- 导数在研究函数中的应用
- 共24261题
已知a∈R,函数f(x)=x2+ax-2-lnx.
(1)若函数f(x)在[1,+∞)上为增函数,求实数a的取值范围;
(2)若a=1,且对于区间[,1]上任意两个自变量x1,x2,都有|f(x1)-f(x2)|≤c,求实数c的取值范围.
(参考数据:ln3≈1.0986)
正确答案
(1)∵函数f(x)在[1,+∞)上为增函数,
∴f′(x)=2x+a-≥0在[1,+∞)上恒成立,
即a≥-2x在[1,+∞)上恒成立,
令g(x)=-2x,则函数g(x)在[1,+∞)上为减函数
∴当x=1时,函数g(x)取最大值-1
∴a≥-1,即实数a的取值范围为[-1,+∞)
(2)当a=1时,f(x)=x2+x-2-lnx.f′(x)=2x+1-=
当x∈[,
]时,f′(x)≤0,此时函数为减函数
当x∈[,1]时,f′(x)≥0,此时函数为增函数
故当x=时,f(x)取最小值ln2-
当x=1时,f(x)取最大值0
∴|f(x1)-f(x2)|≤-ln2
∴c≥-ln2
设f(x)=-x3+
x2+2ax
(1)若f(x)在(,+∞)上存在单调递增区间,求a的取值范围.
(2)当0<a<2时,f(x)在[1,4]的最小值为-,求f(x)在该区间上的最大值.
正确答案
(1)f′(x)=-x2+x+2a
f(x)在(,+∞)存在单调递增区间
∴f′(x)>0在(,+∞)有解
∵f′(x)=-x2+x+2a对称轴为x=
∴f′(x)=-x2+x+2a在(,+∞)递减
∴f′(x)<f′()=
+2a>0
解得a>-.
(2)当0<a<2时,△>0;
f′(x)=0得到两个根为;
(舍)
∵∈[1,4]
∴1<x<时,f′(x)>0;
<x<4时,f′(x)<0
当x=1时,f(1)=2a+;当x=4时,f(4)=8a-
<f(1)
当x=4时最小∴8a-=-
解得a=1
所以当x==2时最大为
已知a>0,函数f(x)=x3-3a2x-2a,x∈[0,1].
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)设函数g(x)=,是否存在实数a≥1,使得对于任意x1∈[0,1],总存在x0∈[0,1],满足f(x1)=g(x0)?若存在,求出a的取值范围;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)f′(x)=3(x2-a2)=3(x-a)(x+a),
由f′(x)=0,得x1=a,x2=-a,
∴a>0,∴x1>x2,
当0<a<1,x∈[0,1]时,由f′(x)≥0,得a≤x≤1,所以f(x)在[a,1]上为增函数,
由f′(x)≤0,得0≤x≤a,所以f(x)在[0,a]上为减函数.
当a≥1,x∈[0,1]时,由f′(x)≤0恒成立,所以f(x)在[0,1]上为减函数.
综上所述,当0<a<1时,f(x)在[a,1]上为增函数,在[0,a]上为减函数.当a≥1时,f(x)在[0,1]上为减函数.
(2)设当x∈[0,1]时,f(x)的值域为A,g(x)的值域为B,若存在实数a≥1,则必有A⊆B,
当a≥1时,f(x)在[0,1]上为减函数,所以f(x)max=f(0)=-2a,f(x)min=f(1)=1-3a2-2a,即A=[1-3a2-2a,-2a],
又g′(x)=,令g′(x)>0得
<x<
,令g′(x)<0得x<
,或x>
,
所以g(x)min=f()=-4,又g(0)=-
,g(1)=-3,所以g(x)max=-3,从而B=[-4,-3],
由A⊆B得,,即
,不等式无解,
所以不存在实数a≥1满足题意.
已知函数f(x)= ,h(x)=
.
(Ⅰ)设函数F(x)=f(x)-h(x),求F(x)的单调区间与极值;
(Ⅱ)设a∈R,解关于x的方程㏒4[ ]=㏒2h(a-x)-㏒2h(4-x);
(Ⅲ)试比较f(100)h(100)- 与
的大小.
正确答案
(Ⅰ)由F(x)=f(x)-h(x)= x+
-
(x≥0)知,
F'(x)= ,令F'(x)=0,得x=
.
当x∈(0, )时,F'(x)<0;当x∈(
,=∞)时,F'(x)>0.
故x∈(0, )时,F(x)是减函数;
故F(x)x∈( ,+∞)时,F(x)是增函数.
F(x)在x= 处有极小值且F(
)=
.
(Ⅱ)原方程可化为log4(x-1)+log2 h(4-x)=log2h(a-x),
即 log2(x-1)+log2
=log2
,
①当1<a≤4时,原方程有一解x=3- ;
②当4<a<5时,原方程有两解x=3± ;
③当a=5时,原方程有一解x=3;
④当a≤1或a>5时,原方程无解.
(Ⅲ)设数列 {an}的前n项和为sn,且sn=f(n)g(n)-
从而有a1=s1=1.
当2<k≤100时,ak=sk-sk-1= -
,ak-
=
[(4k-3)
-(4k-1)
]=
=
>0.
即对任意的2<k≤100,都有ak> .
又因为a1=s1=1,
所以a1+a2+a3+…+a100> +
+
+…+
=h(1)+h(2)+…+h(100)
故f(100)h(100)-
设a∈R,函数f(x)=ax3-3x2.
(1)若x=2是函数y=f(x)的极值点,求实数a的值;
(2)若函数g(x)=exf(x)在[0,2]上是单调减函数,求实数a的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)f'(x)=3ax2-6x=3x(ax-2).
因为x=2是函数y=f(x)的极值点,所以f'(2)=0,即6(2a-2)=0,
所以a=1.经检验,当a=1时,x=2是函数y=f(x)的极值点.
即a=1.(6分)
(Ⅱ)由题设,g′(x)=ex(ax3-3x2+3ax2-6x),又ex>0,
所以,∀x∈(0,2],ax3-3x2+3ax2-6x≤0,
这等价于,不等式a≤=
对x∈(0,2]恒成立.
令h(x)=(x∈(0,2]),
则h′(x)=-=-
<0,
所以h(x)在区间(0,2]上是减函数,
所以h(x)的最小值为h(2)=.
所以a≤.即实数a的取值范围为(-∞,
].(13分)
已知.
(1)求函数的最大值;
(2)设,
,且
,证明:
.
正确答案
(1)0;(2)证明过程详见解析.
试题分析:本题主要考查导数的运算、利用导数研究函数的单调性、最值等基础知识,同时考查分析问题解决问题的综合解题能力和计算能力.第一问,对求导,由于
单调递增,
单调递减,判断出函数
的单调性,求出函数的最大值;第二问,根据第一问的结论将定义域分成2部分,当
时,函数
为单调递减,所以
,所以
一定小于1,当
时,只需证明
即可,构造新函数
,对
求导,判断
的单调性,求出
的最小值为0,所以
,所以
,即
.
试题解析:(Ⅰ).
当时,
,
单调递增;
当时,
,
单调递减.
所以的最大值为
. 5分
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,当时,
,
. 7分
当时,
等价于设
.
设,则
.
当时,
,
,则
,
从而当时,
,
在
单调递减.
当时,
,即
.
综上,总有. 12分
设a为实数,函数f(x)=ex-2x+2a,x∈R.
(Ⅰ)求f(x)的单调区间与极值;
(Ⅱ)求证:当a>ln2-1且x>0时,ex>x2-2ax+1.
正确答案
(Ⅰ)f(x)的单调递减区间是(-∞,ln2),单调递增区间是(ln2,+∞),极小值为f(ln2)=eln2-2ln2+2a=2(1-ln2+a);(Ⅱ)求证:当a>ln2-1且x>0时,ex>x2-2ax+1.
试题分析:(Ⅰ)要求函数的单调区间和极值,需要求导,f(x)求导之后的结果f ′(x)=ex-2,令f ′(x)=0,得x=ln2,列出x,f ′(x),f(x)的变化情况表,根据表格写出函数的单增区间,单减区间,以及极小值为f(ln2)=eln2-2ln2+2a=2(1-ln2+a),没有极大值;(Ⅱ)要证明不等式,最常用的方法是构造函数g(x)=ex-x2+2ax-1,求导得g′(x)=ex-2x+2a,由题意,a>ln2-1及(Ⅰ)知,则g′(x)的最小值为g′(ln2)=2(1-ln2+a)>0,因而对任意x∈R,都有g′(x)>0,所以g(x)在R内单调递增,那么当x∈(0,+∞),必有g(x)>g(0),而g(0)=0,所以ex>x2-2ax+1.
试题解析:(Ⅰ)由f(x)=ex-2x+2a,x∈R知f ′(x)=ex-2,x∈R.
令f ′(x)=0,得x=ln2.
于是当x变化时,f ′(x),f(x)的变化情况如下表:
故f(x)的单调递减区间是(-∞,ln2),单调递增区间是(ln2,+∞),f(x)在x=ln2处取得极小值,极小值为f(ln2)=eln2-2ln2+2a=2(1-ln2+a).
(Ⅱ)设g(x)=ex-x2+2ax-1,x∈R.
于是g′(x)=ex-2x+2a,x∈R.
由(Ⅰ)知,当a>ln2-1时,g′(x)的最小值为g′(ln2)=2(1-ln2+a)>0.
于是对任意x∈R,都有g′(x)>0,
∴g(x)在R内单调递增.
于是当a>ln2-1时,对任意x∈(0,+∞),都有g(x)>g(0).
而g(0)=0,从而对任意x∈(0,+∞),g(x)>0.
即ex-x2+2ax-1>0,故ex>x2-2ax+1.
已知函数,
,
(Ⅰ)若,求函数
的极值;
(Ⅱ)若函数在
上单调递减,求实数
的取值范围;
(Ⅲ)在函数的图象上是否存在不同的两点
,使线段
的中点的横坐标
与直线
的斜率
之间满足
?若存在,求出
;若不存在,请说明理由.
正确答案
(Ⅰ)取得极大值
,无极小值;(Ⅱ)
的取值范围为
;(Ⅲ)不存在符合题意的两点.
试题分析:(Ⅰ)若,求函数
的极值,首先写出
,把
代入后求导函数,求出导函数在定义域内的零点,然后判断导函数在不同区间段内的符号,从而得到原函数的单调性,最后得到函数
的极值情况; (Ⅱ)根据函数
在
上单调递增,则其导函数在
内大于0恒成立,分离变量后可求不等式一侧所对应的函数的值域,从而求出
的取值范围; (Ⅲ)利用反证法思想,假设两点存在,由线段AB的中点的横坐标
与直线AB的斜率
之间满足
,利用两点求斜率得到
,把
也用两点的横坐标表示,整理后得到∴
,令
,引入函数
,通过求函数的导函数判断函数单调性得到
,即
,从而得出矛盾,说明假设错误.
试题解析:(Ⅰ)的定义域为
1分
, 2分
故单调递增;
单调递减, 3分
时,
取得极大值
,无极小值。 4分
(Ⅱ),
,
若函数在
上单调递增,
则对
恒成立 5分
,只需
6分
时,
,则
,
, 7分
故,
的取值范围为
8分
(Ⅲ)假设存在,不妨设,
9分
10分
由得
,整理得
11分
令,
,12分,
在
上单调递增, 13分
,即
,故
不存在符合题意的两点。 14分
在平面直角坐标系中,长度为3的线段AB的端点A、B分别在轴上滑动,点M在线段AB上,且
,
(1)若点M的轨迹为曲线C,求其方程;
(2)过点的直线
与曲线C交于不同两点E、F,N是曲线上不同于E、F的动点,求
面积的最大值.
正确答案
(1)C的方程是;(2)
.
试题分析:(1)设,则
.用定比分点坐标公式可得
与
之间的关系式,将此关系式代入
即得只含
的方程,此即M的轨迹方程.(2)首先考虑直线的斜率不存在的情况,即
,此时
.当直线的斜率存在时,设
,
,联立
,再用韦达定理即得
(含k的代数式).由题知过N的直线
,且
与椭圆切于N点时,
最大,故设
联立与椭圆方程得
,此时
.
的距离
即为点N到EF的距离,所以
,化简
,平方后利用导数可得其最大值.
(1)由题知,设
有代入
得
,
所以曲线C的方程是 4分
(2)当直线的斜率不存在时,即,此时
5分
当直线的斜率存在时,设,
联立,有
.
7分
由题知过N的直线,且
与椭圆切于N点时,
最大,故设
联立与椭圆方程得
,此时
的距离
,所以
化简 10分
设,有
,所以函数
在
上单调递减,当
时,函数
取得最大值
,即
时
综上所述 .13分.
已知函数,(
且
).
(1)设,令
,试判断函数
在
上的单调性并证明你的结论;
(2)若且
的定义域和值域都是
,求
的最大值;
(3)若不等式对
恒成立,求实数
的取值范围;
正确答案
(1)详见解析;(2);(3)
.
试题分析:(1)本小题有两个思考方向,其一可用单调性的定义给与证明,通过取值、作差、变形、判号、结论可完成证明;其二可用导数给与证明,通过求导数,判断导数的正负可完成证明;(2)本小题首先判断函数在
上单调递增,这样根据函数
的定义域和值域都是
可得
,于是把问题转化为一元二次方程求解,通过根与系数的关系可得
的表达式,然后求最值;(3)本小题通过不等式
变现可得
,即得到不等式
对
恒成立,然后转化为函数的最值得不等式组
,求得参数
的取值范围
.
试题解析:(1)证明:
方法一:任取,
当时,
,
在
上单调递增;
当时,
,
在
上单调递减 5分
方法二:,则
当时,
,
在
上单调递增;
当时,
,
在
上单调递减 5分
(2)由(1)知函数在
上单调递增;因为
所以
在
上单调递增,
的定义域、值域都是
,则
,
即是方程
的两个不等的正根,
等价于方程有两个不等的正根,
等价于且
,则
,
时,
最大值是
10分
(3),则不等式
对
恒成立,
即
即不等式,对
恒成立,
令,易证
在
递增,
同理递减.
. 15分
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