- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知函数f(x)=2x3-3ax2,g(x)=3x2-6x,又函数f(x)在(0,1)单调递减,而在(1,+∞)单调递增.
(1)求a的值;
(2)求M的最小值,使对∀x1、x2∈[-2,2],有|f(x1)-g(x2)|≤M成立;
(3)是否存在正实数m,使得h(x)=f(x)+mg(x)在(-2,2)上既有最大值又有最小值?若存在,求出m的取值范围;若不存在,请说明理由.
正确答案
(本小题满分16分)
(1)f′(x)=6x2-6ax,
由题意知x=1是函数f(x)的一个极值点,即f′(1)=0,∴6-6a=0,即a=1,
此时f(x)=2x3-3x2,f′(x)=6x2-6x=6x(x-1)满足条件,∴a=1.…(4分)
(2)由f′(x)=6x(x-1)=0得,x=0或x=1,
得f(0)=0,f(1)=-1,f(2)=4,f(-2)=-28,
∴当x1∈[-2,2]时,-28≤f(x1)≤4;…(6分)
又g(x)=3x2-6x=3(x-1)2-3,
∴当x2∈[-2,2]时,-3≤g(x2)≤24;…(8分)
因此,-52≤f(x1)-g(x2)≤7,∴|f(x1)-g(x2)|≤52;
∴满足条件的M的最小值为52.…(10分)
(3)h(x)=f(x)+mg(x)=2x3+3(m-1)x2-6mx
则h′(x)=6x2+6(m-1)x-6m=6(x-1)(x+m)=0得x1=1,x2=-m;…(12分)
要使得存在正实数m,使得h(x)=f(x)+mg(x)在(-2,2)上既有最大值又有最小值,则必须-m>-2,即0<m<2,且满足,…(14分)
得,即
∴m≥1
∴1≤m<2,∴m的取值范围为1≤m<2.…(16分)
已知函数f(x)=ax3+bx+1的图象经过点(1,-1),且在x=1处f(x)取得极值,
求(1)函数f(x)解析式;
(2)f(x)的单调递增区间.
正确答案
(1)由函数f(x)=ax3+bx+1的图象经过点(1,-1),得a+b=-2…(1分)
f'(x)=3ax2+b …(3分)
又 f'(1)=3a+b=0…(5分)
解方程 ,得
故 f(x)=x3-3x+1 …(7分)
(2)由(1)知f'(x)=3x2-3,由f'(x)>0 …(9分)
解得x>1或x<-1…(11分)
所以f(x)的单调递增区间为(-∞,-1),(1,+∞),…(12分)
已知函数f(x)=lnx-ax+-1(a∈R)
(I)当a=-1时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(II)当a≤时,讨论f(x)的单调性.
正确答案
(I)当a=-1时,f(x)=lnx+x+-1
∴f′(x)=+1-
∴f′(2)=1
∵f(2)=2+ln2
∴曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为y-2-ln2=x-2,即y=x+ln2;
(II)f′(x)=-a-
=
当0<a≤时,令f′(x)>0,可得x<1或x>
;令f′(x)<0,可得1<x<
;
当a=0时,令f′(x)>0,可得x<1;令f′(x)<0,可得x>1;
当a<0时,令f′(x)>0,可得<x<1;令f′(x)<0,可得x<
或x>1,
综上,当0<a≤时,函数的单调增区间为(-∞,1),(
,+∞);单调减区间为(1,
);
当a=0时,函数的单调增区间为(-∞,1);单调减区间为(1,+∞);
当a<0时,单调增区间为(,1);单调减区间为(-∞,
),(1,+∞)
已知函数f(x)=x3-
(a+2)x2+bx+1.
(1)当b=2a时,求函数f(x)的极值?
(2)已知b>0,且函数f(x)在区间(0,2]上单调递增,试用b表示出a的取值范围.
正确答案
(1)当b=2a时,f(x)=x3-
(a+2)x2+2ax+1,
所以f'(x)=x2-(a+2)x+2a=(x-2)(x-a).令f'(x)=0,得x=2,或x=a.
①若a<2,则当x∈(-∞,a)时,f'(x)>0;当x∈(a,2)时,f'(x)<0;当x∈(2,+∞)时,f'(x)>0.
所以f(x)在(-∞,a)上单调递增,在(a,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增.此时当x=a时,f(x)有极大值f(a)=-a3+a2+1;当x=2时,f(x)有极小值f(2)=2a-
.
②若a=2,则f'(x)=(x-2)2≥0,所以f(x)在(-∞,+∞)上单调递增,此时f(x)无极值.
③若a>2,则当x∈(-∞,2)时,f'(x)>0;当x∈(2,a)时,f'(x)<0;当x∈(a,+∞)时,f'(x)>0.
所以f(x)在(-∞,2)上单调递增,在(2,a)上单调递减,在(a,+∞)上单调递增.此时当x=2时,f(x)有极大值f(2)=2a-;当x=a时,f(x)有极小值f(a)=-
a3+a2+1.
(2)因为函数f(x)在区间(0,2]上单调递增,所以f'(x)=x2-(a+2)x+b≥0对x∈(0,2]恒成立,
即a≤x+-2对x∈(0,2]恒成立,所以a≤(x+
-2)min,x∈(0,2].
设g(x)=x+-2,x∈(0,2],则g′(x)=1-
=
(b>0),
①若0<<2,即0<b<4,则当x∈(0,
)时,g'(x)<0;当x∈(
,2]时,f'(x)>0.
所以g(x)在(0,)上单调递减,在(
,2]上单调递增.
所以当x=时,g(x)有最小值g(
)=2
-2,所以当0<b<4时,a≤2
-2.
②若≥2,即b≥4,则当x∈(0,2]时,g'(x)≤0,所以g(x)在(0,2]上单调递减,
所以当x=2时,g(x)有最小值g(2)=,所以当b≥4时,a≤
.
综上所述,当0<b<4时,a≤2-2;当b≥4时,a≤
.
已知函数f(x)=(x+
),(x≠0,x∈R)在(1,+∞)上为增函数,函数g(x)=lnx-ax,(x>0,x∈R)在(1,+∞)上为减函数.
(1)求实数a的值;
(2)求证:对于任意的x1∈[1,m](m>1),总存在x2∈[1,m],使得g(x2)+f(x1)=0.
正确答案
(1)f′(x)=(1-
)≥0在(1,+∞)上恒成立,
则a≤x2在(1,+∞)上恒成立,
∴a≤1.…(3分)
又g′(x)=-a≤0在(1,+∞)上恒成立,
则a≥在(1,+∞)上恒成立.
∴a≥1.…(5分)
从而为a=1…(7分)
(2)依题意可知,证明对于任意的x1∈[1,m](m>1),
总存在x2∈[1,m],使得g(x2)+f(x1)=0.
只须证:函数y=-f(x)的值域是函数y=g(x)值域的子集.
设y=-f(x)的值域为M,y=g(x)的值域为N;
由(1)可知y=-f(x)=-(x+
)在[1,m]上为减函数,
g(x)=lnx-x在[1,m]上为减函数
∴M=[-(m+
),-1],N=[lnm-m,-1]…(10分)
设ϕ(x)=x--2lnx,(x>1)
则∵x>1,
∴ϕ′(x)=1+-
=
>0,
∴y=ϕ(x)在(1,+∞)上为增函数
∵m>1,
∴ϕ(m)>ϕ(1)=0
∴2lnm<m-
∴-(m+
)>lnm-m…(14分)
∴M⊆N,即对于任意的x1[1,m](m>1)
总存在x2∈[1,m],使得g(x2)+f(x1)=0…(15分)
(理)已知函数f(x)=x-ax2-ln(1+x),其中a∈R.
(Ⅰ)若x=2是f(x)的极值点,求a的值;
(Ⅱ)求f(x)的单调区间;
(Ⅲ)若f(x)在[0,+∞)上的最大值是0,求a的取值范围.
正确答案
(理)(本小题满分12分)
(Ⅰ)f′(x)=, x∈(-1,+∞).
依题意,令f'(2)=0,解得 a=.
经检验,a=时,符合题意.…(4分)
(Ⅱ)①当a=0时,f′(x)=.
故f(x)的单调增区间是(0,+∞);单调减区间是(-1,0).
②当a>0时,令f'(x)=0,得x1=0,或x2=-1.
当0<a<1时,f(x)与f'(x)的情况如下:
所以,f(x)的单调增区间是(0,-1);单调减区间是(-1,0)和(
-1,+∞).
当a=1时,f(x)的单调减区间是(-1,+∞).
当a>1时,-1<x2<0,f(x)与f'(x)的情况如下:
所以,f(x)的单调增区间是(-1,0);单调减区间是(-1,
-1)和(0,+∞).
③当a<0时,f(x)的单调增区间是(0,+∞);单调减区间是(-1,0).
综上,当a≤0时,f(x)的增区间是(0,+∞),减区间是(-1,0);
当0<a<1时,f(x)的增区间是(0,-1),减区间是(-1,0)和(
-1,+∞);
当a=1时,f(x)的减区间是(-1,+∞);
当a>1时,f(x)的增区间是(-1,0);减区间是(-1,
-1)和(0,+∞).
…(10分)
(Ⅲ)由(Ⅱ)知 a≤0时,f(x)在(0,+∞)上单调递增,由f(0)=0,知不合题意.
当0<a<1时,f(x)在(0,+∞)的最大值是f(-1),
由f(-1)>f(0)=0,知不合题意.
当a≥1时,f(x)在(0,+∞)单调递减,
可得f(x)在[0,+∞)上的最大值是f(0)=0,符合题意.
所以,f(x)在[0,+∞)上的最大值是0时,a的取值范围是[1,+∞).…(12分)
已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c在x=-与x=1时都取得极值
(1)求a,b的值及f(x)的单调区间
(2)若对x∈[-1,2],f(x)<c2恒成立,求c的取值范围.
正确答案
(1)求导数,得f′(x)=3x2+2ax+b
∵在x=-与x=1时,函数取得极值
∴⇒
∴f(x)=x3-x2-x+c,其导数为f′(x)=3x2-2x-1
当x<-或x>1时,f′(x)>0,函数为增函数;
而当-<x<1时,f′(x)<0,函数为减函数
∴函数f(x)的增区间为(-∞,-)和(1,+∞);减区间为(-
,1)
(2)∵对x∈[-1,2],f(x)<c2恒成立,
∴f(x)在区间[-1,2]上的最大值小于右边c2根据(1)的单调性,可得f(x)的最大值是f(-)、f(2)中的较大值
∵f(-)=
+c<f(2)=2+c
∴f(x)的最大值是2+c
因此2+c<c2恒成立,解之得c<-1或c>2
∴c的取值范围为:(-∞,-1)∪(2,+∞).
已知函数f(x)=-x3+12x,(1)求函数的单调区间;(2)当x∈[-3,1]时,求函数的最大值与最小值.
正确答案
(1)∵f'(x)=-3x2+12=-3(x-2)(x+2),
由f'(x)>0,得x∈(-2,2),∴x∈(-2,2)时,函数为增函数;
同理x∈(-∞,-2)或x∈(2,+∞)时,函数为减函数.
综上所述,函数的增区间为(-2,2);减区间为(-∞,-2)和(2,+∞)…(4分)
(2)由(1)结合x∈[-3,1],得下表:
比较端点函数及极值点的函数值,得
x=-2时,f(x)min=f(x)极小值=f(-2)=-16,
x=1时,f(x)max=f(1)=11
综上所述,函数的最大值为11,最小值为-16…(8分)
已知a≥0,若函数f(x)=在[-1,1]上为增函数,则a的取值集合为_______.
正确答案
由题意f′(x)==
∵a≥0,若函数f(x)=在[-1,1]上为增函数,
∴2x-2a2x-2ax2+2a>0在[-1,1]上恒成立
由于y=2x-2a2x-2ax2+2a是开口向下的二次函数
故有y(1)>0,y(-1)>0
∴即
即a2=2,故a=1
a的取值集合为{1}
故答案为{1}
求f(x)=x3-15x2-33x+6的单调区间.
正确答案
f'(x)=3x2-30x-33=3(x+1)(x-11)
令f'(x)=3x2-30x-33=3(x+1)(x-11)>0
解得:x>11或x<-1
令f'(x)=3x2-30x-33=3(x+1)(x-11)<0
解得:-1<x<11
故求f(x)=x3-15x2-33x+6的单调增区间为(-∞,-1),(11,+∞);
单调减区间为(-1,11).
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