- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数f(x)=lnx+a(x-1)2,其中a为常数.
(1)若f(x)在x=2处有极值,求a的值,并说明该极值是极大值还是极小值;
(2)若函数f(x)的图象当x>1时总在直线y=x-1的上方,求a的取值范围.
正确答案
解:(1)f′(x)=+2ax-2a,(x>0),
∵f′(2)=0,∴a=-;
∴f′(x)=-
x+
=-
,
当x∈(0,2)时,f′(x)>0,f(x)是增函数,x∈(2,+∞)时,f′(x)<0,f(x)是减函数,
∴该极值是最大值;
(2)由已知,即不等式lnx+a(x-1)2-x+1>0(*),对于x>1恒成立,
设φ(x)=lnx+a(x-1)2-x+1>0(x>0),φ′(x)=+2ax-2a-1=
;
(i)当a=0时,φ′(x)=-<0,φ(x)在(1,+∞)上是减函数,φ(x)<φ(0)=0,
∴(*)不等式不能成立;
(ii)当a<0时,φ′(x)=,
∵<0,∴φ′(x)<0,φ(x)在(1,+∞)上是减函数,
φ(x)<φ(1)=0,∴(*)不等式也不能成立;
(iii)当a>0时,φ′(x)=;
①若≤1,即a≥
,则φ′(x)>0,φ(x)在(1,+∞)上是增函数,φ(x)>φ(1)=0
∴(*)不等式成立;
②若>1,即a∈(0,
),则当x∈(1,
)时,φ′(x)<0
φ(x)在(1,)上是减函数,此时有φ(
)<φ(1)=0,(*)不等式不恒成立;
综上,a的取值范围是{a|a≥}.
解析
解:(1)f′(x)=+2ax-2a,(x>0),
∵f′(2)=0,∴a=-;
∴f′(x)=-
x+
=-
,
当x∈(0,2)时,f′(x)>0,f(x)是增函数,x∈(2,+∞)时,f′(x)<0,f(x)是减函数,
∴该极值是最大值;
(2)由已知,即不等式lnx+a(x-1)2-x+1>0(*),对于x>1恒成立,
设φ(x)=lnx+a(x-1)2-x+1>0(x>0),φ′(x)=+2ax-2a-1=
;
(i)当a=0时,φ′(x)=-<0,φ(x)在(1,+∞)上是减函数,φ(x)<φ(0)=0,
∴(*)不等式不能成立;
(ii)当a<0时,φ′(x)=,
∵<0,∴φ′(x)<0,φ(x)在(1,+∞)上是减函数,
φ(x)<φ(1)=0,∴(*)不等式也不能成立;
(iii)当a>0时,φ′(x)=;
①若≤1,即a≥
,则φ′(x)>0,φ(x)在(1,+∞)上是增函数,φ(x)>φ(1)=0
∴(*)不等式成立;
②若>1,即a∈(0,
),则当x∈(1,
)时,φ′(x)<0
φ(x)在(1,)上是减函数,此时有φ(
)<φ(1)=0,(*)不等式不恒成立;
综上,a的取值范围是{a|a≥}.
已知函数y=x3-3x+c的图象与x轴恰有三个公共点,则实数c的取值范围是______.
正确答案
解:令f′(x)=3x2-3=0解得,
x=1或x=-1,
∵函数f(x)=x3-3x+c的图象与x轴恰好有三个不同的公共点,
∴f(1)f(-1)<0,
即(c-2)(c+2)<0,
则-2<c<2,
故答案为:(-2,2).
解析
解:令f′(x)=3x2-3=0解得,
x=1或x=-1,
∵函数f(x)=x3-3x+c的图象与x轴恰好有三个不同的公共点,
∴f(1)f(-1)<0,
即(c-2)(c+2)<0,
则-2<c<2,
故答案为:(-2,2).
已知函数f(x)=-mlnx+(m-1)x,m∈R.
(Ⅰ)若函数f(x)在x=2处有极值,求m的值;
(Ⅱ)当m≤0时,讨论函数f(x)的单调性;
(Ⅲ)求证:当m=-2时,对任意的x1,x2∈(0,+∞),且x1≠x2,有>-1.
正确答案
解:(Ⅰ)
∵函数 f(x)在x=2处有极值∴
∴m=-2,经检验m=-2符合题意.∴m=-2.
(Ⅱ)∵=
=
∴(1)当-1<m≤0时,若x∈(0,-m)时,f′(x)>0,f(x)为增函数;
当x∈(-m,1)时,f‘(x)<0,f(x)为减函数;
当x∈(1,+∞)时,f'(x)>0,f(x)为增函数.
(2)当m=-1时,,f(x)在(0,+∞)上为增函数.
(3)当m<-1即-m>1时,x∈(0,1)时,f'(x)>0,f(x)为增函数;
当x∈(1,-m)时,f'(x)<0,f(x)为减函数;
当x∈(-m,+∞)时,f'(x)>0,f(x)为增函数.
(Ⅲ)当m=-2时,函数f(x)=x2+2lnx-3x.
构造辅助函数g(x)=f(x)+x,并求导得
g'(x)=x+-2=
=
∴g'(x)>0,g(x)为增函数.
∴对任意0<x1<x2,都有g(x1)<g(x2)成立,
即f(x1)+x1<f(x2)+x2.
即f(x1)-f(x2)>x1-x2.
又∵x1-x2<0,
∴(14分)
解析
解:(Ⅰ)
∵函数 f(x)在x=2处有极值∴
∴m=-2,经检验m=-2符合题意.∴m=-2.
(Ⅱ)∵=
=
∴(1)当-1<m≤0时,若x∈(0,-m)时,f′(x)>0,f(x)为增函数;
当x∈(-m,1)时,f‘(x)<0,f(x)为减函数;
当x∈(1,+∞)时,f'(x)>0,f(x)为增函数.
(2)当m=-1时,,f(x)在(0,+∞)上为增函数.
(3)当m<-1即-m>1时,x∈(0,1)时,f'(x)>0,f(x)为增函数;
当x∈(1,-m)时,f'(x)<0,f(x)为减函数;
当x∈(-m,+∞)时,f'(x)>0,f(x)为增函数.
(Ⅲ)当m=-2时,函数f(x)=x2+2lnx-3x.
构造辅助函数g(x)=f(x)+x,并求导得
g'(x)=x+-2=
=
∴g'(x)>0,g(x)为增函数.
∴对任意0<x1<x2,都有g(x1)<g(x2)成立,
即f(x1)+x1<f(x2)+x2.
即f(x1)-f(x2)>x1-x2.
又∵x1-x2<0,
∴(14分)
已知函数f(x)=x(1+x)2.
(1)求函数f(x)的极值;
(2)求实数a,b的值,使在区间[a,b]上的值域也为[a,b];.
(3)是否存在区间[a,0],使f(x)在区间[a,0]上的值域为[ka,0],且使k的值最小?若存在,求出k的最小值及此时a的值;若不存在,请说明理由.
正确答案
解:(1)f(x)=x3+2x2+x,则f‘(x)=3x2+4x+1(1分)
令f'(x)=0解得:,(2分)
∴f(x)的极大值为f(-1)=0,极小值为(4分)
(2)若最大值b与最小值a均在端点处取得,则有或
(5分)
①当时,则a,b即为方程f(x)=x的解,解得x1=0,x2=-2.
当-2≤x≤0时,-2≤f(x)≤0,检验知符合题意(6分)
②当时,则有
相减得:(a-b)[a2+(b+2)a+(b2+2b+2)]=0.
又a≠b,而方程a2+(b+2)a+(b2+2b+2)=0中,方程无解,故此时a,b不存在.
(8分)
若最大值b在区间(a,b)内取得,则b必为f(x)的极大值0,但b=0时f(b)=b,矛盾.
若最小值a在区间(a,b)内取得,则a必为f(x)的极小值,但f(x)在区间
上单调递增,必有f(a)=a,矛盾.
综上得:a=-2,b=0(10分)
(3)易知k>0,.
若f(a)=ka,则a(1+a)2=ka即k=(1+a)2,而此时.
当时,
,此时k有最小值为
.
当时,
,此时k有最小值
(12分)
若最小值ka在区间(a,0)内取得,则ka必为f(x)的极小值,即,而此时
,∴
.
综上得:k的最小值为,此时
(14分)
解析
解:(1)f(x)=x3+2x2+x,则f‘(x)=3x2+4x+1(1分)
令f'(x)=0解得:,(2分)
∴f(x)的极大值为f(-1)=0,极小值为(4分)
(2)若最大值b与最小值a均在端点处取得,则有或
(5分)
①当时,则a,b即为方程f(x)=x的解,解得x1=0,x2=-2.
当-2≤x≤0时,-2≤f(x)≤0,检验知符合题意(6分)
②当时,则有
相减得:(a-b)[a2+(b+2)a+(b2+2b+2)]=0.
又a≠b,而方程a2+(b+2)a+(b2+2b+2)=0中,方程无解,故此时a,b不存在.
(8分)
若最大值b在区间(a,b)内取得,则b必为f(x)的极大值0,但b=0时f(b)=b,矛盾.
若最小值a在区间(a,b)内取得,则a必为f(x)的极小值,但f(x)在区间
上单调递增,必有f(a)=a,矛盾.
综上得:a=-2,b=0(10分)
(3)易知k>0,.
若f(a)=ka,则a(1+a)2=ka即k=(1+a)2,而此时.
当时,
,此时k有最小值为
.
当时,
,此时k有最小值
(12分)
若最小值ka在区间(a,0)内取得,则ka必为f(x)的极小值,即,而此时
,∴
.
综上得:k的最小值为,此时
(14分)
函数f(x)=2x-xlnx的极值是( )
正确答案
解析
解:∵f′(x)=2-(lnx+1)=1-lnx,
当f′(x)>0时,解得:0<x<e,
当f′(x)<0时,解得:x>e,
∴x=e时,f(x)取到极大值,
f(x)极大值=f(e)=e.
故选:C.
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