- 函数的最值与导数的关系
- 共6078题
已知函数g(x)=,f(x)=g(x)-ax.
(Ⅰ)求函数g(x)的单调区间;
(Ⅱ)若函数f(x)在(1,+∞)上是减函数,求实数a的最小值;
(Ⅲ)若∀x1∈[e,e2],∃x2∈[e,e2],使g(x1)≤f′(x2)+2a成立,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(I)(x>0且x≠1).
令g′(x)>0,解得,x>e,因此函数g(x)在区间(e,+∞)单调递增;
令g′(x)<0,解得0<x<e且x≠1,因此函数g(x)在区间(0,1),(1,e)单调递减.
(II)f(x)=g(x)-ax=(x>1).f′(x)=
.
∵函数f(x)在(1,+∞)上是减函数,∴f′(x)≤0恒成立,即≤0恒成立.
∴.
∵x>1,∴lnx>0,
∴=
≤
,当lnx=2,即x=e2时取等号.
∴.
∴实数a的最小值是.
(III)∵∀x1∈[e,e2],∃x2∈[e,e2],使g(x1)≤f′(x2)+2a成立,
∴.
由(I)可知:g(x1)在[e,e2]上单调递增,∴g(x1)max=g(e2)=.
∵x∈[e,e2],∴1≤lnx≤2,∴.
令h(x)=f′(x)+2a=-a+2a=
=
+
≤a+
.
∴+
.
∴实数a的取值范围是.
解析
解:(I)(x>0且x≠1).
令g′(x)>0,解得,x>e,因此函数g(x)在区间(e,+∞)单调递增;
令g′(x)<0,解得0<x<e且x≠1,因此函数g(x)在区间(0,1),(1,e)单调递减.
(II)f(x)=g(x)-ax=(x>1).f′(x)=
.
∵函数f(x)在(1,+∞)上是减函数,∴f′(x)≤0恒成立,即≤0恒成立.
∴.
∵x>1,∴lnx>0,
∴=
≤
,当lnx=2,即x=e2时取等号.
∴.
∴实数a的最小值是.
(III)∵∀x1∈[e,e2],∃x2∈[e,e2],使g(x1)≤f′(x2)+2a成立,
∴.
由(I)可知:g(x1)在[e,e2]上单调递增,∴g(x1)max=g(e2)=.
∵x∈[e,e2],∴1≤lnx≤2,∴.
令h(x)=f′(x)+2a=-a+2a=
=
+
≤a+
.
∴+
.
∴实数a的取值范围是.
已知m∈R,函数f(x)=(x2+mx+m)•ex.
(Ⅰ)当m<2时,求函数f(x)的极大值;
(Ⅱ)当m=0时,求证:f(x)≥x2+x3.
正确答案
(Ⅰ)解:因为函数f(x)=(x2+mx+m)•ex
所以导数f‘(x)=(2x+m)•ex+(x2+mx+m)•ex=[x2+(2+m)x+2m]•ex
=(x+2)(x+m)•ex,
因为m<2,所以-m>-2,令f'(x)>0得x>-m,或x<-2;f'(x)<0得-2<x<-m.
所以函数f(x)在x=-2处取得极大值,且为f(-2)=(4-2m+m)•e-2=(4-m)•e-2.
故当m<2时,函数f(x)的极大值为(4-m)•e-2.------6分
(Ⅱ)证明:当m=0时,f(x)=x2ex,
要证f(x)≥x2+x3⇔ex≥1+x,
令g(x)=ex-1-x,则导数g‘(x)=ex-1,
令g’(x)>0得x>0;g‘(x)<0得x<0;
所以g(x)在x=0处取得极小值且为0,此时g(x)也取得最小值0,
即g(x)≥0⇒ex≥1+x,从而f(x)≥x2+x3.
故当m=0时,f(x)≥x2+x3恒成立.-------12分
解析
(Ⅰ)解:因为函数f(x)=(x2+mx+m)•ex
所以导数f‘(x)=(2x+m)•ex+(x2+mx+m)•ex=[x2+(2+m)x+2m]•ex
=(x+2)(x+m)•ex,
因为m<2,所以-m>-2,令f'(x)>0得x>-m,或x<-2;f'(x)<0得-2<x<-m.
所以函数f(x)在x=-2处取得极大值,且为f(-2)=(4-2m+m)•e-2=(4-m)•e-2.
故当m<2时,函数f(x)的极大值为(4-m)•e-2.------6分
(Ⅱ)证明:当m=0时,f(x)=x2ex,
要证f(x)≥x2+x3⇔ex≥1+x,
令g(x)=ex-1-x,则导数g‘(x)=ex-1,
令g’(x)>0得x>0;g‘(x)<0得x<0;
所以g(x)在x=0处取得极小值且为0,此时g(x)也取得最小值0,
即g(x)≥0⇒ex≥1+x,从而f(x)≥x2+x3.
故当m=0时,f(x)≥x2+x3恒成立.-------12分
已知函数f(x)=ax2+lnx(a∈R).
(1)当a=时,求f(x)在区间[1,e]上的最大值和最小值;
(2)如果函数g(x),f1(x),f2(x),在公共定义域D上,满足f1(x)<g(x)<f2(x),那么就称g(x)为f1(x),f2(x)的“活动函数”.已知函数+2ax.若在区间(1,+∞)上,函数f(x)是f1(x),f2(x)的“活动函数”,求a的取值范围.
正确答案
解:(1)当 时,
,
;
对于x∈[1,e],有f‘(x)>0,∴f(x)在区间[1,e]上为增函数,
∴,
.
(2)在区间(1,+∞)上,函数f(x)是f1(x),f2(x)的“活动函数”,则f1(x)<f(x)<f2(x)
令 <0,对x∈(1,+∞)恒成立,
且h(x)=f1(x)-f(x)=<0对x∈(1,+∞)恒成立,
∵
1)若 ,令p′(x)=0,得极值点x1=1,
,
当x2>x1=1,即 时,在(x2,+∞)上有p′(x)>0,
此时p(x)在区间(x2,+∞)上是增函数,并且在该区间上有p(x)∈(p(x2),+∞),不合题意;
当x2<x1=1,即a≥1时,同理可知,p(x)在区间(1,+∞)上,有p(x)∈(p(1),+∞),也不合题意;
2)若 ,则有2a-1≤0,此时在区间(1,+∞)上恒有p′(x)<0,
从而p(x)在区间(1,+∞)上是减函数;
要使p(x)<0在此区间上恒成立,只须满足 ,
所以 ≤a≤
.
又因为h′(x)=-x+2a-=
<0,h(x)在(1,+∞)上为减函数,
h(x)<h(1)=+2a≤0,所以a≤
综合可知a的范围是[,
].
解析
解:(1)当 时,
,
;
对于x∈[1,e],有f‘(x)>0,∴f(x)在区间[1,e]上为增函数,
∴,
.
(2)在区间(1,+∞)上,函数f(x)是f1(x),f2(x)的“活动函数”,则f1(x)<f(x)<f2(x)
令 <0,对x∈(1,+∞)恒成立,
且h(x)=f1(x)-f(x)=<0对x∈(1,+∞)恒成立,
∵
1)若 ,令p′(x)=0,得极值点x1=1,
,
当x2>x1=1,即 时,在(x2,+∞)上有p′(x)>0,
此时p(x)在区间(x2,+∞)上是增函数,并且在该区间上有p(x)∈(p(x2),+∞),不合题意;
当x2<x1=1,即a≥1时,同理可知,p(x)在区间(1,+∞)上,有p(x)∈(p(1),+∞),也不合题意;
2)若 ,则有2a-1≤0,此时在区间(1,+∞)上恒有p′(x)<0,
从而p(x)在区间(1,+∞)上是减函数;
要使p(x)<0在此区间上恒成立,只须满足 ,
所以 ≤a≤
.
又因为h′(x)=-x+2a-=
<0,h(x)在(1,+∞)上为减函数,
h(x)<h(1)=+2a≤0,所以a≤
综合可知a的范围是[,
].
设函数f(x)=-xn+ax+b(a,b∈R,n∈N*),函数g(x)=sinx.
(Ⅰ)当a=b=n=3时,求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)当a=b=1,n=2时,求函数h(x)=g(x)-f(x)的最小值;
(Ⅲ)当n=4时,已知|f(x)|≤对任意x∈[-1,1]恒成立,且关于x的方程f(x)=g(x)有且只有两个实数根x1,x2.试证明:x1+x2<0.
正确答案
解;(Ⅰ)当a=b=n=3时,f(x)=-x3+3x+3,f′(x)=-3x2+3,
令f′(x)>0,解得:-1<x<1,
令f′(x)<0,解得:x>1或x<-1,
∴f(x)在(-1,1)递增,在(-∞,-1),(1,+∞)递减,
(Ⅱ)a=b=1且n=2时,h(x)=sinx+x2-x-1,
则h′(x)=cosx+2x-1,
令k(x)=h′(x),则k′(x)=-sinx+2,
∵k′(x)>0,∴k(x)在R上递增,
又k(0)=0,
∴x>0时,k(x)=h′(x)>h′(0)=0,h(x)在(0,+∞)递增,
x<0时,k(x)=h′(x)<h′(0)=0,h(x)在(-∞,0)递减,
∴h(x)=g(x)-f(x)的最小值h(x)min=h(0)=-1;
(Ⅲ)∵∀x∈[-1,1],有|f(x)|≤,
∴|f(0)|≤,|f(1)|≤
,|f(-1)|≤
,
∴,
由②+③得≤b≤
,④,再由①④得b=
,∴a=0,
∴f(x)=-x4+,经过检验符合题意,
设F(x)=f(x)-g(x)=-x4+-sinx,
∵F(-2)=-16+-sin(-2)<0,
F(-1)=sin1->sin
-
=0,
F(0)=-sin0>0,
F(1)=--sin1<0,
∵x的方程f(x)=g(x)有且只有两个实数根x1,x2,
∴-2<x1<-1,0<x2<1,
故x1+x2<0.
解析
解;(Ⅰ)当a=b=n=3时,f(x)=-x3+3x+3,f′(x)=-3x2+3,
令f′(x)>0,解得:-1<x<1,
令f′(x)<0,解得:x>1或x<-1,
∴f(x)在(-1,1)递增,在(-∞,-1),(1,+∞)递减,
(Ⅱ)a=b=1且n=2时,h(x)=sinx+x2-x-1,
则h′(x)=cosx+2x-1,
令k(x)=h′(x),则k′(x)=-sinx+2,
∵k′(x)>0,∴k(x)在R上递增,
又k(0)=0,
∴x>0时,k(x)=h′(x)>h′(0)=0,h(x)在(0,+∞)递增,
x<0时,k(x)=h′(x)<h′(0)=0,h(x)在(-∞,0)递减,
∴h(x)=g(x)-f(x)的最小值h(x)min=h(0)=-1;
(Ⅲ)∵∀x∈[-1,1],有|f(x)|≤,
∴|f(0)|≤,|f(1)|≤
,|f(-1)|≤
,
∴,
由②+③得≤b≤
,④,再由①④得b=
,∴a=0,
∴f(x)=-x4+,经过检验符合题意,
设F(x)=f(x)-g(x)=-x4+-sinx,
∵F(-2)=-16+-sin(-2)<0,
F(-1)=sin1->sin
-
=0,
F(0)=-sin0>0,
F(1)=--sin1<0,
∵x的方程f(x)=g(x)有且只有两个实数根x1,x2,
∴-2<x1<-1,0<x2<1,
故x1+x2<0.
已知函数f(x)=x3+3x2-9x+11
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)求函数f(x)在区间[-4,3]上的最值.
正确答案
解:(1)因为f(x)=x3+3x2-9x+11,
所以f′(x)=3x2+6x-9,
令f′(x)=0得x=-3和1
当x变化时,f′(x)与f(x)的变化如下:
由上表可知,f(x)在(-∞,-3)和(1,+∞)上单调递增,在(-3,1)上单调递减;
(2)因为f(-4)=31,f(-3)=38,f(1)=6,f(3)=38,
所以最大值为38,最小值为6.
解析
解:(1)因为f(x)=x3+3x2-9x+11,
所以f′(x)=3x2+6x-9,
令f′(x)=0得x=-3和1
当x变化时,f′(x)与f(x)的变化如下:
由上表可知,f(x)在(-∞,-3)和(1,+∞)上单调递增,在(-3,1)上单调递减;
(2)因为f(-4)=31,f(-3)=38,f(1)=6,f(3)=38,
所以最大值为38,最小值为6.
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