- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
若f(x)=ax3-3x在R上是单调函数,则a的取值范围为______.
正确答案
由f(x)=ax3-3x在R上是单调函数,说明导数总是大于等于零或者小于等于零,
f′(x)=3ax2-3,
显然a=0导函数总是负;
当a>0时,抛物线开口向上,导数只有可能总是大于等于零的,于是36a≤0,a≤0,但这和a>0矛盾;
所以考虑a<0的情况,
此时开口向下,导数只有可能总是小于或等于零的,于是仍有36a≤0,a≤0,所以a<0;
综上,若f(x)=ax3-3x在R上是单调函数,则a的取值范围为a≤0.
故答案为a≤0.
已知函数f(x)=.
(1)确定y=f(x)在(0,+∞)上的单调性;
(2)若a>0,函数h(x)=xf(x)-x-ax2在(0,2)上有极值,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)在(0,e]上单调递增,在[e,+∞)上单调递减.(2)a>-(3)(0,+∞)
(1)对已知函数f(x)求导得,f′(x)=.
由1-ln x=0,得x=e.
∴当x∈(0,e)时,f′(x)>0;当x∈(e,+∞)时,f′(x)<0,
∴函数f(x)在(0,e]上单调递增,在[e,+∞)上单调递减.
(2)由h(x)=xf(x)-x-ax2,
可得h(x)=ln x-x-ax2,
则h′(x)=-1-2ax=
.
h(x)=xf(x)-x-ax2在(0,2)上有极值的充要条件是φ(x)=-2ax2-x+1在(0,2)上有零点,
∴φ(0)·φ(2)<0,解得a>-.
综上所述,a的取值范围是(0,+∞).
已知函数f(x)=(x2-3x+3)•ex.
(1)求f(x)的单调区间;
(2)当t>-2时,判断f(-2)和f(t)的大小,并说明理由;
(3)求证:当1<t<4时,关于x的方程:=
(t-1)2在区间[-2,t]上总有两个不同的解.
正确答案
(1)∵f(x)=(x2-3x+3)•ex,
∴f′(x)=(2x-3)ex+(x2-3x+3)ex=(x2-x)ex,
令f′(x)>0,即(x2-x)ex>0,解得x<0或x>1,
令f′(x)<0,即(x2-x)ex<0,解得0<x<1,
∴函数f(x)的单调递增区间为(-∞,0),(1,+∞),单调递减区间为(0,1);
(2)∵t>-2,
①当t∈(-2,0]时,
∵f(x)在(-∞,0]单调递增,∴f(t)>f(-2),
②当t∈(0,+∞)时,∵f(x)在[0,1]单调递减,在[1,+∞)单调递增,
∴f(t)所能取得的最小值为f(1)与f(-2)的最小值,
∵f(1)=e,f(-2)=13e-2,f(1)>f(-2),
∴当t∈(0,+∞)时,f(t)>f(-2)
综上可知:当t>-2时,f(t)>f(-2);
(3)=
(t-1)2即x2-x=
(t-1)2,
考虑函数g(x)=x2-x-(t-1)2,
g(-2)=6-(t-1)2=-
(t+2)(t-4)>0,g(1)=-
(t-1)2<0,
g(t)=t2-t-(t-1)2=
(t2+t-2)=
(t+2)(t-1)>0,
∴g(x)在区间[-2,1)、(1,t)分别存在零点,
又由二次函数的单调性可知:g(x)最多存在两个零点,
∴关于x的方程:=
(t-1)2在区间[-2,t]上总有两个不同的解.
设函数f(x)=sinx+cosx•sinφ-2sinx•sin2(|φ|<
)在x=
处取得极大值.
(Ⅰ)求φ的值;
(Ⅱ)在△ABC中,a,b,c分别是A,B,C的对边且a=1,b=,f(A)=
,求A.
正确答案
(Ⅰ)f(x)=sinx+cosx•sinφ-sinx•(1-cosφ)=cosx•sinφ+sinx•cosφ=sin(x+φ)
由f()=1,可得sin(φ+
)=1
∵|φ|<,∴φ=
(Ⅱ)由f(A)=,可得sin(A+
)=
∵a=1<b=
∴0<A<
∴<A+
<
∴A+=
∴A=
已知函数f(x)=x-alnx+在x=1处取得极值,且a>3
(1)求a与b满足的关系式;
(2)求函数f(x)的单调区间;
(3)设函数g(x)=a2x2+3,若存在m1,m2∈[,2],使得|f(m1)-g(m2)|<9成立,求a的取值范围.
正确答案
(1)∵f(x)=x-alnx+,
∴f′(x)=1--
,
∵f(x)=x-alnx+在x=1处取得极值,
∴f′(1)=0,
∴1-a-b=0,即b=1-a.
(2)函数f(x)的定义域为(0,+∞),
由(1)可得f′(x)=1--
=
=
,
令f′(x)=0,则x1=1,x2=a-1.
∵a>3,x2>x1,当x∈(0,1)∪(a-1,+∞)时,f′(x)>0;
当x∈(1,a-1)时,f′(x)<0.
∴f(x)的单调递增区间为(0,1),(a-1,+∞);单调递减区间为(1,a-1).
(3)当a>3时,f(x)在[,1)上为增函数,在(1,2]为减函数,
所以f(x)的最大值为f(1)=2-a<0.
因为函数g(x)在[,2]上是单调递增函数,
所以g(x)的最小值为g()=
a2+3>0.
所以g(x)>f(x)在[,2]上恒成立.
要使存在m1,m2∈[,2],使得|f(m1)-g(m2)|<9成立,只需要g(
)-f(1)<9,
即a2+3-(2-a)<9,
所以-8<a<4.
又因为a>3,所以a的取值范围是(3,4).
已知函数f(x)=lnx,g(x)=-x2+ax.
(1)函数h(x)=f(x)-g(x)在其定义域内是增函数,求a的取值范围;
(2)在(1)的结论下,设ϕ(x)=e2x+aex,x∈[0,ln2],求函数ϕ(x)的最小值.
正确答案
(1)依题意:h(x)=lnx+x2-ax
∵h(x)在(0,+∞)上是增函数,
∴h′(x)=+2x-a≥0对x∈(0,+∞)恒成立,
∴a≤+2x,
∵x>0,则 +2x≥2
.
∴b的取值范围是(-∞,2].
(2)设t=ex,则函数化为y=t2+at,t∈[1,2]
∵y=(t+)2-
当-≤1,即-2≤a≤2
时,函数y在[1,2]上为增函数,
∴当t=1时,ymin=a+1;
当1<-<2,即-4<a<-2时,t=-
,ymin=-
;
当-≥2,即a≤-4时,函数y在[1,2]上为减函数,
∴当t=2时,ymin=2a+4.
综上所述:ϕ(x)=
设函数,
;
(1)求证:函数在
上单调递增;
(2)设,
,若直线
轴,求
两点间的最短距离.
正确答案
(1)详见解析;(2)3.
试题分析:(1) 本小题首先利用求导的公式与法则求得函数的导数,通过分析其值的正负可得函数的单调性,函数
在
上单调递增;
(2) 本小题主要利用导数分析函数的单调性在
上单调递增,然后求得目标函数的最值即可。
试题解析:(1)时,
,
所以函数在
上单调递增; 6分
(2)因为,所以
8分
所以两点间的距离等于
, 9分
设,则
,
记,则
,
所以, 12分
所以在
上单调递增,所以
14分
所以,即
两点间的最短距离等于3. 15分
设f(x)=lnx,g(x)=f(x)+f′(x)
(1)求g(x)的单调区间及极小值.
(2)讨论g(x)与g()的大小关系.
正确答案
(1)∵f(x)=lnx(x>0),∴f′(x)=;
∴g(x)=f(x)+f′(x)=lnx+(x>0),
∴g′(x)=-
=
;
当0<x<1时,g′(x)<0,g(x)是减函数,
x>1时,g′(x)>0,g(x)是增函数;
∴g(x)有极小值是g(1)=1,单调减区间是(0,1),单调增区间是(1,+∞);
(2)∵g(x)=lnx+(x>0),
∴g()=ln
+x=-lnx+x(x>0),
∴g(x)-g()=2lnx+
-x(x>0);
令h(x)=2lnx+-x(x>0),
则h′(x)=-
-1=
=
≤0,
∴h(x)是(0,+∞)上的减函数;
又∵h(1)=0,
∴当0<x<1时,h(x)>0,g(x)>g();
当x=1时,h(x)=0,g(x)=g();
x>1时,h(x)<0,g(x)<g().
已知函数f(x)=lnx++ax,其中x>0,常数a∈R
(1)若函数f(x)在[1,+∞),上是单调函数,求a的取值范围
(2)若函数f(x)在[1,+∞)有最大值(其中e为无理数,约为2.71828),求a的值
正确答案
(1)∵f(x)=lnx++axf/(x)=
-
+a
若f/(x)=-
+a≥0对x∈[1,+∞)恒成立,则a≥
-
对x∈[1,+∞)恒成立,∴a≥0
若f/(x)=-
+a≤0对x∈[1,+∞)恒成立,则a≤
-
对x∈[1,+∞)恒成立,∴a≤-
∴当函数f(x)在[1,+∞)上是单调函数时,
∴所求a的取值范围为:a≥0或a≤-;
(2)当a≥0时,函数f(x)在[1,+∞)上单调递增,所以f(x)在[1,+∞)无最大值.
当a≤-时,函数f(x)在[1,+∞)上单调递减,所以由f(1)=
,得a=
-1<-
当-<a<0时,由f/(x)=
-
+a>0得ax2+x-1>0,则α<x<β
(其中α=>1,β=
>-
>2)
∴函数f(x)在[1,α]上单调递减,在[α,β]上单调递增,在[β,+∞]上单调递减,
由f(1)=,得a=
-1<-
,不符要求.
由f(β)=,得lnβ+
+aβ=
,
又∵aβ2+β-1=0,∴aβ=-1代入得lnβ+
-1=
设函数h(x)=lnx+-1-
(x>2),则h/(x)=
-
=
>0
所以函数h(x)在(2,+∞)上单调递增,而h(e)=0
∴β=e,所以a==
∴当a=
-1或a=
时,
函数f(x)在[1,+∞)有最大值.
已知α∈R且α<0,设函数f(x)=ax2+x-3alnx.
(I)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)当a=-1时,证明:f(x)≤2x-2.
正确答案
(I)由f(x)=ax2+x-3alnx,得f′(x)=2ax+1-=
(x>0).
令f′(x)=0解得x1=,x2=
(舍).
列表如下:
故f(x)的单调递增区间为(0,)、递减区间为(
,+∞)
(II)证明:f(x)的定义域为(0,+∞),a=-1时,f(x)=x-x2+3lnx
设g(x)=f(x)-(2x-2)=2-x-x2+3lnx.
则g′(x)=-1-2x+=-
.
当0<x<1时,g′(x)>0,当x>1时,g′(x)<0.
所以,g(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减.
而g(1)=0,故当x>0时,g(x)≤0.
即f(x)≤2x-2.
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