- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
设f(x)=ex(x2+ax+1).
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)如若x=1时,f(x)有极值,证明:当θ∈[0,]时,f(cosθ)-f(sinθ)≤e.
正确答案
解:(1)f′(x)=ex(x2+(2+a)x+1+a)
=ex(x+1)(x+a+1);
①当a=0时,f′(x)≥0,
故f(x)在R上是增函数,
②当a<0时,x∈(-1,-a-1)时,f′(x)<0;
当x>-a-1或x<-1时,f′(x)>0;
故f(x)的单调减区间为(-1,-a-1),
单调增区间为(-∞,-1),(-a-1,+∞);
③当a>0时,x∈(-a-1,-1)时,f′(x)<0;
当x<-a-1或x>-1时,f′(x)>0;
故f(x)的单调减区间为(-a-1,-1),
单调增区间为(-∞,-1-a),(-1,+∞);
(2)证明:∵当x=1时,f(x)有极值,
∴-a-1=1;∴a=-2;
∴f(x)=ex(x2-2x+1)在[-1,1]上是减函数,
故当θ∈[0,]时,
f(cosθ)-f(sinθ)≤f(0)-f(1)=1-0=1<e.
解析
解:(1)f′(x)=ex(x2+(2+a)x+1+a)
=ex(x+1)(x+a+1);
①当a=0时,f′(x)≥0,
故f(x)在R上是增函数,
②当a<0时,x∈(-1,-a-1)时,f′(x)<0;
当x>-a-1或x<-1时,f′(x)>0;
故f(x)的单调减区间为(-1,-a-1),
单调增区间为(-∞,-1),(-a-1,+∞);
③当a>0时,x∈(-a-1,-1)时,f′(x)<0;
当x<-a-1或x>-1时,f′(x)>0;
故f(x)的单调减区间为(-a-1,-1),
单调增区间为(-∞,-1-a),(-1,+∞);
(2)证明:∵当x=1时,f(x)有极值,
∴-a-1=1;∴a=-2;
∴f(x)=ex(x2-2x+1)在[-1,1]上是减函数,
故当θ∈[0,]时,
f(cosθ)-f(sinθ)≤f(0)-f(1)=1-0=1<e.
已知函数,其中m∈R.
(1)求函数y=f(x)的单调区间;
(2)若对任意的x1,x2∈[-1,1],都有|f′(x1)-f′(x2)|≤4,求实数m的取值范围;
(3)求函数f(x)的零点个数.
正确答案
解:(1)f´(x)=x2-2mx-1,
由f´(x)≥0,得x≤m-,或x≥m+
;
故函数f(x)的单调增区间为(-∞,m-),(m+
,+∞),减区间(m-
,m+
).
(2)“对任意的x1,x2∈[-1,1],都有|f′(x1)-f′(x2)|≤4”等价于“函数y=f´(x),x∈[-1,1]的最大值与最小值的差小于等于4”.
对于f´(x)=x2-2mx-1,对称轴x=m.
①当m<-1时,f´(x)的最大值为f´(1),最小值为f´(-1),由 f´(1)-f´(-1)≤4,即-4m≤4,解得m≥-1,舍去;
②当-1≤m≤1时,f´(x)的最大值为f´(1)或f´(-1),最小值为f´(m),由 ,即
,解得-1≤m≤1;
③当m>1时,f´(x)的最大值为f´(-1),最小值为f´(1),由 f´(-1)-f´(1)≤4,即4m≤4,解得m≤1,舍去;
综上,实数m的取值范围是[-1,1].
(3)由f´(x)=0,得x2-2mx-1=0,
因为△=4m2+4>0,所以y=f(x)既有极大值也有极小值.
设f´(x0)=0,即x02-2mx0-1=0,
则f (x0)=x03-mx02-x0+
m=-
mx02-
x0+
m=-
x0(m2+1),
由(1)知:极大值f(m-)=-
(m-
)(m2+1)>0,
极小值f(m+)=-
(m+
)(m2+1)<0,
故函数f(x)有三个零点.
解析
解:(1)f´(x)=x2-2mx-1,
由f´(x)≥0,得x≤m-,或x≥m+
;
故函数f(x)的单调增区间为(-∞,m-),(m+
,+∞),减区间(m-
,m+
).
(2)“对任意的x1,x2∈[-1,1],都有|f′(x1)-f′(x2)|≤4”等价于“函数y=f´(x),x∈[-1,1]的最大值与最小值的差小于等于4”.
对于f´(x)=x2-2mx-1,对称轴x=m.
①当m<-1时,f´(x)的最大值为f´(1),最小值为f´(-1),由 f´(1)-f´(-1)≤4,即-4m≤4,解得m≥-1,舍去;
②当-1≤m≤1时,f´(x)的最大值为f´(1)或f´(-1),最小值为f´(m),由 ,即
,解得-1≤m≤1;
③当m>1时,f´(x)的最大值为f´(-1),最小值为f´(1),由 f´(-1)-f´(1)≤4,即4m≤4,解得m≤1,舍去;
综上,实数m的取值范围是[-1,1].
(3)由f´(x)=0,得x2-2mx-1=0,
因为△=4m2+4>0,所以y=f(x)既有极大值也有极小值.
设f´(x0)=0,即x02-2mx0-1=0,
则f (x0)=x03-mx02-x0+
m=-
mx02-
x0+
m=-
x0(m2+1),
由(1)知:极大值f(m-)=-
(m-
)(m2+1)>0,
极小值f(m+)=-
(m+
)(m2+1)<0,
故函数f(x)有三个零点.
已知函数f(x)=lnx+ax-a2x2(a∈R).
(1)求f(x)的单调区间与极值.
(2)若函数f(x)在区间(1,+∞)上是单调递减函数,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1)函数f(x)的定义域为(0,+∞),=
=-
①当a=0时,f(x)=lnx,在(0,+∞)上单调递增,函数无极值;
②当a>0,令f′(x)=0,得,
,且x1<0<x2,当x∈(0,
)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,当
时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当时f(x)有极小值为
;
③当a<0,令f′(x)=0,得,
,且x2<0<x1,当x∈(0,
)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,当
时,f′(x)<0,f(x)单调递减;当
时,f(x)有极大值
.
(2)由(1)知当a>0,时f(x)在()上单调递减,∴
,得a≥1,当a<0时,f(x)在(
)上单调递减,∴
,得
,
综上得:a的取值范围为(-∞,-]∪[1,+∞).
解析
解:(1)函数f(x)的定义域为(0,+∞),=
=-
①当a=0时,f(x)=lnx,在(0,+∞)上单调递增,函数无极值;
②当a>0,令f′(x)=0,得,
,且x1<0<x2,当x∈(0,
)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,当
时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当时f(x)有极小值为
;
③当a<0,令f′(x)=0,得,
,且x2<0<x1,当x∈(0,
)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,当
时,f′(x)<0,f(x)单调递减;当
时,f(x)有极大值
.
(2)由(1)知当a>0,时f(x)在()上单调递减,∴
,得a≥1,当a<0时,f(x)在(
)上单调递减,∴
,得
,
综上得:a的取值范围为(-∞,-]∪[1,+∞).
函数f(x)=(x-1)2•的极小值是______.
正确答案
0
解析
解:由于f(x)=(x-1)2•,则
==
,
令可得x=1或
令,可得x>1或
,令
,可得
∴函数在x=1时,函数取得极小值,极小值是0.
故答案为:0
已知函数f(x)=lnx,g(x)=.
(1)当k=e时,求函数h(x)=f(x)-g(x)的单调区间和极值;
(2)若f(x)≥g(x)恒成立,求实数k的值.
正确答案
解:(1)注意到函数f(x)的定义域为(0,+∞),
∴h(x)=lnx-,
当k=e时,
∴h(x)=lnx-,
∴h′(x)=-
=
,
若0<x<e,则h′(x)<0;若x>e,则h′(x)>0.
∴h(x)是(0,e)上的减函数,是(e,+∞)上的增函数,
故h(x)min=h(e)=2-e,
故函数h(x)的减区间为(0,e),增区间为(e,+∞),极小值为2-e,无极大值.
(2)由(1)知,h′(x)=-
=
,
当k≤0时,h′(x)>0对x>0恒成立,
∴h(x)是(0,+∞)上的增函数,
注意到h(1)=0,∴0<x<1时,h(x)<0不合题意.
当k>0时,若0<x<k,h′(x)<0;
若x>k,h′(x)>0.
∴h(x)是(0,k)上的减函数,是(k,+∞)上的增函数,
故只需h(x)min=h(k)=lnk-k+1≥0.
令u(x)=lnx-x+1(x>0),
∴u′(x)=-1=
当0<x<1时,u′(x)>0; 当x>1时,u′(x)<0.
∴u(x)是(0,1)上的增函数,是(1,+∞)上的减函数.
故u(x)≤u(1)=0当且仅当x=1时等号成立.
∴当且仅当k=1时,h(x)≥0成立,
即k=1为所求.
解析
解:(1)注意到函数f(x)的定义域为(0,+∞),
∴h(x)=lnx-,
当k=e时,
∴h(x)=lnx-,
∴h′(x)=-
=
,
若0<x<e,则h′(x)<0;若x>e,则h′(x)>0.
∴h(x)是(0,e)上的减函数,是(e,+∞)上的增函数,
故h(x)min=h(e)=2-e,
故函数h(x)的减区间为(0,e),增区间为(e,+∞),极小值为2-e,无极大值.
(2)由(1)知,h′(x)=-
=
,
当k≤0时,h′(x)>0对x>0恒成立,
∴h(x)是(0,+∞)上的增函数,
注意到h(1)=0,∴0<x<1时,h(x)<0不合题意.
当k>0时,若0<x<k,h′(x)<0;
若x>k,h′(x)>0.
∴h(x)是(0,k)上的减函数,是(k,+∞)上的增函数,
故只需h(x)min=h(k)=lnk-k+1≥0.
令u(x)=lnx-x+1(x>0),
∴u′(x)=-1=
当0<x<1时,u′(x)>0; 当x>1时,u′(x)<0.
∴u(x)是(0,1)上的增函数,是(1,+∞)上的减函数.
故u(x)≤u(1)=0当且仅当x=1时等号成立.
∴当且仅当k=1时,h(x)≥0成立,
即k=1为所求.
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