- 函数的最值与导数的关系
- 共6078题
已知a>0,函数.
(Ⅰ)记f(x)在区间[0,4]上的最大值为g(a),求g(a)的表达式;
(Ⅱ)是否存在a使函数y=f(x)在区间(0,4)内的图象上存在两点,在该两点处的切线互相垂直?若存在,求出a的取值范围;若不存在,请说明理由.
正确答案
解:(I)当0≤x≤a时,;当x>a时,
∴当0≤x≤a时,,f(x)在(0,a)上单调递减;
当x>a时,,f(x)在(a,+∞)上单调递增.
①若a≥4,则f(x)在(0,4)上单调递减,g(a)=f(0)=
②若0<a<4,则f(x)在(0,a)上单调递减,在(a,4)上单调递增
∴g(a)=max{f(0),f(4)}
∵f(0)-f(4)==
∴当0<a≤1时,g(a)=f(4)=;当1<a<4时,g(a)=f(0)=
,
综上所述,g(a)=;
(II)由(I)知,当a≥4时,f(x)在(0,4)上单调递减,故不满足要求;
当0<a<4时,f(x)在(0,a)上单调递减,在(a,4)上单调递增,若存在x1,x2∈(0,4)(x1<x2),使曲线y=f(x)在
两点处的切线互相垂直,则x1∈(0,a),x2∈(a,4),且f′(x1)f′(x2)=-1
∴•
=-1
∴①
∵x1∈(0,a),x2∈(a,4),
∴x1+2a∈(2a,3a),∈(
,1)
∴①成立等价于A=(2a,3a)与B=(,1)的交集非空
∵,∴当且仅当0<2a<1,即
时,A∩B≠∅
综上所述,存在a使函数y=f(x)在区间(0,4)内的图象上存在两点,在该两点处的切线互相垂直,且a的取值范围是(0,).
解析
解:(I)当0≤x≤a时,;当x>a时,
∴当0≤x≤a时,,f(x)在(0,a)上单调递减;
当x>a时,,f(x)在(a,+∞)上单调递增.
①若a≥4,则f(x)在(0,4)上单调递减,g(a)=f(0)=
②若0<a<4,则f(x)在(0,a)上单调递减,在(a,4)上单调递增
∴g(a)=max{f(0),f(4)}
∵f(0)-f(4)==
∴当0<a≤1时,g(a)=f(4)=;当1<a<4时,g(a)=f(0)=
,
综上所述,g(a)=;
(II)由(I)知,当a≥4时,f(x)在(0,4)上单调递减,故不满足要求;
当0<a<4时,f(x)在(0,a)上单调递减,在(a,4)上单调递增,若存在x1,x2∈(0,4)(x1<x2),使曲线y=f(x)在
两点处的切线互相垂直,则x1∈(0,a),x2∈(a,4),且f′(x1)f′(x2)=-1
∴•
=-1
∴①
∵x1∈(0,a),x2∈(a,4),
∴x1+2a∈(2a,3a),∈(
,1)
∴①成立等价于A=(2a,3a)与B=(,1)的交集非空
∵,∴当且仅当0<2a<1,即
时,A∩B≠∅
综上所述,存在a使函数y=f(x)在区间(0,4)内的图象上存在两点,在该两点处的切线互相垂直,且a的取值范围是(0,).
已知函数f(x)=alnx+x2(a为实常数).
(1)若a=-2,求证:函数f(x)在(1,+∞)上是增函数;
(2)求函数f(x)在[1,e]上的最小值及相应的x值;
(3)若存在x∈[1,e],使得f(x)≤(a+2)x成立,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1)当a=-2时,f(x)=x2-2lnx,当x∈(1,+∞),,
(2),当x∈[1,e],2x2+a∈[a+2,a+2e2].
若a≥-2,f‘(x)在[1,e]上非负(仅当a=-2,x=1时,f'(x)=0),故函数f(x)在[1,e]上是增函数,此时[f(x)]min=f(1)=1.
若-2e2<a<-2,当时,f'(x)=0;
当时,f'(x)<0,此时f(x)是减函数;
当时,f'(x)>0,此时f(x)是增函数.
故[f(x)]min==
.
若a≤-2e2,f'(x)在[1,e]上非正(仅当a=-2e2,x=e时,f'(x)=0),
故函数f(x)在[1,e]上是减函数,此时[f(x)]min=f(e)=a+e2.
综上可知,当a≥-2时,f(x)的最小值为1,相应的x值为1;当-2e2<a<-2时,f(x)
的最小值为,相应的x值为
;当a≤-2e2时,f(x)的最小值为a+e2,
相应的x值为e.
(3)不等式f(x)≤(a+2)x,可化为a(x-lnx)≥x2-2x.
∵x∈[1,e],∴lnx≤1≤x且等号不能同时取,所以lnx<x,即x-lnx>0,
因而(x∈[1,e])
令(x∈[1,e]),又
,
当x∈[1,e]时,x-1≥0,lnx≤1,x+2-2lnx>0,
从而g'(x)≥0(仅当x=1时取等号),所以g(x)在[1,e]上为增函数,
故g(x)的最小值为g(1)=-1,所以a的取值范围是[-1,+∞).
解析
解:(1)当a=-2时,f(x)=x2-2lnx,当x∈(1,+∞),,
(2),当x∈[1,e],2x2+a∈[a+2,a+2e2].
若a≥-2,f‘(x)在[1,e]上非负(仅当a=-2,x=1时,f'(x)=0),故函数f(x)在[1,e]上是增函数,此时[f(x)]min=f(1)=1.
若-2e2<a<-2,当时,f'(x)=0;
当时,f'(x)<0,此时f(x)是减函数;
当时,f'(x)>0,此时f(x)是增函数.
故[f(x)]min==
.
若a≤-2e2,f'(x)在[1,e]上非正(仅当a=-2e2,x=e时,f'(x)=0),
故函数f(x)在[1,e]上是减函数,此时[f(x)]min=f(e)=a+e2.
综上可知,当a≥-2时,f(x)的最小值为1,相应的x值为1;当-2e2<a<-2时,f(x)
的最小值为,相应的x值为
;当a≤-2e2时,f(x)的最小值为a+e2,
相应的x值为e.
(3)不等式f(x)≤(a+2)x,可化为a(x-lnx)≥x2-2x.
∵x∈[1,e],∴lnx≤1≤x且等号不能同时取,所以lnx<x,即x-lnx>0,
因而(x∈[1,e])
令(x∈[1,e]),又
,
当x∈[1,e]时,x-1≥0,lnx≤1,x+2-2lnx>0,
从而g'(x)≥0(仅当x=1时取等号),所以g(x)在[1,e]上为增函数,
故g(x)的最小值为g(1)=-1,所以a的取值范围是[-1,+∞).
已知函数f(x)=alnx-x2.
(1)当a=2时,求函数y=f(x)在[,2]上的最大值;
(2)当a=2时,函数h(x)=f(x)-mx的图象与x轴交于两点A(x1,0)、B(x2,0),且0<x1<x2,又h′(x)是h(x)的导函数,若正常数α、β满足条件α+β=1,β≥α.试问:h′(αx1+βx2)<0是否恒成立,请说明理由.
正确答案
解:(1)∵函数f(x)=alnx-x2 ,可得当a=2时,,…(2分)
故函数y=f(x)在[,1]是增函数,在[1,2]是减函数,
所以. …(4分)
(2)h′(αx1+βx2)<0可以恒成立.
证明:由题意可得,,又f(x)-mx=0有两个实根x1,x2,
∴,两式相减,得
,
∴.…(6分)
于是=
…(8分)
∵β≥α,∴2α≤1,
∴(2α-1)(x2-x1)≤0.
要证:h′(αx1+βx2)<0,只需证:,
只需证:.(*) …(10分)
令,∴(*)化为
,只证
即可.…(11分)
∵,…(12分)
又∵,
∴t-1<0,∴u′(t)>0,
∴u(t)在(0,1)上单调递增,…(13分)
故有 u(t)<u(1)=0,
∴,即
.
∴h′(αx1+βx2)<0恒成立.…(14分)
解析
解:(1)∵函数f(x)=alnx-x2 ,可得当a=2时,,…(2分)
故函数y=f(x)在[,1]是增函数,在[1,2]是减函数,
所以. …(4分)
(2)h′(αx1+βx2)<0可以恒成立.
证明:由题意可得,,又f(x)-mx=0有两个实根x1,x2,
∴,两式相减,得
,
∴.…(6分)
于是=
…(8分)
∵β≥α,∴2α≤1,
∴(2α-1)(x2-x1)≤0.
要证:h′(αx1+βx2)<0,只需证:,
只需证:.(*) …(10分)
令,∴(*)化为
,只证
即可.…(11分)
∵,…(12分)
又∵,
∴t-1<0,∴u′(t)>0,
∴u(t)在(0,1)上单调递增,…(13分)
故有 u(t)<u(1)=0,
∴,即
.
∴h′(αx1+βx2)<0恒成立.…(14分)
已知函数f(x)=x3-3x-1在区间[-3,2]上的最大值与最小值分别为M,m,则M-m=______.
正确答案
20
解析
解:由f(x)=x3-3x-1,得
f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1).
当x∈(-3,-1),(1,2)时,f′(x)>0,原函数为增函数.
当x∈(-1,1)时,f′(x)<0,原函数为减函数.
∴当x=-1时,原函数有极大值,为f(-1)=1;
当x=1时,原函数有极小值,为f(1)=-3;
又f(-3)=-19,f(2)=1.
∴函数f(x)=x3-3x-1在区间[-3,2]上的最大值M=1,最小值m=-19,
∴M-m=20.
故答案为:20.
已知函数f(x)=ax+lnx,x∈[1,e]
(Ⅰ)若a=1,求f(x)的最大值;
(Ⅱ)若f(x)≤0恒成立,求a的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)若a=1,则f(x)=x+lnx,=
,
∵x∈[1,e],∴f′(x)>0,∴f(x)在[1,e]上为增函数,
∴f(x)max=f(e)=e+1;
(Ⅱ)要使x∈[1,e],f(x)≤0恒成立,只需x∈[1,e]时,f(x)max≤0,
显然当a≥0时,f(x)=ax+lnx在[1,e]上单增,
∴f(x)max=f(e)=ae+1>0,不合题意;
当a<0时,f′(x)=a+=
,令f′(x)=0,
,
当时,f′(x)>0,当
时,f′(x)<0,
①当时,即a≤-1时,f(x)在[1,e]上为减函数,
∴f(x)max=f(1)=a<0,∴a≤-1;
②当时,即
时,f(x)在[1,e]上为增函数,
∴,∴
;
③当时,即
时,f(x)在
上单增,f(x)在
上单减,
∴,
∵,∴
,∴
成立;
由①②③可得.
解析
解:(Ⅰ)若a=1,则f(x)=x+lnx,=
,
∵x∈[1,e],∴f′(x)>0,∴f(x)在[1,e]上为增函数,
∴f(x)max=f(e)=e+1;
(Ⅱ)要使x∈[1,e],f(x)≤0恒成立,只需x∈[1,e]时,f(x)max≤0,
显然当a≥0时,f(x)=ax+lnx在[1,e]上单增,
∴f(x)max=f(e)=ae+1>0,不合题意;
当a<0时,f′(x)=a+=
,令f′(x)=0,
,
当时,f′(x)>0,当
时,f′(x)<0,
①当时,即a≤-1时,f(x)在[1,e]上为减函数,
∴f(x)max=f(1)=a<0,∴a≤-1;
②当时,即
时,f(x)在[1,e]上为增函数,
∴,∴
;
③当时,即
时,f(x)在
上单增,f(x)在
上单减,
∴,
∵,∴
,∴
成立;
由①②③可得.
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