- 函数的极值与导数的关系
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已知关于x的函数f(x)=-x3+bx2+cx+bc,其导函数为f′(x).令g(x)=|f′(x)|,记函数g(x)在区间[-1、1]上的最大值为M.
(Ⅰ)如果函数f(x)在x=1处有极值-,试确定b、c的值:
(Ⅱ)若|b|>1,证明对任意的c,都有M>2
(Ⅲ)若M≧K对任意的b、c恒成立,试求k的最大值.
正确答案
(Ⅰ)解:∵f‘(x)=-x2+2bx+c,由f(x)在x=1处有极值
可得
解得,或
若b=1,c=-1,则f'(x)=-x2+2x-1=-(x-1)2≤0,此时f(x)没有极值;
若b=-1,c=3,则f'(x)=-x2-2x+3=-(x+3)(x-1)
当x变化时,f(x),f'(x)的变化情况如下表:
∴当x=1时,f(x)有极大值,故b=-1,c=3即为所求.
(Ⅱ)证法1:g(x)=|f'(x)|=|-(x-b)2+b2+c|
当|b|>1时,函数y=f'(x)的对称轴x=b位于区间[-1.1]之外.
∴f'(x)在[-1,1]上的最值在两端点处取得
故M应是g(-1)和g(1)中较大的一个,
∴2M≥g(1)+g(-1)=|-1+2b+c|+|-1-2b+c|≥|4b|>4,即M>2
证法2(反证法):因为|b|>1,所以函数y=f'(x)的对称轴x=b位于区间[-1,1]之外,
∴f'(x)在[-1,1]上的最值在两端点处取得.
故M应是g(-1)和g(1)中较大的一个
假设M≤2,则M=maxg{(-1),g(1),g(b)}
将上述两式相加得:4≥|-1-2b+c|+|-1+2b+c|≥4|b|>4,导致矛盾,∴M>2
(Ⅲ)解法1:g(x)=|f'(x)|=|-(x-b)2+b2+c|
(1)当|b|>1时,由(Ⅱ)可知f'(b)-f'(±1)=b(∓1)2≥0;
(2)当|b|≤1时,函数y=f'(x)的对称轴x=b位于区间[-1,1]内,
此时M=max{g(-1),g(1),g(b)}
由f'(1)-f'(-1)=4b,有f'(b)-f'(±1)=b(∓1)2≥0
①若-1≤b≤0,则f'(1)≤f'(-1)≤f'(b),∴g(-1)≤max{g(1),g(b)},
于是
②若0<b≤1,则f'(-1)≤f'(1)≤f'(b),∴g(1)≤maxg(-1),g(b)
于是
综上,对任意的b、c都有
而当时,在区间[-1,1]上的最小值
故M≥k对任意的b、c恒成立的k的最大值为.
解法2:g(x)=|f'(x)|=|-(x-b)2+b2+c|
(1)当|b|>1时,由(Ⅱ)可知M>2
(2)当|b|≤1
y=f'(x)时,函数的对称轴x=b位于区间[-1,1]内,
此时M=max{g(-1),g(1),g(b)}
4M≥g(-1)+g(1)+2g(b)=|-1-2b+c|+|-1+2b+c|+2|b2+c|≥|-1-2b+c+(-1+2b+c)-2(b2+c)|=|2b2+2|≥2,
即
下同解法1
解析
(Ⅰ)解:∵f‘(x)=-x2+2bx+c,由f(x)在x=1处有极值
可得
解得,或
若b=1,c=-1,则f'(x)=-x2+2x-1=-(x-1)2≤0,此时f(x)没有极值;
若b=-1,c=3,则f'(x)=-x2-2x+3=-(x+3)(x-1)
当x变化时,f(x),f'(x)的变化情况如下表:
∴当x=1时,f(x)有极大值,故b=-1,c=3即为所求.
(Ⅱ)证法1:g(x)=|f'(x)|=|-(x-b)2+b2+c|
当|b|>1时,函数y=f'(x)的对称轴x=b位于区间[-1.1]之外.
∴f'(x)在[-1,1]上的最值在两端点处取得
故M应是g(-1)和g(1)中较大的一个,
∴2M≥g(1)+g(-1)=|-1+2b+c|+|-1-2b+c|≥|4b|>4,即M>2
证法2(反证法):因为|b|>1,所以函数y=f'(x)的对称轴x=b位于区间[-1,1]之外,
∴f'(x)在[-1,1]上的最值在两端点处取得.
故M应是g(-1)和g(1)中较大的一个
假设M≤2,则M=maxg{(-1),g(1),g(b)}
将上述两式相加得:4≥|-1-2b+c|+|-1+2b+c|≥4|b|>4,导致矛盾,∴M>2
(Ⅲ)解法1:g(x)=|f'(x)|=|-(x-b)2+b2+c|
(1)当|b|>1时,由(Ⅱ)可知f'(b)-f'(±1)=b(∓1)2≥0;
(2)当|b|≤1时,函数y=f'(x)的对称轴x=b位于区间[-1,1]内,
此时M=max{g(-1),g(1),g(b)}
由f'(1)-f'(-1)=4b,有f'(b)-f'(±1)=b(∓1)2≥0
①若-1≤b≤0,则f'(1)≤f'(-1)≤f'(b),∴g(-1)≤max{g(1),g(b)},
于是
②若0<b≤1,则f'(-1)≤f'(1)≤f'(b),∴g(1)≤maxg(-1),g(b)
于是
综上,对任意的b、c都有
而当时,在区间[-1,1]上的最小值
故M≥k对任意的b、c恒成立的k的最大值为.
解法2:g(x)=|f'(x)|=|-(x-b)2+b2+c|
(1)当|b|>1时,由(Ⅱ)可知M>2
(2)当|b|≤1
y=f'(x)时,函数的对称轴x=b位于区间[-1,1]内,
此时M=max{g(-1),g(1),g(b)}
4M≥g(-1)+g(1)+2g(b)=|-1-2b+c|+|-1+2b+c|+2|b2+c|≥|-1-2b+c+(-1+2b+c)-2(b2+c)|=|2b2+2|≥2,
即
下同解法1
已知三次函数f(x)=x3+ax2+bx+c在x=1和x=-1时取极值,且f(-2)=-4.
(1)求函数y=f(x)的表达式;
(2)求函数y=f(x)的单调区间和极值.
正确答案
解:(1)f(x)=x3+ax2+bx+c,f′(x)=3x2+2ax+b;
则由题意可得,
,
解得,a=0,b=-3,c=-2,
故f(x)=x3-3x-2,
(2)由(1)知,f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
则当x∈(-∞,-1]∪[1,+∞)时,f′(x)≥0;
当x∈[-1,1]时,f′(x)≤0;
则函数y=f(x)的增区间:(-∞,-1],[1,+∞);减区间:[-1,1].
则f(x)的极大值为f(-1)=0,
f(x)的极小值为f(1)=-4.
解析
解:(1)f(x)=x3+ax2+bx+c,f′(x)=3x2+2ax+b;
则由题意可得,
,
解得,a=0,b=-3,c=-2,
故f(x)=x3-3x-2,
(2)由(1)知,f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
则当x∈(-∞,-1]∪[1,+∞)时,f′(x)≥0;
当x∈[-1,1]时,f′(x)≤0;
则函数y=f(x)的增区间:(-∞,-1],[1,+∞);减区间:[-1,1].
则f(x)的极大值为f(-1)=0,
f(x)的极小值为f(1)=-4.
已知b、c、d∈R,函数f(x)=x3+
bx2+cx+d在(0,1)上既有极大值又有极小值,则c2+(1+b)c的取值范围是( )
正确答案
解析
解:函数f(x)=x3+
bx2+cx+d,
f′(x)=x2+bx+c,
由极值点处导数值为0,即f′(x)=0,
故有x2+bx+c=0,
要使其有两个不同的实数解,
需要△=b2-4c>0,
可解得4c<b2 ①
又两个实数解分别是
x1=,和x2=
,
都在(0,1)区间,即:
>0,可推得:b<0 且 c>0 ②
<1,可推得:b>-2 且 c+b+1>0 ③
由②③式可知-2<b<0 ④
由①可得c<,
则c2+(1+b)c=c(c+1+b)<(
+1+b)
=•
=
(b2+2b)2=
[(b+1)2-1]2,
由-2<b<0,可知[(b+1)2-1]2∈(0,
].
即有0<c2+(1+b)c<.
故选A.
已知a为实数,函数f(x)=(x2+1)(x+a).
(1)若f′(-1)=0,求函数y=f(x)在[-,1]上的极大值和极小值;
(2)若函数f(x)的图象上有与x轴平行的切线,求a的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)∵f′(-1)=0,∴3-2a+1=0,即a=2,
∴f′(x)=3x2+4x+1=3(x+)(x+1),
由f′(x)>0,得x<-1或x>-,
由f′(x)<0,得:-1<x<-,
因此,函数f(x)的单调增区间为(-,-1),(-
,1);单调减区间为(-1,-
),
f(x)在x=-1取得极大值为f(-1)=2;f(x)在x=-取得极小值为f(-
)=
,
(Ⅱ)∵f(x)=x3+ax2+x+a,∴f′(x)=3x2+2ax+1,
∵函数f(x)的图象上有与x轴平行的切线,∴f′(x)=0有实数解,
∴△=4a2-12≥0,∴a>或a<-
,
因此,所求实数a的取值范围是(-∞,0]∪[
,+∞).
解析
解:(Ⅰ)∵f′(-1)=0,∴3-2a+1=0,即a=2,
∴f′(x)=3x2+4x+1=3(x+)(x+1),
由f′(x)>0,得x<-1或x>-,
由f′(x)<0,得:-1<x<-,
因此,函数f(x)的单调增区间为(-,-1),(-
,1);单调减区间为(-1,-
),
f(x)在x=-1取得极大值为f(-1)=2;f(x)在x=-取得极小值为f(-
)=
,
(Ⅱ)∵f(x)=x3+ax2+x+a,∴f′(x)=3x2+2ax+1,
∵函数f(x)的图象上有与x轴平行的切线,∴f′(x)=0有实数解,
∴△=4a2-12≥0,∴a>或a<-
,
因此,所求实数a的取值范围是(-∞,0]∪[
,+∞).
若x3-ax2+1=0在(0,2)上恰有一个实根,则a的取值范围为______.
正确答案
a≥或a=
解析
解:由x3-ax2+1=0得:ax2=x3+1,
∵x∈(0,2),
∴a=x+,
令g(x)=x+,
g′(x)=1-,当
<x<2时,g′(x)>0,当0<x<
时,g′(x)<0,
∴当x=时取得极小值,也是最小值;当x=2时,a(2)=
,
作图易知,g(x)=x+与直线y=a在(0,2)上有一个交点,即可求得a的取值范围a≥
或a=
.
故答案为:a≥或a=
.
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