- 导数在研究函数中的应用
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已知函数f(x)=x3+
ax2+ax+1存在两个极值点x1,x2,且x1<x2.
(1)求证:函数f(x)的导函数f′(x)在(-2,0)上是单调函数;
(2)设A(x1,f(x1)),B(x2,f(x2)),若直线AB的斜率不小于-2,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)∵函数f(x)=x3+
ax2+ax+1存在两个极值点x1,x2,且x1<x2.
∴f'(x)=x2+ax+a,△=a2-4a>0,∴a>4或a<0,且x1+x2=-a,x1x2=a
∴f''(x)=2x+a∴x∈(-2,0)时,f''(x)=2x+a∈(-4+a,a)
若a>4时,f''(x)>0,f′(x)在(-2,0)上是单调增函数
若a<0时,f''(x)<0,f′(x)在(-2,0)上是单调减函数
得证.
(2)直线AB的斜率==
=(x22+x12+x1x2)+
a(x1+x2)+a=
[(x1+ x2 )2-x1x2]+
a(x1+x2)+a≥-2
∵x1+x2=-a,x1x2=a
∴(a2-a)-
a2+a≥-2∴-2≤a≤6
已知函数f(x)=lnx+,其中a为大于零的常数.
(1)若函数f(x)在区间[1,+∞)内不是单调函数,求a的取值范围;
(2)求函数f(x)在区间[e,e2]上的最小值.
正确答案
f′(x)=(x>0)…(2分)
(1)由已知,得f′(x)在[1,+∞)上有解,即a=在(1,+∞)上有解,
又∵当x∈(1,+∞)时,<1,所以a<1.又a>0,所以a的取值范围是(0,1)…(6分)
(2)①当a≥时,因为f′(x)>0在(e,e2)上恒成立,这时f(x)在[e,e2]上为增函数,
所以当x=e时,f(x)min=f(e)=1+ …(8分)
②当0<a≤时,因为f′(x)<0在(e,e2)上恒成立,这时f(x)在[e,e2]上为减函数,
所以,当x=e2时,f(x)min=f(e2)=2+,…(10分)
③当<a<
时,令f′(x)=0得,x=
∈(e,e2),
又因为对于x∈(e,)有f′(x)<0,
对于x∈(,e2)有f′(x)>0,
所以当x=时,f(x)min=f(
)=ln
+1-
…(14分)
综上,f(x)在[e,e2]上的最小值为
f(x)min=…(16分)
已知函数若对任意x1∈[0,1],存在x2∈[1,2],使
,求实数a的取值范围?
正确答案
试题分析:根据题意可知,函数在
上的最小值得大于等于
在
上的值,所以得求得函数
在
上的最小值,通过导数法,判断单调性得最小值;然后令
,建立关于
的不等式,设出新的函数
,探讨与
的关系,从而得出满足条件的实数
.
试题解析:根据 ,求导可得
,
显然,所以函数
在
上单调递增.所以
根据题意可知存在,使得
,
即即
能成立,
令,则要使
,在
能成立,只需使
,
又函数中,
,求导可得
.当
时,显然
,所以函数
在
上单调递减.
所以,故只需
.
(本小题满分12分)
已知函数
(
是自然对数的底数,
).
(1)当时,求
的单调区间;
(2)若在区间
上是增函数,求实数
的取值范围;
(3)证明对一切
恒成立.
正确答案
(1)在区间
上单调递增,在区间
上单调递减。
(2);(3)
.
本试题主要是考查了导数在研究函数中的 运用。利用导数的符号判定函数单调性和利用单调性逆向求解参数的范围,和不等式的证明。
(1)首先求解定义域和导数,然后令导数大于零,小于零得到单调区间。
(2)因为在区间
上是增函数,则说明函数在给定区间的导函数恒大于等于零,利用分离参数的思想求解参数的取值范围。
(3)利用第一问中函数的结论,令得
,
,那么所以
在
上为减函数,可得对于任意
,都有
,故有
,放缩法证明不等式。
解:(1)当时,
,
由,……………………………………………..4分
所以,在区间
上单调递增,在区间
上单调递减。
(2),
由题意得当时,
恒成立。
令,有
,得
,
所以的范围是
…………………………………………8分
(3)令得
,
,
所以在
上为减函数,对于任意
,都有
,故有
即
即. ………12分
已知,函数
,
(其中
为自然对数的底数).(1)判断函数
在区间
上的单调性;(2)是否存在实数
,使曲线
在点
处的切线与
轴垂直? 若存在,求出
的值;若不存在,请说明理由.
正确答案
若,则
,
在区间
上单调递增
若,则
,函数
在区间
上单调递减
故不存在,使曲线
在
处的切线与
轴垂直
解(1):∵,∴
.
令,得
.
①若,则
,
在区间
上单调递增.
②若,当
时,
,函数
在区间
上单调递减,
当时,
,函数
在区间
上单调递增,
③若,则
,函数
在区间
上单调递减. ……6分
(2)解:
∵,
,
由(1)可知,当
时,
.
此时在区间
上的最小值为
,即
.
当,
,
,∴
.
曲线在点
处的切线与
轴垂直等价于方程
有实数解.
而,即方程
无实数解.
故不存在,使曲线
在
处的切线与
轴垂直……12分
已知函数f(x)=在[1,+∞)上为减函数,则a的取值范围为______.
正确答案
f′(x)==
由f'(x)≤0在[1,∞)上恒成立,即1-lna-lnx≤0在[1,+∞)上恒成立,
∴lnx≥ln恒成立,
∴ln≤0,即
≤1,
∴a≥e
故答案为:a≥e.
已知函数f(x)=ln (ax+1)+,其中a>0.
(1)若f(x)在x=1处取得极值,求a的值;
(2)若f(x)的最小值为1,求a的取值范围.
正确答案
(1)f(x)=ln (ax+1)+=ln(ax+1)+
-1,求导函数可得f′(x)=
-
,
∵f(x)在x=1处取得极值,
∴f'(1)=0,∴-
=0
∴a=1;
(2)设f′(x)=-
>0,有ax2>2-a,
若a≥2,则f'(x)>0恒成立,f(x)在[0,+∞)上递增,∴f(x)的最小值为f(0)=1;
若0<a<2,则x>,f'(x)>0恒成立,f(x)在(
,+∞)上递增,在(-∞,
)上递减,
∴f(x)在x=处取得最小值f(
)<f(0)=1.
综上知,若f(x)最小值为1,则a的取值范围是[2,+∞).
设函数f(x)=ln x+x2-(a+1)x(a>0,a为常数).
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若a=1,证明:当x>1时,f(x)< x2-
-
.
正确答案
(1) 在,(1,+∞)上单调递增,在
上单调递减(2)见解析
(1)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=+ax-(a+1)=
.
当0<a<1时,由f′(x)>0解得0<x<1或x>,由f′(x)<0解得1<x<
,
所以函数f(x)在(0,1),上单调递增,在
上单调递减.
当a=1时,f′(x)≥0对x>0恒成立,所以函数f(x)在(0,+∞)上单调递增.
当a>1时,由f′(x)>0解得x>1或0<x<,由f′(x)<0解得
<x<1.
所以函数f(x)在,(1,+∞)上单调递增,在
上单调递减.
(2)证明:当a=1时,原不等式等价于ln x-2x++
<0.
因为x>1,所以=
<
,
因此ln x-2x++
+
.
令g(x)=ln x-2x++
,
则g′(x)=.
令h(x)=,当x>1时,h′(x)=-
x2-4x+
<0,
所以h(x)在(1,+∞)上单调递减,从而h(x)<h(1)=0,即g′(x)<0,
所以g(x)在(1,+∞)上单调递减,则g(x)<g(1)=0,
所以当x>1时,f(x)<x2-
-
.
已知f(x)=lnx,g(x)=x2-x,
(1)求函数h(x)=f(x)-g(x)的单调增区间;
(2)当x∈[-2,0]时,g(x)≤2c2-c-x3恒成立,求c的取值范围.
正确答案
(1)函数的定义域为(0,+∞),h/(x)=-2x+1>0,∴0<x<1,故函数的单调增区间为(0,1)5分,
(2)当x∈[-2,0]时,g(x)≤2c2-c-x3恒成立,即g(x)+x3≤2c2-c恒成立,
令F(x)=x3+x2-x,F′(x)=3x2+2x-1=(x+1)(3x-1),函数在[-2,-1]单调增,在[-1,0]上单调减,故x=-1时,函数取得最大值,所以1≤2c2-c,解得c≤-或c≥1 10分
已知f(x)=lnx,g(x)=x2-x,
(1)求函数h(x)=f(x)-g(x)的单调增区间;
(2)当x∈[-2,0]时,g(x)≤2c2-c-x3恒成立,求c的取值范围.
正确答案
(1)函数的定义域为(0,+∞),h/(x)=-2x+1>0,∴0<x<1,故函数的单调增区间为(0,1)5分,
(2)当x∈[-2,0]时,g(x)≤2c2-c-x3恒成立,即g(x)+x3≤2c2-c恒成立,
令F(x)=x3+x2-x,F′(x)=3x2+2x-1=(x+1)(3x-1),函数在[-2,-1]单调增,在[-1,0]上单调减,故x=-1时,函数取得最大值,所以1≤2c2-c,解得c≤-或c≥1 10分
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