- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数f(x)=mx-αlnx-m,g(x)=,其中m,α均为实数.
(1)求g(x)的极值;
(2)设m=1,α<0,若对任意的x1,x2∈[3,4](x1≠x2),|f(x2)-f(x1)|<|-
|恒成立,求a的最小值;
(3)设α=2,若对任意给定的x0∈(0,e],在区间(0,e]上总存在t1、t2(t1≠t2),使得f(t1)=f(t2)=g(x0)成立,求m的取值范围.
正确答案
解:(1)g′(x)=,令
,解得x=1,
∵ex>0,∴x∈(-∞,1)时,g′(x)>0;x∈(1,+∞)时,g′(x)<0,根据极大值的定义知:g(x)极大值是g(1)=1,无极小值.
(2)当m=1,a<0时,f(x)=x-alnx-1,所以在[3,4]上f′(x)=>0,所以f(x)在[3,4]上是增函数.
设h(x)=,所以在[3,4]上h′(x)=
>0,所以h(x)在[3,4]上为增函数.
设x2>x1,则恒成立,变成
恒成立,即:f(x2)-f(x1)<h(x2)-h(x1)恒成立,即:f(x2)-h(x2)<f(x1)-h(x1).设u(x)=f(x)-h(x)=
,则u(x)在[3,4]上为减函数.
∴u′(x)=1-≤0在[3,4]上恒成立.
∴恒成立.设v(x)=x-
,所以v′(x)=1-
=
,因为x∈[3,4],所以
,所以v′(x)<0,所以v(x)为减函数.
∴v(x)在[3,4]上的最大值为v(3)=.
∴a≥,∴a的最小值为:
.
(3)由(1)知g(x)在(0,1]上单调递增,在(1,e]单调单调递减,又g(0)=0,g(e)=,所以g(x)的值域是(0,1].
∵f(x)=mx-2lnx-m;
∴当m=0时,f(x)=-2lnx,在(0,e]为减函数,由题意知,f(x)在(0,e]不是单调函数;故m=0不合题意;
当m≠0时,f′(x)=,由于f(x)在(0,e]上不单调,所以
,即
;①
此时f(x)在(0,)递减,在(
,e]递增;
∴f(e)≥1,即me-2-m≥1,解得;②
所以由①②,得;
∵1∈(0,e],∴f()≤f(1)=0满足条件.
下证存在t∈(0,]使得f(t)≥1;
取t=e-m,先证,即证2em-m>0;③
设w(x)=2ex-x,则w′(x)=2ex-1>0在[,+∞)时恒成立;
∴w(x)在[,+∞)上递增,∴w(x)≥
>0,所以③成立;
再证f(e-m)≥1;
∵f,∴
时,命题成立.
所以m的取值范围是:[,+∞).
解析
解:(1)g′(x)=,令
,解得x=1,
∵ex>0,∴x∈(-∞,1)时,g′(x)>0;x∈(1,+∞)时,g′(x)<0,根据极大值的定义知:g(x)极大值是g(1)=1,无极小值.
(2)当m=1,a<0时,f(x)=x-alnx-1,所以在[3,4]上f′(x)=>0,所以f(x)在[3,4]上是增函数.
设h(x)=,所以在[3,4]上h′(x)=
>0,所以h(x)在[3,4]上为增函数.
设x2>x1,则恒成立,变成
恒成立,即:f(x2)-f(x1)<h(x2)-h(x1)恒成立,即:f(x2)-h(x2)<f(x1)-h(x1).设u(x)=f(x)-h(x)=
,则u(x)在[3,4]上为减函数.
∴u′(x)=1-≤0在[3,4]上恒成立.
∴恒成立.设v(x)=x-
,所以v′(x)=1-
=
,因为x∈[3,4],所以
,所以v′(x)<0,所以v(x)为减函数.
∴v(x)在[3,4]上的最大值为v(3)=.
∴a≥,∴a的最小值为:
.
(3)由(1)知g(x)在(0,1]上单调递增,在(1,e]单调单调递减,又g(0)=0,g(e)=,所以g(x)的值域是(0,1].
∵f(x)=mx-2lnx-m;
∴当m=0时,f(x)=-2lnx,在(0,e]为减函数,由题意知,f(x)在(0,e]不是单调函数;故m=0不合题意;
当m≠0时,f′(x)=,由于f(x)在(0,e]上不单调,所以
,即
;①
此时f(x)在(0,)递减,在(
,e]递增;
∴f(e)≥1,即me-2-m≥1,解得;②
所以由①②,得;
∵1∈(0,e],∴f()≤f(1)=0满足条件.
下证存在t∈(0,]使得f(t)≥1;
取t=e-m,先证,即证2em-m>0;③
设w(x)=2ex-x,则w′(x)=2ex-1>0在[,+∞)时恒成立;
∴w(x)在[,+∞)上递增,∴w(x)≥
>0,所以③成立;
再证f(e-m)≥1;
∵f,∴
时,命题成立.
所以m的取值范围是:[,+∞).
已知函数f(x)=ax3+bx2-3x在x=±1处取得极值.
(1)求a,b的值:
(2)讨论f(1)和f(-1)是函数f(x)的极大值还是极小值.
正确答案
解 (1)f′(x)=3ax2+2bx-3,依题意,--------------(1分)
f′(1)=f′(-1)=0,------(3分)
即,解得a=1,b=0.---------(5分)
(2)f(x)=x3-3x,f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1).
令f′(x)=0,得x=-1,x=1.----------(7分)
若x∈(-∞,-1)∪(1,+∞),则f′(x)>0,
故f(x)在(-∞,-1)上是增函数,f(x)在(1,+∞)上是增函数.
若x∈(-1,1),则f′(x)<0,
故f(x)在(-1,1)上是减函数.------------(10分)
所以f (-1)=2是极大值,f(1)=-2是极小值.-----------(12分)
解析
解 (1)f′(x)=3ax2+2bx-3,依题意,--------------(1分)
f′(1)=f′(-1)=0,------(3分)
即,解得a=1,b=0.---------(5分)
(2)f(x)=x3-3x,f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1).
令f′(x)=0,得x=-1,x=1.----------(7分)
若x∈(-∞,-1)∪(1,+∞),则f′(x)>0,
故f(x)在(-∞,-1)上是增函数,f(x)在(1,+∞)上是增函数.
若x∈(-1,1),则f′(x)<0,
故f(x)在(-1,1)上是减函数.------------(10分)
所以f (-1)=2是极大值,f(1)=-2是极小值.-----------(12分)
已知函数f(x)=x3+ax2-4x+5,曲线y=f(x)在点x=1处的切线为l:3x-y+1=0,
(1)求a的值;
(2)求y=f(x)的极值.
正确答案
解:(1)由f(x)=x3+ax2-4x+5,
得f′(x)=3x2+2ax-4
当x=1时,切线l的斜率为3,可得2a-4=0
解得a=2;
(2)由(1)可得f(x)=x3+ax2-4x+5,f′(x)=3x2+4x-4=(3x-2)(x+2)
令f′(x)=0,得x=-2或x=.
∴函数在(-∞,-2)上单调递增,在(-2,)上单调递减,在
上单调递增,
∴y=f(x)在x=-2时,取得极大值为13,x=时,取得极小值为
.
解析
解:(1)由f(x)=x3+ax2-4x+5,
得f′(x)=3x2+2ax-4
当x=1时,切线l的斜率为3,可得2a-4=0
解得a=2;
(2)由(1)可得f(x)=x3+ax2-4x+5,f′(x)=3x2+4x-4=(3x-2)(x+2)
令f′(x)=0,得x=-2或x=.
∴函数在(-∞,-2)上单调递增,在(-2,)上单调递减,在
上单调递增,
∴y=f(x)在x=-2时,取得极大值为13,x=时,取得极小值为
.
已知f(x)=x3-x2-2x+c,常数c是实数.
(I)当f(x)取得极小值时,求实数x的值;
(II)当-1≤x≤2时,求f(x)的最大值.
(II)当-1≤x≤2时,不等式f(x)<c2恒成立,求c的取值范围.
正确答案
解:(I)∵f(x)=x3-x2-2x+c
∴f′(x)=3x2-x-2
∴方程f′(x)=3x2-x-2=0的两个根为-和1,
∵当
当x>1时,f′(x)>0,
∴当x=1时,f(x)取得极小值.
(II)由(I)知:f′(x)=3x2-x-2
∵当x∈[-1,-)时,f′(x)>0,
当x时,f′(x)<0,
当x∈(1,2]时,f′(x)>0,
∴当x∈[-1,-)时,f(x)是增函数.
当x时,f(x)是减函数.
当x∈(1,2]时,f(x)是增函数.
所以当-≤x≤2时,f(x)的最大值只可能在x=-或者在x=2处取到.
又因为f()=
,f(2)=2+c
所以f(2)>f(-)
所以当-1≤x≤2时,f(x)的最大值为f(2)=2+c.
(III)当-1≤x≤2时,f(x)<c2恒成立的充要条件是f(x)最大值<c2
所以f(2)<c2即c2>2+c,解得c<-1或c>2.
所以c的取值范围是(-∞,-1)∪(2,+∞).
解析
解:(I)∵f(x)=x3-x2-2x+c
∴f′(x)=3x2-x-2
∴方程f′(x)=3x2-x-2=0的两个根为-和1,
∵当
当x>1时,f′(x)>0,
∴当x=1时,f(x)取得极小值.
(II)由(I)知:f′(x)=3x2-x-2
∵当x∈[-1,-)时,f′(x)>0,
当x时,f′(x)<0,
当x∈(1,2]时,f′(x)>0,
∴当x∈[-1,-)时,f(x)是增函数.
当x时,f(x)是减函数.
当x∈(1,2]时,f(x)是增函数.
所以当-≤x≤2时,f(x)的最大值只可能在x=-或者在x=2处取到.
又因为f()=
,f(2)=2+c
所以f(2)>f(-)
所以当-1≤x≤2时,f(x)的最大值为f(2)=2+c.
(III)当-1≤x≤2时,f(x)<c2恒成立的充要条件是f(x)最大值<c2
所以f(2)<c2即c2>2+c,解得c<-1或c>2.
所以c的取值范围是(-∞,-1)∪(2,+∞).
已知f(x)=x3-
x2+2x+1,x1,x2是f(x)的两个极值点,且0<x1<1<x2<3,则实数a的取值范围为______.
正确答案
(3,)
解析
解:f′(x)=x2-ax+2,
∴x1,x2是f′(x)=0的两个根,
由0<x1<1<x2<3,结合二次函数的性质得:
,
解得:3<a<,
故答案为:(3,).
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