- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知f(x)=ax3+3x2-x+1,a∈R.
(Ⅰ)当a=时,求函数f(x)的极大值;
(Ⅱ)若对∀x∈R不等式f′(x)≤4x恒成立,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)当a=时,f(x)=
x3+3x2-x+1,
∵f′(x)=7x2+6x-1=(7x-1)(x+1),
令f′(x)=0,得x1=,x2=-1,
且当x∈(-∞,-1)时,f′(x)>0,当x∈(-1,)时,f′(x)<0,
所以当x=-1时,f(x)有极大值,且f(-1)=.
(Ⅱ)∵∀x∈R不等式f′(x)≤4x恒成立,
即∀x∈R不等式3ax2+6x-1≤4x恒成立,
∴∀x∈R不等式3ax2+2x-1≤0恒成立,
当a≥0时,∀x∈R,3ax2+2x-1≤0不恒成立,
当a<0时,∀x∈R不等式3ax2+2x-1≤0恒成立,
即△=4+12a≤0,解得.
解析
解:(Ⅰ)当a=时,f(x)=
x3+3x2-x+1,
∵f′(x)=7x2+6x-1=(7x-1)(x+1),
令f′(x)=0,得x1=,x2=-1,
且当x∈(-∞,-1)时,f′(x)>0,当x∈(-1,)时,f′(x)<0,
所以当x=-1时,f(x)有极大值,且f(-1)=.
(Ⅱ)∵∀x∈R不等式f′(x)≤4x恒成立,
即∀x∈R不等式3ax2+6x-1≤4x恒成立,
∴∀x∈R不等式3ax2+2x-1≤0恒成立,
当a≥0时,∀x∈R,3ax2+2x-1≤0不恒成立,
当a<0时,∀x∈R不等式3ax2+2x-1≤0恒成立,
即△=4+12a≤0,解得.
已知函数f(x)=x2-alnx.
(Ⅰ)当x=1时f(x)取得极值,求函数的单调区间;
(Ⅱ)当x∈[1,2]时,求函数f(x)的最小值.
正确答案
解:(I),
∵f‘(1)=0,∴a=2,
∴
f'(x)>0,即x>1时,函数f(x)=x2-2lnx单调递增;
f'(x)<0,即0<x<1时,函数f(x)=x2-2lnx单调递减.
综上:函数f(x)=x2-2lnx的单调递增区间为(1,+∞);
函数f(x)=x2-2lnx的单调递减区间为(0,1)
(II)
当a≤0时,x∈[1,2],f'(x)>0,函数递增
∴当x=1时f(x)有最小值,并且最小值为1
当a>0时,
(1)当0<a≤2时,函数在[1,2]上递增,所以当x=1时f(x)有最小值,并且最小值为4
(2)当2<a<8时,函数在[1,]上递减,在[
,2]上递增;
所以当时f(x)有最小值,并且最小值为
(3)当8≤a,函数在[1,2]上递减,所以当x=2时f(x)有最小值,并且最小值为(4-aln2)
解析
解:(I),
∵f‘(1)=0,∴a=2,
∴
f'(x)>0,即x>1时,函数f(x)=x2-2lnx单调递增;
f'(x)<0,即0<x<1时,函数f(x)=x2-2lnx单调递减.
综上:函数f(x)=x2-2lnx的单调递增区间为(1,+∞);
函数f(x)=x2-2lnx的单调递减区间为(0,1)
(II)
当a≤0时,x∈[1,2],f'(x)>0,函数递增
∴当x=1时f(x)有最小值,并且最小值为1
当a>0时,
(1)当0<a≤2时,函数在[1,2]上递增,所以当x=1时f(x)有最小值,并且最小值为4
(2)当2<a<8时,函数在[1,]上递减,在[
,2]上递增;
所以当时f(x)有最小值,并且最小值为
(3)当8≤a,函数在[1,2]上递减,所以当x=2时f(x)有最小值,并且最小值为(4-aln2)
已知函数f(x)=mx-lnx-3(m∈R).讨论函数f(x)在定义域内的极值点的个数;
(1)若函数f(x)在x=1处取得极值,存在x∈(0,+∞)使f(x)≤nx-4有解,求实数n的取值范围;
(2)当0<a<b<4且b≠e时,试比较的大小.
正确答案
解:(1)
则f‘(1)=m-1=0,∴m=1,∴f(x)=x-lnx-3
由题意知x-ln3-3≤nx-4在x∈(0,+∞)有解
∴有解,
令,即n≥g(x)min,
则函数f(x)在区间(0,e2)上单调递减,在区间(e2,+∞)上单调递增.
∴
∴
(2)由 (1)知在 (0,4)上是减函数
∵0<a<b<4,∴g(a)>g(b)
∴,∴b(1-lna)>a(1-lnb)
当0<b<e时,1-lnb>0,∴;
当e<b<4时,1-lnb<0,∴.
解析
解:(1)
则f‘(1)=m-1=0,∴m=1,∴f(x)=x-lnx-3
由题意知x-ln3-3≤nx-4在x∈(0,+∞)有解
∴有解,
令,即n≥g(x)min,
则函数f(x)在区间(0,e2)上单调递减,在区间(e2,+∞)上单调递增.
∴
∴
(2)由 (1)知在 (0,4)上是减函数
∵0<a<b<4,∴g(a)>g(b)
∴,∴b(1-lna)>a(1-lnb)
当0<b<e时,1-lnb>0,∴;
当e<b<4时,1-lnb<0,∴.
已知函数.
(Ⅰ)若a=1,求f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)求函数f(x)的极值点;
(Ⅲ)若f(x)>0恒成立,求a的取值范围.
正确答案
解:f(x)的定义域为(0,+∞).
(Ⅰ)若a=1,则,此时f(1)=2.
因为,
所以,所以切线方程为
,
即5x-2y-1=0.
(Ⅱ)由于,x∈(0,+∞).
(1)当a≥0时,,
,
令f‘(x)=0,得,
(舍去),
且当x∈(0,x1)时,f'(x)<0;
当x∈(x1,+∞)时,f'(x)>0,
所以f(x)在(0,x1)上单调递减,在(x1,+∞)上单调递增,f(x)的极小值点为.
(2)当a<0时,.
①当x≥-a时,,
令f'(x)=0,得,
(舍去).
若,即
,
则f'(x)≥0,所以f(x)在(-a,+∞)上单调递增;
若,即
,
则当x∈(-a,x1)时,f'(x)<0;
当x∈(x1,+∞)时,f'(x)>0,
所以f(x)在区间(-a,x1)上是单调递减,在(x1,+∞)上单调递增.
②当0<x<-a时,.
令f'(x)=0,得-4x2-2ax-1=0,记△=4a2-16,
若△≤0,即-2≤a<0时,f'(x)≤0,
所以f(x)在(0,-a)上单调递减;
若△>0,即a<-2时,则由f'(x)=0得,
且0<x3<x4<-a,
当x∈(0,x3)时,f'(x)<0;
当x∈(x3,x4)时,f'(x)>0;
当x∈(x4,-a)时,f'(x)<0,
所以f(x)在区间(0,x3)上单调递减,在(x3,x4)上单调递增;在(x4,-a)上单调递减.
综上所述,当a<-2时,f(x)的极小值点为和x=-a,极大值点为
;
当时,f(x)的极小值点为x=-a;
当时,f(x)的极小值点为
.
(Ⅲ)函数f(x)的定义域为x∈(0,+∞).由f(x)>0,可得…(*)
(ⅰ)当x∈(0,1)时,,|x+a|≥0,不等式(*)恒成立;
(ⅱ)当x=1时,,即|1+a|>0,所以a≠-1;
(ⅲ)当x>1时,不等式(*)恒成立等价于恒成立或
恒成立.
令,则
.
令φ(x)=-x2-1+lnx,则,
而φ(1)=-12-1+ln1=-2<0,
所以φ(x)=-x2-1+lnx<0,即,
因此在(1,+∞)上是减函数,
所以g(x)在x∈(1,+∞)上无最小值,
所以不可能恒成立.
令,则
,
因此h(x)在(1,+∞)上是减函数,
所以h(x)<h(1)=-1,
所以a≥-1.又因为a≠-1,所以a>-1.
综上所述,满足条件的a的取值范围是(-1,+∞).
解析
解:f(x)的定义域为(0,+∞).
(Ⅰ)若a=1,则,此时f(1)=2.
因为,
所以,所以切线方程为
,
即5x-2y-1=0.
(Ⅱ)由于,x∈(0,+∞).
(1)当a≥0时,,
,
令f‘(x)=0,得,
(舍去),
且当x∈(0,x1)时,f'(x)<0;
当x∈(x1,+∞)时,f'(x)>0,
所以f(x)在(0,x1)上单调递减,在(x1,+∞)上单调递增,f(x)的极小值点为.
(2)当a<0时,.
①当x≥-a时,,
令f'(x)=0,得,
(舍去).
若,即
,
则f'(x)≥0,所以f(x)在(-a,+∞)上单调递增;
若,即
,
则当x∈(-a,x1)时,f'(x)<0;
当x∈(x1,+∞)时,f'(x)>0,
所以f(x)在区间(-a,x1)上是单调递减,在(x1,+∞)上单调递增.
②当0<x<-a时,.
令f'(x)=0,得-4x2-2ax-1=0,记△=4a2-16,
若△≤0,即-2≤a<0时,f'(x)≤0,
所以f(x)在(0,-a)上单调递减;
若△>0,即a<-2时,则由f'(x)=0得,
且0<x3<x4<-a,
当x∈(0,x3)时,f'(x)<0;
当x∈(x3,x4)时,f'(x)>0;
当x∈(x4,-a)时,f'(x)<0,
所以f(x)在区间(0,x3)上单调递减,在(x3,x4)上单调递增;在(x4,-a)上单调递减.
综上所述,当a<-2时,f(x)的极小值点为和x=-a,极大值点为
;
当时,f(x)的极小值点为x=-a;
当时,f(x)的极小值点为
.
(Ⅲ)函数f(x)的定义域为x∈(0,+∞).由f(x)>0,可得…(*)
(ⅰ)当x∈(0,1)时,,|x+a|≥0,不等式(*)恒成立;
(ⅱ)当x=1时,,即|1+a|>0,所以a≠-1;
(ⅲ)当x>1时,不等式(*)恒成立等价于恒成立或
恒成立.
令,则
.
令φ(x)=-x2-1+lnx,则,
而φ(1)=-12-1+ln1=-2<0,
所以φ(x)=-x2-1+lnx<0,即,
因此在(1,+∞)上是减函数,
所以g(x)在x∈(1,+∞)上无最小值,
所以不可能恒成立.
令,则
,
因此h(x)在(1,+∞)上是减函数,
所以h(x)<h(1)=-1,
所以a≥-1.又因为a≠-1,所以a>-1.
综上所述,满足条件的a的取值范围是(-1,+∞).
已知函数f(x)=+(2-b)x+1在x=x1处取得极大值,在x=x2处取得极小值,且0<x1<1<x2<2.
(1)证明a>0;
(2)若z=a+2b,求z的取值范围.
正确答案
解:求出函数f(x)的导函数f‘(x)=ax2-2bx+2-b.
(1)由函数f(x)在x=x1处取得极大值,
在x=x2处取得极小值,知x1,x2是f'(x)=0的两个根.
所以f'(x)=a(x-x1)(x-x2)
当x<x1时,f(x)为增函数,f'(x)>0,
由x-x1<0,x-x2<0,得a>0.
(2)在题设下,0<x1<1<x2<2等价于,
即,
化简得.
此不等式组表示的区域为平面aOb上三条直线:2-b=0,a-3b+2=0,4a-5b+2=0.
所围成的△ABC的内部,其三个顶点分别为:.
z在这三点的值依次为.
所以z的取值范围为.
解析
解:求出函数f(x)的导函数f‘(x)=ax2-2bx+2-b.
(1)由函数f(x)在x=x1处取得极大值,
在x=x2处取得极小值,知x1,x2是f'(x)=0的两个根.
所以f'(x)=a(x-x1)(x-x2)
当x<x1时,f(x)为增函数,f'(x)>0,
由x-x1<0,x-x2<0,得a>0.
(2)在题设下,0<x1<1<x2<2等价于,
即,
化简得.
此不等式组表示的区域为平面aOb上三条直线:2-b=0,a-3b+2=0,4a-5b+2=0.
所围成的△ABC的内部,其三个顶点分别为:.
z在这三点的值依次为.
所以z的取值范围为.
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