- 导数在研究函数中的应用
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已知函数g(x)=x3-3ax2-3t2+t(t>0)
(1)求函数g(x)的单调区间;
(2)曲线y=g(x)在点M(a,g(a))和N(b,g(b))(a<b)处的切线都与y轴垂直,若方程g(x)=0在区间[a,b]上有解,求实数t的取值范围.
正确答案
(1)由g'(x)=3x2-6tx>0和g′(x)=3x2-6tx<0(t>0)
知g(x)在(-∞,0)和(2t,+∞)上是增函数,
g(x)在(0,2t)上是减函数
即g(x)单调递增区间为(-∞,0)和(2t,+∞),
g(x)单调递减区间为(0,2t).(6分)
(2)由曲线y=g(x)在点M(a,g(a))和N(b,g(b))(a<b)处的切线都与y轴垂直知,
g′(a)=g′(b)=0,又a<b,所以a=0,b=2t,
若方程g(x)=0在区间[a,b]上有解,即曲线g(x)在区间[0,2t]上与x轴相交,
又g(x)在[0,2t]上单调,所以g(0)g(2t)≤0,
即t2(3t-1)(4t2+3t-1)≤0,
得t∈[,
].(12分)
设函数f(x)=x3+ax2-a2x+m(a≥0).
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)若函数f(x)在x∈[-1,1]内没有极值点,求a的取值范围;
(Ⅲ)若对任意的a∈[3,6),不等式f(x)≤1在x∈[-2,2]上恒成立,求m的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)∵f'(x)=3x2+2ax-a2=3(x-)(x+a)
当a=0时f′(x)≥0
∴函数f(x)的单调递增区间为(-∞,+∞)
当a>0时
由f′(x)>0得x<-a或x>,
由f′(x)<0得-a<x<,
∴函数f(x)的单调递增区间为(-∞,-a),(,+∞),
单调递减区间为(-a,)
(Ⅱ)当a=0时由(1)知函数f(x)在[-1,1]上单调递增,
则f(x)在[-1,1]上没有极值点;
当a>0时∵f′(x)=3x2+2ax-a2=3(x-)(x+a)
由(1)知f(x)在(-∞,-a),(,+∞)上单调递增,
在(-a,)上单调递减;则要f(x)在[-1,1]上没有极值点,
则只需f′(x)=0在(-1,1)上没有实根.∴,解得a≥3
综上述可知:a的取值范围为[3,+∞)∪{0}
(Ⅲ)∵a∈[3,6),
∴∈[1,2),-a≤-3
又x∈[-2,2]
由(1)的单调性质知f(x)max=max{f(-2),f(2)}
而f(2)-f(-2)=16-4a2<0
∴f(x)max=f(-2)=-8+4a+2a2+m
∵f(x)≤1在[-2,2]上恒成立
∴f(x)max≤1即-8+4a+2a2+m≤1
即m≤9-4a-2a2在a∈[3,6]上恒成立,
∵9-4a-2a2的最小值为-87
∴m≤-87
故答案为(Ⅰ)当a=0时f′(x)≥0,
函数f(x)的单调递增区间为(-∞,+∞),
当a>0时函数f(x)的单调递增区间为(-∞,-a),(,+∞),
单调递减区间为(-a,),
(Ⅱ)a的取值范围为:[3,+∞)∪{0},
(Ⅲ)m的取值范围为:m≤-87.
设函数f(x)=sinx-xcosx,x∈R.
(I)当x>0时,求函数f(x)的单调区间;
(II)当x∈[0,2013π]时,求所有极值的和.
正确答案
(I)∵f(x)=sinx-xcosx,x>0,
∴f′(x)=cosx-(cosx-xsinx)=xsinx,
当f′(x)>0时,sinx>0,
∴2kπ<x<2kπ+π,k∈N,
∴函数f(x)的增区间为(2kπ,2kπ+π),k∈N.
当f′(x)<0时,sinx<0,
∴2kπ+π<x<2kπ+2π,k∈N,
∴函数f(x)的减区间为(2kπ+π,2kπ+2π),k∈N.
(II)当x=π,3π,…,2kπ+π,…时,函数f(x)取极大值,
当x=2π,4π,…,2kπ+2π,…时,函数f(x)取极小值,
∴当x∈[0,2013π]时,所有极值的和为:
f(π)+f(2π)+f(3π)+f(4π)+…+f(2013π)
=π-2π+3π-4π+…-2012π+2013π
=1007π.
已知函数f(x)=2ex-mx(其中e≈2.718…)在区间[-1,0]上单调递减,则实数m的取值范围为______.
正确答案
由f(x)=2ex-mx,得f′(x)=2ex-m.
因为f(x)=2ex-mx在区间[-1,0]上单调递减,
所以f′(x)=2ex-m≤0在x∈[-1,0]上恒成立.
即m≥2ex在x∈[-1,0]上恒成立.
因为2ex在∈[-1,0]上的最大值为2,所以m≥2.
故答案为[2,+∞).
已知函数f(x)=-x3+ax2+4x-3,当x=-2时,函数f(x)有极值.
(1)求函数f(x)的单调减区间;
(2)求函数f(x)过点P(1-2)的切线方程.
正确答案
(1)∵f'(x)=-3x2+2ax+4,
由题意,则f'(-2)=0,
即-12-4a+4=0,解得a=-2,
∴f(x)=-x3-2x2+4x-3.-----------------(2分)
由f'(x)=-3x2-2x+4<0,得3x2+2x-4>0,
解得x>,或x<-2,
∴函数f(x)的单调减区间为(-∞,-2),(,+∞).---------------(6分)
(2)∵P(1,-2)在曲线上,
∴k=y′|x=1=(-3x2-4x+4)|x=1=-3--(10分)
∴切线方程为:y+2=-3(x-1),
即:y=-3x+1----------------(12分)
已知函数f(x)=x-+1-alnx,a>0,
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)设a=3,求f(x)在区间[1,e2]上值域.期中e=2.71828…是自然对数的底数.
正确答案
(I)∵函数f(x)=x-+1-alnx,a>0
∴f′(x)=1+-
,x>0
令t=>0
y=2t2-at+1(t≠0)
①△=a2-8≤0,即:0<a≤2,y≥0恒成立,此时函数f(x)在(0,+∞)上是增函数
②△=a2-8>0,即:a>2,y=0有两个不等根
由2t2-at+1>0,得t<或t>
,又x>0
∴0<x<或x<0或x>
由2t2-at+1<0,得<t<
∴<x<
综上:①0<a≤2,函数f(x)在(0,+∞)上是增函数
②a>2函数f(x)(0,
),(
,+∞)上是增函数,在(
,
)上是减函数,
(2)当a=3时,由(1)知f(x)在(1,2)上是减函数,在(2,+∞)上是增函数,
故函数在[1,2]是奇函数,在[2,e2]上是增函数
又f(1)=0,f(2)=2-3ln2,f(e2)=e2--5>0
∴f(x)在区间[1,e2]上值域是[2-3ln2,e2--5]
已知函数f(x)=2t2-2(ex+x)t+e2x+x2+1,g(x)=f′(x).
(I)证明:当t<2时,g(x)在R上是增函数;
(II)对于给定的闭区间[a,b],试说明存在实数k,当t>k时,g(x)在闭区间[a,b]上是减函数;
(III)证明:f(x)≥.
正确答案
(I)证明:由题设易得g(x)=e2x-t(ex-1)+x,g'(x)=2e2x-tex+1.又由2ex+e-x≥2,且t<2
得t<2ex+e-x,
tex<2e2x+1,即g'(x)=2e2x-tex+1>0.由此可知,g(x)在R上是增函数.
(II)因为g'(x)<0是g(x)为减函数的充分条件,所以只要找到实数k,使得t>k时g'(x)=2e2x-tex+1<0,即t>2ex+e-x在闭区间[a,b]上成立即可.因为y=2ex+e-x在闭区间[a,b]上连续,故在闭区间[a,b]上有最大值,设其为k,于是在t>k时,g'(x)<0在闭区间[a,b]上恒成立,即g(x)在闭区间[a,b]上为减函数.
(III)设F(t)=2t2-2(ex+x)t+e2x+x2+1,即F(t)=2(t-)2+
(ex-x)2+1,
易得F(t)≥(ex-x)2+1.令H(x)=ex-x,则H'(x)=ex-1,易知H'(0)=0.当x>0时,H'(0)>0;当x<0时,H'(0)<0.故当x=0时,H(x)取最小值,H(0)=1.所以
(ex-x)2+1≥
,
于是对任意的x,t,都有F(t)≥,即f(x)≥
.
已知函数f(x)=lnx+x2-mx
(1)若m=3,求函数f(x)的极小值;
(2)若函数f(x)在定义域内为增函数,求实数m取值范围;
(3)若m=1,△ABC的三个顶点A(x1,y1))、B(x2,y2)、C(x3,y3),其中在函数f(x)的图象上,试判定△ABC的形状,并说明理由.
正确答案
(1)函数f(x)的定义域为(0,+∞),
若m=3,则f(x)=lnx+x2-3x
∴f′(x)=
令f′(x)>0,
∵x>0,
∴0<x<或x>1;
令f′(x)<0,
∵x>0,
∴<x<1
即函数f(x)在(0,)(1,+∞)上递减,在(
,1)上递增,
∴x=1时,函数有极小值为f(1)=-2;
(2)求导函数可得:f′(x)=
∵函数f(x)在定义域内为增函数,
∴f′(x)=≥0在(0,+∞)上恒成立
∴2x2-mx+1≥0在(0,+∞)上恒成立
∴m≤2x+在(0,+∞)上恒成立
∵x>0时,2x+≥2
(当且仅当x=
时取等号)
∴m≤2
∴实数m的取值范围为(-∞,2];
(3)证明:由(2)知,当m=1时,函数在(0,+∞)上单调递增
∵A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3)在函数f(x)的图象上,且x1<x2<x3,
∴y1<y2<y3,
∴=(x1-x2,y1-y2),
=(x3-x2,y3-y2),
∴x1<x2<x3,y1<y2<y3,
∴•
<0
∴cos<,
>=
<0
∴∠ABC为钝角
∴△ABC为钝角三角形
设函数f(x)=sinx-xcosx,x∈R.
(I)当x>0时,求函数f(x)的单调区间;
(II)当x∈[0,2013π]时,求所有极值的和.
正确答案
(I)∵f(x)=sinx-xcosx,x>0,
∴f′(x)=cosx-(cosx-xsinx)=xsinx,
当f′(x)>0时,sinx>0,
∴2kπ<x<2kπ+π,k∈N,
∴函数f(x)的增区间为(2kπ,2kπ+π),k∈N.
当f′(x)<0时,sinx<0,
∴2kπ+π<x<2kπ+2π,k∈N,
∴函数f(x)的减区间为(2kπ+π,2kπ+2π),k∈N.
(II)当x=π,3π,…,2kπ+π,…时,函数f(x)取极大值,
当x=2π,4π,…,2kπ+2π,…时,函数f(x)取极小值,
∴当x∈[0,2013π]时,所有极值的和为:
f(π)+f(2π)+f(3π)+f(4π)+…+f(2013π)
=π-2π+3π-4π+…-2012π+2013π
=1007π.
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;
(2)函数f(x)的单调区间.
正确答案
(1)f′(x)=3x2+2ax+b,
由题意: 即
解得
(2)由(1)可知f(x)=x3-x2-2x+c
∴f′(x)=3x2-x-2
令f′(x)<0,解得-<x<1;
令f′(x)>0,解得x<-或x>1,
∴f(x)的减区间为(-,1);增区间为(-∞,-
),(1,+∞).
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