- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知为函数
图象上一点,O为坐标原点,记直线
的斜率
.
(1)若函数在区间
上存在极值,求实数m的取值范围;
(2)当 时,不等式
恒成立,求实数
的取值范围;
(3)求证:.
正确答案
(1);(2)
;(3)详见解析.
试题分析:(1)在函数定义域范围内求函数的极值,则极值点在内;(2)首先根据条件分离出变量
,由
转化成求
的最小值(利用二次求导判单调性);(3)结合第(2)问构造出含
的不等关系,利用裂项相消法进行化简求和.
试题解析:(1)由题意,
1分
所以 2分
当时,
;当
时,
.
所以在
上单调递增,在
上单调递减,
故在
处取得极大值. 3分
因为函数在区间
(其中
)上存在极值,
所以,得
.即实数
的取值范围是
. 4分
(2)由得
,令
,
则. 6分
令,则
,
因为所以
,故
在
上单调递增. 7分
所以,从而
在
上单调递增,
所以实数的取值范围是
. 9分
(3)由(2) 知恒成立,
即 11分
令则
, 12分
所以,
, ,
.
将以上个式子相加得:
,
故. 14分
(本小题满分13分)
已知函数,
,其中
R.
(1)当a=1时,判断的单调性;
(2)若在其定义域内为增函数,求正实数
的取值范围;
(3)设函数,当
时,若
,
,总有
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)的定义域为
,且
,
在
上单调递增;
(Ⅱ),
的定义域为
因为
在其定义域内为增函数,所以
,
而,当且仅当
时取等号,所以
(Ⅲ)当时,
,
由得
或
当
时,
;当
时,
.
所以在上,
而“
,
,总有
成立”等价于“
在
上的最大值不小于
在
上的最大值”而
在
上的最大值为
所以有
所以实数的取值范围是
略
(本小题共13分)
已知函数.
(Ⅰ)当时,求函数
的单调递增区间;
(Ⅱ)若在区间
上是减函数,求实数
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)单调递增区间是(Ⅱ)
≤3
(Ⅰ)当时,
∴
解,即:
函数的单调递增区间是
. ……………6分
(Ⅱ)=
∵
在
上为减函数,
∴时
恒成立.
即恒成立.设
,则
=
.
∵时
>4,
∴,∴
在
上递减,
∴g() >g(
)=3,∴
≤3. …………13分
已知函数f(x)=ln(2+3x)-x2.
(1)求f(x)在[0,1]上的单调区间;
(2)若对任意x∈[,1],不等式|a-f(x)|>ln5,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)函数f(x)的定义域为{x|x>-},f′(x)=
-3x=
=
(3分)
∴在[0,1]上,当0≤x<时,f'(x)>0时,f(x)单调递增;
当<x≤1时,f'(x)<0,f(x)单调递减.
∴f(x)在[0,1]上的增区间是[0,],减区间是[
,1].(开闭均可)(6分)
(2)由|a-f(x)|>ln5,可得a-f(x)>ln5或a-f(x)<-ln5,
即a>f(x)+ln5或a<f(x)-ln5.(7分)
由(1)当x∈[,1]时,f(x)max=f(
)=ln3-
,f(x)min=f(1)=ln5-
.(9分)
∵a>f(x)+ln5恒成立,∴a>ln15-,
∵a<f(x)-ln5恒成立,∴a<-.
∴a的取值范围为:a>ln15-或a<-
(12分)
已知函数f(x)=x3-x2+ax+b的图象在点P(0,f(0))处的切线方程为y=3x-2.
(1)求实数a,b的值;
(2)设g(x)=f(x)+是[2,+∞)上的增函数.
①求实数m的最大值;
②当m取最大值时,是否存在点Q,使得过点Q的直线若能与曲线y=g(x)围成两个封闭图形,则这两个封闭图形的面积总相等?若存在,求出点Q的坐标;若不存在,说明理由.
正确答案
(1)求导函数可得f′(x)=x2-2x+a
∵函数在点P(0,f(0))处的切线方程为y=3x-2,∴,∴
.
(2)①由g(x)=f(x)+=
x3-x2+3x-2+
,得g′(x)=x2-2x+3-
.
∵g(x)是[2,+∞)上的增函数,∴g′(x)≥0在[2,+∞)上恒成立,
即x2-2x+3-≥0在[2,+∞)上恒成立.
设(x-1)2=t,∵x∈[2,+∞),∴t≥1,∴不等式t+2-≥0在[1,+∞)上恒成立
当m≤0时,不等式t+2-≥0在[1,+∞)上恒成立.
当m>0时,设y=t+2-,t∈[1,+∞)
因为y′=1+>0,所以函数y=t+2-
在[1,+∞)上单调递增,因此ymin=3-m.
∴ymin≥0,∴3-m≥0,即m≤3,又m>0,故0<m≤3.
综上,m的最大值为3.
②由①得g(x)=x3-x2+3x-2+
,其图象关于点Q(1,
)成中心对称.
证明如下:∵g(x)=x3-x2+3x-2+
,
∴g(2-x)=(2-x)3-(2-x)2+3(2-x)-2+
=-
x3+x2-3x+
+
因此,g(x)+g(2-x)=.
∴函数g(x)的图象关于点Q成中心对称.
∴存在点Q(1,),使得过点Q的直线若能与函数g(x)的图象围成两个封闭图形,则这两个封闭图形的面积总相等.
设函数f(x)=(1+x)2-2ln(1+x)(1)若对任意的x∈[0,1],不等式f(x)-m≤0都成立,求实数m的最小值;(2)求函数g(x)=f(x)-x2-x在区间[0,2]上的极值.
正确答案
(1)设f(x)在[0,1]上的最大值是f(x)max,
∵对任意的x∈[0,1],不等式f(x)-m≤0都成立,
∴f(x)max≤m.
∵f′(x)=2(1+x)-=
,
当x∈[0,1]时,f′(x)≥0,
故f(x)在[0,1]内为增函数.
∴f(x)max=f(1)=4-2ln2,
∴m≥4-2ln2,
即实数m的最小值是4-2ln2.
(2)∵g(x)=f(x)-x2-x=1+x-2ln(1+x),
∴g′(x)=1-=
.
当x>1时,g′(x)>0;当-1<x<1时,g′(x)<0,
∴g(x)在[0,1]上是减函数,在(1,2]上是增函数,
∴g(x)在[0,2]上的极小值为g(1)=2-2ln2.
已知f(x)=ax2(a∈R),g(x)=2lnx.
(1)讨论函数F(x)=f(x)-g(x)的单调性;
(2)是否存在这样的a的值,使得f(x)≥g(x)+2(x∈R*)恒成立,若不存在,请说明理由;若存在,求出所有这样的值.
正确答案
(1)∵f(x)=ax2(a∈R),g(x)=2lnx.
函数F(x)=f(x)-g(x),
∴F(x)=ax2-2lnx,
其定义域为(0,+∞)(1分)
∴F′(x)=2ax-=
(x>0)
(i)当a>0时,由ax2-1>0得x>.由ax2-1<0得0<x<
故当a>0时,F(x)的递增区间为(,+∞),递减区间为(0,
).(4分)
(ii)当a<0时,F'(x)<0(x>0)恒成立
故当a≤0时,F(x)在(0,+∞)上单调递减.(6分)
(2)即使F(x)≥2在x>0时恒成立.
由(1)可知当a≤0时,x→+∞,
则F(x)→-∞.F(x)≥2在x>0时不可能恒成立.(7分)
∴a>0,由(1)可知
Fmin(x)=F()=1-2ln
=1-ln
(10分)
∴只须1-ln≥2即可,
∴lna≥1,
∴a≥e,
故存在这样的a的值,
使得f(x)≥g(x)+2(x∈R+)恒成立.
a的取值范围为[e,+∞).(12分)
已知函数f(x)=x(x-c)2(其中c为常数,c∈R)
(Ⅰ)若函数f(x)在定义域内有极值,求实数c的取值范围;
(Ⅱ)若函数f(x)在x=2处取得极大值,求实数c的值.
正确答案
(Ⅰ)依题意得f'(x)=3x2-4cx+c2…(2分)
若f(x)有极值,则△=4c2>0,∴c≠0…(5分)
(Ⅱ)f'(x)=3x2-4cx+c2=0得x=c或,
因为函数f(x)在x=2处取得了极大值,故
x=2是f'(x)=0的一个实根,故c>0
∴c>…(8分)
所以函数f(x)在(-∞,)上递增,在(
,c)上递减,(c,+∞)上递增,
f(x)在x=处取得极大值; …(10分)
∴=2⇒c=6…(12分)
已知函数f(x)=3ax4-2(3a+1)x2+4x
(1)当a=时,求f(x)的极值与相应的x的值;
(2)f(x)在(-1,1)上不是增函数,求a的取值范围.
正确答案
求导函数f′(x)=12ax3-4(3a+1)x+4
(1)当a=时,f′(x)=2x3-6x+4=2(x-1)2(x+2)
令f′(x)=2(x-1)2(x+2)=0,∴x1=1,x2=-2
∵函数在(-∞,-2)上单调减,在(-2,1)上单调增,在(1,+∞)上单调增
∴函数的极值点是x=-2,f(x)的极值为-12;
(2)假设f(x)在(-1,1)上是增函数,则f′(x)=12ax3-4(3a+1)x+4≥0在(-1,1)上恒成立
∴3ax2+3ax-1≤0在(-1,1)上恒成立
令g(x)=3ax2+3ax-1,则
或
或a=0
∴或
或a=0
∴-≤a≤
∴f(x)在(-1,1)上不是增函数,a的取值范围为(-∞,-)∪(
,+∞)
已知向量=(1,t2-3 ),
=(-k,t) (其中实数k和t不同时为零),当|t|<2时,有
⊥
,当|t|>2时,有
∥
.
(1)求函数关系式k=f (t );
(2)求函数f (t )的单调递减区间;
(3)求函数f (t )的最大值和最小值.
正确答案
(1)当|t|<2时,由⊥
得:
•
=-k+(t2-3)t=0,
得k=f(t)=t3-3t(|t|<2)
当|t|>2时,由∥
得:k=
所以k=f(t)=(5分)
(2)当|t|<2时,f′(t)=3t2-3,由f′(t)<0,得3t2-3<0
解得-1<t<1,
当|t|>2时,f′(t)==
>0
∴函数f(t)的单调递减区间是(-1,1).(4分)
(3)当|t|<2时,由f′(t)=3t2-3=0得t=1或t=-1
∵1<|t|<2时,f′(t)>0
∴f(t)极大值=f(-1)=2,f(t)极小值=f(1)=-2
又f(2)=8-6=2,f(-2)=-8+6=-2
当t>2时,f(t)=<0,
又由f′(t)>0知f(t)单调递增,∴f(t)>f(2)=-2,
即当t>2时,-2<f(t)<0,
同理可求,当t<-2时,有0<f(t)<2,
综合上述得,当t=-1或t=2时,f(t)取最大值2
当t=1或t=-2时,f(t)取最小值-2(5分)
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