- 函数的极值与导数的关系
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若函数f(x)=x3-3a2x+1的图象与直线y=3只有一个公共点,则实数a的取值范围______.
正确答案
(-1,1)
解析
解:求一阶导数可得f‘(x)=3x2-3a2,
两个极值点分别在x=a、x=-a,
代入函数,得f(a)=-2a3+1,f(-a)=2a3+1,
当a>0时,f(a)>3或f(-a)<3,得出a<1,
当a<0时,f(a)<3或f(-a)>3,得出a>-1,
当a=0时,显然成立;
则实数a的取值范围为:-1<a<1,
故答案为:(-1,1).
设函数f(x)=x3-3x2-9x,求函数f(x)的极大值.
正确答案
解:f′(x)=3x2-6x-9=3(x-3)(x+1),
令f′(x)>0,解得:x>3或x<-1,
令f′(x)<0,解得:-1<x<3,
∴函数f(x)在(-∞,-1),(3,+∞)递增,在(-1,3)递减,
∴f(x)极大值=f(-1)=1-3+9=7.
解析
解:f′(x)=3x2-6x-9=3(x-3)(x+1),
令f′(x)>0,解得:x>3或x<-1,
令f′(x)<0,解得:-1<x<3,
∴函数f(x)在(-∞,-1),(3,+∞)递增,在(-1,3)递减,
∴f(x)极大值=f(-1)=1-3+9=7.
已知a∈R,讨论函数f(x)=ex(x2+ax+a+1)的极值点的个数.
正确答案
解:f′(x)=ex(x2+ax+a+1)+ex(2x+a)
=ex[x2+(a+2)x+(2a+1)],
令f′(x)=0得x2+(a+2)x+(2a+1)=0
(1)当△=(a+2)2-4(2a+1)=a2-4a=a(a-4)>0.
即a<0或a>4时,方程x2+(a+2)x+(2a+1)=0有两个不同的实根x1,x2,不妨设x1<x2,
于是f′(x)=ex(x-x1)(x-x2),从而有下表:
即此时f(x)有两个极值点.
(2)当△=0即a=0或a=4时,方程x2+(a+2)x+(2a+1)=0有两个相同的实根x1=x2
于是f‘(x)=ex(x-x1)2故当x<x1时,f'(x)>0;当x>x2时,f'(x)>0,因此f(x)无极值.
(3)当△<0,即0<a<4时,x2+(a+2)x+(2a+1)>0,f'(x)=ex[x2+(a+2)x+(2a+1)]>0,故f(x)为增函数,此时f(x)无极值.因此当a>4或a<0时,f(x)有2个极值点,当0≤a≤4时,f(x)无极值点.
综上所述:当a<0或a>4时,f(x)有两个极值点.
解析
解:f′(x)=ex(x2+ax+a+1)+ex(2x+a)
=ex[x2+(a+2)x+(2a+1)],
令f′(x)=0得x2+(a+2)x+(2a+1)=0
(1)当△=(a+2)2-4(2a+1)=a2-4a=a(a-4)>0.
即a<0或a>4时,方程x2+(a+2)x+(2a+1)=0有两个不同的实根x1,x2,不妨设x1<x2,
于是f′(x)=ex(x-x1)(x-x2),从而有下表:
即此时f(x)有两个极值点.
(2)当△=0即a=0或a=4时,方程x2+(a+2)x+(2a+1)=0有两个相同的实根x1=x2
于是f‘(x)=ex(x-x1)2故当x<x1时,f'(x)>0;当x>x2时,f'(x)>0,因此f(x)无极值.
(3)当△<0,即0<a<4时,x2+(a+2)x+(2a+1)>0,f'(x)=ex[x2+(a+2)x+(2a+1)]>0,故f(x)为增函数,此时f(x)无极值.因此当a>4或a<0时,f(x)有2个极值点,当0≤a≤4时,f(x)无极值点.
综上所述:当a<0或a>4时,f(x)有两个极值点.
已知函数f(x)=x2-2alnx+(a-2)x,a∈R.
(1)若函数f(x)有两个极值点,求a的取值范围;
(2)是否存在实数a,对任意x1、x2∈(0,+∞)且x1≠x2,都有>a恒成立?若存在,求出a的取值范围;若不存在,请说明理由.
正确答案
解:(1)函数f(x)=x2-2alnx+(a-2)x的导数为:
f′(x)=x-+a-2=
=
,
由于函数f(x)有两个极值点,则f′(x)=0有两个不相等的正根,
即有-a>0且-a≠2,解得a<0且a≠-2.
则有a的取值范围是(-∞,-2)∪(-2,0);
(2)假设存在实数a使得对任意的x1,x2∈(0,+∞),且x1≠x2,
有>a恒成立,
不妨设0<x1<x2,则f(x2)-ax2>f(x1)-ax1恒成立.
令g(x)=f(x)-ax,只要g(x)在(0,+∞)为增函数.
又函数g(x)=x2-2alnx-2x.
考查函数g′(x)=x--2=
=
.
要使g′(x)≥0在(0,+∞)上恒成立,
只要-1-2a≥0,即a≤-,
故存在实数a∈(-∞,],
对任意的x1,x2∈(0,+∞),且x1≠x2,有>a恒成立.
解析
解:(1)函数f(x)=x2-2alnx+(a-2)x的导数为:
f′(x)=x-+a-2=
=
,
由于函数f(x)有两个极值点,则f′(x)=0有两个不相等的正根,
即有-a>0且-a≠2,解得a<0且a≠-2.
则有a的取值范围是(-∞,-2)∪(-2,0);
(2)假设存在实数a使得对任意的x1,x2∈(0,+∞),且x1≠x2,
有>a恒成立,
不妨设0<x1<x2,则f(x2)-ax2>f(x1)-ax1恒成立.
令g(x)=f(x)-ax,只要g(x)在(0,+∞)为增函数.
又函数g(x)=x2-2alnx-2x.
考查函数g′(x)=x--2=
=
.
要使g′(x)≥0在(0,+∞)上恒成立,
只要-1-2a≥0,即a≤-,
故存在实数a∈(-∞,],
对任意的x1,x2∈(0,+∞),且x1≠x2,有>a恒成立.
已知函数.
(Ⅰ)求函数f(x)的极小值;
(Ⅱ)过点B(0,t)能否存在曲线y=f(x)的切线,请说明理由.
正确答案
解:(Ⅰ)函数的定义域为R.
因为函数,所以f′(x)=
.
令f′(x)=0,则x=0.
所以f(x)极小值为f(0)=0-1+=0;
(Ⅱ)假设存在切线,设切点坐标为(m,n),
则切线方程为y-n=f′(m)(x-m),
即y-(m-1+)=(1-e-m)(x-m),
将B(0,t)代入得t=-1.
方程t=-1有解,等价于过点B(0,t)作曲线f(x)的切线存在.
令M(x)=-1,所以M′(x)=
.
当M′(x)=0,x=0,
所以 当x<0时,以M′(x)>0,函数以M(x)在(-∞,0)上单调递增;
当x>0时,M′(x)<0,M(x)在(0,+∞)上单调递减.
所以当x=0时,M(x)max=M(0)=0,无最小值.
当t≤0时,方程t=-1有解;
当t>0时,方程t=-1无解.
综上所述,当t≤0时存在切线;当t>0时不存在切线.
解析
解:(Ⅰ)函数的定义域为R.
因为函数,所以f′(x)=
.
令f′(x)=0,则x=0.
所以f(x)极小值为f(0)=0-1+=0;
(Ⅱ)假设存在切线,设切点坐标为(m,n),
则切线方程为y-n=f′(m)(x-m),
即y-(m-1+)=(1-e-m)(x-m),
将B(0,t)代入得t=-1.
方程t=-1有解,等价于过点B(0,t)作曲线f(x)的切线存在.
令M(x)=-1,所以M′(x)=
.
当M′(x)=0,x=0,
所以 当x<0时,以M′(x)>0,函数以M(x)在(-∞,0)上单调递增;
当x>0时,M′(x)<0,M(x)在(0,+∞)上单调递减.
所以当x=0时,M(x)max=M(0)=0,无最小值.
当t≤0时,方程t=-1有解;
当t>0时,方程t=-1无解.
综上所述,当t≤0时存在切线;当t>0时不存在切线.
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