- 函数的最值与导数的关系
- 共6078题
已知函数f(x)=ex
(Ⅰ) 函数f(x)在点P(x0,f(x0))处的切线过原点,求此切线方程;
(Ⅱ) 函数g(x)=ex-kx+k-e,是否存在实数k,使g(x)≥0对任意的x∈R都成立?若有求出所有满足条件的k的值,若没有,说明理由.
正确答案
解:(Ⅰ)f‘(x)=ex,切线斜率k=,
点P(x0,f(x0))处的切线方程为,
把点(0,0)代入得x0=1,
故此切线方程为y=ex;
( II) g'(x)=ex-k,
①当k≤0时,g'(x)>0,g(x)递增,∵g(1)=0,不满足g(x)≥0对任意的x∈R恒成立.
②当k>0时,有g'(x)=0得,x=lnk,
当x∈(-∞,lnk)时,g'(x)<0,g(x)递减,当x∈(lnk,+∞)时,g'(x)>0,g(x)递增,
∴g(x)≥g(lnk)=2k-klnk-e≥0恒成立,
令φ(x)=2x-xlnx-e,(x>0),则φ'(x)=1-lnx,
当x∈(0,e)时,φ'(x)>0,ϕ(x)递增,当x∈(e,+∞)时,φ'(x)<0,ϕ(x)递减,
∴φ(x)≤φ(e)=0,∴k=e.
解析
解:(Ⅰ)f‘(x)=ex,切线斜率k=,
点P(x0,f(x0))处的切线方程为,
把点(0,0)代入得x0=1,
故此切线方程为y=ex;
( II) g'(x)=ex-k,
①当k≤0时,g'(x)>0,g(x)递增,∵g(1)=0,不满足g(x)≥0对任意的x∈R恒成立.
②当k>0时,有g'(x)=0得,x=lnk,
当x∈(-∞,lnk)时,g'(x)<0,g(x)递减,当x∈(lnk,+∞)时,g'(x)>0,g(x)递增,
∴g(x)≥g(lnk)=2k-klnk-e≥0恒成立,
令φ(x)=2x-xlnx-e,(x>0),则φ'(x)=1-lnx,
当x∈(0,e)时,φ'(x)>0,ϕ(x)递增,当x∈(e,+∞)时,φ'(x)<0,ϕ(x)递减,
∴φ(x)≤φ(e)=0,∴k=e.
已知定义在R上的函数f(x)=ax3-2ax2+b(a>0)在区间[-2,1]上的最大值是5,最小值是-11.
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
(Ⅱ)若t∈[-1,1]时,f‘(x)+tx≤0恒成立,求实数x的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)∵f(x)=ax3-2ax2+b,
∴f‘(x)=3ax2-4ax=ax(3x-4)
令f'(x)=0,得
因为a>0,所以可得下表:
因此f(0)必为最大值,∴f(0)=5,因此b=5,
∵f(-2)=-16a+5,f(1)=-a+5,∴f(1)>f(-2),
即f(-2)=-16a+5=-11,∴a=1,
∴f(x)=x3-2x2+5
(Ⅱ)∵f'(x)=3x2-4x,∴f'(x)+tx≤0等价于3x2-4x+tx≤0,
令g(t)=xt+3x2-4x,则问题就是g(t)≤0在t∈[-1,1]上恒成立时,求实数x的取值范围,
为此只需,即
,
解得0≤x≤1,所以所求实数x的取值范围是[0,1].
解析
解:(Ⅰ)∵f(x)=ax3-2ax2+b,
∴f‘(x)=3ax2-4ax=ax(3x-4)
令f'(x)=0,得
因为a>0,所以可得下表:
因此f(0)必为最大值,∴f(0)=5,因此b=5,
∵f(-2)=-16a+5,f(1)=-a+5,∴f(1)>f(-2),
即f(-2)=-16a+5=-11,∴a=1,
∴f(x)=x3-2x2+5
(Ⅱ)∵f'(x)=3x2-4x,∴f'(x)+tx≤0等价于3x2-4x+tx≤0,
令g(t)=xt+3x2-4x,则问题就是g(t)≤0在t∈[-1,1]上恒成立时,求实数x的取值范围,
为此只需,即
,
解得0≤x≤1,所以所求实数x的取值范围是[0,1].
已知函数f(x)=mx+lnx,其中m为常数,e为自然对数的底数.
(1)当m=-1时,求f(x)的最大值;
(2)若f(x)在区间(0,e]上的最大值为-3,求m的值;
(3)当m=-1时,g(x)=,试证明函数y=|f(x)|的图象恒在函数y=g(x)的图象的上方.
正确答案
解:(1)易知f(x)定义域为(0,+∞),
当m=-1时,f(x)=-x+lnx,f′(x)=-1+,令f′(x)=0,得x=1.
当0<x<1时,f′(x)>0;当x>1时,f′(x)<0.
∴f(x)在(0,1)上是增函数,在(1,+∞)上是减函数.
f(x)max=f(1)=-1.
∴函数f(x)在(0,+∞)上的最大值为-1.
(2)∵f′(x)=m+,x∈(0,e],
∈[
,+∞).
①若m≥-,则f′(x)≥0,从而f(x)在(0,e]上增函数,
∴f(x)max=f(e)=ae+1≥0,不合题意.
②若m<-,则由f′(x)>0⇒m+
>0,即0<x<-
由f′(x)<0m+1=
<0,即-
<x≤e.
从而f(x)在(0,-)上增函数,在(-
,+∞)为减函数
∴f(x)max=f(-)=-1+ln(-
),
令-1+ln(-)=-3,则ln(-
)=-2
∴-=e-2,即a=-e2.∵-e2<-
,
∴a=-e2为所求.
(3)m=-1时,f(x)=-x+lnx,
由(1)得f(x)≤f(1)=-1,于是y=|f(x)|≥1,
函数g(x)=+
的定义域(0,+∞),求导得g′(x)=
,
令g′(x)>0,得:0<x<e,令g′(x)<0,解得:x>e,
∴g(x)在(0,e)递增,在(e,+∞)递减,
∴g(x)≤g(e)=+
<1,
∴函数y=|f(x)|的图象恒在y=g(x)的图象的上方.
解析
解:(1)易知f(x)定义域为(0,+∞),
当m=-1时,f(x)=-x+lnx,f′(x)=-1+,令f′(x)=0,得x=1.
当0<x<1时,f′(x)>0;当x>1时,f′(x)<0.
∴f(x)在(0,1)上是增函数,在(1,+∞)上是减函数.
f(x)max=f(1)=-1.
∴函数f(x)在(0,+∞)上的最大值为-1.
(2)∵f′(x)=m+,x∈(0,e],
∈[
,+∞).
①若m≥-,则f′(x)≥0,从而f(x)在(0,e]上增函数,
∴f(x)max=f(e)=ae+1≥0,不合题意.
②若m<-,则由f′(x)>0⇒m+
>0,即0<x<-
由f′(x)<0m+1=
<0,即-
<x≤e.
从而f(x)在(0,-)上增函数,在(-
,+∞)为减函数
∴f(x)max=f(-)=-1+ln(-
),
令-1+ln(-)=-3,则ln(-
)=-2
∴-=e-2,即a=-e2.∵-e2<-
,
∴a=-e2为所求.
(3)m=-1时,f(x)=-x+lnx,
由(1)得f(x)≤f(1)=-1,于是y=|f(x)|≥1,
函数g(x)=+
的定义域(0,+∞),求导得g′(x)=
,
令g′(x)>0,得:0<x<e,令g′(x)<0,解得:x>e,
∴g(x)在(0,e)递增,在(e,+∞)递减,
∴g(x)≤g(e)=+
<1,
∴函数y=|f(x)|的图象恒在y=g(x)的图象的上方.
已知函数f(x)=alnxx+bx,(x∈(0,+∞)的图象过点(,-
),且在点(1,f(1))处的切线与直线x+y-e=0垂直.
(1)求a,b的值.
(2)若存在x0∈[,e](e为自然对数的底数,且e=2.71828…),使得不等式f(x0)=
x02-
tx0≥-
成立,求实数t的取值范围;
(3)设函数f(x)的图象上从左至右依次存在三个点B(b,f(b)),C(c,f(c)),D(d,f(d)),且2c=b+d,求证:f(b)+f(d)-2f(c)<(d-b)ln2.
正确答案
(1)解:∵f(x)=alnxx+bx,
∴f′(x)=alnx+a+b,
∵在点(1,f(1))处的切线与直线x+y-e=0垂直.
∴f′(1)=a+b=1.
又函数f(x)=alnxx+bx图象过(,-
),
∴f()=a×
×ln
+b×
=-
+
=-
,
∴a-b=1,
∴a=1,b=0.
(2)解:由(1)知,f(x)=xlnx,由题意得,xlnx+x2-
tx≥-
,则t≤2lnx+x+
,
若存在x∈[,e],使不等式成立,只需t小于或等于2lnx+x+
的最大值,
设h(x)=2lnx+x+(x>0),则h′(x)=
,
当x∈[,1]时,h′(x)<0,故h(x)单调递减;当x∈[1,e]时,h′(x)>0,故h(x)单调递增.
∵h(e)=2+e+,h(
)=-2+
+3e,
∴h()>h(e).
∴当x∈[,e]时,h(x)的最大值为h(
)=-2+
+3e,
故t≤-2++3e,即实数t的取值范围是(-∞,-2+
+3e].
(3)证明:∵函数f(x)=xlnx的图象上从左至右依次存在三个点P(b,f(b)),C(c,f(c)),D(d,f(d)),且2c=b+d,
∴0<b<c<d,且2c=b+d<2,即c2<bd,
∴f(b)+f(d)-2f(c)=blnb+dlnd-2clnc
=ln<ln
=ln(cb-d•dd-b)=(d-b)ln<(d-b)ln
=(d-b)ln=(d-b)ln2.
解析
(1)解:∵f(x)=alnxx+bx,
∴f′(x)=alnx+a+b,
∵在点(1,f(1))处的切线与直线x+y-e=0垂直.
∴f′(1)=a+b=1.
又函数f(x)=alnxx+bx图象过(,-
),
∴f()=a×
×ln
+b×
=-
+
=-
,
∴a-b=1,
∴a=1,b=0.
(2)解:由(1)知,f(x)=xlnx,由题意得,xlnx+x2-
tx≥-
,则t≤2lnx+x+
,
若存在x∈[,e],使不等式成立,只需t小于或等于2lnx+x+
的最大值,
设h(x)=2lnx+x+(x>0),则h′(x)=
,
当x∈[,1]时,h′(x)<0,故h(x)单调递减;当x∈[1,e]时,h′(x)>0,故h(x)单调递增.
∵h(e)=2+e+,h(
)=-2+
+3e,
∴h()>h(e).
∴当x∈[,e]时,h(x)的最大值为h(
)=-2+
+3e,
故t≤-2++3e,即实数t的取值范围是(-∞,-2+
+3e].
(3)证明:∵函数f(x)=xlnx的图象上从左至右依次存在三个点P(b,f(b)),C(c,f(c)),D(d,f(d)),且2c=b+d,
∴0<b<c<d,且2c=b+d<2,即c2<bd,
∴f(b)+f(d)-2f(c)=blnb+dlnd-2clnc
=ln<ln
=ln(cb-d•dd-b)=(d-b)ln<(d-b)ln
=(d-b)ln=(d-b)ln2.
求函数f(x)=-2cosx-x在区间[-,
]上的最大值与最小值.
正确答案
解:y′=2sinx-1,
令y′>0,解得:x>,令y′<0,解得:x<
,
∴函数在[-,
)递减,在(
,
]递增,
当x=时,函数取得最小值,y=f(
)=-2×
-
=-
-
,
x=-时,y=f(-
)=-2×0+
=
,
x=时,y=f(
)=-2×0-
=-
,
∴函数的最大值是,最小值是-
-
.
解析
解:y′=2sinx-1,
令y′>0,解得:x>,令y′<0,解得:x<
,
∴函数在[-,
)递减,在(
,
]递增,
当x=时,函数取得最小值,y=f(
)=-2×
-
=-
-
,
x=-时,y=f(-
)=-2×0+
=
,
x=时,y=f(
)=-2×0-
=-
,
∴函数的最大值是,最小值是-
-
.
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