- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数f(x)=,g(x)=
,a,b∈R.
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)记函数h(x)=f(x)+g(x),当a=0时,h(x)在(0,1)上有且只有一个极值点,求实数b的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)∵f(x)=的定义域是(0,+∞),且f′(x)=-
+
=
;
∴①若a≤0,则f′(x)≥0,f(x)在(0,+∞)上是增函数,
②若a>0,令f′(x)=0,得x=a,
当0<x<a时,f′(x)<0,当x>a时,f′(x)>0,
∴(0,a)是f(x)的单调减区间,(a,+∞)是f(x)的单调增区间;
综上,当a≤0时,f(x)的单调增区间是(0,+∞),
当a>0时,f(x)的单调减区间是(0,a),单调增区间是(a,+∞);
(Ⅱ)a=0时,h(x)=f(x)+g(x)=bx2-2x+2+lnx,
∴h′(x)=bx-2+=
,
∵h(x)在(0,1)上有且只有一个极值点,
由h′(x)=0,得bx2-2x+1=0;
设p(x)=bx2-2x+1,
即p(x)在(0,1)上有且只有一个零点,且p(0)•p(1)<0,
即(b×02-2×0+1)(b×12-2×1+1)<0,
解得b<1;
∴h(x)在(0,1)上有且只有一个极值点时,b<1;
∴b的取值范围是{b|b<1}.
解析
解:(Ⅰ)∵f(x)=的定义域是(0,+∞),且f′(x)=-
+
=
;
∴①若a≤0,则f′(x)≥0,f(x)在(0,+∞)上是增函数,
②若a>0,令f′(x)=0,得x=a,
当0<x<a时,f′(x)<0,当x>a时,f′(x)>0,
∴(0,a)是f(x)的单调减区间,(a,+∞)是f(x)的单调增区间;
综上,当a≤0时,f(x)的单调增区间是(0,+∞),
当a>0时,f(x)的单调减区间是(0,a),单调增区间是(a,+∞);
(Ⅱ)a=0时,h(x)=f(x)+g(x)=bx2-2x+2+lnx,
∴h′(x)=bx-2+=
,
∵h(x)在(0,1)上有且只有一个极值点,
由h′(x)=0,得bx2-2x+1=0;
设p(x)=bx2-2x+1,
即p(x)在(0,1)上有且只有一个零点,且p(0)•p(1)<0,
即(b×02-2×0+1)(b×12-2×1+1)<0,
解得b<1;
∴h(x)在(0,1)上有且只有一个极值点时,b<1;
∴b的取值范围是{b|b<1}.
函数f(x)=ax3+bx2-a2x(a>0)的两个极值点为x1,x2(x1≠x2),且|x1|+|x2|=2,则b的最大值是______.
正确答案
4
解析
解:∵f(x)=ax3+bx2-a2x(a>0)
∴f′(x)=3ax2+2bx-a2(a>0)
∵函数f(x)=ax3+bx2-a2x(a>0)的两个极值点为x1,x2(x1≠x2),
∴f‘(x)=0有两不等实根x1,x2(x1≠x2),
∴△>0,∴b2+3a3>0,恒成立,
∴x1+x2=,x1x2=
<0,
∵|x1|+|x2|=2,且x1,x2异号,
∴(|x1|+|x2|)2=x12+x22-2x1x2=(x1+x2)2-4x1x2=8,
∴+
=8,∴b2=-3a3+18a2≥0,解得0<a≤6,
设t=-3a3+18a2,则t′=-9a2+36a=-9a(a-4)(0<a≤6),
令t′>0,得0<a<4,t′<0,得6≥a>4,
t在(0,4]是增函数,在[4,6)是减函数,
∴a=4取得t最大96,∴b2最大值为96,∴bmax=4
故答案为:4.
设函数f(x)=-x(x-a)2(x∈R),其中a∈R.
(Ⅰ)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(Ⅱ)当a>0时,求函数f(x)的极大值和极小值;
(Ⅲ)当a>3时,在区间[-1,0]上是否有实数k使不等式f(k-cosx)≥f(k2-cos2x),对任意的x∈R恒成立,若存在,求出k的值,若不存在,说明理由.
正确答案
解:(I)当a=1时,f(x)=-x(x-1)2=-x3+2x2-x,得f(2)=-2,
且f′(x)=-3x2+4x-1,∴f′(2)=-5.
∴曲线y=-x(x-1)2在点(2,-2)处的切线方程是y+2=-5(x-2),
整理得5x+y-8=0.
(Ⅱ)解:f(x)=-x(x-a)2=-x3+2ax2-a2x,
∴f′(x)=-3x2+4ax-a2=-(3x-a)(x-a).
令f′(x)=0,解得或x=a.
由于a>0,当x变化时,且f′(x)的正负如下表:
因此,函数f(x)在处取得极小值,且;
函数f(x)在x=a处取得极大值f(a),且f(a)=0.
(Ⅲ)假设在区间[-1,0]上存在实数k满足题意.
由a>3,得,由(Ⅱ)知,f(x)在(-∞,1]上是减函数,
当k∈[-1,0]时,k-cosx≤1,k2-cos2x≤1.
要使f(k-cosx)≥f(k2-cos2x),x∈R
只要k-cosx≤k2-cos2x(x∈R)
即cos2x-cosx≤k2-k(x∈R)①
设,则函数g(x)在R上的最大值为2.
要使①式恒成立,必须k2-k≥2,即k≥2或k≤-1.
∴在区间[-1,0]上存在k=-1,使得f(k-cosx)≥f(k2-cos2x)对任意的x∈R恒成立.
解析
解:(I)当a=1时,f(x)=-x(x-1)2=-x3+2x2-x,得f(2)=-2,
且f′(x)=-3x2+4x-1,∴f′(2)=-5.
∴曲线y=-x(x-1)2在点(2,-2)处的切线方程是y+2=-5(x-2),
整理得5x+y-8=0.
(Ⅱ)解:f(x)=-x(x-a)2=-x3+2ax2-a2x,
∴f′(x)=-3x2+4ax-a2=-(3x-a)(x-a).
令f′(x)=0,解得或x=a.
由于a>0,当x变化时,且f′(x)的正负如下表:
因此,函数f(x)在处取得极小值,且;
函数f(x)在x=a处取得极大值f(a),且f(a)=0.
(Ⅲ)假设在区间[-1,0]上存在实数k满足题意.
由a>3,得,由(Ⅱ)知,f(x)在(-∞,1]上是减函数,
当k∈[-1,0]时,k-cosx≤1,k2-cos2x≤1.
要使f(k-cosx)≥f(k2-cos2x),x∈R
只要k-cosx≤k2-cos2x(x∈R)
即cos2x-cosx≤k2-k(x∈R)①
设,则函数g(x)在R上的最大值为2.
要使①式恒成立,必须k2-k≥2,即k≥2或k≤-1.
∴在区间[-1,0]上存在k=-1,使得f(k-cosx)≥f(k2-cos2x)对任意的x∈R恒成立.
设直线x=m与函数f(x)=x2+4,g(x)=2lnx的图象分别交于点M、N,则当|MN|达到最小时m的值为( )
正确答案
解析
解:当x=m时,|MN|=m2+4-2lnm,m>0,
设f(m)=|MN|=m2+4-2lnm,
则f‘(m)=2m-=
,
由f'(m)>0得m>1,此时函数单调递增,
由f'(m)<0得0<m<1,此时函数单调递减,
即当m=1时,函数取得极小值,同时也是最小值为f(1)=1+4-2ln1=5.
此时m=1.
故选:C.
设函数f(x)=1-xsinx在x=x0处取得极值,则(1+x02)(1+cos2x0)-1的值为( )
正确答案
解析
解:f′(x)=-sinx-xcosx;
∵f(x)在x=x0处取得极值;
∴f′(x0)=-sinx0-x0cosx0=0;
∴;
∴=
;
故选:C.
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