- 函数的单调性与导数的关系
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已知函数f(x)=ax+lnx,a∈R
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)是否存在实数a,使不等式f(x)<ax2对x∈(1,+∞)恒成立,若存在,求实数a的取值范围,若不存在,请说明理由.
正确答案
解:(Ⅰ)f′(x)=a+
,x>0;
①当a≥0时,f′(x)>0,函数f(x)在(0,+∞)内是增函数,
即函数的单调增区间为(0,+∞);
②当a<0时,令f′(x)=0得x=->0,
且x∈(0,-)时,f′(x)>0;
又x∈(-,+∞)时,f′(x)<0;
所以函数f(x)递增区间为(0,-),递减区间为(-
,+∞);
(Ⅱ)假设存在这样的实数a,使不等式f(x)<ax2对x∈(1,+∞)恒成立,
即ax2-ax-lnx>0,(x>1)恒成立,
令h(x)=ax2-ax-lnx>0,(x≥1),
则h(1)=0,且h(x)>0(x>1)恒成立;
h′(x)=2ax-a-=
,
①当a=0时,h′(x)=-<0,
则函数h′(x)在[1,+∞)上单调递减,
于是h(x)≤h(1)=0;
与h(x)>0(x>1)矛盾,故舍去.
②当a<0时,h(x)=ax2-ax-lnx=ax(x-1)+ln,(x≥1);
而当x>1时,由函数y=ax2-ax和y=-lnx都单调递减.
且由图象可知,x趋向正无穷大时,h(x)=ax(x-1)+ln趋向于负无穷大.
这与h(x)>0(x>1)恒成立矛盾,故舍去.
③当a>0时,h′(x)=2ax-a-=
=0等价于2ax2-ax-1=0;
记其两根为x1<0<x2;
易知x∈(x1,x2)时,h′(x)<0,
而x∈(x2,+∞)时,h′(x)>0,
(i)若x2>1时,则函数h(x)在(1,x2)上递减,
于是h(x)≤h(1)=0矛盾,舍去;
(ii)若x2≤1时,则函数h(x)在(1,+∞)上递增,于是h(x)>h(1)=0恒成立.
所以0<x2≤1,即x2=≤1,
解得a≥1.
综上所述,
存在这样的实数a≥1,使不等式f(x)<ax2对x∈(1,+∞)恒成立.
解析
解:(Ⅰ)f′(x)=a+
,x>0;
①当a≥0时,f′(x)>0,函数f(x)在(0,+∞)内是增函数,
即函数的单调增区间为(0,+∞);
②当a<0时,令f′(x)=0得x=->0,
且x∈(0,-)时,f′(x)>0;
又x∈(-,+∞)时,f′(x)<0;
所以函数f(x)递增区间为(0,-),递减区间为(-
,+∞);
(Ⅱ)假设存在这样的实数a,使不等式f(x)<ax2对x∈(1,+∞)恒成立,
即ax2-ax-lnx>0,(x>1)恒成立,
令h(x)=ax2-ax-lnx>0,(x≥1),
则h(1)=0,且h(x)>0(x>1)恒成立;
h′(x)=2ax-a-=
,
①当a=0时,h′(x)=-<0,
则函数h′(x)在[1,+∞)上单调递减,
于是h(x)≤h(1)=0;
与h(x)>0(x>1)矛盾,故舍去.
②当a<0时,h(x)=ax2-ax-lnx=ax(x-1)+ln,(x≥1);
而当x>1时,由函数y=ax2-ax和y=-lnx都单调递减.
且由图象可知,x趋向正无穷大时,h(x)=ax(x-1)+ln趋向于负无穷大.
这与h(x)>0(x>1)恒成立矛盾,故舍去.
③当a>0时,h′(x)=2ax-a-=
=0等价于2ax2-ax-1=0;
记其两根为x1<0<x2;
易知x∈(x1,x2)时,h′(x)<0,
而x∈(x2,+∞)时,h′(x)>0,
(i)若x2>1时,则函数h(x)在(1,x2)上递减,
于是h(x)≤h(1)=0矛盾,舍去;
(ii)若x2≤1时,则函数h(x)在(1,+∞)上递增,于是h(x)>h(1)=0恒成立.
所以0<x2≤1,即x2=≤1,
解得a≥1.
综上所述,
存在这样的实数a≥1,使不等式f(x)<ax2对x∈(1,+∞)恒成立.
(2015春•九江期末)若函数f(x)=ex-x-1在[t,t+1]上不单调,则实数t的取值范围是______.
正确答案
(-1,0)
解析
解:f(x)在[t,t+1]上不单调,则:
f(x)在[t,t+1]上存在极值;
f′(x)=ex-1;
解f′(x)=0得,x=0;
∴0∈(t,t+1);
即t<0<t+1;
∴-1<t<0;
∴实数t的取值范围为(-1,0).
故答案为:(-1,0).
f(x)=3x-cos(2x)在(-∞,+∞) 上( )
正确答案
解析
解:∵f(x)=3x-cos(2x),
∴f′(x)=3-[-sin(2x)]×2=3+2sin(2x),
∵-1<sin(2x)<1,
∴f′(x)>0,
∴f(x)=3x-cos(2x)在(-∞,+∞) 上是增函数;
故选A;
已知函数f(x)=+alnx,g(x)=(a+1)x(a≠-1),H(x)=f(x)-g(x).
(1)若函数f(x)、g(x)在区间[1,2]上都为单调函数且它们的单调性相同,求实数a的取值范围;
(2)α、β是函数H(x)的两个极值点,α<β,β∈(1,e](e=2.71828…).求证:对任意的x1、x2∈[α,β],不等式|H(x1)-H(x2)|<1成立.
正确答案
解:(1),
,
∵f(x),g(x)在区间[1,2]上都为单调函数,且它们的单调性相同,
∴,
∵x∈[1,2],∴(a+1)(a+x2)≥0,
-x2≤-1,∴a≤-x2或a>-1(a≠-1),又(-x2)min=-4,
∴a≤-4或a>-1.
(2)∵=
⇒x=1或x=a,
又∵x2-(a+1)x+a=0有两个不相等的正根α,β,且α<β,β∈(1,e],
∴α=1,β=a∈(1,e],∴当x∈[α,β]时,H′(x)≤0,
∴H(x)在[α,β]上单调单调递减,
∴H(x)max=H(1),H(x)min=H(β),
则对任意的x1,x2∈[α,β],
|H(x1)-H(x2)|
=.
设t(a)=,则t′(a)=a-1-lna,
∵当a∈(1,e]时,,∴t′(a)在(1,e]单调递增,
∴t′(a)>t′(1)=0,∴t(a)也在(1,e]单调递增,
∴,
∴不等式|H(x1)-H(x2)|<1对任意的x1,x2∈[α,β]成立.
解析
解:(1),
,
∵f(x),g(x)在区间[1,2]上都为单调函数,且它们的单调性相同,
∴,
∵x∈[1,2],∴(a+1)(a+x2)≥0,
-x2≤-1,∴a≤-x2或a>-1(a≠-1),又(-x2)min=-4,
∴a≤-4或a>-1.
(2)∵=
⇒x=1或x=a,
又∵x2-(a+1)x+a=0有两个不相等的正根α,β,且α<β,β∈(1,e],
∴α=1,β=a∈(1,e],∴当x∈[α,β]时,H′(x)≤0,
∴H(x)在[α,β]上单调单调递减,
∴H(x)max=H(1),H(x)min=H(β),
则对任意的x1,x2∈[α,β],
|H(x1)-H(x2)|
=.
设t(a)=,则t′(a)=a-1-lna,
∵当a∈(1,e]时,,∴t′(a)在(1,e]单调递增,
∴t′(a)>t′(1)=0,∴t(a)也在(1,e]单调递增,
∴,
∴不等式|H(x1)-H(x2)|<1对任意的x1,x2∈[α,β]成立.
设函数f(x)=x3-
x2+ax.
(Ⅰ)函数f(x)在(11,2012)内单调递减,求a范围;
(Ⅱ)若实数a满足1<a≤2,函数g(x)=4x3+3bx2-6(b+2)x(b∈R)的极小值点与f(x)的极小值点相同,求证:g(x)的极大值小于等于10.
正确答案
解:(Ⅰ)f′(x)=x2-(a+1)x+a=(x-1)(x-a).
由于函数f(x)在(11,2012)内单调递减,则a≥2012;
(Ⅱ) 由(Ⅰ)知,f′(x)=(x-1)(x-a).
由于a>1,所以f (x)的极小值点x=a,则g(x)的极小值点也为x=a.
而g′(x)=12x2+6bx-6(b+2)=6(x-1)(2x+b+2),所以,
即b=-2(a+1).又因为1<a≤2,
所以 g(x)极大值=g(1)=4+3b-6(b+2)=-3b-8=6a-2≤10.
故g(x)的极大值小于等于10.
解析
解:(Ⅰ)f′(x)=x2-(a+1)x+a=(x-1)(x-a).
由于函数f(x)在(11,2012)内单调递减,则a≥2012;
(Ⅱ) 由(Ⅰ)知,f′(x)=(x-1)(x-a).
由于a>1,所以f (x)的极小值点x=a,则g(x)的极小值点也为x=a.
而g′(x)=12x2+6bx-6(b+2)=6(x-1)(2x+b+2),所以,
即b=-2(a+1).又因为1<a≤2,
所以 g(x)极大值=g(1)=4+3b-6(b+2)=-3b-8=6a-2≤10.
故g(x)的极大值小于等于10.
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