- 导数在研究函数中的应用
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求函数f(x)=2x3-6x2+1(x∈[-2,3])的单调区间及最值.
正确答案
函数的定义域为x∈[-2,3],f′(x)=6x2-12x=6x(x-2)…(2分)
令f′(x)=0 得点x1=0,x2=2…(4分)
点x1=0,x2=2把定义域分成三个小区间,下表讨论
…(6分)
所以,函数f(x)在区间[-2,0],[2,3]单调递增,在区间[0,2]上单调递减.…(8分)
因为,f(0)=1,f(-2)=-39,f(2)=-7,f(3)=1…(10分)
当x=3或x=0时,取最大值为1,当x=-2时,取最小值为-39…(12分)
已知函数f(x)=x3-ax2+3x.
(1)若f(x)在x∈[1,+∞)上是增函数,求实数a的取值范围;
(2)若x=3是f(x)的极值点,求f(x)在x∈[1,a]上的最小值和最大值.
正确答案
(1)f'(x)=3x2-2ax+3,要f(x)在x∈[1,+∞)上是增函数,
则有3x2-2ax+3≥0在x∈[1,+∞)内恒成立,
即a≤+
在x∈[1,+∞)内恒成立,
又+
≥3(当且仅当x=1时,取等号),所以a≤3
(2)由题意知f'(x)=3x2-2ax+3=0的一个根为x=3,可得a=5,
所以f'(x)=3x2-10x+3=0的根为x=3或 x=(舍去),
又f(1)=-1,f(3)=-9,f(5)=15,
∴f(x)在x∈[1,5]上的最小值是f(3)=-9,最大值是f(5)=15.
设f(x)是定义在区间(1,+∞)上的函数,其导函数为f′(x).如果存在实数a和函数h(x),其中h(x)对任意的x∈(1,+∞)都有h(x)>0,使得f′(x)=h(x)(x2-ax+1),则称函数f(x)具有性质P(a),设函数f(x)=lnx+(x>1),其中b为实数.
(1)求证:函数f(x)具有性质P(b);
(2)求函数f(x)的单调区间.
正确答案
(1)f′(x)=-
=
(x2-bx+1)
∵x>1时,h(x)=>0恒成立,
∴函数f(x)具有性质P(b);
(2)当b≤2时,对于x>1,φ(x)=x2-bx+1≥x2-2x+1=(x-1)2>0
所以f′(x)>0,故此时f(x)在区间(1,+∞)上递增;
当b>2时,φ(x)图象开口向上,对称轴x=>1,
方程φ(x)=0的两根为:,
,而
>1,
=
∈(0,1)
当x∈(1,)时,φ(x)<0,f′(x)<0,
故此时f(x)在区间(1,)上递减;
同理得:f(x)在区间[,+∞)上递增.
综上所述,当b≤2时,f(x)在区间(1,+∞)上递增;
当b>2时,f(x)在(1,)上递减;f(x)在[
,+∞)上递增.
已知函数f(x)=(ax2+x)ex在[-1,1]上是单调增函数,其中e是自然对数的底数,求a的取值范围.
正确答案
由f(x)=(ax2+x)ex,得
f′(x)=(2ax+1)ex+(ax2+x)ex=[ax2+(2a+1)x+1]ex,
①当a=0时,f′(x)=(x+1)ex,f′(x)≥0在[-1,1]上恒成立,
当且仅当x=-1时取等号,故a=0符合要求;
②当a≠0时,令g(x)=ax2+(2a+1)x+1,
因为△=(2a+1)2-4a=4a2+1>0,
所以g(x)有两个不相等的实数根x1,x2,不妨设x1>x2,
因此f(x)有极大值又有极小值.
若a>0,因为g(-1)g(0)=-a<0,
所以f(x)在(-1,1)内有极值点,
故f(x)在[-1,1]上不单调.
若a<0,可知x1>0>x2,因为g(x)的图象开口向下,要使f(x)在[-1,1]上单调,
因为g(0)=1>0,必须满足,即
,所以-
≤a<0.
综上可知,a的取值范围是[-,0].
已知函数f(x)=
1
2
x2+(
3
4
a2+a)lnx-2ax,a∈R.
(Ⅰ)当a=-时,求函数f(x)的极值点;
(Ⅱ)若函数f(x)在导函数f′(x)的单调区间上也是单调的,求a的取值范围;
(Ⅲ) 当0<a<时,设g(x)=f(x)-(
3
4
a2+a+1)lnx-(a+
)x2+(2a+1)x,且x1,x2是函数g(x)的极值点,证明:g(x1)+g(x2)>3-2ln2.
正确答案
(Ⅰ)f(x)=x2-
lnx+x (x>0),f′(x)=x-
+1=0,
∴x1=,x2=
(不在定义域内,舍)
∴(0,]单调减,[
,+∞)单调增,
∴f(x)在x=时取极小值,且是唯一极值.
(Ⅱ)f′(x)=(x>0)
令g(x)=x2-2ax+a2+a,△=4a2-3a2-2a=a2-2a,
设g(x)=0的两根x1,x2(x1<x2)
10 当△≤0时,即0≤a≤2,f′(x)≥0,
∴f(x)单调递增,满足题意;
20 当△>0时 即a<0或a>2时,
(1)若x1<0<x2,则 a2+a<0,
即-<a<0时,f(x)在(0,x2)上减,(x2,+∞)上增,
f′(x)=x+-2a,f''(x)=1-≥0,
∴f′(x) 在(0,+∞)单调增,不合题意
(2)若x1<x2<0 则,
即a≤-时f(x)在(0,+∞)上单调增,满足题意.
(3)若0<x1<x2则,
即a>2时,∴f(x)在(0,x1)单调增,(x1,x2)单调减,(x2,+∞)单调增,
不合题意.综上得a≤-或0≤a≤2.
(Ⅲ) g(x)=-lnx-ax2+x,g′(x)=--2ax+1=-
.
令g′(x)=0,即2ax2-x+1=0,
当0<a<时,△=1-8a>0,
所以,方程2ax2-x+1=0的两个不相等的正根x1,x2,设x1<x2,
则当x∈(0,x1)∪(x2,+∞)时,g′(x)<0,
当x∈(x1,x2)时,g′(x)>0,
所以g(x)有极小值点x1和极大值点x2,且x1+x2=,x1x2=
.
g(x1)+g(x2)=-lnx1-ax+x1-lnx2-ax+x2=-(lnx1+lnx2)-(x1-1)-(x2-1)+(x1+x2)
=-ln(x1x2)+(x1+x2)+1
=ln(2a)+…+1.
令h(a)=ln(2a)++1,a∈(0,],
则当a∈(0,)时,h′(a)=-=<0,h(a)在(0,)单调递减,
所以h(a)>h()=3-2ln2,
即g(x1)+g(x2)>3-2ln2.
已知a为实数,f(x)=(x2-4)(x-a),f′(x)为f(x)的导函数.
(Ⅰ)若f′(-1)=0,求f(x)在[-2,2]上的最大值和最小值;
(Ⅱ)若f(x)在(-∞,-2]和[2,+∞)上均单调递增,求a的取值范围.
正确答案
(I)∵f(x)=(x2-4)(x-a),
∴f′(x)=2x(x-a)+(x2-4)
又∵f′(-1)=-2×(-1-a)+(1-4)=0,
∴a=
∴f(x)=(x2-4)(x-),
∴f′(x)=2x(x-)+(x2-4)=3x2-x-4
令f′(x)=0,
解得x=-1,x=,
当x∈[-2,-1]时,f′(x)≤0恒成立,f(x)为减函数
当x∈[-1,4/3]时,f′(x)≥0恒成立,f(x)为增函数,
当x∈[4/3,2]时,f′(x)≤0恒成立,f(x)为减函数
又∵f(-2)=0,f(-1)=,f(
)=-
,f(2)=0
可以得到最大值为,最小值为-
(II)∵f(x)=(x2-4)(x-a),
∴f′(x)=3x2-2ax-4,
依题意:f′(x)=3x2-2ax-4≥0对(-∞,-2]恒成立,即
2ax≤3x2-4
∴a≥x-
又∵y=x-
在(-∞,-2]上为增函数,故x=-2时,
x-
取最大值-2,
所以a≥-2
f′(x)=3x2-2ax-4≥0对[2,+∞)恒成立,即
2ax≤3x2-4
∴a≤x-
又∵y=x-
在[2,+∞)上为增函数,故x=2时,
x-
取最小值2,
所以a≤2
故a的取值范围为[-2,2].
设f(x)=a-lnx(a>0):
(1)若f(x)在[1,+∞)上递增,求a的取值范围;
(2)求f(x)在[1,4]上的最小值.
正确答案
(1)求导函数,可得f′(x)=
∵f(x)在[1,+∞)上递增,
∴在[1,+∞)上,f′(x)=≥0恒成立
∴在[1,+∞)上,a≥
∴a≥2
∴a的取值范围为[2,+∞);
(2)由f′(x)=,x∈[1,4]
①当a≥2时,在x∈[1,4]上,f'(x)≥0,∴fmin(x)=f(1)=a(8分)
②当0≤a≤1时,在x∈[1,4]上,f'(x)≤0,∴fmin(x)=f(4)=2a-2ln2(10分)
③当1<a<2时,在x∈[1,]上f'(x)≤0,在x∈[
,4]上f'(x)≥0
此时fmin(x)=f()=2-2ln2+2lna
综上所述:fmin(x)=(13分)
已知f(x)=ax3+bx2+cx,若函数在区间(-∞,-),(1,+∞)上是增函数,在区间[-
,1]上是减函数,又f′(0)=-5,求f(x)的解析式.
正确答案
f′(x)=3ax2+2bx+c,
由已知可得f′(-)=f′(1)=0,f′(0)=-5,
即3a(-
5
3
)2+2b(-)+c =0;
3a12+2b1+c=0;
3a(-5)2+2b(-5)+c=-5.
解得a=-,b=
,c=0.
∴f(x)=-x3+
x2.
已知函数f(x)=ax2+blnx(x>0)在x=1处有极值.
(Ⅰ)求a,b的值;
(Ⅱ)求出函数y=f(x)的单调区间.
正确答案
(Ⅰ)因为函数f(x)=ax2+blnx,
所以f′(x)=2ax+.…(2分)
又函数f(x)在x=1处有极值,
所以即
…(4分)
可得a=,b=-1. …(5分)
经检验,此时f'(x)在x=1的左右符号相异,所以a=,b=-1.…(6分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)可知f(x)=x2-lnx,其定义域是(0,+∞),
且f′(x)=x-=
.…(8分)
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
所以函数y=f(x)的单调减区间是(0,1),单调增区间是(1,+∞).…(13分)
已知二次函数f(x)满足:①在x=1时有极值;②图象过点(0,-3),且在该点处的切线与直线2x+y=0平行.
(1)求f(x)的解析式;
(2)求函数g(x)=f(x2)的单调递增区间.
正确答案
(1)设f(x)=ax2+bx+c,则f¢(x)=2ax+b.
由题设可得:即
解得
所以f(x)=x2-2x-3.
(2)g(x)=f(x2)=x4-2x2-3,g′(x)=4x3-4x=4x(x-1)(x+1).列表:
由表可得:函数g(x)的单调递增区间为(-1,0),(1,+∞).
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