- 函数的最值与导数的关系
- 共6078题
求函数f(x)=2x3-6x2+1(x∈[-2,3])的单调区间及最值.
正确答案
解:函数的定义域为x∈[-2,3],f′(x)=6x2-12x=6x(x-2)…(2分)
令f′(x)=0 得点x1=0,x2=2…(4分)
点x1=0,x2=2把定义域分成三个小区间,下表讨论
…(6分)
所以,函数f(x)在区间[-2,0],[2,3]单调递增,在区间[0,2]上单调递减.…(8分)
因为,f(0)=1,f(-2)=-39,f(2)=-7,f(3)=1…(10分)
当x=3或x=0时,取最大值为1,当x=-2时,取最小值为-39…(12分)
解析
解:函数的定义域为x∈[-2,3],f′(x)=6x2-12x=6x(x-2)…(2分)
令f′(x)=0 得点x1=0,x2=2…(4分)
点x1=0,x2=2把定义域分成三个小区间,下表讨论
…(6分)
所以,函数f(x)在区间[-2,0],[2,3]单调递增,在区间[0,2]上单调递减.…(8分)
因为,f(0)=1,f(-2)=-39,f(2)=-7,f(3)=1…(10分)
当x=3或x=0时,取最大值为1,当x=-2时,取最小值为-39…(12分)
函数f(x)=x3+ax2+bx+5,过曲线y=f(x) 上的点P(1,f(1))的切线斜率为3.
(1)若y=f(x)在x=-2时有极值,求f(x)的表达式;
(2)在(1)的条件下,求y=f(x)在[-3,1]上最大值.
正确答案
解:(1)∵f(x)=x3+ax2+bx+5,∴f′(x)=3x2+2ax+b
∵曲线y=f(x)在P(1,f(1))的切线斜率为3,在x=-2时有极值,
∴f′(1)=2a+b+3=3,f′(-2)=12-4a+b=0
∴a=2,b=-4,
∴f(x)=x3+2x2-4x+5;
(2)f′(x)=3x2+2ax+b=3x2+4x-4=(3x-2)(x+2)
∴f(x)极大=f(-2)=(-2)3+2•(-2)2-4•(-2)+5=13
∵f(1)=13+2×1-4×1+5=4,f(-3)=(-3)3+2•(-3)2-4•(-3)+5=8
∴f(x)在[-3,1]上最大值为13.
解析
解:(1)∵f(x)=x3+ax2+bx+5,∴f′(x)=3x2+2ax+b
∵曲线y=f(x)在P(1,f(1))的切线斜率为3,在x=-2时有极值,
∴f′(1)=2a+b+3=3,f′(-2)=12-4a+b=0
∴a=2,b=-4,
∴f(x)=x3+2x2-4x+5;
(2)f′(x)=3x2+2ax+b=3x2+4x-4=(3x-2)(x+2)
∴f(x)极大=f(-2)=(-2)3+2•(-2)2-4•(-2)+5=13
∵f(1)=13+2×1-4×1+5=4,f(-3)=(-3)3+2•(-3)2-4•(-3)+5=8
∴f(x)在[-3,1]上最大值为13.
设a∈R,函数f(x)=(x2-ax-a)ex.
(Ⅰ)若a=1,求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
(Ⅱ)求函数f(x)在[-2,2]上的最小值.
正确答案
解:(Ⅰ)f‘(x)=(2x-a)ex+(x2-ax-a)ex=(x+2)(x-a)ex.
当a=1时,f'(0)=-2,f(0)=-1,
所以曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y-(-1)=-2x,
即2x+y+1=0.
(Ⅱ)令f'(x)=0,解得x=-2或x=a.
①a≥2,则当x∈(-2,2)时,f'(x)<0,函数f(x)在(-2,2)上单调递减,
所以,当x=2时,函数f(x)取得最小值,最小值为f(2)=(4-3a)e2.
②-2<a<2,则当x∈(-2,2)时,
当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:
所以,当x=a时,函数f(x)取得最小值,最小值为f(a)=-a•ea.
③a≤-2,则当x∈(-2,2)时,f'(x)>0,函数f(x)在(-2,2)上单调递增,
所以,当x=-2时,函数f(x)取得最小值,最小值为f(-2)=(4+a)e-2.
综上,当a≤-2时,f(x)的最小值为(4+a)e-2;当-2<a<2时,f(x)的最小值为-a•ea;
当a≥2时,f(x)的最小值为(4-3a)e2.
解析
解:(Ⅰ)f‘(x)=(2x-a)ex+(x2-ax-a)ex=(x+2)(x-a)ex.
当a=1时,f'(0)=-2,f(0)=-1,
所以曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y-(-1)=-2x,
即2x+y+1=0.
(Ⅱ)令f'(x)=0,解得x=-2或x=a.
①a≥2,则当x∈(-2,2)时,f'(x)<0,函数f(x)在(-2,2)上单调递减,
所以,当x=2时,函数f(x)取得最小值,最小值为f(2)=(4-3a)e2.
②-2<a<2,则当x∈(-2,2)时,
当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:
所以,当x=a时,函数f(x)取得最小值,最小值为f(a)=-a•ea.
③a≤-2,则当x∈(-2,2)时,f'(x)>0,函数f(x)在(-2,2)上单调递增,
所以,当x=-2时,函数f(x)取得最小值,最小值为f(-2)=(4+a)e-2.
综上,当a≤-2时,f(x)的最小值为(4+a)e-2;当-2<a<2时,f(x)的最小值为-a•ea;
当a≥2时,f(x)的最小值为(4-3a)e2.
已知函数f(x)的定义域为(0,+∞),若y=在(0,+∞)上为增函数,则称f(x)为“一阶比增函数”;若y=
在(0,+∞)上为增函数,则称f(x)为“二阶比增函数”.
我们把所有“一阶比增函数”组成的集合记为Ω1,所有“二阶比增函数”组成的集合记为Ω2.
(1)已知函数f(x)=x3-2hx2-hx,若f(x)∈Ω1且f(x)∉Ω2,求实数h的取值范围;
(2)已知0<a<b<c,f(x)∈Ω1且f(x)的部分函数值由下表给出,求证:d(2d+t-4)>0;
(3)定义集合ψ={f(x)|f(x)∈Ω2,且存在常数k,使得任取x∈(0,+∞),f(x)<k},请问:是否存在常数M,使得∀f(x)∈ψ,∀x∈(0,+∞),有f(x)<M成立?若存在,求出M的最小值;若不存在,说明理由.
正确答案
(1)解:y==x2-2hx-h,若f(x)∈Ω1,则h≤0;
=
,y′=x+
,当h≥0,x>0时,y′>0,此时f(x)∈Ω2,不符合题意,舍去;
当h<0时,,此时函数
在x∈(0,+∞)有极值点,因此f(x)∉Ω2.
综上可得:当h<0时,f(x)∈Ω1且f(x)∉Ω2.
因此h的取值范围是(-∞,0).
(2)证明:由f(x)∈Ω1,若取0<x1<x2,
则.
由表格可知:f(a)=d,f(b)=d,f(c)=t,f(a+b+c)=4,
∵0<a<b<c<a+b+c,
∴,
∴d<0,,
,
,
∴2d+t<4,
∴d(2d+t-4)>0.
(Ⅲ)∵集合合ψ={f(x)|f(x)∈Ω2,且存在常数k,使得任取x∈(0,+∞),f(x)<k},
∴存在f(x)∈ψ,存在常数k,使得 f(x)<k 对x∈(0,+∞)成立.
我们先证明f(x)≤0对x∈(0,+∞)成立.
假设存在x0∈(0,+∞),使得f(x0)>0,
记=m>0
∵f(x)是二阶比增函数,即是增函数.
∴当x>x0时,>
=m>0,
∴f(x)>mx2,
∴一定可以找到一个x1>x0,使得f(x1)>mx12>k,
这与f(x)<k 对x∈(0,+∞)成立矛盾.
即f(x)≤0对x∈(0,+∞)成立.
∴存在f(x)∈ψ,f(x)≤0对x∈(0,+∞)成立.
下面我们证明f(x)=0在(0,+∞)上无解.
假设存在x2>0,使得f(x2)=0,
∵f(x)是二阶增函数,即是增函数.
一定存在x3>x2>0,使>
=0,这与上面证明的结果矛盾.
∴f(x)=0在(0,+∞)上无解.
综上,我们得到存在f(x)∈ψ,f(x)<0对x∈(0,+∞)成立.
∴存在常数M≥0,使得存在f(x)∈ψ,∀x∈(0,+∞),有f(x)<M成立.
又令f(x)=-(x>0),则f(x)<0对x∈(0,+∞)成立,
又有=-
在(0,+∞)上是增函数,
∴f(x)∈ψ,
而任取常数k<0,总可以找到一个xn>0,使得x>xn时,有f(x)>k.
∴M的最小值 为0.
解析
(1)解:y==x2-2hx-h,若f(x)∈Ω1,则h≤0;
=
,y′=x+
,当h≥0,x>0时,y′>0,此时f(x)∈Ω2,不符合题意,舍去;
当h<0时,,此时函数
在x∈(0,+∞)有极值点,因此f(x)∉Ω2.
综上可得:当h<0时,f(x)∈Ω1且f(x)∉Ω2.
因此h的取值范围是(-∞,0).
(2)证明:由f(x)∈Ω1,若取0<x1<x2,
则.
由表格可知:f(a)=d,f(b)=d,f(c)=t,f(a+b+c)=4,
∵0<a<b<c<a+b+c,
∴,
∴d<0,,
,
,
∴2d+t<4,
∴d(2d+t-4)>0.
(Ⅲ)∵集合合ψ={f(x)|f(x)∈Ω2,且存在常数k,使得任取x∈(0,+∞),f(x)<k},
∴存在f(x)∈ψ,存在常数k,使得 f(x)<k 对x∈(0,+∞)成立.
我们先证明f(x)≤0对x∈(0,+∞)成立.
假设存在x0∈(0,+∞),使得f(x0)>0,
记=m>0
∵f(x)是二阶比增函数,即是增函数.
∴当x>x0时,>
=m>0,
∴f(x)>mx2,
∴一定可以找到一个x1>x0,使得f(x1)>mx12>k,
这与f(x)<k 对x∈(0,+∞)成立矛盾.
即f(x)≤0对x∈(0,+∞)成立.
∴存在f(x)∈ψ,f(x)≤0对x∈(0,+∞)成立.
下面我们证明f(x)=0在(0,+∞)上无解.
假设存在x2>0,使得f(x2)=0,
∵f(x)是二阶增函数,即是增函数.
一定存在x3>x2>0,使>
=0,这与上面证明的结果矛盾.
∴f(x)=0在(0,+∞)上无解.
综上,我们得到存在f(x)∈ψ,f(x)<0对x∈(0,+∞)成立.
∴存在常数M≥0,使得存在f(x)∈ψ,∀x∈(0,+∞),有f(x)<M成立.
又令f(x)=-(x>0),则f(x)<0对x∈(0,+∞)成立,
又有=-
在(0,+∞)上是增函数,
∴f(x)∈ψ,
而任取常数k<0,总可以找到一个xn>0,使得x>xn时,有f(x)>k.
∴M的最小值 为0.
已知函数,g(x)=-ax2+4x-m,a,m∈R.
(I)当a=1,x∈[0,3]时,求f(x)的最大值和最小值;
(Ⅱ)若a<2时关于x的方程f(x)=g(x)总有三个不同的根,求m的取值范围.
正确答案
解:(I)f′(x)=ax2-(3a+2)x+6=(ax-2)(x-3)a=1,
f′(x)=x2-5x+6=(x-2)(x-3),
x∈[0,2]和x∈[3,+∞],f′(x)≥0,f(x)单调递增;
x∈[2,3],f′(x)≤0,f(x)单调递减;
∴;f(x)min为f(0)=0和
的最小者,
∴f(x)min=0.
(Ⅱ)令h(x)=f(x)-g(x),
则
则h′(x)=ax2-(a+2)x+2=(ax-2)(x-1)f(x)=g(x)总有三个不同的根,
即y=h(x)的图象和x轴总有三个不同的交点
①当a<0时,,h(x)的极大值为
,
h(x)的极小值为,
要使y=h(x)的图象和x轴总有三个不同的交点,
需满足在a<0时恒成立,
即在a<0时恒有解
,
∴m≥-1,
又,
,
∴m≤0.
∴-1≤m≤0.
②当a=0时,h(x)=-x2+2x+m,显然不符合题意,舍去;
③当0<a<2时,h′(x)=ax2-(a+2)x+2=(ax-2)(x-1),
h(x)的极大值为,
h(x)的极小值为
即,
即,舍去.
综上述,m∈[-1,0].
解析
解:(I)f′(x)=ax2-(3a+2)x+6=(ax-2)(x-3)a=1,
f′(x)=x2-5x+6=(x-2)(x-3),
x∈[0,2]和x∈[3,+∞],f′(x)≥0,f(x)单调递增;
x∈[2,3],f′(x)≤0,f(x)单调递减;
∴;f(x)min为f(0)=0和
的最小者,
∴f(x)min=0.
(Ⅱ)令h(x)=f(x)-g(x),
则
则h′(x)=ax2-(a+2)x+2=(ax-2)(x-1)f(x)=g(x)总有三个不同的根,
即y=h(x)的图象和x轴总有三个不同的交点
①当a<0时,,h(x)的极大值为
,
h(x)的极小值为,
要使y=h(x)的图象和x轴总有三个不同的交点,
需满足在a<0时恒成立,
即在a<0时恒有解
,
∴m≥-1,
又,
,
∴m≤0.
∴-1≤m≤0.
②当a=0时,h(x)=-x2+2x+m,显然不符合题意,舍去;
③当0<a<2时,h′(x)=ax2-(a+2)x+2=(ax-2)(x-1),
h(x)的极大值为,
h(x)的极小值为
即,
即,舍去.
综上述,m∈[-1,0].
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