- 导数在研究函数中的应用
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已知函数f(x)=x3-2ax2+3x(x∈R).
(1)若a=1,点P为曲线y=f(x)上的一个动点,求以点P为切点的切线斜率取最小值时的切线方程;
(2)若函数y=f(x)在(0,+∞)上为单调增函数,试求满足条件的最大整数a.
正确答案
(1)设切线的斜率为k,则k=f′(x)=2x2-4x+3=2(x-1)2+1,当x=1时,kmin=1.
把a=1代入到f(x)中得:f(x)=x3-2x2+3x,所以f(1)=
-2+3=
,即切点坐标为(1,
)
∴所求切线的方程为y-=x-1,即3x-3y+2=0.
(2)f′(x)=2x2-4ax+3,因为y=f(x)为单调递增函数,则对任意的x∈(0,+∞),恒有f′(x)>0,
f′(x)=2x2-4ax+3>0,
∴a<=
+
,而
+
≥
,当且仅当x=
时,等号成立.
所以a<,则所求满足条件的最大整数a值为1.
已知函数f(x)=+ax+lnx,g(x)=
+3lnx,(a∈R).
(I)当a=2时,求函数f(x)的单调区间;
(II)若函数F(x)=f(x)-g(x)在区间[1,+∞)上单调递增,求实数a的取值范围;
( III)证明:2n+1+≥n(n+1)ln2+3对任意的n∈N*成立.
正确答案
(I)a=2,可得f(x)=+2x+lnx,
可得f′(x)=+2+
=
,(x>0)
若f′(x)>0,可得x>,f(x)为增函数;
若f′(x)<0,可得0<x<,f(x)为减函数;
函数f(x)的单调增区间:(,+∞];
函数f(x)的单调减区间:(0,);
(II)函数F(x)=f(x)-g(x)=+ax+lnx-
-3lnx
=+ax-2lnx-
F′(x)=+a-
+
=
≥0,
在区间[1,+∞)上大于等于0,
等价于-1+ax2-2x+a+1≥0,
可得a≥,求y=
的最大值即可,
因为y在[1,+∞)上为减函数,所以y≤=1,
∴a≥1;
( III)令f(x)=2x+1+-x(x+1)ln2-ln2+3,(x≥1)
可得f′(x)=2x+1ln2--2xln2-ln2
=ln2(2x+1--2x-1),
令g(x)=2x+1--2x-1,
∴g′(x)=2x+1ln2+-2,x≥1,
可得g′(x)>g′(1)=4ln2+-2>0,
g(x)为增函数,g(x)>g(1)=4--2-1=
,
∴f(x)为增函数,
∴f(x)>f(1)=4+-2ln2+3=
-2ln2>0,
∴2n+1+≥n(n+1)ln2+3,即证;
已知函数f(x)=-x3+ax2+bx+c图象上的点P(1,-2)处的切线方程为y=-3x+1.
(1)若函数f(x)在x=-2时有极值,求f(x)的表达式
(2)若函数f(x)在区间[-2,0]上单调递增,求实数b的取值范围.
正确答案
f′(x)=-3x2+2ax+b,(2分)
因为函数f(x)在x=1处的切线斜率为-3,
所以f′(1)=-3+2a+b=-3,即2a+b=0,(3分)
又f(1)=-1+a+b+c=-2得a+b+c=-1.(4分)
(1)函数f(x)在x=-2时有极值,所以f'(-2)=-12-4a+b=0,(5分)
解得a=-2,b=4,c=-3,(7分)
所以f(x)=-x3-2x2+4x-3.(8分)
(2)因为函数f(x)在区间[-2,0]上单调递增,所以导函数f′(x)=-3x2-bx+b
在区间[-2,0]上的值恒大于或等于零,(10分)
则得b≥4,所以实数b的取值范围为[4,+∞)(14分)
已知函数f(x)=(x-1)2+lnx-ax+a
(1)当a=2时,求证:对任意的x1,x2∈(0,+∞),且x1<x2,有>-1;
(2)若x∈(1,3)时,f(x)>0恒成立,求a的取值范围.
正确答案
(1)令g(x)=f(x)+x(x>0),
因为g′(x)=f′(x)+1=≥0,
所以g(x)在(0,+∞)上递增,(3分)
所以g(x2)>g(x1),
故>-1.(5分)
(2)∵x∈(1,3)时,f(x)>0恒成立,
当a≤1时,
f′(x)=x+-a-1>2-a-1≥0
∴f(x)在(1,3)上递增,
所以f(x)>f(1)=0满足条件.(8分)
当a>1时,
令f′(x)<0⇒0<=x1<x<x2=
,
∵f′(1)=1-a<0,
∴x1<1<x2,
令b=min{x2,3},则f(x)在(1,b)上递减,
所以f(x)<f(1)=0,不合题意.(11分)
综上a的取值范围为{a|a≤1}.(12分)
已知函数f(x)=x2-ax+ln(ax+
)(a>0).
(1)当a=2时,求函数f(x)的单调区间;
(2)若对任意的a∈(1,2),当x0∈[1,2]时,都有f(x0)>m(1-a2),求实数m的取值范围.
正确答案
(1)当a=2时,f(x)=x2-2x+ln(x+),定义域为(-
,+∞).
f′(x)=2x-2+=2x-2+
=
.
由f′(x)>0,得-<x<0,或x>
;由f′(x)<0,得0<x<
.
所以函数f(x)的单调递增区间为(-,0),(
,+∞),单调递减区间为(0,
).
(2)y=f(x)的定义域为(-,+∞).
f′(x)=2x-a+=2x-a+
=
=
.
当1<a<2时,-1=
=
<0,即
<1,
所以当1<x<2时,f′(x)>0,f(x)在[1,2]上单调递增,
所以f(x)在[1,2]上的最小值为f(1)=1-a+ln(a+
).
依题意,对任意的a∈(1,2),当x0∈[1,2]时,都有f(x0)>m(1-a2),
即可转化为对任意的a∈(1,2),1-a+ln(a+
)-m(1-a2)>0恒成立.
设g(a)=1-a+ln(a+
)-m(1-a2)(1<a<2).
则g′(a)=-1++2ma=
=
,
①当m≤0时,2ma-(1-2m)<0,且>0,所以g′(a)<0,
所以g(a)在(1,2)上单调递减,且g(1)=0,则g(a)<0,与g(a)>0矛盾.
②当m>0时,g′(a)=(a-
),
若≥2,则g′(a)<0,g(a)在(1,2)上单调递减,且g(1)=0,g(a)<0,与g(a)>0矛盾;
若1<<2,则g(a)在(1,
)上单调递减,在(
,2)上单调递增,且g(1)=0,g(a)<g(1)=0,与g(a)>0矛盾;
若≤1,则g(a)在(1,2)上单调递增,且g(1)=0,
则恒有g(a)>g(1)=0,所以,解得m≥
,所以m的取值范围为[
,+∞).
已知函数f(x)=lnx-.
(1)当a>0时,判断f(x)在定义域上的单调性;
(2)若f(x)在[1,e]上的最小值为,求a的值.
正确答案
(1)函数的定义域为(0,+∞),且f′(x)=
∵a>0,∴f′(x)>0
∴f(x)在定义域上单调递增;
(2)由(1)知,f′(x)=
①若a≥-1,则x+a≥0,即f′(x)≥0在[1,e]上恒成立,此时f(x)在[1,e]上为增函数
∵f(x)在[1,e]上的最小值为,
∴f(x)min=f(1)=-a=,
∴a=-(舍去)
②若a≤-e,则x+a≤0,即f′(x)≤0在[1,e]上恒成立,此时f(x)在[1,e]上为减函数,
∴f(x)min=f(e)=1-=
,∴a=-
(舍去).
③若-e<a<-1,令f′(x)=0,得x=-a.
当1<x<-a时,f′(x)<0,∴f(x)在(1,-a)上为减函数;
当-a<x<e时,f′(x)>0,∴f(x)在(-a,e)上为增函数,
∴f(x)min=f(-a)=ln(-a)+1=,∴a=-
.
综上可知:a=-.
已知函数f(x)=ln(x+2)-x2+bx+c.在点x=1处的切线与直线3x+7y+2=0垂直,且f(-1)=0,求函数f(x)在区间[0,3]上的最小值.
正确答案
与直线3x+7y+2=0垂直的直线的斜率为,
令f′(1)=,得b=4,
∵f(-1)=ln(2-1)-1-4+c=0,
∴c=5,f′(x)=-2x+4,
由f′(x)=0,得x=,
当x∈[0,]时,f′(x)≥0,f(x)单调递增;
当x∈(,3]时,f′(x)≤0,f(x)单调递减.
∵f(0)=ln2+5,f(3)=ln5+8,
所以f(x)在[0,3]最小值为ln2+5.
已知函数f(x)=(x2-3x+3)•ex,设t>-2
(1)试确定t的取值范围,使得函数f(x)在[-2,t]上为单调函数;
(2)求函数f(x)在[-2,t]上的最小值.
正确答案
(1)因为f′(x)=(2x-3)ex+(x2-3x+3)ex,
由f′(x)>0,可得x>1或x<0;由f′(x)<0,可得0<x<1,
∴函数f(x)在(-∞,0),(1,+∞)上单调递增,在(0,1)上单调递减,
要使函数f(x)在[-2,t]上为单调函数,则-2<t≤0,
(2)当-2<t≤0时,f(x)在[-2,t]上单调递增,∴f(x)min=f(-2)=13e-2
当0<t≤1时,f(x)在(-2,0)上单调递增,在(0,t)上单调递减
∵f(t)≥f(1)>f(-2),∴f(x)min=f(-2)=13e-2
当t>1时,f(x)在(-2,0),(1,+∞)上单调递增,在(0,1)上单调递减,
同理f(t)≥f(1)>f(-2),∴f(x)min=f(-2)=13e-2
综上:当f(x)在[-2,t]上的最小值为13e-2.
已知函数f(x)=ax2+lnx(x>0).
(I)讨论函数f(x)的单调性;
(II)当a=0时,斜率为k的直线与曲线y=f(x)交于A(x1,y1),B(x2,y2)(x1<x2)两点,求证:x1<<x2.
正确答案
(I)f′(x)=(x>0)
(1)a≥0时,f'(x)>0恒成立,故f(x)在(0,+∞)上单调递增
(2)当a<0时,由f′(x)>0⇒x<,由f′(x)<0⇒x>
考虑到x>0,得f(x)在(0,)上单调递增,在(
,+∞)上单调递减.
(II)a=0时,f(x)=lnx,k=,不等式x1<
<x2⇔x1<
<x2 ⇔1-
<ln
<
-1,令
=t(t>1),即证1-
<lnt<t-1(8分)
由于t>1,令g(t)=lnt+⇒g′(t)=
-
=
>0,所以g(t)>g(1)=1,
即不等式lnt>1-成立,令h(t)=lnt-t⇒h′(t)=
-1<0⇒h(t)<h(1)=-1
即lnt<t-1,所以,不等式1-<lnt<t-1成立,即得原不等式成立(14分)
已知函数f(x)=2ax-,x∈(0,1].
(1)若f(x)在x∈(0,1]上是增函数,求a的取值范围;
(2)求f(x)在区间(0,1]上的最大值.
正确答案
(1)由已知可得f′(x)=2a+,
∵f(x)在(0,1)上是增函数,
∴f′(x)>0,即a>-,x∈(0,1].∴a>-1.
当a=-1时,f′(x)=-2+对x∈(0,1)也有f′(x)>0,
满足f(x)在(0,1]上为增函数,∴a≥-1.
(2)由(1)知,当a≥-1时,f(x)在(0,1]上为增函数,
∴[f(x)]max=f(1)=2a-1.
当a<-1时,令f′(x)=0得x=,
∵0<<1,∴0<x<
时,
f′(x)>0;<x≤1时,f′(x)<0.∴f(x)在(0,
)上是增函数,
在(,1]减函数.
∴[f(x)]max=f()=-3
.
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