- 导数在研究函数中的应用
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已知实数a>0,函数f(x)=ax(x-2)2(x∈R)有极大值8.
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)求实数a的值.
正确答案
(Ⅰ)函数的导数为f'(x)=a(x-2)2+2(x-2)ax=3ax2-8ax+4a=3a(x-2)(x-),
因为a>0,
则由f'(x)>0,则x>2或x<,此时函数单调递增,
由f'(x)<0,则<x<2,此时函数单调递减.
即函数的单调增区间为(2,+∞)和(-∞,).
函数的单调递减区间为(,2).
(Ⅱ)由(Ⅰ)知当x=时,函数取得极大值,
所以由f()=8得,f(
)=
a(
2
3
-2)2==8,
解得a=.
已知b>-1,c>0,函数f(x)=x+b的图象与函数g(x)=x2+bx+c的图象相切.
(1)设b=φ(c),求φ(c);
(2)设D(x)=(其中x>-b)在[-1,+∞)上是增函数,求c的最小值;
(3)是否存在常数c,使得函数H(x)=f(x)g(x)在(-∞,+∞)内有极值点?若存在,求出c的取值范围;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)∵函数f(x)=x+b的图象与函数g(x)=x2+bx+c的图象相切,
∴方程x+b=x2+bx+c只有一个根,即x2+(b-1)x+c-b=0,
∴△=(b-1)2-4×(c-b),
∴(b+1)2=4c,b>-1,c>0,
∴b+1>0,∴b=2-1,
∴b=φ(c)=2-1;
(2)依题意设D(x)==x+
,
∴D′(x)=1-=(1+
)(1-
)
∵D(x)在[-1,+∞)上是增函数,
∴(1+)(1-
)≥0在[-1,+∞)上恒成立,
又x>-b,c>0,
∴上式等价于1-≥0在[-1,+∞)上恒成立,
即≤x+b,而由(Ⅰ)可知
≤x+2
-1,
∴≥1-x,
又函数1-x在[-1,+∞)上的最大值为2,
∴≥2,解得c≥4,即c的最小值为4.
(3)由H(x)=(x+b)(x2+bx+c)=x3+2bx2+(b2+c)x+bc
可得H′(x)=3x2+4bx+(b2+c)
令3x2+4bx+(b2+c)=0,依题意设欲使函数H(x)在(-∞,+∞)内有极值点,
则需满足△=4(b2-3c)=4(c-4+1)>0,
亦即c-4+1>0,解得
<2-
或
>2+
,
又c>0,∴0<c<7-4或c>7+4
,
故存在常数c∈(0,7-4)∪(7+4
,+∞),使得函数H(x)在(-∞,+∞)内有极值点.
若函数f(x)=x3-12x在(k-1,k+1)上不是单调函数,则实数k的取值范围为______.
正确答案
由题意可得f′(x)=3x2-12 在区间(k-1,k+1)上至少有一个零点,
而f′(x)=3x2-12的零点为±2,区间(k-1,k+1)的长度为2,
故区间(k-1,k+1)内必须含有2或-2.
∴k-1<2<k+1或k-1<-2<k+1,
∴1<k<3 或-3<k<-1,
故答案为:(-3,-1)∪(1,3).
设函数f(x)=axn(1-x)+b(x>0),n为正整数,a,b为常数.曲线y=f(x)在(1,f(1))处的切线方程为x+y=1.
(1)求a,b的值;
(2)求函数f(x)的最大值.
正确答案
(1) a=1,b=0. (2)
(1)因为f(1)=b,由点(1,b)在x+y=1上,可得1+b=1,即b=0.
因为f′(x)=anxn-1-a(n+1)xn,所以f′(1)=-a.
又因为切线x+y=1的斜率为-1,所以-a=-1,即a=1.故a=1,b=0.
(2)由(1)知,f(x)=xn(1-x)=xn-xn+1,f′(x)=(n+1)xn-1.
令f′(x)=0,解得x=,在
上,f′(x)>0,故f(x)单调递增;
而在上,f′(x)<0,故f(x)单调递减.
故f(x)在(0,+∞)上的最大值为f=
n·
=
.
已知函数
(I)求f(x)的单调区间;
(II)当时,若存在
使得对任意的
恒成立,求
的取值范围。
正确答案
(I)①当时,
的单调递增区间为
,
的单调递增区间为
;②当
时,
的单调递增区间为
和
,
的单调递增区间为
;③当
时,
的单调递增区间为
,无单调减区间;④当
时,
的单调递增区间为
和
,
的单调递增区间为
;(II)
.
试题分析:(I)先求函数的定义域及导数,
,由此可知需要分
四种情况讨论,求
的单调区间;(II)根据已知条件:存在
使得对任意的
恒成立,则
,再利用
及
的单调性求
,最后解不等式得
的取值范围.
试题解析:(I) 2分
①当时,由
得
,此时
的单调递增区间为
.由
得
,此时
的单调递增区间为
.
②当时,由
得
,此时
的单调递增区间为
和
.由
得
,此时
的单调递增区间为
.
③当时,
,此时
的单调递增区间为
,无单调减区间.
④当时,由
得
,此时
的单调递增区间为
和
.由
得
,此时
的单调递增区间为
. 6分
(II)由题意知.由(I)知
在
上为增函数,
. 8分
在
上为减函数,
, 10分
. 12分
已知函数f(x)=-x3+ax在(0,1)上是增函数.
(1)求实数a的取值范围A;
(2)当a为A中最小值时,定义数列{an}满足:a1=b∈(0,1),且2an+1=f(an),试比较an与an+1的大小.
正确答案
(1)∵f(x)=-x3+ax,
∴f′(x)=-3x2+a,
∵f(x)=-x3+ax在(0,1)上是增函数,
∴f′(1)=-3+a≥0,
∴a≥3,即A=[3,+∞).
(2)当a=3时,由题意:an+1=f(an)=-
an3+
an,且a1=b∈(0,1),
以下用数学归纳法证明:an∈(0,1),对n∈N*恒成立.
①当n=1时,a1=b∈(0,1)成立;
②假设n=k时,ak∈(0,1)成立,那么当n=k+1时,
ak+1=-ak3+
ak,由①知g(x)=(-x3+3x)在(0,1)上单调递增,
∴g(0)<g(ak)<g(1)
即0<ak+1<1,
由①②知对一切n∈N*都有an∈(0,1)
而an+1-an=-an3+
an-an=
an(1-an2)>0
∴an+1>an.
已知曲线f(x)=alnx+bx+1在点(1,f(1))处的切线斜率为-2,且x=是y=f(x)的极值点,则a-b=______.
正确答案
∵f(x)=alnx+bx+1,
∴f′(x)=+b,
∵曲线f(x)=alnx+bx+1在点(1,f(1))处的切线斜率为-2,
∴f′(1)=a+b=-2,①
∵x=是y=f(x)的极值点,
∴f′()=
a+b=0,②
由①②,解得a=4,b=-6,
∴a-b=4+6=10,
故答案为:10.
已知函数 (x) =(2 -a )(x -1 )-2lnx ,(a ∈R ,e 为自然对数的底数)
(1 )当a =1 时,求 (x) 的单调区间;
(2 )若函数 (x) 在(0 ,)上无零点,求a的最小值
正确答案
解:(Ⅰ)当 a=1时,
由 由
故 的单调减区间为
单调增区间为
(Ⅱ)因为 在
上恒成立不可能,故要使函数
在
上无零点,
只要对任意的 恒成立,即对
恒成立.
令 则
再令
在
上为减函数,
于是
从而, ,
于是 在
上为增函数 故要使
恒成立,
只要
综上,若函数 在
上无零点,则
的最小值为
已知f(x)=x3-6x2+9x-abc,a
①f(0)f(1)>0; ②f(0)f(1)<0;
③f(0)f(3)>0; ④f(0)f(3)<0.
其中正确结论的序号是________.
正确答案
②③
∵f′(x)=3x2-12x+9=3(x-1)(x-3),
由f′(x)<0,得1
由f′(x)>0,
得x<1或x>3,
∴f(x)在区间(1,3)上是减函数,在区间(-∞,1),(3,+∞)上是增函数.
又a
∴y极大值=f(1)=4-abc>0,
y极小值=f(3)=-abc<0.
∴0
∴a,b,c均大于零,或者a<0,b<0,c>0.又x=1,x=3为函数f(x)的极值点,后一种情况不可能成立,如图.
∴f(0)<0.∴f(0)f(1)<0,f(0)f(3)>0.∴正确结论的序号是②③.
已知函数(其中
为自然对数的底数).
(1)求函数的单调区间;
(2)定义:若函数在区间
上的取值范围为
,则称区间
为函数
的“域同区间”.试问函数
在
上是否存在“域同区间”?若存在,求出所有符合条件的“域同区间”;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)单调递增区间为和
,单调递减区间为
;(2)详见解析.
试题分析:(1)先求出函数的定义域与导数,求出极值点,解有关导数的不等式,从而确定函数
的单调增区间和减区间;(2)结合(1)中的结论可知,函数
在区间
上单调递增,根据定义得到
,
,问题转化为求方程
在区间
上的实数根,结合导数来讨论方程
在区间
上的实根的个数,从而确定函数
在区间
上是否存在“域同区间”.
试题解析:(1),定义域为
,
且,
令,即
,解得
或
;令
,即
,解得
,
故函数的单调递增区间为
和
,单调递减区间为
;
(2)由(1)知,函数在区间
上是单调递增函数,
假设函数在区间
上存在“域同区间”
,则有
,
,
则方程在区间
上有两个相异实根,
构造新函数,定义域为
,
则,
设,则
,
当时,
,则
恒成立,
因此函数在区间
上单调递增,
,
,
故函数在区间
上存在唯一零点
,则有
,
当时,
;当
时,
,
故函数在区间
上是单调递减函数,在区间
上是单调递增函数,
因为,
,
,
所以函数在区间
有且只有一个零点,
这与方程有两个大于
的实根相矛盾,所以假设不成立!
所以函数在区间
上不存在“域同区间”.
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