- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=(m,n∈R)在x=1处取得极值2.
(I)求f(x)的解析式;
(II)设函数g(x)=x2-2ax+a,若对于任意的x1∈R,总存在x2∈[-1,1],使得g(x2)≤f(x1),求实数a的取值范围.
正确答案
(I)f′(x)==
,
由题意可得,
∴,
∴
∴f(x)=
(II)f′(x)=,令f'(x)=0,得x=-1或x=1
当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:
∴f(x)在x=-1处取得极小值f(-1)=-2,在x=1处取得极大值f(1)=2
又∵x>0时,f(x)>0,∴f(x)的最小值为-2(10分)∵对于任意的x1∈R,总存在x2∈[-1,1],使得g(x2)≤f(x1)∴当x∈[-1,1]时,g(x)最小值不大于-2
又g(x)=x2-2ax+a=(x-a)2+a-a2
当a≤-1时,g(x)的最小值为g(-1)=1+3a,由1+3a≤-2
得a≤-1(11分)
当a≥1时,g(x)最小值为g(1)=1-a,由1-a≤-2,得a≥3
当-1<a<1时,g(x)的最小值为g(a)=a-a2
由a-a2≤-2,得a≤-1或a≥2,又-1<a<1,
所以此时a不存在.(12分)
综上,a的取值范围是(-∞,-1]∪[3,+∞)(13分).
已知函数f(x)=2x3+px+r,g(x)=15x2+qlnx(p,q,r∈R).
(I)当r=-35时f(x)和g(x)在x=1处有共同的切线,求p、q的值;
(II)已知函数h(x)=f(x)-g(x)在x=1处取得极大值-13,在x=x1和x=x2(x1≠x2)处取得极小值h(x1)和h(x2),若h(x1)+h(x2)<kln3-10成立,求整数k的最小值.
正确答案
(Ⅰ) f′(x)=6x2+p,g′(x)=30x+,
由题意得:,故
,解得:
. (5分)
(Ⅱ)∵h(x)=f(x)-g(x)=2x3+px+r-15x2-qlnx,
∴h′(x)=6x2+p-30x-.
由得:
,得
.
∴h′(x)=6x2+p-30x-=
=
=
.
由题意知h(x)在x=x1和x=x2处取得极小值,则0<x1<1<x2,
设m(x)=6x2-24x+p-24,则,从而24<p<42.
且,设x1x2=t,则0<t<3
.h(x1)+h(x2)=2(x13+x23)+p(x1+x2)-2p-15(x12+x22)-(p-24)ln(x1x2)
=2(x1+x2)[(x1+x2)2-3x1x2]+4p-2p-15[(x1+x2)2-2x1x2]-(p-24)ln(x1x2)
=-112+6•x1x2+2p-(p-24)ln(x1x2)
=-112+6t+12t+48-6tlnt
=-64+18t-6tlnt. (6分)
设F(t)=-64+18t-6tlnt,
则F′(t)=18-(6lnt+6)=6(2-lnt)>0,
∴F(t)在(0,3)上是增函数,
∴h(x1)+h(x2)<F(3)=-10-18ln3.
则kln3-10≥-10-18ln3,从而k≥-18.
即:所求的k的最小值为-18.
已知x=2是函数f(x)=alnx+x2-12x的一个极值点.
(Ⅰ)求实数a的值;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调区间.
正确答案
(Ⅰ)f′(x)=+2x-12,(x>0),
由已知f'(2)=0得,-8=0,解得a=16.
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,f(x)=16lnx+x2-12x+b,x∈(0,+∞),
令f′(x)==
=0,解得 x=2或 x=4.
当x∈(0,2)时,f′(x)>0;
当x∈(2,4)时,f′(x)<0;
x∈(4,+∞)时,f′(x)>0.
所以f(x)的单调增区间是(0,2),(4,+∞);
f(x)的单调减区间是(2,4)
设函数.
(1)求函数的极大值
(2)若时,恒有
成立,试确定实数
的取值范围.
正确答案
当时
,
解:(1) ,令
得
,画表得
当时
;
(2) ,想求最大最小值需要分类讨论,
当
时,
在
时单调递减,只要
,无解舍;
当
时,
在
时先增后减,只要
得实数
的取值范围为
(本小题满分16分)
某广告公司为2010年上海世博会设计了一种霓虹灯,样式如图中实线部分所示. 其上部分是以为直径的半圆,点
为圆心,下部分是以
为斜边的等腰直角三角形,
是两根支杆,其中
米,
. 现在弧
、线段
与线段
上装彩灯,在弧
、弧
、线段
与线段
上装节能灯. 若每种灯的“心悦效果”均与相应的线段或弧的长度成正比,且彩灯的比例系数为
,节能灯的比例系数为
,假定该霓虹灯整体的“心悦效果”
是所有灯“心悦效果”的和.
(Ⅰ)试将表示为
的函数;
(Ⅱ)试确定当取何值时,该霓虹灯整体的“心悦效果”最佳?
正确答案
y,
(Ⅰ)因为,所以弧EF、AE、BF的长分别为
…3分
连接OD,则由OD=OE=OF=1,,所以
6分
所以
9分
(Ⅱ)因为由 11分
解得,即
13分
又当时,
,所以此时y在
上单调递增;
当时,
,所以此时y在
上单调递减.
故当时,该霓虹灯整体的“心悦效果”最佳 16分
已知函数f(x)=ln(2ax+1)+-x2-2ax(a∈R).
(1)若x=2为f(x)的极值点,求实数a的值;
(2)若y=f(x)在[3,+∞)上为增函数,求实数a的取值范围;
(3)当a=-时,方程f(1-x)=
+
有实根,求实数b的最大值.
正确答案
(1)f′(x)=+x2-2x-2a=
.…(1分)
因为x=2为f(x)的极值点,所以f'(2)=0.…(2分)
即-2a=0,解得a=0.…(3分)
又当a=0时,f'(x)=x(x-2),从而x=2为f(x)的极值点成立.…(4分)
(2)因为f(x)在区间[3,+∞)上为增函数,
所以f′(x)=≥0在区间[3,+∞)上恒成立.…(5分)
①当a=0时,f'(x)=x(x-2)≥0在[3,+∞)上恒成立,所以fx)在[3,+∞上为增函数,故a=0符合题意.…(6分)
②当a≠0时,由函数f(x)的定义域可知,必须有2ax+1>0对x≥3恒成立,故只能a>0,
所以2ax2+(1-4a)x-(4a2+2)≥0对x∈[3,+∞0上恒成立.…(7分)
令g(x)=2ax2+(1-4a)x-(4a2+2),其对称轴为x=1-,…(8分)
因为a>0所以1-<1,从而g(x)≥0在[3,+∞)上恒成立,只要g(3)≥0即可,
因为g(3)=-4a2+6a+1≥0,
解得≤a≤
.…(9分)
因为a>0,所以0<a≤.
综上所述,a的取值范围为[0,].…(10分)
(3)若a=-时,方程f(1-x)=
+x>0
可化为,lnx-(1-x)2+(1-x)=
.
问题转化为b=xlnx-x(1-x)2+x(1-x)=xlnx+x2-x3在(0,+∞)上有解,
即求函数g(x)=xlnx+x2-x3的值域.…(11分)
以下给出两种求函数g(x)值域的方法:
方法1:因为g(x)=x(lnx+x-x2),令h(x)=lnx+x-x2(x>0),
则h′(x)=+1-2x=
,…(12分)
所以当0<x<1,h′(x)>0,从而h(x)在(0,1)上为增函数,
当x>1,h′(x)<0,从而h(x')在(1,+∞上为减函数,…(13分)
因此h(x)≤h(1)=0.
而,故b=x•h(x)≤0,
因此当x=1时,b取得最大值0.…(14分)
方法2:因为g(x)=x(lnx+x-x2),所以g'(x)=lnx+1+2x-3x2.
设p(x)=lnx+1+2x-3x2,则p′(x)=+2-6x=-
.
当0<x<时,p'(x)>0,所以p(x)在(0,
)上单调递增;
当x>时,p'(x)<0,所以p(x)在(
,+∞)上单调递减;
因为p(1)=0,故必有p()>0,又p(
)=-2+1+
-
<-
<0,
因此必存在实数x0∈(,
)使得g'(x0)=0,
∴当0<x<x0时,g′(x)<0,所以g(x)在(0,x0)上单调递减;
当x0<x<1,g′(x)>0,所以,g(x)在(1,+∞)上单调递减;
又因为g(x)=xlnx+x2-x3=x(lnx+x-x2)≤x(lnx+),
当x→0时,lnx+<0,则g(x)<0,又g(1)=0.
因此当x=1时,b取得最大值0.…(14分)
已知函数f(x)=ax-xlna,其中a∈(1,e]
(Ⅰ)讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)求证:对∀x1,x2∈[-1,1],都有|f(x1)-f(x2)|≤e-2.
正确答案
(Ⅰ)∵f(x)=ax-xlna∴f'(x)=axlna-lna=(ax-1)lna,∵a∈(1,e]∴lna>0
f'(x)>0可得x>0
f'(x)=0可得x=0
f'(x)<0可得x<0
∴f(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增…(4分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)知f(x)在[-1,0]单调递减,在[0,1]在单调递增∴当x=0时f(x)取得最小值f(x)min=f(0)=1f(x)max=max{f(1),f(-1)}…(6分)
又f(1)=a-lna,f(-1)=+lnaf(1)-f(-1)=a-
-2lna
设g(a)=a--2lna,a∈[1,e]∵g′(a)=1+
-
=(
-1)2>0∴g(a)在[1,e]上单调递增.又g(1)=0,∴g(a)>0,a∈[1,e]∴f(1)-f(-1)>0,∴f(1)>f(-1)∴在[-1,1]上,f(x)的最大值为f(1)=a-lna…(9分)∴对∀x1,x2∈[-1,1],都有|f(x1)-f(x2)|≤f(1)-f(0)
又f(1)-f(0)=a-lna-1
即对∀x1,x2∈[-1,1],都有|f(x1)-f(x2)|≤a-lna-1…(11分)
设h(a)=a-lna-1,a∈[1,e]则h′(a)=1->0∴h(a)在(1,e]上单调递增,∴h(a)max=h(e)=e-2∴a-lna-1≤e-2
综上所述,对∀x1,x2∈[-1,1],都有|f(x1)-f(x2)|≤e-2…(14分)
已知函数f(x)=(-ax2-2x+a)•ex,(a∈R).
(1)当a=-2时,求函数f(x)的单调区间;
(2)若f(x)在[-1,1]上单调递减,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)a=-2时,f(x)=(2x2-2x-2)•ex,定义域为R.
f′(x)=)=(2x2-2x-2)•ex+(4x-2)•ex=2(x-1)(x+2)•ex.
由f′(x)>0得x<-2或x>1,由f′(x)<0,得-2<x<1,
∴f(x)的单调递增区间为(-∞,-2),(1,+∞),单调递减区间为(-2,-1).
(2)f′(x)=(-ax2-2x+a)•ex+(-2ax-2)•ex=-[ax2+2(a+1)x+2-a]•ex.
令g(x)=-ax2-2(a+1)x+a-2.
①当a=0时,g(x)=-2x-2,在(-1,1)内g(x)<0,f′(x)<0,
函数f(x)在[-1,1]上单调递减.
②当a>0时,g(x)=-ax2-2(a+1)x+a-2是二次函数,其对称轴为x=-1-<-1,
当且仅当g(-1)≤0,即a≤0时,f′(x)≤0,此时无解.
③当a<0时,g(x)=-ax2-2(a+1)x+a-2是二次函数,
当且仅当即
.∴-2≤a<0时,f′(x)≤0,
此时函数f(x)在[-1,1]上单调递减.
综上,实数a的取值范围是[-2,0].
已知函数f(x)=x(a+lnx)有极小值-e-2.
(Ⅰ)求实数a的值;
(Ⅱ)若k∈Z,且k<对任意x>1恒成立,求k的最大值.
正确答案
(Ⅰ)因为函数的定义域为(0,+∞),
函数的导数为f'(x)=1+a+lnx,由f'(x)=1+a+lnx=0,
解得x=e-1-a,即当x=e-1-a,时,函数取得极小值-e-2.
即f(e-1-a)=e-1-a(a-1-a)=-e-1-a=-e-2,
所以解的a=1,即实数a的值为1.
(Ⅱ)当a=1时,f(x)=x(1+lnx),所以设g(x)==
,
则g′(x)=.
令h(x)=x-2-lnx,x>1.
因为h′(x)=1-=
>0,所以函数h(x)在(1,+∞)上单调递增,
又h(3)=1-ln3<0,h(4)=2-ln4=2-2ln2>0,
所以h(x)在(1,+∞)上存在唯一的一个实数根x0,满足x0∈(3,4),且h(x0)=0
,即x0-2-lnx0=0,所以lnx0=x0-2.
当x∈(1,x0)时,h(x)<0,此时g'(x)<0,
当x∈(x0,+∞)时,h(x)>0,此时g'(x)>0.
所以g′(x)=在x∈(1,x0)时,单调递减,在x∈(x0,+∞)上单调递增,
所以.g(x)min=g(x0)==
=
=x0∈(3,4).
所以要使k<对任意x>1恒成立,则k<g(x)min=x0∈(3,4),
因为k∈Z,所以要k≤3,即k的最大值为3.
已知f(x)=x3-
(a+1)x2+ax(a≠1)
(1)求f(x)的单调区间;
(2)若y=f(x)的图象与x轴有三个交点,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)f′(x)=x2-(a+1)x+a=(x-1)(x-a),
当a>1时,由f′(x)>0得x<1或x>a,
∴x∈(-∞,1)和(a,+∞)时,f(x)单调递增,x∈(1,a)时,f(x)单调递减;
当a<1时,由f′(x)>0,得x<a或x>1,
∴x∈(-∞,a)和(1,+∞)时,f(x)单调递增,x∈(a,1)时,f(x)单调递减.
(2)由(1)知x=1和x=a是f(x)得极值点,
a>1时,f(1)是极大值,f(a)是极小值;a<1时,f(a)是极大值,f(1)是极小值,
又y=f(x)的图象与x轴有三个交点,
∴f(1)•f(a)<0,即(a-
)•[-
a2(a-3)]<0,
∴(a-3)(a-)>0,
∴a>3或a<.
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