-1)lnx+15a),
h′1(x)=(-2x3+3(a-2)x2+12ax-4a2)•ex,
设m(x)=(-2x3+3(a-2)x2+12ax-4a2),
当g(x)在[a,-a]上为减函数,则h1(x)在[a,1]上为减函数,h2(x)在[1,-a]上为减函数,且h1(1)≥h2(1).
由(Ⅰ)知当a<-1时,f(x)的单调减区间是(1,-a),
由h1(1)≥h2(1)得:4a2+13a+3≤0,
解得:-3≤a≤-,
当h1(x)在[a,1]上为减函数时,对于∀x∈[a,1],h'1(x)≤0即m(x)≤0恒成立,
因为m'(x)=-6(x+2)(x-a),
(1)当a<-2时,m(x)在[a,-2]上是增函数,在(-∞,a],[-2,+∞)是减函数,
所以m(x)在[a,1]上最大值为m(-2)=-4a2-12a-8,
故m(-2)=-4a2-12a-8≤0,
即a≤-2,或a≥-1,故a<-2;
(2)当a>-2时,m(x)在[-2,a]上是增函数,在(-∞,-2],[a,+∞)是减函数,
所以m(x)在[a,1]上最大值为m(a)=a2(a+2),
故m(a)=a2(a+2)≤0,则a≤-2与题设矛盾;
(3)当a=-2时,m(x)在[-2,1]上是减函数,
所以m(x)在[a,1]上最大值为m(-2)=-4a2-12a-8=0,
综上所述,符合条件的a满足[-3,-2].
已知函数f(x)=-
alnx,a∈R.
(Ⅰ)当f(x)存在最小值时,求其最小值φ(a)的解析式;
(Ⅱ)对(Ⅰ)中的φ(a),
(ⅰ)当a∈(0,+∞)时,证明:φ(a)≤1;
(ⅱ)当a>0,b>0时,证明:φ′()≤
≤φ′(
).
正确答案
(Ⅰ)求导数,得f′(x)=-
=
(x>0).
(1)当a≤0时,f′(x)=>0,f(x)在(0,+∞)上是增函数,无最小值.
(2)当a>0时,令f′(x)=0,解得x=a2.
当0<x<a2时,f′(x)<0,∴f(x)在(0,a2)上是减函数;
当x>a2时,f′(x)>0,∴f(x)在(a2,+∞)上是增函数.
∴f(x)在x=a2处取得最小值f(a2)=a-alna.
故f(x)的最小值φ(a)的解析式为φ(a)=a-alna(a>0).…(6分)
(Ⅱ)由(Ⅰ),知φ(a)=a-alna(a>0),
求导数,得φ′(a)=-lna.
(ⅰ)令φ′(a)=0,解得a=1.
当0<a<1时,φ′(a)>0,∴φ(a)在(0,1)上是增函数;
当a>1时,φ′(a)<0,∴φ(a)在(1,+∞)上是减函数.
∴φ(a)在a=1处取得最大值φ(1)=1.
故当a∈(0,+∞)时,总有φ(a)≤1.…(10分)
(ⅱ)当a>0,b>0时,
=-
=-ln
,①
φ′()=-ln(
)≤-ln
,②
φ′()=-ln(
)≥-ln
=-ln
,③
由①②③,得φ′()≤
≤φ′(
).…(14分)
(本题满分14分)已知函数满足对于
,均有
成立.
(1)求函数的解析式;
(2)求函数的最小值;
(3)证明:…
.
正确答案
(1) (2)1
(1)由已知等式,用代替
得到一个关于
与
得方程组,解出
.
(2)用导数法求最值.(3) 在中令
(
),用放缩法证明.
试题分析:(1)依题意得,
解之得 . ……4分
(2),
当时
当
时
,
∴)在
上递减在
上递增,
∴. ……8分
(3)由(2)得 恒成立,令
, 则
,
在中令
(
),
∴,∴
,
∴,
,…,
,
),
∴
. ……14分
点评:(1)解方程组是要注意把与
看作是两个变量.(3)要仔细分析要证明的不等式的结构,令
是解决问题的关键.
(本小题满分12分)(注意:在试题卷上作答无效)
已知函数.
(Ⅰ)若,求
的取值范围;
(Ⅱ)证明: .
正确答案
(Ⅰ)
(Ⅱ)证明见解析
本小题主要考查函数导数的求法、导数的应用、不等式的恒成立问题、不等式的证明,同时考查转化的思想、逻辑思维能力、运算能力、综合分析与解决问题的能力.
(Ⅰ),
,
题设等价于
.
令,则
当,
;当
时,
,
是
的最大值点,
综上,的取值范围是
.
(Ⅱ)有(Ⅰ)知,即
.
当时,
;
当时,
所以
点评:本题考法相对新颖,特别是第(Ⅰ)小题在所求问题的设置上打破常规,不是单纯考查利用导数研究函数的几何意义、单调性、极值、最值,而是将这些知识融入一个不等式恒成立求参数范围问题中,这符合“稳中求变”的高考命题原则.
已知函数是
的导函数。
(I)当a=2时,对于任意的的最小值;
(II)若存在,使
求a的取值范围。
正确答案
的最小值为-11。,
解:(1)由题意知
令
当x在[-1,1]上变化时,随x的变化情况如下表:
的最小值为
的对称轴为
且抛物线开口向下
的最小值为
的最小值为-11。 …………6分
(2)
①若
上单调递减,
又
②若
当
从而上单调递增,在
上单调递减,
根据题意,
综上,a的取值范围是 …………12分
已知曲线f(x)=x3+bx2+cx在点我A(-1,f(-1)),B(3,f(3))处的切线互相平行,且函数f(x)的一个极值点为x=0.
(I)求实数b,c的值;
(II )若函数y=f(x)(x∈[-,3])的图象与直线y=m恰有三个交点,求实数m的取值范围;
(III)若存在x0∈[1,e](e是自然对数的底数,e=2.71828…),使得f′(x0)+alnx0≤ax0成立(其中f′(x)为函数f(x)的导函数),求实数a的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)由f(x)=x3+bx2+cx,得f′(x)=3x2=2bx+c,
∵曲线f(x)=x3+bx2+cx在点A(-1,f(-1)),B(3,f(3))处的切线互相平行,且函数f(x)的一个极值点为x=0,
∴,即
,解得:
.
∴实数b,c的值分别为-3,0;
(Ⅱ)由f(x)=x3-3x2,∴f′(x)=3x2-6x,
由f′(x)>0,得x<0或x>2,由f′(x)<0,得0<x<2.
∴函数f(x)在区间[-,0),(2,3]上递增,在(0,2)上递减.
且f(-)=(-
)3-3×(-
)2=-
,f(0)=0,f(2)=23-3×22=-4,f(3)=33-3×32=0.
∴函数y=f(x)(x∈[-,3])的图象与直线y=m恰有三个交点,则-
≤m<0.
故所求实数m的取值范围是[-,0).
(Ⅲ)依题意知存在x0∈[1,e],使得f′(x0)+alnx0≤ax0成立,即
x02-x0+alnx0≤ax0成立,
设g(x)=x2+alnx-(a+1)x,则g(x)min≤0,
g′(x)=x+-(a+1)=
,
①当a≤1时,由x∈(1,e),g′(x)>0,得函数g(x)在[1,e]上递增,
∴g(x)min=g(1)=-(a+1)≤0,得-
≤a≤1.
②当1<a<e时,可知在(1,a)上g′(x)0,
得函数g(x)在(1,a)上递减,在(a,e)上递增,
∴g(x)min=g(a)=-a2+alna-a≤0恒成立,∴1<a<e.
③当a≥e时,在x∈(1,e)上g′(x)<0,∴函数g(x)在[1,e]上递减,
∴g(x)min=g(e)=-e2+a-ae-e≤0,∴a≥
,又
<e,
∴a≥e.
综上可知:a≥-.
∴实数a的取值范围是[-,+∞).
设函数f(x)=x3+
ax2+x,a∈R.
(Ⅰ)当x=2时,f(x)取得极值,求a的值;
(Ⅱ)若f(x)在(0,+∞)内为增函数,求a的取值范围.
正确答案
f′(x)=2a2+ax+1,
(Ⅰ)由题意:f′(2)=8+2a+1=0
解得a=-.(3分)
(Ⅱ)方程2a2+ax+1=0的判别式△=a2-8,
(1)当△≤0,即-2≤a≤2
时,2a2+ax+1≥0,
f′(x)≥0在(0.+∞)内恒成立,此时f(x)为增函数;
(2)当△>0,即a<-2或a>2
时,
要使f(x)在(0.+∞)内为增函数,只需在(0.+∞)内有2a2+ax+1≥0即可,
设g(x)=2a2+ax+1,
由得a>0,所.a>2
由(1)(2)可知,若f(x)在(0.+∞)内为增函数,a的取值范围是[-2,+∞).(13分)
已知函数f(x)=x3-x2+bx+c.
(1)若f(x)有极值,求b的取值范围;
(2)当f(x)在x=1处取得极值时,①若当x∈[-1,2]时,f(x)<c2恒成立,求c的取值范围;②证明:对[-1,2]内的任意两个值x1,x2,都有|f(x1)-f(x2)|≤.
正确答案
(1)∵f(x)=x3-x2+bx+c,
∴f′(x)=3x2-x+b,
要使f(x)有极值,则f′(x)=3x2-x+b=0有两不等实根,
从而△=1-12b>0,解得b<.
(2)∵f(x)在x=1处取得极值,∴f′(1)=3-1+b=0,∴b=-2.
①∴f(x)=x3-x2-2x+c,∵f′(x)=3x2-x-2=(3x+2)(x-1)
∴当x∈(-,1)时,f′(x)<0,函数单调递减,
当x∈(-∞,-)和(1,+∞)时,f′(x)>0,函数单调递增,∴当x=-
时,f(x)有极大值
+c,
又f(2)=2+c>+c,f(-1)=
+c<
+c,
∴x∈[-1,2]时,f(x)max=f(2)=2+c,
∴c2>2+c
∴c<-1或c>2.
②由上可知,当x=1时,f(x)有极小值-+c又f(2)=2+c>-
+c,f(-1)=
+c
>-+c,∴x∈[-1,2]时,f(x)min=-
+c,
∴|f(x1)-f(x2)|≤|fmax(x)-fmin(x)|=|2+c-(-+c)|=
,
故结论成立.
已知函数f(x)=x3-x2+bx+c.
(1)若f(x)有极值,求b的取值范围;
(2)当f(x)在x=1处取得极值时,①若当x∈[-1,2]时,f(x)<c2恒成立,求c的取值范围;②证明:对[-1,2]内的任意两个值x1,x2,都有|f(x1)-f(x2)|≤.
正确答案
(1)∵f(x)=x3-x2+bx+c,
∴f′(x)=3x2-x+b,
要使f(x)有极值,则f′(x)=3x2-x+b=0有两不等实根,
从而△=1-12b>0,解得b<.
(2)∵f(x)在x=1处取得极值,∴f′(1)=3-1+b=0,∴b=-2.
①∴f(x)=x3-x2-2x+c,∵f′(x)=3x2-x-2=(3x+2)(x-1)
∴当x∈(-,1)时,f′(x)<0,函数单调递减,
当x∈(-∞,-)和(1,+∞)时,f′(x)>0,函数单调递增,∴当x=-
时,f(x)有极大值
+c,
又f(2)=2+c>+c,f(-1)=
+c<
+c,
∴x∈[-1,2]时,f(x)max=f(2)=2+c,
∴c2>2+c
∴c<-1或c>2.
②由上可知,当x=1时,f(x)有极小值-+c又f(2)=2+c>-
+c,f(-1)=
+c
>-+c,∴x∈[-1,2]时,f(x)min=-
+c,
∴|f(x1)-f(x2)|≤|fmax(x)-fmin(x)|=|2+c-(-+c)|=
,
故结论成立.
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