- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数f(x)=(x+1)ekx,(k为常数,k≠0).
(Ⅰ)当k=1时,求函数f(x)的极值;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅲ)若函数f(x)在区间(0,1)上是单调增函数,求实数k的取值范围.
正确答案
解:(I)当k=1时,函数f(x)=(x+1)ex,f′(x)=(x+2)ex,
令f′(x)=0,解得x=-2.
令f′(x)>0,解得x>-2,∴函数f(x)在区间(-2,+∞)上单调递增;
令f′(x)<0,解得x<-2,∴函数f(x)在区间(-∞,-2)上单调递减.
∴当x=-2时,函数f(x)取得极小值,f(-2)=.
(II)f′(x)=(kx+k+1)ekx.
①当k=0时,f′(x)=1>0,函数f(x)单调递增;
②当k>0时,令f′(x)=ekx=0,解得x=-
.当
时,
f′(x)>0,函数f(x)单调递增;当x<时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减.
③当k<0时,令f′(x)=ekx=0,解得x=-
.当
时,
f′(x)>0,函数f(x)单调递增;当x>时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减.
综上可得:①当k=0时,函数f(x)单调递增;
②当k>0时,当时,函数f(x)单调递增;当x<
时,函数f(x)单调递减;
③当k<0时,当时,函数f(x)单调递增;当x>
时,函数f(x)单调递减.
(III)由(II)可得:f′(x)=(kx+k+1)ekx.
函数f(x)在区间(0,1)上是单调增函数⇔f′(x)≥0在区间(0,1)上恒成立,但是f′(x)不恒等于0.
∴g(x)=kx+k+1≥0在区间(0,1)上恒成立,但是不恒等于0.
∴g(x)=,即
,解得
.
满足f′(x)≥0在区间(0,1)上恒成立,但是f′(x)不恒等于0.
因此实数k的取值范围是.
解析
解:(I)当k=1时,函数f(x)=(x+1)ex,f′(x)=(x+2)ex,
令f′(x)=0,解得x=-2.
令f′(x)>0,解得x>-2,∴函数f(x)在区间(-2,+∞)上单调递增;
令f′(x)<0,解得x<-2,∴函数f(x)在区间(-∞,-2)上单调递减.
∴当x=-2时,函数f(x)取得极小值,f(-2)=.
(II)f′(x)=(kx+k+1)ekx.
①当k=0时,f′(x)=1>0,函数f(x)单调递增;
②当k>0时,令f′(x)=ekx=0,解得x=-
.当
时,
f′(x)>0,函数f(x)单调递增;当x<时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减.
③当k<0时,令f′(x)=ekx=0,解得x=-
.当
时,
f′(x)>0,函数f(x)单调递增;当x>时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减.
综上可得:①当k=0时,函数f(x)单调递增;
②当k>0时,当时,函数f(x)单调递增;当x<
时,函数f(x)单调递减;
③当k<0时,当时,函数f(x)单调递增;当x>
时,函数f(x)单调递减.
(III)由(II)可得:f′(x)=(kx+k+1)ekx.
函数f(x)在区间(0,1)上是单调增函数⇔f′(x)≥0在区间(0,1)上恒成立,但是f′(x)不恒等于0.
∴g(x)=kx+k+1≥0在区间(0,1)上恒成立,但是不恒等于0.
∴g(x)=,即
,解得
.
满足f′(x)≥0在区间(0,1)上恒成立,但是f′(x)不恒等于0.
因此实数k的取值范围是.
(2015秋•济南期末)设函数f(x)=+ax-lnx(a∈R).
(1)当a=1时,求函数f(x)的极值;
(2)当a≥2时,讨论函数f(x)的单调性.
正确答案
解:(1)函数的定义域为(0,+∞),
当a=1时,.
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)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
∴f(x)极小值=f(1)=1,无极大值.
(2)=
,
当,即a=2时,
上是减函数;
当,即a>2时,令f'(x)<0,得
,令f'(x)>0,得
,
当,a<2时与已知矛盾,舍,
综上,当a=2时,f(x)在(0,+∞)单调递减;当a>2时,上单调递减,在
上单调递增;
解析
解:(1)函数的定义域为(0,+∞),
当a=1时,.
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)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
∴f(x)极小值=f(1)=1,无极大值.
(2)=
,
当,即a=2时,
上是减函数;
当,即a>2时,令f'(x)<0,得
,令f'(x)>0,得
,
当,a<2时与已知矛盾,舍,
综上,当a=2时,f(x)在(0,+∞)单调递减;当a>2时,上单调递减,在
上单调递增;
.已知f(x)=ax5-bx3+c(a>0).若f(x)在x=±1处有极值,且极大值为4,极小值为1,求a、b、c.
正确答案
解:f′(x)=5ax4-3bx2=x2(5ax2-3b),
依题意知x=-1,x=1为方程5ax2-3b=0的两根.
∴5a=3b.
∴f′(x)=5ax2(x2-1)=5ax2(x+1)(x-1).
f(x)=ax5-ax3+c.
∵a>0,∴有下表
∴,
解得a=,c=,b=.
解析
解:f′(x)=5ax4-3bx2=x2(5ax2-3b),
依题意知x=-1,x=1为方程5ax2-3b=0的两根.
∴5a=3b.
∴f′(x)=5ax2(x2-1)=5ax2(x+1)(x-1).
f(x)=ax5-ax3+c.
∵a>0,∴有下表
∴,
解得a=,c=,b=.
已知函数f(x)=(ax2-1)•ex,a∈R.
(Ⅰ)若函数f(x)在x=1时取得极值,求a的值;
(Ⅱ)当a≤0时,求函数f(x)的单调区间.
正确答案
解:(Ⅰ)f‘(x)=(ax2+2ax-1)•ex.x∈R…(2分)
依题意得f'(1)=(3a-1)•e=0,解得.经检验符合题意.…(4分)
(Ⅱ)f'(x)=(ax2+2ax-1)•ex,设g(x)=ax2+2ax-1,
(1)当a=0时,f(x)=-ex,f(x)在(-∞,+∞)上为单调减函数.…(5分)
(2)当a<0时,方程g(x)=ax2+2ax-1=0的判别式为△=4a2+4a,
令△=0,解得a=0(舍去)或a=-1.
1°当a=-1时,g(x)=-x2-2x-1=-(x+1)2≤0,
即f'(x)=(ax2+2ax-1)•ex≤0,
且f'(x)在x=-1两侧同号,仅在x=-1时等于0,
则f(x)在(-∞,+∞)上为单调减函数.…(7分)
2°当-1<a<0时,△<0,则g(x)=ax2+2ax-1<0恒成立,
即f'(x)<0恒成立,则f(x)在(-∞,+∞)上为单调减函数.…(9分)
3°a<-1时,△=4a2+4a>0,令g(x)=0,
方程ax2+2ax-1=0有两个不相等的实数根,
,
作差可知,
则当时,g(x)<0,f'(x)<0,f(x)在
上为单调减函数;
当时,g(x)>0,f'(x)>0,f(x)在
上为单调增函数;
当时,g(x)<0,f'(x)<0,f(x)在
上为单调减函数.…(13分)
综上所述,当-1≤a≤0时,函数f(x)的单调减区间为(-∞,+∞);当a<-1时,函数f(x)的单调减区间为,
,函数f(x)的单调增区间为
.…(14分)
解析
解:(Ⅰ)f‘(x)=(ax2+2ax-1)•ex.x∈R…(2分)
依题意得f'(1)=(3a-1)•e=0,解得.经检验符合题意.…(4分)
(Ⅱ)f'(x)=(ax2+2ax-1)•ex,设g(x)=ax2+2ax-1,
(1)当a=0时,f(x)=-ex,f(x)在(-∞,+∞)上为单调减函数.…(5分)
(2)当a<0时,方程g(x)=ax2+2ax-1=0的判别式为△=4a2+4a,
令△=0,解得a=0(舍去)或a=-1.
1°当a=-1时,g(x)=-x2-2x-1=-(x+1)2≤0,
即f'(x)=(ax2+2ax-1)•ex≤0,
且f'(x)在x=-1两侧同号,仅在x=-1时等于0,
则f(x)在(-∞,+∞)上为单调减函数.…(7分)
2°当-1<a<0时,△<0,则g(x)=ax2+2ax-1<0恒成立,
即f'(x)<0恒成立,则f(x)在(-∞,+∞)上为单调减函数.…(9分)
3°a<-1时,△=4a2+4a>0,令g(x)=0,
方程ax2+2ax-1=0有两个不相等的实数根,
,
作差可知,
则当时,g(x)<0,f'(x)<0,f(x)在
上为单调减函数;
当时,g(x)>0,f'(x)>0,f(x)在
上为单调增函数;
当时,g(x)<0,f'(x)<0,f(x)在
上为单调减函数.…(13分)
综上所述,当-1≤a≤0时,函数f(x)的单调减区间为(-∞,+∞);当a<-1时,函数f(x)的单调减区间为,
,函数f(x)的单调增区间为
.…(14分)
已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c,且知当x=-1时取得极大值7,当x=3取得极小值,试求f(x)的极小值,并求a、b、c的值.
正确答案
解:∵f(x)=x3+ax2+bx+c,∴f‘(x)=3x2+2ax+b.
∵当x=-1时,函数取得极大值,x=3时,函数取得极小值.
∴-1,3是方程f'(x)=0的根,即-1,3为方程3x2+2ax+b=0的两根.
∴∴
,
∴f(x)=x3-3x2-9x+c.
∵当x=-1时取得极大值7,
∴(-1)3-3(-1)2-9(-1)+c=7,
∴c=2.
∴函数f(x)的极小值为f(3)=33-3×32-9×3+2=-25.
解析
解:∵f(x)=x3+ax2+bx+c,∴f‘(x)=3x2+2ax+b.
∵当x=-1时,函数取得极大值,x=3时,函数取得极小值.
∴-1,3是方程f'(x)=0的根,即-1,3为方程3x2+2ax+b=0的两根.
∴∴
,
∴f(x)=x3-3x2-9x+c.
∵当x=-1时取得极大值7,
∴(-1)3-3(-1)2-9(-1)+c=7,
∴c=2.
∴函数f(x)的极小值为f(3)=33-3×32-9×3+2=-25.
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