- 导数在研究函数中的应用
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已知函数f(x)=x2+2aln(1-x)(a∈R),g(x)=f(x)-x2+x.
(1)当a=时,求函数g(x)的单调区间和极值;
(2)若f(x)在[-1,1)上是单调函数,求实数a的取值范围;
(3)若数列{an}满足a1=1,且(n+1)an+1=nan,Sn为数列{an}的前n项和,求证:当n≥2时,Sn<1+lnn.
正确答案
(1)f(x)=ln(1-x)+x,定义域为(-∞,1),g′(x)=1-,令g'(x)=0得x=0,
可以列表,也可以直接研究g'(x)的正负,得g(x)的单调递增区间为(-∞,0);
单调递减区间为(0,1);x=0时g(x)有极大值0.
(2)f′(x)=2x-,若f'(x)≥0,即2x-
≥0⇒a≤[x(1-x)]min⇒a≤-2,
若f'(x)≤0,即2x-≤0⇒a≥[x(1-x)]max⇒a≥
,
所以a≤-2或a≥.
(3)证明:由(n+1)an+1=nan,用累乘法得an=,
由(1)知当x∈(0,1)时g'(x)<0又g(0)=0,得g(x)=ln(1-x)+x<g(0)=0,得x<-ln(1-x)*n≥2⇒∈(0,1),x=
代入*得
<ln
Sn=1+
+
+…+
<1+ln
+ln
+…+ln
=1+ln(
×
×…×
)=1+lnn,
所以当n≥2时,Sn<1+lnn.…(14分)
已知函数(
)
(1)讨论函数的单调性;
(2)若函数在
处取得极值,不等式
对任意
恒成立,求实数
的取值范围;
(3)当时,证明不等式
.
正确答案
(1)在
上单调递减,在
上单调递增;(2)
;(3)见解析
试题分析:(1)求导数,对参数进行分类讨论,当导函数大于0时,得到增区间,导函数小于0时得到减区间。(2)含参数不等式恒成立问题,一般要把要求参数分离出来,然后讨论分离后剩下部分的最值即可。讨论最值的时候要利用导数判断函数的单调性。(3)证明不等式可以有很多方法,但本题中要利用(1)(2)的结论。构造函数,然后利用函数单调性给予证明。
试题解析:(1)函数
的定义域为
,
1分
当时,
,从而
,故函数
在
上单调递减 3分
当时,若
,则
,从而
,
若,则
,从而
,
故函数在
上单调递减,在
上单调递增; 5分
(2)由(1)得函数的极值点是
,故
6分
所以,即
,
由于,即
. 7分
令,则
当时,
;当
时,
∴在
上单调递减,在
上单调递增; 9分
故,所以实数
的取值范围为
10分
(3)不等式 11分
构造函数,则
,
在
上恒成立,即函数
在
上单调递增, 13分
由于,所以
,得
故 14分
已知是自然对数的底数,函数
。
(1)求函数的单调递增区间;
(2)当时,函数
的极大值为
,求
的值。
正确答案
(1)当时递增区间为
、当
时递增区间为
;(2)
试题分析:(1)先求导,再讨论导数的正负得函数的单调区间。注意对正负的讨论。(2)由(1)可得
时函数
的单调性,根据单调性可求其最值。即可求得
的值。
试题解析:解:(1)函数的定义域为求导得
3分
当时,令
,解得
,
此时函数的单调递增区间为
; 5分
当时,令
,解得
,
此时函数的单调递增区间为
,
7分
(2)由(1)可知,当时,函数
在区间
上单调递减,在
上单调递增,于是当
时,函数
取到极大值,极大值为
,
故的值为
13分
设定义在R上的函数,当时,f (x)取得极大值,并且函数
的图象关于y轴对称. (Ⅰ)求f(x)的表达式; (Ⅱ)若曲线
对应的解析式为
,求曲线过点
的切线方程.
正确答案
f(x)=x3-x,f(x)=2x2-1
和
.
解:(1)∵为偶函数,∴ f(x) = f(-x),
∴3ax2 2bx + c=" 3ax2" +2bx + c,
∴2bx =0对一切x R恒成立,∴ b=0, (2分)
∴f (x)=ax3+cx中学网 又当x=-时,f (x)取得极大值
∴解得,
∴f(x)=x3-x,f(x)=2x2-1 (6分)
(2),
设切点为,则
切线方程为:,(8分)
代入点化简得:
,解得
,(10分)
所以切线方程为:和
.(12分)
14.设,函数
,若对任意的
,都有
成立,则实数
的取值范围为 ▲ .
正确答案
略
求证 在x∈(﹣∞,﹣2)上为增函数.
正确答案
证明:求导函数可得f′(x)= =
∵x∈(﹣∞,﹣2),
∴f′(x)>0
∴ 在x∈(﹣∞,﹣2)上为增函数.
已知函数.
(1) 当时,讨论
的单调性;
(2)设,当
若对任意
存在
使
求实数
的取值范围。
正确答案
(1)f(x)在(0,1),()上是增函数,在(1,
)上是减函数;(2)
.
试题分析:(1)根据题意可以求得,当
,即
时,可通过列表通过f’(x)的正负性来判断f(x)的单调性;
可将变形为
,∴问题就等价于求当
存在
,使
成立的b的取值范围,而
,∴问题进一步等价于求存在
,使
时b的取值范围,通过参变分离,可得存在
,求使2b≥
成立b的范围,∴只需2b≥
即可.
(1) 3分
当,即
时,此时f(x)的单调性如下:
当时,f(x)在(0,1),(
)上是增函数,在(1,
)上是减函数 7分;
(2)由(1)知,当时,f(x)在(0,1)上是增函数,在(1,2)上是减函数.
于是时,
8分
从而存在使
)=
10分
变形可得存在存在使2b≥
成立 11分
∴只需2b≥成立 12分
显然在(1,2)上单调递减,∴只需2b≥
,即
14分
设函数.
(1)若,求函数
的单调区间;
(2)若函数在区间
上是减函数,求实数
的取值范围;
(3)过坐标原点作曲线
的切线,证明:切点的横坐标为
.
正确答案
(1)减区间为,增区间
,(2)
,(3)详见解析.
试题分析:(1)利用导数求函数单调性,有四个步骤.一是求出定义域:,二是求导数
,三是分析导数符号变化情况:
,四是根据导数符号写出对应单调区间:减区间为
,增区间
.(2)已知函数单调性研究参数范围问题,通常转化为恒成立问题. 因为函数
在区间
上是减函数,所以
对任意
恒成立.而恒成立问题又利用变量分离法解决,即
对任意
恒成立. 因此
(3)求切点问题,从设切点
出发,利用切点处导数等于切线斜率列等量关系:
.解这类方程,仍需利用导数分析其单调性,利用零点存在定理解决.
试题解析:解: (1)时,
,
, 1分
,
的减区间为
,增区间
. 3分
(2)
在区间
上是减函数,
对任意
恒成立,
即对任意
恒成立, 5分
对任意
恒成立,
令,
, 7分
易知在
单调递减,
.
. 8分
(3)设切点为,
,
切线的斜率,又切线过原点
,
,
存在性:满足方程
,
所以,是方程
的根. 11分
再证唯一性:设,
,
在
单调递增,且
,
所以方程有唯一解.
综上,切点的横坐标为. 13分
已知函数,
(
).
(1)求函数的单调区间;
(2)求证:当时,对于任意
,总有
成立.
正确答案
(1)当时,
的单调递增区间为
,单调递减区间为
,
;当
时,
的单调递增区间为
,
,单调递减区间为
;(2)详见解析.
试题分析:(1)对于含参数的函数的单调区间,只需在定义域内考虑导函数符号,同时要注意分类讨论标准的确定.先求,分母恒正,只需考虑分子二次函数的符号,所以讨论开口方向即可;(2)由于
是独立的两个变量,故
分别代表
,
的任意两个函数值,要使得
恒成立,只需证明
,分别利用导数求其最大值和最小值,从而得证,该题入手,可能很多同学困惑于
这两个变量的处理,从而造成了解题障碍.
试题解析:(Ⅰ)函数的定义域为
,
.
当时,
当变化时,
,
的变化情况如下表:
当时,
当变化时,
,
的变化情况如下表:
综上所述,
当时,
的单调递增区间为
,单调递减区间为
,
;
当时,
的单调递增区间为
,
,单调递减区间为
.
(Ⅱ)由(Ⅰ)可知,当时,
在
上单调递增,
;
在
上单调递减,且
. 所以
时,
. 因为
,所以
,令
,得
.
①当时,由
,得
;由
,得
, 所以函数
在
上单调递增,在
上单调递减. 所以
.
因为, 所以对于任意
,总有
.
②当时,
在
上恒成立, 所以函数
在
上单调递增,
.
所以对于任意,仍有
,综上所述,对于任意
,总有
已知a<2,函数f(x)=(x2+ax+a)ex.
(1)当a=1时,求f(x)的单调递增区间;
(2)若f(x)的极大值是6e-1,求a的值.
正确答案
(1)当a=1时,f(x)=(x2+x+1)ex,
∴f′(x)=(x2+3x+2)ex=(x+1)(x+2)ex,
由f′(x)≥0,得x2+3x+2≥0,解得x≥-1或x≤-2.
∴函数f(x)的单调递增区间是
(-∞,-2],[-1,+∞).
(2)f′(x)=[x2+(a+2)x+2a]ex,
由f′(x)=0,解得x=-2或x=-a.
∵a<2,∴-a>-2.列表如下:
由表格可知:当x=-2时,函数f(x)求得极大值,且f(-2)=(4-a)e-2.
∴(4-a)e-2=6e-1,解得a=4-6e.
∴a的值是4-6e.
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