- 函数的最值与导数的关系
- 共6078题
已知函数f(x)=ax+x2-xlna(a>0,a≠1).
(1)求证:函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
(2)若函数y=f(x)-t有零点,求t的最小值;
(3)若x1,x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥e-1,试求a的取值范围.
正确答案
(1)证明:∵f(x)=ax+x2-xlna,
∴f′(x)=axlna+2x-lna=(ax-1)lna+2x,
∵0<a<1或a>1,
∴当x∈(0,+∞)时,lna与ax-1同号,
∴f′(x)>0,∴函数在(0,+∞)上单调递增.
(2)解:当a>0,a≠1时,f′(0)=0,
设g(x)=2x+(ax-1)lna,g′(x)=2+ax(lna)2>0,
则g(x)在R上单调递增,
∴f′(x)=0有唯一解0,
且x,f′(x),f(x)的变化情况如下表所示:
∴f(x)min=f(0)=1,即使函数y=f(x)-t有零点的t的最小值是1.
(3)解:∵x1,x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥-1,
∴当x∈[-1,1]时,|(f( x))-(f(x))|
=(f(x))-(f(x))≥-1,
由(2)知,f(x)在[-1,0]上递减,在[0,1]上递增,
∴当x∈[-1,1]时,(f(x))=f(0)=1,
(f(x))={f(-1),f(1)},
而f(1)-f(-1)=(a+1- a)-(+1+ln a)=a-
-2 a,
记g(t)=t--2 t(t>0),
∵g′(t)=1+-
=(
-1)2≥0(当t=1时取等号),
∴g(t)=t--2 t在t∈(0,+∞)上单调递增,而g(1)=0,
∴当t>1时,g(t)>0;当0<t<1时,g(t)<0,
也就是当a>1时,f(1)>f(-1);当0<a<1时,f(1)<f(-1)
①当a>1时,由f(1)-f(0)≥-1,a-a≥-1,a≥
②当0<a<1时,由f(-1)-f(0)≥-1+a≥-1,0<a≤,
综上知,所求a的取值范围为(0,]∪[e,+∞).
解析
(1)证明:∵f(x)=ax+x2-xlna,
∴f′(x)=axlna+2x-lna=(ax-1)lna+2x,
∵0<a<1或a>1,
∴当x∈(0,+∞)时,lna与ax-1同号,
∴f′(x)>0,∴函数在(0,+∞)上单调递增.
(2)解:当a>0,a≠1时,f′(0)=0,
设g(x)=2x+(ax-1)lna,g′(x)=2+ax(lna)2>0,
则g(x)在R上单调递增,
∴f′(x)=0有唯一解0,
且x,f′(x),f(x)的变化情况如下表所示:
∴f(x)min=f(0)=1,即使函数y=f(x)-t有零点的t的最小值是1.
(3)解:∵x1,x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥-1,
∴当x∈[-1,1]时,|(f( x))-(f(x))|
=(f(x))-(f(x))≥-1,
由(2)知,f(x)在[-1,0]上递减,在[0,1]上递增,
∴当x∈[-1,1]时,(f(x))=f(0)=1,
(f(x))={f(-1),f(1)},
而f(1)-f(-1)=(a+1- a)-(+1+ln a)=a-
-2 a,
记g(t)=t--2 t(t>0),
∵g′(t)=1+-
=(
-1)2≥0(当t=1时取等号),
∴g(t)=t--2 t在t∈(0,+∞)上单调递增,而g(1)=0,
∴当t>1时,g(t)>0;当0<t<1时,g(t)<0,
也就是当a>1时,f(1)>f(-1);当0<a<1时,f(1)<f(-1)
①当a>1时,由f(1)-f(0)≥-1,a-a≥-1,a≥
②当0<a<1时,由f(-1)-f(0)≥-1+a≥-1,0<a≤,
综上知,所求a的取值范围为(0,]∪[e,+∞).
已知函数f(x)=lnx,
(1)求函数g(x)=f(x+1)-x的最大值;
(2)若不等式f(x)≤ax≤x2+1对∀x>0恒成立,求实数a的取值范围;
(3)0<a<b,求证f(b)-f(a)>.
正确答案
解:(1)∵f(x)=lnx,
∴g(x)=f(x+1)-x=ln(x+1)-x,x>-1,
∴g′(x)=-.
当x∈(-1,0)时,g′(x)>0,∴g(x)在(-1,0)上单调递增;
当x∈(0,+∞)时,g′(x)<0,则g(x)在(0,+∞)上单调递减,
∴g(x)在x=0处取得最大值g(0)=0.
(2)∵对任意x>0,不等式f(x)≤ax≤x2+1恒成立,
∴在x>0上恒成立,进一步转化为(
)max≤a≤(x+
)min,
设h(x)=,则h′(x)=
,
当x∈(1,e)时,h′(x)>0;当x∈(e,+∞)时,h′(x)<0,
∴h(x)≤.
要使f(x)≤ax恒成立,必须a≥.
另一方面,当x>0时,x+≥2,
要使ax≤x2+1恒成立,必须a≤2,
∴满足条件的a的取值范围是[,2].
(3)即需证lnb-lna>,
∴ln>
,
设=t,∵0<a<b,∴t>1,则需证lnt>
(t>1),
即需证(1+t2)lnt>2t-2,
设H(t)=(1+t2)lnt-(2t-2)(t>1),
H′(t)=2tlnt+,
∴H(t)在(1,+∞)上递增,
∴H(t)>H(1)=0,
∴(1+t2)lnt>2t-2,
∴原不等式得证.
解析
解:(1)∵f(x)=lnx,
∴g(x)=f(x+1)-x=ln(x+1)-x,x>-1,
∴g′(x)=-.
当x∈(-1,0)时,g′(x)>0,∴g(x)在(-1,0)上单调递增;
当x∈(0,+∞)时,g′(x)<0,则g(x)在(0,+∞)上单调递减,
∴g(x)在x=0处取得最大值g(0)=0.
(2)∵对任意x>0,不等式f(x)≤ax≤x2+1恒成立,
∴在x>0上恒成立,进一步转化为(
)max≤a≤(x+
)min,
设h(x)=,则h′(x)=
,
当x∈(1,e)时,h′(x)>0;当x∈(e,+∞)时,h′(x)<0,
∴h(x)≤.
要使f(x)≤ax恒成立,必须a≥.
另一方面,当x>0时,x+≥2,
要使ax≤x2+1恒成立,必须a≤2,
∴满足条件的a的取值范围是[,2].
(3)即需证lnb-lna>,
∴ln>
,
设=t,∵0<a<b,∴t>1,则需证lnt>
(t>1),
即需证(1+t2)lnt>2t-2,
设H(t)=(1+t2)lnt-(2t-2)(t>1),
H′(t)=2tlnt+,
∴H(t)在(1,+∞)上递增,
∴H(t)>H(1)=0,
∴(1+t2)lnt>2t-2,
∴原不等式得证.
已知函数f(x)=lnx-ax+-1.
(1)当a=1时,求f(x)在(1,f(1))处的切线方程;
(2)当0<a≤时,讨论函数f(x)的单调性;
(3)设g(x)=x2-2bx+4,当a=时,若对任意x1∈(0,2),当x2∈[1,2]时,f(x1)≥g(x2)恒成立,求实数b的取值范围.
正确答案
解:(1)当a=1时,f(x)=lnx-x-1,∴f′(x)=
∴f′(1)=0
∵f(1)=-2
∴f(x)在(1,f(1))处的切线方程为y=-2;
(2)函数f(x)的定义域为(0,+∞),
求导函数,f′(x)=-
令f′(x)=0得
当a=时,f′(x)≤0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;
当0<a<时,
>1,
∴在(0,1)和(,+∞)上,有f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
在(1,)上,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;
(3)当a=时,
=3,f(x)=lnx-
+
-1
由(2)知,函数在(0,1)上是减函数,在(1,2)上是增函数,所以对任意x1∈(0,2),
有f(x1)≥f(1)=-
对任意x1∈(0,2),当x2∈[1,2]时,f(x1)≥g(x2)恒成立,
只需当x∈[1,2]时,[g(x)]max≤即可
所以,所以
所以b≥
所以实数b的取值范围是[,+∞).
解析
解:(1)当a=1时,f(x)=lnx-x-1,∴f′(x)=
∴f′(1)=0
∵f(1)=-2
∴f(x)在(1,f(1))处的切线方程为y=-2;
(2)函数f(x)的定义域为(0,+∞),
求导函数,f′(x)=-
令f′(x)=0得
当a=时,f′(x)≤0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;
当0<a<时,
>1,
∴在(0,1)和(,+∞)上,有f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
在(1,)上,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;
(3)当a=时,
=3,f(x)=lnx-
+
-1
由(2)知,函数在(0,1)上是减函数,在(1,2)上是增函数,所以对任意x1∈(0,2),
有f(x1)≥f(1)=-
对任意x1∈(0,2),当x2∈[1,2]时,f(x1)≥g(x2)恒成立,
只需当x∈[1,2]时,[g(x)]max≤即可
所以,所以
所以b≥
所以实数b的取值范围是[,+∞).
已知函数,且f(x)在区间[1,e](e为自然对数的底数)上的最大值为
,求a的值.
正确答案
解:f‘(x)=x+
当a=0时,f'(x)>0∴f(x)在区间[1,e]上的最大值为,不符合题意
当a<0时,f'(x)=0,解得x=,当
≤1时不合题意,当1<
<e,时也不合题意,当
>e也不合题意.
当a>0时,f'(x)>0∴f(x)在区间[1,e]上的最大值为+a,
而f(x)在区间[1,e](e为自然对数的底数)上的最大值为,
∴a=1即a的值为1.
解析
解:f‘(x)=x+
当a=0时,f'(x)>0∴f(x)在区间[1,e]上的最大值为,不符合题意
当a<0时,f'(x)=0,解得x=,当
≤1时不合题意,当1<
<e,时也不合题意,当
>e也不合题意.
当a>0时,f'(x)>0∴f(x)在区间[1,e]上的最大值为+a,
而f(x)在区间[1,e](e为自然对数的底数)上的最大值为,
∴a=1即a的值为1.
将一张长8cm,宽6cm的长方形的纸片沿着一条直线折叠,折痕(线段)将纸片分成两部分,面积分别为S1cm2,S2cm2,其中S1≤S2.记折痕长为lcm.
(1)若l=4,求S1的最大值;
(2)若S1:S2=1:2,求l的取值范围.
正确答案
解:如图所示:不妨设纸片为长方形ABCD,AB=8cm,AD=6cm,其中点A在面积为S1的部分内.折痕有下列三种情形:
情形①情形②情形③
①折痕的端点M,N分别在边AB,AD上;
②折痕的端点M,N分别在边AB,CD上;
③折痕的端点M,N分别在边AD,BC上.
(1)在情形②③中,MN≥6,故当l=4时,折痕必定是情形①.
设AM=xcm,AN=ycm,则x2+y2=16.
因为x2+y2≥2xy,当且仅当x=y时取等号,
所以,当且仅当x=y=2
时取等号,即S1的最大值为4.
(2)由题意知,长方形的面积为S=6×8=48,
因为S1:S2=1:2,S1≤S2,所以S1=16,S2=32.
当折痕是情形①时,设AM=xcm,AN=ycm,则,即y=
,
由,解得
,
所以l==
,
,
设f(x)=,x>0,则
=
,x>0,
故当x∈()时f′(x)<0,f(x)递减,当x∈(4
,8)时,f′(x)>0,f(x)递增,且f(
)=64
,f(8)=80,
所以f(x)的取值范围为[64,80],从而l的范围是[8,4].
当折痕是情形②时,设AM=xcm,DN=ycm,则,即y=
,
由,解得0
,
所以l==
,0
,
所以l的范围为[6,];
当折痕是情形③时,设BN=xcm,AM=ycm,则,即y=4-x,
由,得0≤x≤4,所以l=
=
,0≤x≤4,
所以l的取值范围为[8,4],
综上,l的取值范围为[6,4].
解析
解:如图所示:不妨设纸片为长方形ABCD,AB=8cm,AD=6cm,其中点A在面积为S1的部分内.折痕有下列三种情形:
情形①情形②情形③
①折痕的端点M,N分别在边AB,AD上;
②折痕的端点M,N分别在边AB,CD上;
③折痕的端点M,N分别在边AD,BC上.
(1)在情形②③中,MN≥6,故当l=4时,折痕必定是情形①.
设AM=xcm,AN=ycm,则x2+y2=16.
因为x2+y2≥2xy,当且仅当x=y时取等号,
所以,当且仅当x=y=2
时取等号,即S1的最大值为4.
(2)由题意知,长方形的面积为S=6×8=48,
因为S1:S2=1:2,S1≤S2,所以S1=16,S2=32.
当折痕是情形①时,设AM=xcm,AN=ycm,则,即y=
,
由,解得
,
所以l==
,
,
设f(x)=,x>0,则
=
,x>0,
故当x∈()时f′(x)<0,f(x)递减,当x∈(4
,8)时,f′(x)>0,f(x)递增,且f(
)=64
,f(8)=80,
所以f(x)的取值范围为[64,80],从而l的范围是[8,4].
当折痕是情形②时,设AM=xcm,DN=ycm,则,即y=
,
由,解得0
,
所以l==
,0
,
所以l的范围为[6,];
当折痕是情形③时,设BN=xcm,AM=ycm,则,即y=4-x,
由,得0≤x≤4,所以l=
=
,0≤x≤4,
所以l的取值范围为[8,4],
综上,l的取值范围为[6,4].
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