- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数f(x)=ln(x+1)+ax2-x,a∈R.
(Ⅰ)当a=时,求函数y=f(x)的极值;
(Ⅱ)是否存在实数b∈(0,1),使得当x∈(-1,b]时,函数f(x)的最大值为f(b)?若存在,求实数a的取值范围,若不存在,请说明理由.
正确答案
解:(Ⅰ)当a=时,f(x)=ln(x+1)+
x2-x,
则f′(x)=,(x>-1)
∴函数在(-1,0),(1,+∞)上单调递增,在(0,1)上单调递减,且f(0)=0,f(1)=ln2-,
∴函数y=f(x)在x=1处取到极小值为ln2-,在x=0处取到极大值为0.
(Ⅱ)由题意
(1)当a≤0时,函数f(x)在(-1,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减,
此时,不存在实数b∈(0,1),使得当x∈(-1,b]时,函数f(x)的最大值为f(b); …(7分)
(2)当a>0时,令f‘(x)=0有x=0或,
(ⅰ)当即
时,函数f(x)在
和(0,+∞)上单调递增,在
上单调递减,要存在实数b∈(0,1),使得当x∈(-1,b]时,函数f(x)的最大值为f(b),则
,代入化简得
…(1)
令,因
恒成立,
故恒有,∴
时,(1)式恒成立; …(10分)
(ⅱ)当即
时,函数f(x)在(-1,0)和
上单调递增,在
上单调递减,
此时由题,只需f(1)>0,解得a>1-ln2,又,
∴此时实数a的取值范围是; …(12分)
(ⅲ)当时,函数f(x)在(-1,+∞)上单调递增,
显然符合题意; …(13分)
综上,实数a的取值范围是(1-ln2,+∞).…(14分)
解析
解:(Ⅰ)当a=时,f(x)=ln(x+1)+
x2-x,
则f′(x)=,(x>-1)
∴函数在(-1,0),(1,+∞)上单调递增,在(0,1)上单调递减,且f(0)=0,f(1)=ln2-,
∴函数y=f(x)在x=1处取到极小值为ln2-,在x=0处取到极大值为0.
(Ⅱ)由题意
(1)当a≤0时,函数f(x)在(-1,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减,
此时,不存在实数b∈(0,1),使得当x∈(-1,b]时,函数f(x)的最大值为f(b); …(7分)
(2)当a>0时,令f‘(x)=0有x=0或,
(ⅰ)当即
时,函数f(x)在
和(0,+∞)上单调递增,在
上单调递减,要存在实数b∈(0,1),使得当x∈(-1,b]时,函数f(x)的最大值为f(b),则
,代入化简得
…(1)
令,因
恒成立,
故恒有,∴
时,(1)式恒成立; …(10分)
(ⅱ)当即
时,函数f(x)在(-1,0)和
上单调递增,在
上单调递减,
此时由题,只需f(1)>0,解得a>1-ln2,又,
∴此时实数a的取值范围是; …(12分)
(ⅲ)当时,函数f(x)在(-1,+∞)上单调递增,
显然符合题意; …(13分)
综上,实数a的取值范围是(1-ln2,+∞).…(14分)
已知函数f(x)=xlnx,g(x)=-x2+ax-2.
(1)求函数f(x)在[t,2t](t>0)上的单调区间;
(2)若函数h(x)=f(x)+g(x)有两个不同的极值点x1,x2(x1<x2),且x2-x1<ln2,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1)由f′(x)=lnx+1=0,可得x=
,
∴f(x)在上递减,在
上递增.
(i)当时,函数f(x)在[t,2t]上递减;
(ii)当时,函数f(x)在
上递减,在
上递增;
(iii)当时,函数f(x)在[t,2t]上单调递增.
(2)y=f(x)+g(x)=xlnx-x2+ax-2,则y′=lnx-2x+1+a
由题意可得:y′=lnx-2x+1+a=0有两个不同的实根x1,x2(x1<x2),
即a=-lnx+2x-1有两个不同的实根x1,x2(x1<x2),
等价于直线y=a与函数G(x)=-lnx+2x-1的图象有两个不同的交点.
∵G′(x)=-+2,
∴G(x)在(0,)上单调递减,在(
,+∞)上单调递增,画出函数图象的大致形状(如右图),
由图象知,当a>G(x)min=G())=ln2时,x1,x2存在,且x2-x1的值随着a的增大而增大,
而当x2-x1=ln2时,由题意可得,
两式相减可得ln=-2(x2-x1)=-2ln2,
∴x2=4x1代入上述方程可得x2=4x1=ln2,
此时a=ln2-ln(
)-1,
∴a<ln2-ln(
)-1,
综上可得:实数a的取值范围为.
解析
解:(1)由f′(x)=lnx+1=0,可得x=
,
∴f(x)在上递减,在
上递增.
(i)当时,函数f(x)在[t,2t]上递减;
(ii)当时,函数f(x)在
上递减,在
上递增;
(iii)当时,函数f(x)在[t,2t]上单调递增.
(2)y=f(x)+g(x)=xlnx-x2+ax-2,则y′=lnx-2x+1+a
由题意可得:y′=lnx-2x+1+a=0有两个不同的实根x1,x2(x1<x2),
即a=-lnx+2x-1有两个不同的实根x1,x2(x1<x2),
等价于直线y=a与函数G(x)=-lnx+2x-1的图象有两个不同的交点.
∵G′(x)=-+2,
∴G(x)在(0,)上单调递减,在(
,+∞)上单调递增,画出函数图象的大致形状(如右图),
由图象知,当a>G(x)min=G())=ln2时,x1,x2存在,且x2-x1的值随着a的增大而增大,
而当x2-x1=ln2时,由题意可得,
两式相减可得ln=-2(x2-x1)=-2ln2,
∴x2=4x1代入上述方程可得x2=4x1=ln2,
此时a=ln2-ln(
)-1,
∴a<ln2-ln(
)-1,
综上可得:实数a的取值范围为.
函数f(x)=xcosx2在区间[0,4]上的零点个数为( )
正确答案
解析
解:令f(x)=0,可得x=0或cosx2=0
∴x=0或x2=,k∈Z
∵x∈[0,4],则x2∈[0,16],
∴k可取的值有0,1,2,3,4,
∴方程共有6个解
∴函数f(x)=xcosx2在区间[0,4]上的零点个数为6个
故选C
已知函数f(x)=x3-ax2+3x,a∈R.若x=3是f(x)的一个极值点,则f(x)在R上的极大值是______.
正确答案
解析
解:f′(x)=3x2-2ax+3,
∵当x=3时有极值,所以f′(3)=0,即27+3-2a×3=0,
解得a=5.
这时,f′(x)=3x2-10x+3,
令f′(x)=3x2-10x+3=0,得x1=,或x2=3.
当x变化时,f′(x),f(x)随x的变化情况如下表:
由表可知:f(x)的极大值为f()=,
故答案为:.
已知函数f(x)=ax-lnx,a∈R.
(Ⅰ) 若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处切线的斜率为1,求a的值;
(Ⅱ) 讨论函数f(x)极值点的个数;
(Ⅲ) 若f(x)≤xlnx在[1,+∞)上恒成立,求a的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ) 由f(x)=ax-lnx,得,
又,
∴a=2;
(Ⅱ)∵,x>0,
当a≤0时,f′(x)≤0在(0,+∞)上恒成立,
函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;
∴f(x)在(0,+∞)上没有极值点,
当a>0时,f′(x)≤0得,f′(x)≥0得
,
∴f(x)在上单调递减,在
上单调递增,
∴f(x)在有极小值.
综上得 当a≤0时,f(x)在(0,+∞)上没有极值点;
当a>0时,f(x)在(0,+∞)上有一个极值点.
(Ⅲ) f(x)<xlnx在[1,+∞)上恒成立,
即在[1,+∞)上恒成立,
令,x∈[1,+∞),
∴,
令h(x)=x-lnx+1,
∴在[1,+∞)上恒成立,
∴h(x)在[1,+∞)上单调递增,
∴h(x)≥h(1)=2,
∴g‘(x)>0在[1,+∞)上恒成立,
∴g(x)在[1,+∞)上单调递增,
∴g(x)min=g(1)=0,
∴a≤0.
解析
解:(Ⅰ) 由f(x)=ax-lnx,得,
又,
∴a=2;
(Ⅱ)∵,x>0,
当a≤0时,f′(x)≤0在(0,+∞)上恒成立,
函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;
∴f(x)在(0,+∞)上没有极值点,
当a>0时,f′(x)≤0得,f′(x)≥0得
,
∴f(x)在上单调递减,在
上单调递增,
∴f(x)在有极小值.
综上得 当a≤0时,f(x)在(0,+∞)上没有极值点;
当a>0时,f(x)在(0,+∞)上有一个极值点.
(Ⅲ) f(x)<xlnx在[1,+∞)上恒成立,
即在[1,+∞)上恒成立,
令,x∈[1,+∞),
∴,
令h(x)=x-lnx+1,
∴在[1,+∞)上恒成立,
∴h(x)在[1,+∞)上单调递增,
∴h(x)≥h(1)=2,
∴g‘(x)>0在[1,+∞)上恒成立,
∴g(x)在[1,+∞)上单调递增,
∴g(x)min=g(1)=0,
∴a≤0.
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