- 函数的极值与导数的关系
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已知函数f(x)=x(lnx-ax)有两个极值点,则实数a的取值范围是( )
正确答案
解析
解:f(x)=xlnx-ax2(x>0),f′(x)=lnx+1-ax.
令g(x)=lnx+1-ax,
∵函数f(x)=x(lnx-ax)有两个极值点,则g(x)=0在区间(0,+∞)上有两个实数根.
g′(x)=,
当a≤0时,g′(x)>0,则函数g(x)在区间(0,+∞)单调递增,因此g(x)=0在区间(0,+∞)上不可能有两个实数根,应舍去.
当a>0时,令g′(x)=0,解得x=.
令g′(x)>0,解得0<x<,此时函数g(x)单调递增;
令g′(x)<0,解得x>,此时函数g(x)单调递减.
∴当x=时,函数g(x)取得极大值.
当x趋近于0与x趋近于+∞时,g(x)→-∞,
要使g(x)=0在区间(0,+∞)上有两个实数根,则g()=ln
>0,解得0<a<1.
∴实数a的取值范围是(0,1).
故选:C.
已知函数f(x)=x(x-a)2+b在x=2处有极大值.
(Ⅰ)当[-2,4]时,函数y=f(x)的图象在抛物线y=1+45x-9x2的下方,求b的取值范围.
(Ⅱ)若过原点有三条直线与曲线y=f(x)相切,求b的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)f(x)=x(x-a)2+b=x3-2ax2+a2x+b⇒f‘(x)=3x2-4ax+a2,f'(2)=12-8a+a2=0⇒a=2或a=6,
当a=2时,函数在x=2处取得极小值,舍去;
当a=6时,f'(x)=3x2-24x+36=3(x-2)(x-6),
函数在x=2处取得极大值,符合题意,∴a=6.
∵当x∈[-2,4]时,函数y=f(x)的图象在抛物线y=1+45x-9x2的下方,
∴x3-12x2+36x+b<1+45x-9x2在x∈[-2,4]时恒成立,
即b<-x3+3x2+9x+1在x∈[-2,4]时恒成立,令h(x)=-x3+3x2+9x+1,
则h'(x)=-3x2+6x+9=-3(x-3)(x+1),由h'(x)=0得,x1=-1,x2=3.
∵h(-2)=3,h(-1)=-4,h(3)=28,h(4)=21,
∴h(x)在[-2,4]上的最小值是-4,b<-4.
(Ⅱ)f(x)=x3-12x2+36x+b,设切点为,
则切线斜率为,
切线方程为,
即 ,
∴.
令g(x)=2x3-12x2,则g'(x)=6x2-24x=6x(x-4),
由g'(x)=0得,x1=0,x2=4.
函数g(x)的单调性如下:
∴当-64<b<0时,方程b=g(x)有三个不同的解,过原点有三条直线与曲线y=f(x)相切.
解析
解:(Ⅰ)f(x)=x(x-a)2+b=x3-2ax2+a2x+b⇒f‘(x)=3x2-4ax+a2,f'(2)=12-8a+a2=0⇒a=2或a=6,
当a=2时,函数在x=2处取得极小值,舍去;
当a=6时,f'(x)=3x2-24x+36=3(x-2)(x-6),
函数在x=2处取得极大值,符合题意,∴a=6.
∵当x∈[-2,4]时,函数y=f(x)的图象在抛物线y=1+45x-9x2的下方,
∴x3-12x2+36x+b<1+45x-9x2在x∈[-2,4]时恒成立,
即b<-x3+3x2+9x+1在x∈[-2,4]时恒成立,令h(x)=-x3+3x2+9x+1,
则h'(x)=-3x2+6x+9=-3(x-3)(x+1),由h'(x)=0得,x1=-1,x2=3.
∵h(-2)=3,h(-1)=-4,h(3)=28,h(4)=21,
∴h(x)在[-2,4]上的最小值是-4,b<-4.
(Ⅱ)f(x)=x3-12x2+36x+b,设切点为,
则切线斜率为,
切线方程为,
即 ,
∴.
令g(x)=2x3-12x2,则g'(x)=6x2-24x=6x(x-4),
由g'(x)=0得,x1=0,x2=4.
函数g(x)的单调性如下:
∴当-64<b<0时,方程b=g(x)有三个不同的解,过原点有三条直线与曲线y=f(x)相切.
若连续函数f(x)在R上可导,其导函数为f′(x),且函数y=(2-x)f′(x)的图象如图所示,则下列结论中一定成立的是( )
正确答案
解析
解:由函数y=(2-x)f′(x)的图象可知,
当x∈(-3,3)时,f′(x)≤0;
当x∈(-∞,-3)∪(3,+∞)时,f′(x)>0;
故f(x)在(-∞,-3),(3,+∞)上单调递增,
在(-3,3)上单调递减;
故f(x)有极大值f(-3)和极小值f(3);
故选D.
已知函数f(x)=ex-x2-ax,(a∈R).
(1)若函数f(x)的图象在x=0处的切线方程为y=2x+b,求a,b的值;
(2)若函数f(x)在R上是增函数,求实数a的取值范围;
(3)如果函数g(x)=f(x)-(a-)x2恰好有两个不同的极值点x1,x2.证明:
<ln2a.
正确答案
解:(1)∵f(x)=ex-x2-ax,
∴f‘(x)=ex-x-a,
∴根据导数的几何意义可得,切线的斜率k=f'(0)=1-a,
∵切线方程为y=2x+b,则k=2,
∴1-a=2,解得a=-1,
∴,
∴f(0)=1,即切点(0,1),
∴1=2×0+b,解得b=1;
(2)∵函数f(x)在R上是增函数,
∴f'(x)>0在R上恒成立,即ex-x-a>0在R上恒成立,
∴a<ex-x在R上恒成立,
令h(x)=ex-x,则h'(x)=ex-1=0,得x=0,
列表如下:
∴h(x)min=h(0)=1,
∴a≤1,
故实数a的取值范围a≤1;
(3)∵g(x)=f(x)-(a-)x2,
∴,
∴g'(x)=ex-2ax-a,
∵x1,x2是函数g(x)的两个不同极值点(不妨设x1<x2),
当a≤0时,g'(x)>0,即g(x)是R上的增函数,与已知矛盾,
∴a>0,且g'(x1)=0,g'(x2)=0,
∴,且
.
两式相减,可得,
∴要证明,即证明
,
∴两边同除以,即证
,
即证(x1-x2)>
,
即证(x1-x2)-
>0,
令x1-x2=t,则t<0,
即证不等式在t<0时恒成立,
令,
∴=
=
,
由(2)可知,,即
,
∴φ′(t)<0,
∴φ(t)在t<0时是减函数,
∴φ(t)在t=0时取得极小值φ(0)=0,
∴φ(t)>0,
∴在t<0时恒成立,
∴.
解析
解:(1)∵f(x)=ex-x2-ax,
∴f‘(x)=ex-x-a,
∴根据导数的几何意义可得,切线的斜率k=f'(0)=1-a,
∵切线方程为y=2x+b,则k=2,
∴1-a=2,解得a=-1,
∴,
∴f(0)=1,即切点(0,1),
∴1=2×0+b,解得b=1;
(2)∵函数f(x)在R上是增函数,
∴f'(x)>0在R上恒成立,即ex-x-a>0在R上恒成立,
∴a<ex-x在R上恒成立,
令h(x)=ex-x,则h'(x)=ex-1=0,得x=0,
列表如下:
∴h(x)min=h(0)=1,
∴a≤1,
故实数a的取值范围a≤1;
(3)∵g(x)=f(x)-(a-)x2,
∴,
∴g'(x)=ex-2ax-a,
∵x1,x2是函数g(x)的两个不同极值点(不妨设x1<x2),
当a≤0时,g'(x)>0,即g(x)是R上的增函数,与已知矛盾,
∴a>0,且g'(x1)=0,g'(x2)=0,
∴,且
.
两式相减,可得,
∴要证明,即证明
,
∴两边同除以,即证
,
即证(x1-x2)>
,
即证(x1-x2)-
>0,
令x1-x2=t,则t<0,
即证不等式在t<0时恒成立,
令,
∴=
=
,
由(2)可知,,即
,
∴φ′(t)<0,
∴φ(t)在t<0时是减函数,
∴φ(t)在t=0时取得极小值φ(0)=0,
∴φ(t)>0,
∴在t<0时恒成立,
∴.
设函数f(x)=2x3+3ax2+3bx+8c在x=1及x=2时取得极值,若对于任意的x∈[0,3],都有f(x)<c2成立,则实数c的取值范围为( )
正确答案
解析
解:函数的f(x)的导数f′(x)=6x2+6ax+3b,
∵函数f(x)在x=1及x=2取得极值,则有f′(1)=0,f′(2)=0.
即,
解得a=-3,b=4.
即f(x)=2x3-9x2+12x+8c,f′(x)=6x2-18x+12=6(x-1)(x-2).
由f′(x)>0得0<x<1或2<x<3;
由f′(x)<0得1<x<2.
故当x=1时,f(x)取得极大值f(1)=5+8c,又f(0)=8c,f(3)=9+8c.
则当x∈[0,3]时,f(x)的最大值为f(3)=9+8c.
∵对于任意的x∈[0,3],有f(x)<c2恒成立,
∴9+8c<c2,
解得c<-1或c>9,
因此c的取值范围为(-∞,-1)∪(9,+∞).
故选:C
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