- 导数在研究函数中的应用
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已知函数f(x)=ln(2-x)+a(x-2)(a∈R,e是自然对数的底)
(1)求f(x)的单调区间;
(2)当a>0时,若方程f(x)-b=0在区间[2-,2)上有两个不同的实根,求证:1-e-lna≤b<-1-lna.
正确答案
(1)f′(x)=+a=
(x<2)
当a≤02时,f'(x)<0,∴f(x)是减函数
当a>06时,x∈(-∞,2-),f'(x)>0;x∈(2-
,2)时,f'(x)<0
此时,f(x)的单调增减区间分别为(-∞,2-),(2-
,2)
(2)∵a>0,由(1)知fmax(x)=f(2-)=ln
-1
当x∈[2-,2)时,f(x)的值域是(-∞,ln
-1]
当函数y=f(x)与函数y=b的图象有两个交点时,
得出f(2-)≤b<f(2-
),
即ln-e≤b<ln
-1
∴1-e-lna≤b<-1-lna.
已知函数f(x)=+1nx,且m>0.
(Ⅰ)若函数f(x)在[1,+∞)上是增函数,求m的取值范围;
(Ⅱ)求函数f(x)在[1,e]的最大值和最小值.
正确答案
(Ⅰ)求导函数,可得f′(x)=-+
=
(m>0). …(1分)
因为函数f(x)在[1,+∞)上为增函数,所以f'(x)≥0在[1+∞)上恒成立,
所以mx-1≥0在[1,+∞)上恒成立,
所以m≥在[1,+∞)上恒成立.
所以m的取值范围是[1,+∞). …(3分)
(Ⅱ)令f′(x)=0,∴x=(m>0). …(4分)
①若<1,即m>1,则x∈[1,e]时,有f'(x)>0,所以f(x)在[1,e]上递增,
所以f(x)的最大值是f(e)=;f(x)的最小值是f(1)=0…(6分)
②若1≤<e,即
<m≤1,则x∈(1,
)时,f′(x)<0,所以f(x)在(1,
)上递减;x∈(
,e)时,f′(x)>0,所以f(x)在(
,e)上递增.
所以f(x)的最小值是f()=
-lnm.
又f(1)=0,f(e)=,
所以当1-e+me>0,即1-<m≤1时,有f(e)>f(1),所以f(x)的最大值是f(e)=
;
当1-e+me≤0,即<m≤1-
时,有f(e)≤f(1),
所以f(x)的最大值是f(1)=0. …(9分)
③若≥e,即0<m≤
,则x∈[1,e]时,有f'(x)<0,
所以f(x)在[1,e]上递增,
所以f(x)的最大值是f(1)=0;f(x)的最小值是f(e)=.…(11分)
所以f(x)的最大值是,f(x)的最小值是
…(12分)
已知f(x)=x3+3x2-9x+1,
(1)求f(x)的单调区间和极值.
(2)求f(x)在区间[-4,4]上的最大值与最小值.
正确答案
(1)f′(x)=3x2+6x-9,
由f′(x)>0,得x<-3或x>1,由f′(x)<0,得-3<x<1,
所以f(x)的增区间是(-∞,-3),(1,+∞),减区间是(-3,1).
所以当x=-3时f(x)取得极大值f(-3)=28,当x=1时f(x)取得极小值f(1)=-4.
(2)f(-4)=21,f(4)=77,又由(1)知极大值f(-3)=28,极小值f(1)=-4,
所以f(x)在[-4,4]上的最大值为77,最小值为-4.
已知函数f(x)=ln(ax+1)+,x≥0,其中a>0.
(Ⅰ)求f(x)的单调区间;
(Ⅱ)若f(x)的最小值为1,求a的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)求导函数,可得f′(x)=,
∵x≥0,a>0,∴ax+1>0.
①当a≥2时,在区间(0,+∞)上,f'(x)>0,∴f(x)的单调增区间为(0,+∞).
②当0<a<2时,由f'(x)>0解得x>,由f'(x)<0解得x<
,
∴f(x)的单调减区间为(0,),单调增区间为(
,+∞).
(Ⅱ)当a≥2,由(Ⅰ)①知,f(x)的最小值为f(0)=1;
当0<a<2时,由(Ⅰ)②知,f(x)在x=处取得最小值f(
)<f(0)=1,
综上可知,若f(x)的最小值为1,则a的取值范围是[2,+∞).
已知函数.
(1)当时,求函数
的单调区间;
(2)若函数在
处取得极值,对
,
恒成立,求实数
的取值范围;
(3)当时,求证:
.
正确答案
(1)在
上递减,在
上递增;(2)
;(3)证明详见解析.
试题分析:(1)先求函数的导函数
,然后分别求解不等式
、
,即可求出函数的单调增、减区间,注意函数的定义域;(2)先根据函数在
取得极值,得到
,进而求出
的值,进而采用分离参数法得到
,该不等式恒成立,进一步转化为
,利用导数与最值的关系求出函数
的最小值即可;(3)先将要证明的问题进行等价转化
,进而构造函数
,转化为证明该函数在
单调递增,根据函数的单调性与导数的关系进行证明即可.
试题解析:(1)当时,
得
,
得
∴在
上递减,在
上递增
(2)∵函数在
处取得极值,∴
∴
令,可得
在
上递减,在
上递增
∴,即
(3)证明:
令,则只要证明
在
上单调递增
又∵
显然函数在
上单调递增
∴,即
∴在
上单调递增,即
∴当时,有
.
已知函数f(x)=(x≥1).
(Ⅰ)试判断函数f(x)的单调性,并说明理由;
(Ⅱ)若f(x)≥恒成立,求实数k的取值范围.
正确答案
(I)求导函数,可得f′(x)=-
∵x≥1,∴lnx≥0,∴f′(x)≤0
∴f(x)在[1,+∞)上单调递减;
(II)f(x)≥恒成立,即
≥k恒成立,
记g(x)=,则g′(x)=
再令h(x)=x-lnx,则h′(x)=1-
∵x≥1,∴h′(x)≥0,∴h(x)在[1,+∞)上单调递增.
∴[h(x)]min=h(1)=1>0,从而g′(x)>0
故g(x)在[1,+∞)上也单调递增
∴[g(x)]min=g(1)=2
∴k≤2.
已知函数f(x)=ln(x-2)-(a为常数且a≠0)
(1)求导数f′(x);
(2)求f(x)的单调区间.
正确答案
(1)f′(x)=-
;
(2)f(x)的定义域为(2,+∞)(1分)
f′(x)=-
;(2分)
令f'(x)>0得:
当a<0时,f(x)在(2,+∞)时f'(x)>0恒成立;
当a>0时,解得:2<x<1+)
令f'(x)>0得:
当a<0时,f(x)在(2,+∞)时f'(x)<0不成立;
当a>0时,解得:x>1+,
故当a<0时,f(x)在(2,+∞)上为增函数;
当a>0时,f(x)在(2,1+)上为增函数,在(1+
,+∞)上为减函数.
已知两数x1,x2满足下列条件:
(1)它们的和是等差数列1,3,…的第20项;
(2)它们的积是等比数列2,-6,…的前4项和.
求根为,
的方程.
正确答案
x1+x2=39 ①,x1x2=-40 ②,故得:1/x1+1/x2=-
由②式得.
=-
由初中所学一元二次函数根与系数关系得所求方程为:40x2+39x-1=0.
已知函数f(x)=aln(x-a)-x2+x(a<0).
(I)当-1<a<0时,求f(x)的单调区间;
(II)若-1<a<2(ln2-1),求证:函数f(x)只有一个零点x0,且a+1<x0<a+2;
(III)当a=-时,记函数f(x)的零点为x0,若对任意x1,x2∈[0,x0]且x2-x1=1,都有|f(x2)-f(x1)|≥m成立,求实数m的最大值.
(本题可参考数据:ln2=0.7,ln=0.8,ln
=0.59)
正确答案
(I)f(x)的定义域为(a,+∞).
f′(x)=-x+1=
.
令f'(x)=0⇒x=0或x=a+1.
当-1<a<0时,a+1>0,函数f(x)与f'(x)随x的变化情况如下表:
所以,函数f(x)的单调递增区间是(0,a+1),单调递减区间是(a,0)和(a+1,+∞).…(4分)
(II)证明:当-1<a<2(ln2-1)<0时,
由(I)知,f(x)的极小值为f(0),极大值为f(a+1).
因为f(0)=aln(-a)>0,f(a+1)=-(a+1)2+(a+1)=
(1-a2)>0,
且f(x)在(a+1,+∞)上是减函数,
所以f(x)至多有一个零点.
又因为f(a+2)=aln2-a2-a=-
a[a-2(ln2-1)]<0,
所以函数f(x)只有一个零点x0,且a+1<x0<a+2.…(9分)
(III)因为-1<-<2(ln2-1),
所以任意x1,x2∈[0,x0]且x2-x1=1,
由(II)可知x1∈[0,a+1],x2∈(a+1,x0],且x2≥1.
因为函数f(x)在[0,a+1]上是增函数,在(a+1,+∞)上是减函数,
所以f(x1)≥f(0),f(x2)≤f(1),
∴f(x1)-f(x2)≥f(0)-f(1).
当a=-时,f(0)-f(1)=aln(
)-
=
ln
-
>0.
所以f(x1)-f(x2)≥f(0)-f(1)>0
所以|f(x2)-f(x1)|的最小值为f(0)-f(1)=ln
-
.
所以使得|f(x2)-f(x1)|≥m恒成立的m的最大值为ln
-
.…(14分)
已知a,b∈R+,函数f(x)=(x∈R).
(1)判断函数f(x)的单调性,并证明你的结论;
(2)比较与
的大小.
正确答案
(1)函数f(x)=(x∈R)递增函数,证明如下:
设x<y,则x-y<0,f(x)-f(y)=,
①当a=b时,f(x)为常数函数,此时不单调.
②若a>b,则a-b>0,ax-y<bx-y,ax-y-bx-y<0,所以f(x)<f(y),
此时函数f(x)=(x∈R)递增函数.
③当a<b,则a-b<0,ax-y>bx-y,ax-y-bx-y>0,所以f(x)<f(y),
此时函数f(x)=(x∈R)递增函数.
(2)-
=
=
=
,
因为幂函数x32,x12在(0,+∞)上单调递增,具有相同的单调性.
所以当a=b时,=
.
当a≠b时,>
.
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