- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
如图:是y=f(x)=
x3-2x2+3a2x的导函数y=f′(x)的简图,它与x轴的交点是(1,0)和(3,0)
(1)求y=f(x)的极小值点和单调减区间;
(2)求实数a的值.
正确答案
解:(1)由f(x)=x3-2x2+3a2x的导函数y=f‘(x)的图象可知:导函数f'(x)小于0的解集是(1,3);
函数f(x)=x3-2x2+3a2x在x=1,x=3处取得极值,且在x=3的左侧导数为负右侧导数为正.
即函数在x=3处取得极小值,函数的单调减区间为(1,3).
(2)由于f(x)=x3-2x2+3a2x的导函数f'(x)=ax2-4x+3a2,又由(1)知,f'(1)=0且f'(3)=0
则解得 a=1.
则实数a的值为1.
解析
解:(1)由f(x)=x3-2x2+3a2x的导函数y=f‘(x)的图象可知:导函数f'(x)小于0的解集是(1,3);
函数f(x)=x3-2x2+3a2x在x=1,x=3处取得极值,且在x=3的左侧导数为负右侧导数为正.
即函数在x=3处取得极小值,函数的单调减区间为(1,3).
(2)由于f(x)=x3-2x2+3a2x的导函数f'(x)=ax2-4x+3a2,又由(1)知,f'(1)=0且f'(3)=0
则解得 a=1.
则实数a的值为1.
设函数f(x)=2ax-+lnx.
(Ⅰ)当b=a时,若f(x)在(0,+∞)上是单调函数,求a的取值范围.
(Ⅱ)若f(x)在x=m,x=n(m<n)处取得极值,若方程f(x)=c在(0,2n]上有唯一解,则c的取值范围为 {x|x<x0或s≤x<t},求t-s的最大值.
正确答案
解:(Ⅰ)当a=b,f(x)=2ax-+lnx,
①当a=0时,f(x)=lnx,则f(x)在(0,+∞)上单调递增;
②当a>0时,又x>0,∴2ax2+x+a>0,∴f′(x)>0,则f(x)在(0,+∞)上单调递增.
③当a<0时,设g(x)=2ax2+x+a,令△≤0解得a≤-.f(x)在(0,+∞)上单调递减.
综上得,a的取值范围是(-∞,-]∪[0,+∞).
(Ⅱ)由于f(x)=2ax-+lnx,定义域为(0,+∞)∴f′(x)=2a+
+
.
又f(x)在x=m,x=n处取得极值,f′(m)=f′(n)=0.
即所以
故f′(x)=-=-
,
故f(x)在(0,m)上单调递减,在[m,n]上单调递增,在[n,2m]上单调递减.
所以f(m)是f(x)在(0,2n)上的极小值,f(n)是f(x)在(0,2n]上的极大值.
为使方程f(x)=c只有唯一解的c的取值范围为{x|x<x0或s≤x<t},
只有可能s=f(2n),t=f(2m),f(m)>f(2n),故只要求f(m)-f(2n)的最大值.
f(m)=lnm+,f(2n)=
+ln2n.f(m)-f(2n)=
+ln
.
记m=kn(0<k<1),则f(m)-f(2n)=+ln
.令g(k)=)=
+ln
.
则g′(k)=
当0<k<时,f′(x)>0,故f(x)在[m,n]上单调递增;
当<k≤1时,f′(x)<0,故f(x)在[n,2n]上单调递减.
所以g(k)的最大值为g()=
-ln4.所以t-s的最大值为
-ln4.
解析
解:(Ⅰ)当a=b,f(x)=2ax-+lnx,
①当a=0时,f(x)=lnx,则f(x)在(0,+∞)上单调递增;
②当a>0时,又x>0,∴2ax2+x+a>0,∴f′(x)>0,则f(x)在(0,+∞)上单调递增.
③当a<0时,设g(x)=2ax2+x+a,令△≤0解得a≤-.f(x)在(0,+∞)上单调递减.
综上得,a的取值范围是(-∞,-]∪[0,+∞).
(Ⅱ)由于f(x)=2ax-+lnx,定义域为(0,+∞)∴f′(x)=2a+
+
.
又f(x)在x=m,x=n处取得极值,f′(m)=f′(n)=0.
即所以
故f′(x)=-=-
,
故f(x)在(0,m)上单调递减,在[m,n]上单调递增,在[n,2m]上单调递减.
所以f(m)是f(x)在(0,2n)上的极小值,f(n)是f(x)在(0,2n]上的极大值.
为使方程f(x)=c只有唯一解的c的取值范围为{x|x<x0或s≤x<t},
只有可能s=f(2n),t=f(2m),f(m)>f(2n),故只要求f(m)-f(2n)的最大值.
f(m)=lnm+,f(2n)=
+ln2n.f(m)-f(2n)=
+ln
.
记m=kn(0<k<1),则f(m)-f(2n)=+ln
.令g(k)=)=
+ln
.
则g′(k)=
当0<k<时,f′(x)>0,故f(x)在[m,n]上单调递增;
当<k≤1时,f′(x)<0,故f(x)在[n,2n]上单调递减.
所以g(k)的最大值为g()=
-ln4.所以t-s的最大值为
-ln4.
已知函数f(x)=x2-4x+a+3,g(x)=mx+5-2m.
(Ⅰ)若y=f(x)在[-1,1]上存在零点,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)当a=0时,若对任意的x1∈[1,4],总存在x2∈[1,4],使f(x1)=g(x2)成立,求实数m的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ):因为函数f(x)=x2-4x+a+3的对称轴是x=2,
所以f(x)在区间[-1,1]上是减函数,
因为函数在区间[-1,1]上存在零点,
则必有:即
,解得-8≤a≤0,
故所求实数a的取值范围为[-8,0].
(Ⅱ)若对任意的x1∈[1,4],总存在x2∈[1,4],
使f(x1)=g(x2)成立,只需函数y=f(x)的值域为函数y=g(x)的值域的子集.
f(x)=x2-4x+3,x∈[1,4]的值域为[-1,3],下求g(x)=mx+5-2m的值域.
①当m=0时,g(x)=5-2m为常数,不符合题意舍去;
②当m>0时,g(x)的值域为[5-m,5+2m],要使[-1,3]⊆[5-m,5+2m],
需,解得m≥6;
③当m<0时,g(x)的值域为[5+2m,5-m],要使[-1,3]⊆[5+2m,5-m],
需,解得m≤-3;
综上,m的取值范围为(-∞,-3]∪[6,+∞).
解析
解:(Ⅰ):因为函数f(x)=x2-4x+a+3的对称轴是x=2,
所以f(x)在区间[-1,1]上是减函数,
因为函数在区间[-1,1]上存在零点,
则必有:即
,解得-8≤a≤0,
故所求实数a的取值范围为[-8,0].
(Ⅱ)若对任意的x1∈[1,4],总存在x2∈[1,4],
使f(x1)=g(x2)成立,只需函数y=f(x)的值域为函数y=g(x)的值域的子集.
f(x)=x2-4x+3,x∈[1,4]的值域为[-1,3],下求g(x)=mx+5-2m的值域.
①当m=0时,g(x)=5-2m为常数,不符合题意舍去;
②当m>0时,g(x)的值域为[5-m,5+2m],要使[-1,3]⊆[5-m,5+2m],
需,解得m≥6;
③当m<0时,g(x)的值域为[5+2m,5-m],要使[-1,3]⊆[5+2m,5-m],
需,解得m≤-3;
综上,m的取值范围为(-∞,-3]∪[6,+∞).
已知函数f(x)=lnx+x2+mx.
(Ⅰ)当m=-3时,求函数f(x)的极值;
(Ⅱ)若函数f(x)在定义域内为增函数,求实数m的取值范围;
(Ⅲ)若m=-1,△ABC的三个顶点A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3)在函数f(x)的图象上,且x1<x2<x3,a、b、c分别为△ABC的内角A、B、C所对的边.求证:a2+c2<b2.
正确答案
解:(Ⅰ)∵f(x)=lnx+x2+mx,定义域为(0,+∞),
∴f,(x)=+2x+m;
当m=-3时,f,(x)=+2x+3,
令f,(x)=0,∴=0,即
=0,解得x=
或x=1;
则f‘(x),f(x)随x的变化情况如下表:
∴f(x)极大值=f()=-ln2-
,f(x)极小值=f(1)=-2;
(Ⅱ)函数f(x)在定义域内为增函数,∴x>0时,f,(x)=+2x+m≥0恒成立,
∴m≥-(+2x)(其中x>0)恒成立;
∵x>0,∴+2x≥2
(当且仅当x=
时取等号),
∴-=-2
,∴m≥-2
;
∴实数m的取值范围是[-2,+∞);
(Ⅲ)由(Ⅱ)知m=-1时,f(x)在(0,+∞)上为增函数,
△ABC的顶点A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3)在函数f(x)的图象上,
且x1<x2<x3,∴y1<y2<y3;
∴a2=|BC|2=+
,
c2=|AB|2=+
,
b2=|AC|2=+
=
+
=;
∴a2+c2<b2
解析
解:(Ⅰ)∵f(x)=lnx+x2+mx,定义域为(0,+∞),
∴f,(x)=+2x+m;
当m=-3时,f,(x)=+2x+3,
令f,(x)=0,∴=0,即
=0,解得x=
或x=1;
则f‘(x),f(x)随x的变化情况如下表:
∴f(x)极大值=f()=-ln2-
,f(x)极小值=f(1)=-2;
(Ⅱ)函数f(x)在定义域内为增函数,∴x>0时,f,(x)=+2x+m≥0恒成立,
∴m≥-(+2x)(其中x>0)恒成立;
∵x>0,∴+2x≥2
(当且仅当x=
时取等号),
∴-=-2
,∴m≥-2
;
∴实数m的取值范围是[-2,+∞);
(Ⅲ)由(Ⅱ)知m=-1时,f(x)在(0,+∞)上为增函数,
△ABC的顶点A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3)在函数f(x)的图象上,
且x1<x2<x3,∴y1<y2<y3;
∴a2=|BC|2=+
,
c2=|AB|2=+
,
b2=|AC|2=+
=
+
=;
∴a2+c2<b2
设函数f(x)=x3+ax2+bx+c(a<0)在x=0处取得极值-1.
(1)设点A(-a,f(-a)),求证:过点A的切线有且只有一条;并求出该切线方程.
(2)若过点(0,0)可作曲线y=f(x)的三条切线,求a的取值范围;
(3)设曲线y=f(x)在点(x1,f(x1)),(x2,f(x2))(x1≠x2)处的切线都过点(0,0),证明:f′(x1)≠f′(x2).
正确答案
(1)证明:由f(x)=x3+ax2+bx+c(a<0),得:f′(x)=x2+2ax+b,
由题意可得f′(0)=0,f(0)=-1,解得b=0,c=-1.
∴.
经检验,f(x)在x=0处取得极大值.
设切点为(x0,y0),则切线方程为
即为
把(-a,f(-a))代入方程可得,
即,所以x0=-a.
即点A为切点,且切点是唯一的,故切线有且只有一条.
所以切线方程为;
(2)解:因为切线方程为,
把(0,0)代入可得,
因为有三条切线,故方程得有三个不同的实根.
设(a<0)
g′(x)=2x+2ax,令g′(x)=2x+2ax=0,可得x=0和x=-a.
当x∈(-∞,0)时,g′(x)>0,g(x)为增函数,
当x∈(0,-a)时,g′(x)<0,g(x)为减函数,
当x∈(-a,+∞)时,g′(x)>0,g(x)为增函数,
所以,当x=0时函数g(x)取得极大值为g(0)=1>0.
当x=-a时函数g(x)取得极小值,
极小值为.
因为方程有三个根,故极小值小于零,,所以
.
(3)证明:假设,则
,
所以(x1-x2)(x1+x2)=-2a(x1-x2)
因为x1≠x2,所以x1+x2=-2a.
由(2)可得,两式相减可得
.
因为x1≠x2,故.
把x1+x2=-2a代入上式可得,,
所以,
.
所以.
又由,这与
矛盾.
所以假设不成立,即证得.
解析
(1)证明:由f(x)=x3+ax2+bx+c(a<0),得:f′(x)=x2+2ax+b,
由题意可得f′(0)=0,f(0)=-1,解得b=0,c=-1.
∴.
经检验,f(x)在x=0处取得极大值.
设切点为(x0,y0),则切线方程为
即为
把(-a,f(-a))代入方程可得,
即,所以x0=-a.
即点A为切点,且切点是唯一的,故切线有且只有一条.
所以切线方程为;
(2)解:因为切线方程为,
把(0,0)代入可得,
因为有三条切线,故方程得有三个不同的实根.
设(a<0)
g′(x)=2x+2ax,令g′(x)=2x+2ax=0,可得x=0和x=-a.
当x∈(-∞,0)时,g′(x)>0,g(x)为增函数,
当x∈(0,-a)时,g′(x)<0,g(x)为减函数,
当x∈(-a,+∞)时,g′(x)>0,g(x)为增函数,
所以,当x=0时函数g(x)取得极大值为g(0)=1>0.
当x=-a时函数g(x)取得极小值,
极小值为.
因为方程有三个根,故极小值小于零,,所以
.
(3)证明:假设,则
,
所以(x1-x2)(x1+x2)=-2a(x1-x2)
因为x1≠x2,所以x1+x2=-2a.
由(2)可得,两式相减可得
.
因为x1≠x2,故.
把x1+x2=-2a代入上式可得,,
所以,
.
所以.
又由,这与
矛盾.
所以假设不成立,即证得.
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