- 函数的单调性与导数的关系
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已知函数f(x)=xlnx-x+1,g(x)=x2-2lnx-1,
(Ⅰ)h(x)=4f(x)-g(x),试求 h(x)的单调区间;
(Ⅱ)若x≥1时,恒有af(x)≤g(x),求a的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)解:h(x)=4f(x)-g(x)=4xlnx+2lnx-x2-4x+5,
h(x)的定义域为(0,+∞),则,
记h″(x)为h′(x)的导函数,则,
故h′(x)在其定义域(0,+∞)上单调递减,且有h‘(1)=0,
则令h'(x)<0可得x>1,令h'(x)>0得0<x<1,
故h(x)的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞);
(Ⅱ)令φ(x)=af(x)-g(x),则有x≥1时φ(x)≤0.
φ(x)=axlnx+2lnx-ax-x2+a+1,,
记φ''(x)为φ'(x)的导函数,则,
因为当x≥1时,,故
.
①若a-4≤0,即a≤4,此时φ''(x)≤0,故φ'(x)在区间[1,+∞)上单调递减,
当x≥1时有φ'(x)≤φ'(1)=0,故φ(x)在区间[1,+∞)上单调递减,
当x≥1时有φ(x)≤φ(1)=0,故a≤4时,原不等式恒成立;
②若a-4>0,即a>4,令可得
,
故φ'(x)在区间上单调递增,故当
时,φ'(x)>φ'(1)=0,
故φ(x)在区间上单调递增,故当
时,φ(x)>φ(1)=0,
故a>4时,原不等式不恒成立.
综上可知a≤4,即a的取值范围为(-∞,4].
解析
(Ⅰ)解:h(x)=4f(x)-g(x)=4xlnx+2lnx-x2-4x+5,
h(x)的定义域为(0,+∞),则,
记h″(x)为h′(x)的导函数,则,
故h′(x)在其定义域(0,+∞)上单调递减,且有h‘(1)=0,
则令h'(x)<0可得x>1,令h'(x)>0得0<x<1,
故h(x)的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞);
(Ⅱ)令φ(x)=af(x)-g(x),则有x≥1时φ(x)≤0.
φ(x)=axlnx+2lnx-ax-x2+a+1,,
记φ''(x)为φ'(x)的导函数,则,
因为当x≥1时,,故
.
①若a-4≤0,即a≤4,此时φ''(x)≤0,故φ'(x)在区间[1,+∞)上单调递减,
当x≥1时有φ'(x)≤φ'(1)=0,故φ(x)在区间[1,+∞)上单调递减,
当x≥1时有φ(x)≤φ(1)=0,故a≤4时,原不等式恒成立;
②若a-4>0,即a>4,令可得
,
故φ'(x)在区间上单调递增,故当
时,φ'(x)>φ'(1)=0,
故φ(x)在区间上单调递增,故当
时,φ(x)>φ(1)=0,
故a>4时,原不等式不恒成立.
综上可知a≤4,即a的取值范围为(-∞,4].
已知函数f(x)=x3+ax2-9x+b的图象过点P(0,2),且f′(1)=0.
(1)求函数y=f(x)的解析式;
(2)求函数y=f(x)的单调区间.
正确答案
解:(1)由函数的图象经过点(0,2)可知,b=2,…(2分)
又f‘(x)=3x2+2ax-9,…(4分)
且f′(1)=0得a=3…(6分)
∴f(x)=x3+3x2-9x+2…(7分)
(2)f′(x)=3x2+6x-9=3(x2+2x-3)=3(x+3)(x-1)
令f′(x)>0,则3(x+3)(x-1)>0,解得x<-3或x>1…(9分)
令f′(x)<0,则3(x+3)(x-1)<0,解得-3<x<1…(11分)
∴函数y=f(x)的单调递增区间为(-∞,-3)和(1,+∞)
函数y=f(x)的单调递减区间为(-3,1)…(12分)
解析
解:(1)由函数的图象经过点(0,2)可知,b=2,…(2分)
又f‘(x)=3x2+2ax-9,…(4分)
且f′(1)=0得a=3…(6分)
∴f(x)=x3+3x2-9x+2…(7分)
(2)f′(x)=3x2+6x-9=3(x2+2x-3)=3(x+3)(x-1)
令f′(x)>0,则3(x+3)(x-1)>0,解得x<-3或x>1…(9分)
令f′(x)<0,则3(x+3)(x-1)<0,解得-3<x<1…(11分)
∴函数y=f(x)的单调递增区间为(-∞,-3)和(1,+∞)
函数y=f(x)的单调递减区间为(-3,1)…(12分)
求函数f(x)=x3-x2-8x+1(-6≤x≤6)的单调区间、极值.
正确答案
解:∵f(x)=x3-x2-8x+1,
∴f′(x)=x2-2x-8,令f′(x)=0,得x=-2或x=4.
当x∈(-6,-2)时,f′(x)>0;
当x∈(-2,4)时,f′(x)<0;
当x∈(4,6)时,f′(x)>0.
∴f(x)的递增区间为[-6,-2),(4,6],递减区间为[-2,4].
当x=-2时,f(x)取得极大值f(-2)=;
当x=4时,f(x)取得极小值f(4)=-.
解析
解:∵f(x)=x3-x2-8x+1,
∴f′(x)=x2-2x-8,令f′(x)=0,得x=-2或x=4.
当x∈(-6,-2)时,f′(x)>0;
当x∈(-2,4)时,f′(x)<0;
当x∈(4,6)时,f′(x)>0.
∴f(x)的递增区间为[-6,-2),(4,6],递减区间为[-2,4].
当x=-2时,f(x)取得极大值f(-2)=;
当x=4时,f(x)取得极小值f(4)=-.
已知函数f(x)=x•lnx,g(x)=ax3-.
(1)求f(x)的单调增区间和最小值;
(2)若函数y=f(x)与函数y=g(x)在交点处存在公共切线,求实数a的值;
(3)若x∈(0,e2]时,函数y=f(x)的图象恰好位于两条平行直线l1:y=kx;l2:y=kx+m之间,当l1与l2间的距离最小时,求实数m的值.
正确答案
解:(1)因为f‘(x)=lnx+1,由f'(x)>0,得,
所以f(x)的单调增区间为,
又当时,f'(x)<0,则f(x)在
上单调减,
当时,f'(x)>0,则f(x)在
上单调增,
所以f(x)的最小值为.
(2)因为f'(x)=lnx+1,,
设公切点处的横坐标为x°,
则与f(x)相切的直线方程为:y=(lnx°+1)x-x°,
与g(x)相切的直线方程为:,
所以,
解之得,
由(1)知,所以
.
(3)若直线l1过(e2,2e2),则k=2,此时有lnx°+1=2(x°为切点处的横坐标),
所以x°=e,m=-e,
当k>2时,有l2:y=(lnx°+1)x-x°,l1:y=(lnx°+1)x,且x°>2,
所以两平行线间的距离,
令h(x)=xlnx-(lnx°+1)x+x°,因为h'(x)=lnx+1-lnx°-1=lnx-lnx°,
所以当x<x°时,h'(x)<0,则h(x)在(0,x°)上单调减;
当x>x°时,h'(x)>0,则h(x)在上单调增,
所以h(x)有最小值h(x°)=0,即函数f(x)的图象均在l2的上方,
令,
则,
所以当x>x°时,t(x)>t(x°),
所以当d最小时,x°=e,m=-e.
解析
解:(1)因为f‘(x)=lnx+1,由f'(x)>0,得,
所以f(x)的单调增区间为,
又当时,f'(x)<0,则f(x)在
上单调减,
当时,f'(x)>0,则f(x)在
上单调增,
所以f(x)的最小值为.
(2)因为f'(x)=lnx+1,,
设公切点处的横坐标为x°,
则与f(x)相切的直线方程为:y=(lnx°+1)x-x°,
与g(x)相切的直线方程为:,
所以,
解之得,
由(1)知,所以
.
(3)若直线l1过(e2,2e2),则k=2,此时有lnx°+1=2(x°为切点处的横坐标),
所以x°=e,m=-e,
当k>2时,有l2:y=(lnx°+1)x-x°,l1:y=(lnx°+1)x,且x°>2,
所以两平行线间的距离,
令h(x)=xlnx-(lnx°+1)x+x°,因为h'(x)=lnx+1-lnx°-1=lnx-lnx°,
所以当x<x°时,h'(x)<0,则h(x)在(0,x°)上单调减;
当x>x°时,h'(x)>0,则h(x)在上单调增,
所以h(x)有最小值h(x°)=0,即函数f(x)的图象均在l2的上方,
令,
则,
所以当x>x°时,t(x)>t(x°),
所以当d最小时,x°=e,m=-e.
已知函数,
且f(2)<2.
(Ⅰ)求a,b的值;
(Ⅱ)判断并证明函数y=f(x)在区间(-1,+∞)上的单调性.
正确答案
解:(Ⅰ)∵,
,
由,
∴,
又∵a,b∈N*,
∴b=1,a=1;
(Ⅱ)由(1)得,
函数在(-1,+∞)单调递增.
证明:任取x1,x2且-1<x1<x2,
=,
∵-1<x1<x2,
∴,
∴,
即f(x1)<f(x2),
故函数在(-1,+∞)上单调递增.
解析
解:(Ⅰ)∵,
,
由,
∴,
又∵a,b∈N*,
∴b=1,a=1;
(Ⅱ)由(1)得,
函数在(-1,+∞)单调递增.
证明:任取x1,x2且-1<x1<x2,
=,
∵-1<x1<x2,
∴,
∴,
即f(x1)<f(x2),
故函数在(-1,+∞)上单调递增.
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