- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
设函数f(x)=x-ln(x+2),证明函数f(x)在区间[e-2-2,e4-2]内至少有两个零点.
正确答案
解:由于函数f(x)=x-ln(x+2),则f′(x)=1-=
(x>-2),
由f′(x)>0,得x>0;
由f′(x)<0,得-2<x<0;
所以f(x)在[-2,0]在上单调递减,在[0,+∞)上单调递增,
则f(x)最小值=f(0)=-ln2<0
f(e-2-2)=e-2-2-lne-2=e-2>0
f(e4-2)=e4-2-lne4=e4-6>0
故函数f(x)在区间[e-2-2,e4-2]内至少有两个零点.
解析
解:由于函数f(x)=x-ln(x+2),则f′(x)=1-=
(x>-2),
由f′(x)>0,得x>0;
由f′(x)<0,得-2<x<0;
所以f(x)在[-2,0]在上单调递减,在[0,+∞)上单调递增,
则f(x)最小值=f(0)=-ln2<0
f(e-2-2)=e-2-2-lne-2=e-2>0
f(e4-2)=e4-2-lne4=e4-6>0
故函数f(x)在区间[e-2-2,e4-2]内至少有两个零点.
设函数f(x)=2(a+1),g(x)=lnx+bx(a,b∈R),直线y=x+1是函数y=f(x)图象的一条切线.
(Ⅰ)求a的值;
(Ⅱ)若函数y=f(x)-g(x)在其定义域有两个极值点.
①试求b的取值范围;
②证明:若函数y=f(x)-g(x)在其定义域内的两个极值点为x1,x2则≤
+
.
正确答案
(Ⅰ)解:由题意,f′(x)=.
设直线y=x+1与函数y=f(x)图象的切点为(x0,y0),
∴,∴a=0,x0=1,y0=2;
(Ⅱ)解:①记h(x)=f(x)-g(x),则h(x)=2-lnx-bx(x>0),
∴h′(x)=
由题意,令h′(x)==0可得bx-
+1=0,方程有两个正数根
设t=,则
,∴0<b<
.
∴0<b<时,函数y=f(x)-g(x)在其定义域有两个极值点;
②证明:设bx-+1=0的两个根为x1,x2.则x1x2=
,x1+x2=
-
,
∵g(x1)+g(x2)=lnx1+bx1+lnx2+bx2=ln(x1x2)+b(x1+x2)
∴g(x1)+g(x2)=-2lnb+b(-
)=-2lnb+
-2
∵f(x1)+f(x2)=2+2
=
,
∴=
-blnb-b
记k(b)=-blnb-b(0<b<
),则k′(b)=-lnb-2=0,可得b=
,
(0,)时,k′(b)>0,函数单调递增,(
,
)时,k′(b)<0,函数单调递减,
∴b=时,k(b)取得最大值
+
,
∴≤
+
.
解析
(Ⅰ)解:由题意,f′(x)=.
设直线y=x+1与函数y=f(x)图象的切点为(x0,y0),
∴,∴a=0,x0=1,y0=2;
(Ⅱ)解:①记h(x)=f(x)-g(x),则h(x)=2-lnx-bx(x>0),
∴h′(x)=
由题意,令h′(x)==0可得bx-
+1=0,方程有两个正数根
设t=,则
,∴0<b<
.
∴0<b<时,函数y=f(x)-g(x)在其定义域有两个极值点;
②证明:设bx-+1=0的两个根为x1,x2.则x1x2=
,x1+x2=
-
,
∵g(x1)+g(x2)=lnx1+bx1+lnx2+bx2=ln(x1x2)+b(x1+x2)
∴g(x1)+g(x2)=-2lnb+b(-
)=-2lnb+
-2
∵f(x1)+f(x2)=2+2
=
,
∴=
-blnb-b
记k(b)=-blnb-b(0<b<
),则k′(b)=-lnb-2=0,可得b=
,
(0,)时,k′(b)>0,函数单调递增,(
,
)时,k′(b)<0,函数单调递减,
∴b=时,k(b)取得最大值
+
,
∴≤
+
.
(理科)已知函数的图象在点(-2,f(-2))处的切线方程为16x+y+20=0
(1)求实数a、b的值
(2)曲线y=f(x)上存在两点M、N,使得△MON是以坐标原点O为直角顶点的直角三角形,且斜边MN的中点在y轴上,求实数c的取值范围
(3)当c=e时,讨论关于x的方程f(x)=kx(k∈R)的实根个数.
正确答案
解:(1)当x<1时,f‘(x)=-3x2+2ax+b.
∵函数图象在点(-2,f(-2))处的切线方程为16x+y+20=0.
∴切点坐标为(-2,12),则有
解得a=1,b=0…(3分)
(2)由(1)得,根据条件M,N的横坐标互为相反数,不妨设M(-t,t3+t2),N(t,f(t)),(t>0).
①若t<1,则f(t)=-t3+t2,由∠MON是直角得,,即-t2+(t3+t2)(-t3+t2)=0,t4-t2+1=0.(无解)
②若t≥1,则f(t)=clnt.
由于MN的中点在y轴上,且,点N不能在x轴上,即t≠1.
由,-t2+(t3+t2)•clnt=0,分离参数得到
∵函数(t>1)的值域是(0,+∞)
∴c的取值范围是(0,+∞)…(7分)
(3)方程f(x)=kx,即,可知0一定是方程的根,
所以仅就x≠0时进行研究,方程等价于.
令…(8分)
下面研究函数k(x)的性态,进而画出其大致图象.
对于x<1且x≠0部分,函数k(x)=-x2+x的图象是开口向下的抛物线的一部分,当时取得最大值
,其值域是
;
对于x≥1部分,函数,令
,得x=e,
所以函数k(x)在(1,e)上单调递增,在(e,+∞)上单调递减,所以k(x)在x=e时取得最大值1,其值域是[0,1],k(1)=0,并且当x无限增大时,其图象在x轴上方向右无限接近x轴但永远也达不到x轴…(10分)
因此可画出函数k(x)的图象的示意图如下:
可得:
①当k>1时,方程f(x)=kx只有唯一实根0;
②当k=1或者k≤0时,方程f(x)=kx有两个实根;
③当时,方程f(x)=kx有三个实根;
④当时,方程f(x)=kx有四个实根;
⑤当时,方程f(x)=kx有五个实根;…(12分)
解析
解:(1)当x<1时,f‘(x)=-3x2+2ax+b.
∵函数图象在点(-2,f(-2))处的切线方程为16x+y+20=0.
∴切点坐标为(-2,12),则有
解得a=1,b=0…(3分)
(2)由(1)得,根据条件M,N的横坐标互为相反数,不妨设M(-t,t3+t2),N(t,f(t)),(t>0).
①若t<1,则f(t)=-t3+t2,由∠MON是直角得,,即-t2+(t3+t2)(-t3+t2)=0,t4-t2+1=0.(无解)
②若t≥1,则f(t)=clnt.
由于MN的中点在y轴上,且,点N不能在x轴上,即t≠1.
由,-t2+(t3+t2)•clnt=0,分离参数得到
∵函数(t>1)的值域是(0,+∞)
∴c的取值范围是(0,+∞)…(7分)
(3)方程f(x)=kx,即,可知0一定是方程的根,
所以仅就x≠0时进行研究,方程等价于.
令…(8分)
下面研究函数k(x)的性态,进而画出其大致图象.
对于x<1且x≠0部分,函数k(x)=-x2+x的图象是开口向下的抛物线的一部分,当时取得最大值
,其值域是
;
对于x≥1部分,函数,令
,得x=e,
所以函数k(x)在(1,e)上单调递增,在(e,+∞)上单调递减,所以k(x)在x=e时取得最大值1,其值域是[0,1],k(1)=0,并且当x无限增大时,其图象在x轴上方向右无限接近x轴但永远也达不到x轴…(10分)
因此可画出函数k(x)的图象的示意图如下:
可得:
①当k>1时,方程f(x)=kx只有唯一实根0;
②当k=1或者k≤0时,方程f(x)=kx有两个实根;
③当时,方程f(x)=kx有三个实根;
④当时,方程f(x)=kx有四个实根;
⑤当时,方程f(x)=kx有五个实根;…(12分)
f(x)=ex-2x-a在R上有两个零点,则实数a的取值范围是( )
正确答案
解析
解:令f′(x)=ex-2=0,则x=ln2,
∴x>ln2,f′(x)=ex-2>0;
x<ln2,f′(x)=ex-2<0;
∴函数f(x)在(ln2,+∞)上是增函数,在(-∞,ln2)上是减函数.
∵函数f(x)=ex-2x-a在R上有两个零点,
所以f(ln2)=2-2ln2-a<0,
故a>2-2ln2.
故选:B.
已知函数f(x)=(x2+ax-2a2+3a)ex(x∈R),其中a∈R.
(1)当a=0时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率;
(2)当a≠时,求函数y=f(x)的单调区间与极值.
正确答案
解:(1)当a=0时,f(x)=x2ex,f′(x)=(x2+2x)ex,故f′(1)=3e.
所以曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率为3e.
(2)f′(x)=[x2+(a+2)x-2a2+4a]ex=(x+2a)•[x-(a-2)]ex,
令f′(x)=0,解得x=-2a,或x=a-2,
由a≠知,-2a≠a-2.
以下分两种情况讨论:
①若a>,则-2a<a-2,当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
所以f(x)在(-∞,-2a),(a-2,+∞)上是增函数,在(-2a,a-2)上是减函数.
函数f(x)在x=-2a处取得极大值为f(-2a),且f(-2a)=3ae-2a.
函数f(x)在x=a-2处取得极小值为f(a-2),且f(a-2)=(4-3a)ea-2.
②若a<,则-2a>a-2,当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
所以f(x)在(-∞,a-2),(-2a,+∞)上是增函数,在(a-2,-2a)上是减函数.
函数f(x)在x=a-2处取得极大值f(a-2),且f(a-2)=(4-3a)ea-2.
函数f(x)在x=-2a处取得极小值f(-2a),且f(-2a)=3ae-2a.
解析
解:(1)当a=0时,f(x)=x2ex,f′(x)=(x2+2x)ex,故f′(1)=3e.
所以曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率为3e.
(2)f′(x)=[x2+(a+2)x-2a2+4a]ex=(x+2a)•[x-(a-2)]ex,
令f′(x)=0,解得x=-2a,或x=a-2,
由a≠知,-2a≠a-2.
以下分两种情况讨论:
①若a>,则-2a<a-2,当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
所以f(x)在(-∞,-2a),(a-2,+∞)上是增函数,在(-2a,a-2)上是减函数.
函数f(x)在x=-2a处取得极大值为f(-2a),且f(-2a)=3ae-2a.
函数f(x)在x=a-2处取得极小值为f(a-2),且f(a-2)=(4-3a)ea-2.
②若a<,则-2a>a-2,当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
所以f(x)在(-∞,a-2),(-2a,+∞)上是增函数,在(a-2,-2a)上是减函数.
函数f(x)在x=a-2处取得极大值f(a-2),且f(a-2)=(4-3a)ea-2.
函数f(x)在x=-2a处取得极小值f(-2a),且f(-2a)=3ae-2a.
扫码查看完整答案与解析