- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数f(x)=ax2-lnx,g(x)=bx,a,b∈R,h(x)=f(x)-g(x)
(1)当a=时,求f(x)的极值;
(2)当a>0,且a为常数时,若函数p(x)=x[h(x)+lnx]对任意的x1>x2≥4,>-1恒成立,试用a表示出b的取值范围.
正确答案
解:(1)当a=时,f(x)=
x2-lnx,定义域是(0,+∞),
则f′(x)=x-=
,
由f′(x)=0得,x=1或-1(舍去),
∴当0<x<1时,f′(x)<0,当x>1时,f′(x)>0,
∴f(x)的单调递增区间是(1,+∞),单调递减区间是(0,1),
当x=1时,f(x)极小值=f(2)=ln1=
,函数无极大值;
(2)∵h(x)=f(x)-g(x)=ax2-lnx-bx,
∴函数p(x)=x[h(x)+lnx]=x(ax2-bx)=
ax3-bx2,
∵对任意的x1>x2≥4,>-1恒成立,
∴p(x1)-p(x2)>-x1+x2对任意的x1>x2≥4恒成立,
则p(x1)+x1>p(x2)+x2对任意的x1>x2≥4恒成立,
设k(x)=p(x)+x=ax3-bx2+x,则k(x)在[4,+∞)上单调递增,
∴k′(x)=ax2-2bx+1≥0在[4,+∞)上恒成立,
∴2bx≤ax2+1,则(
),
构造函数F(x)=(a>0),x∈[4,+∞),
∴F′(x)=a-=
,
由F′(x)=0得,x=或-
(舍去),
①当时,即
,则在[4,+∞)上有F′(x)>0,
∴函数F(x)在[4,+∞)上单调递增,
∴函数F(x)的最小值是F(4)=,则
=
;
②当时,即
,
则在[4,)上F′(x)<0,在(
,+∞)上有F′(x)>0,
∴函数F(x)在[4,)上单调递减,在(
,+∞)上单调递增,
∴函数F(x)的最小值是F()=2
,
则=
,
综上可得,当时,b≤
;当
时,
.
解析
解:(1)当a=时,f(x)=
x2-lnx,定义域是(0,+∞),
则f′(x)=x-=
,
由f′(x)=0得,x=1或-1(舍去),
∴当0<x<1时,f′(x)<0,当x>1时,f′(x)>0,
∴f(x)的单调递增区间是(1,+∞),单调递减区间是(0,1),
当x=1时,f(x)极小值=f(2)=ln1=
,函数无极大值;
(2)∵h(x)=f(x)-g(x)=ax2-lnx-bx,
∴函数p(x)=x[h(x)+lnx]=x(ax2-bx)=
ax3-bx2,
∵对任意的x1>x2≥4,>-1恒成立,
∴p(x1)-p(x2)>-x1+x2对任意的x1>x2≥4恒成立,
则p(x1)+x1>p(x2)+x2对任意的x1>x2≥4恒成立,
设k(x)=p(x)+x=ax3-bx2+x,则k(x)在[4,+∞)上单调递增,
∴k′(x)=ax2-2bx+1≥0在[4,+∞)上恒成立,
∴2bx≤ax2+1,则(
),
构造函数F(x)=(a>0),x∈[4,+∞),
∴F′(x)=a-=
,
由F′(x)=0得,x=或-
(舍去),
①当时,即
,则在[4,+∞)上有F′(x)>0,
∴函数F(x)在[4,+∞)上单调递增,
∴函数F(x)的最小值是F(4)=,则
=
;
②当时,即
,
则在[4,)上F′(x)<0,在(
,+∞)上有F′(x)>0,
∴函数F(x)在[4,)上单调递减,在(
,+∞)上单调递增,
∴函数F(x)的最小值是F()=2
,
则=
,
综上可得,当时,b≤
;当
时,
.
设a∈R,函数f(x)=ax2-(2a+1)x+lnx.
(Ⅰ)当a=1时,求f(x)的极值;
(Ⅱ)设g(x)=ex-x-1,若对于任意的x1∈(0,+∞),x2∈R,不等式f(x1)≤g(x2)恒成立,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)当a=1时,函数f(x)=x2-3x+lnx,.
令f‘(x)=0得:
当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:
因此,当时,f(x)有极大值,且;
当x=1时,f(x)有极小值,且f(x)极小值=-2.
(Ⅱ)由g(x)=ex-x-1,则g'(x)=ex-1,
令g'(x)>0,解得x>0;令g'(x)<0,解得x<0.
∴g(x)在(-∞,0)是减函数,在(0,+∞)是增函数,
即g(x)最小值=g(0)=0.
对于任意的x1∈(0,+∞),x2∈R,不等式f(x1)≤g(x2)恒成立,则有f(x1)≤g(0)即可.
即不等式f(x)≤0对于任意的x∈(0,+∞)恒成立.
(1)当a=0时,,令f'(x)>0,解得0<x<1;令f'(x)<0,解得x>1.
∴f(x)在(0,1)是增函数,在(1,+∞)是减函数,
∴f(x)最大值=f(1)=-1<0,
∴a=0符合题意.
(2)当a<0时,,令f'(x)>0,解得0<x<1;令f'(x)<0,解得x>1.
∴f(x)在(0,1)是增函数,在(1,+∞)是减函数,
∴f(x)最大值=f(1)=-a-1≤0,
得-1≤a<0,
∴-1≤a<0符合题意.
(3)当a>0时,,f'(x)=0得,
时,0<x1<1,令f'(x)>0,解得或x>1;
令f'(x)<0,解得.
∴f(x)在(1,+∞)是增函数,
而当x→+∞时,f(x)→+∞,这与对于任意的x∈(0,+∞)时f(x)≤0矛盾.
同理时也不成立.
综上所述:a的取值范围为[-1,0].
解析
解:(Ⅰ)当a=1时,函数f(x)=x2-3x+lnx,.
令f‘(x)=0得:
当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:
因此,当时,f(x)有极大值,且;
当x=1时,f(x)有极小值,且f(x)极小值=-2.
(Ⅱ)由g(x)=ex-x-1,则g'(x)=ex-1,
令g'(x)>0,解得x>0;令g'(x)<0,解得x<0.
∴g(x)在(-∞,0)是减函数,在(0,+∞)是增函数,
即g(x)最小值=g(0)=0.
对于任意的x1∈(0,+∞),x2∈R,不等式f(x1)≤g(x2)恒成立,则有f(x1)≤g(0)即可.
即不等式f(x)≤0对于任意的x∈(0,+∞)恒成立.
(1)当a=0时,,令f'(x)>0,解得0<x<1;令f'(x)<0,解得x>1.
∴f(x)在(0,1)是增函数,在(1,+∞)是减函数,
∴f(x)最大值=f(1)=-1<0,
∴a=0符合题意.
(2)当a<0时,,令f'(x)>0,解得0<x<1;令f'(x)<0,解得x>1.
∴f(x)在(0,1)是增函数,在(1,+∞)是减函数,
∴f(x)最大值=f(1)=-a-1≤0,
得-1≤a<0,
∴-1≤a<0符合题意.
(3)当a>0时,,f'(x)=0得,
时,0<x1<1,令f'(x)>0,解得或x>1;
令f'(x)<0,解得.
∴f(x)在(1,+∞)是增函数,
而当x→+∞时,f(x)→+∞,这与对于任意的x∈(0,+∞)时f(x)≤0矛盾.
同理时也不成立.
综上所述:a的取值范围为[-1,0].
已知函数f(x)=ex,g(x)=m-x,m∈R.
(1)记h(x)=f(x)•g(x),求h(x)的极值;
(2)当m=0时,试比较ef(x-2)与-g(x)的大小.
正确答案
解:(1)由已知h′(x)=ex(-x+m)+ex(-1)=-ex[x-(m-1)],
令h′(x)=0得x=m-1.由下表
得h(x)极大值=h(m-1)=em-1,h(x)无极小值;
(2)当m=0时,ef(x-2)=,-g(x)=x,
①当x≤0时,显然ef(x-2)>-g(x).
②当x>0时,lnef(x-2)=ln=ex-2,ln[-g(x)]=lnx,
记函数φ(x)=ex-2-lnx,则φ′(x)=ex-2-,可知φ′(x)在(0,+∞)上单调递增.
又φ′(1)<0,φ′(2)>0知,φ′(x)在(0,+∞)上有唯一实数根x0,且1<x0<2,
则φ′(x0)=-
=0(1)
当x∈(0,x0)时,φ′(x)<0,φ(x)单调递减;
当x∈(x0,+∞),φ′(x)>0,φ(x)单调递增,
所以φ(x)≥φ(x0)=-lnx0,
结合 (1)式,=
,知x0-2=-lnx0.
故φ(x)≥φ(x0)=+x0-2=
>0.
则φ(x)=ex-2-lnx>0即ex-2>lnx所以>x,
综上:ef(x-2)>-g(x).
解析
解:(1)由已知h′(x)=ex(-x+m)+ex(-1)=-ex[x-(m-1)],
令h′(x)=0得x=m-1.由下表
得h(x)极大值=h(m-1)=em-1,h(x)无极小值;
(2)当m=0时,ef(x-2)=,-g(x)=x,
①当x≤0时,显然ef(x-2)>-g(x).
②当x>0时,lnef(x-2)=ln=ex-2,ln[-g(x)]=lnx,
记函数φ(x)=ex-2-lnx,则φ′(x)=ex-2-,可知φ′(x)在(0,+∞)上单调递增.
又φ′(1)<0,φ′(2)>0知,φ′(x)在(0,+∞)上有唯一实数根x0,且1<x0<2,
则φ′(x0)=-
=0(1)
当x∈(0,x0)时,φ′(x)<0,φ(x)单调递减;
当x∈(x0,+∞),φ′(x)>0,φ(x)单调递增,
所以φ(x)≥φ(x0)=-lnx0,
结合 (1)式,=
,知x0-2=-lnx0.
故φ(x)≥φ(x0)=+x0-2=
>0.
则φ(x)=ex-2-lnx>0即ex-2>lnx所以>x,
综上:ef(x-2)>-g(x).
已知函数f(x)=(a>0)
(Ⅰ)求证:f(x)必有两个极值点,一个是极大值点,一个是极小值点;
(Ⅱ)设f(x)的极小值点为α,极大值点为β,f(α)=-1,f(β)=1,求a、b的值;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,设g(x)=f(ex),若对于任意实数x,g(x)≤恒成立,求实数m的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)证明:f′(x)=-
令f′(x)=ax2+2bx-a=0 …(2分)
△>0,∴f′(x)=0有两实根不妨记为α,β
∴f(x)有两个极值点,一个极大值点一个极小值点 …(4分)
(Ⅱ)解:ax2+2bx-a=0,由韦达定理得α+β=-
∵f(α)=-1,f(β)=1,
∴α2+αα+b+1=0,β2-αβ-b+1=0.
∴(α+β)(α-β)=0…(6分)
∴α+β=0,
∴b=0,α=-1,β=1,∴a=2 …(7分)
(Ⅲ)解:∵g(x)=f(ex),
∴m≥0 …(8分)
当x=0时,不等式恒成立
∴原问题可化为m≤对一切x∈(-∞,0)∪(0,+∞)恒成立
设u(x)=,则u′(x)=
设h(x)=(ex-e-x)x-2(ex+e-x-2),
∴h′(x)=(ex+e-x)x-(ex-e-x),h″(x)=(ex-e-x)x,
当x>0时,ex>e-x,∴h″(x)>0,当x<0时,ex<e-x,∴h″(x)>0,
∴h′(x)在R上单调递增,
又∵h′(0)=0
∴当x>0时,h′(0)>0,当x<0时,h′(0)<0
∴h(x)在(-∞,0)上递减,(0,+∞)递增,
∴h(x)>h(0)=0 …(10分)
∴当x>0时,u′(x)>0,当x<0时,u′(x)<0,
∴u(x)在(-∞,0)上递减,(0,+∞)递增,
∴x→0,u(x)→1
∴0≤m≤1. …(12分)
解析
(Ⅰ)证明:f′(x)=-
令f′(x)=ax2+2bx-a=0 …(2分)
△>0,∴f′(x)=0有两实根不妨记为α,β
∴f(x)有两个极值点,一个极大值点一个极小值点 …(4分)
(Ⅱ)解:ax2+2bx-a=0,由韦达定理得α+β=-
∵f(α)=-1,f(β)=1,
∴α2+αα+b+1=0,β2-αβ-b+1=0.
∴(α+β)(α-β)=0…(6分)
∴α+β=0,
∴b=0,α=-1,β=1,∴a=2 …(7分)
(Ⅲ)解:∵g(x)=f(ex),
∴m≥0 …(8分)
当x=0时,不等式恒成立
∴原问题可化为m≤对一切x∈(-∞,0)∪(0,+∞)恒成立
设u(x)=,则u′(x)=
设h(x)=(ex-e-x)x-2(ex+e-x-2),
∴h′(x)=(ex+e-x)x-(ex-e-x),h″(x)=(ex-e-x)x,
当x>0时,ex>e-x,∴h″(x)>0,当x<0时,ex<e-x,∴h″(x)>0,
∴h′(x)在R上单调递增,
又∵h′(0)=0
∴当x>0时,h′(0)>0,当x<0时,h′(0)<0
∴h(x)在(-∞,0)上递减,(0,+∞)递增,
∴h(x)>h(0)=0 …(10分)
∴当x>0时,u′(x)>0,当x<0时,u′(x)<0,
∴u(x)在(-∞,0)上递减,(0,+∞)递增,
∴x→0,u(x)→1
∴0≤m≤1. …(12分)
(2015秋•长春校级期末)已知函数f(x)=x3-12x
(1)求函数f(x)的极值;
(2)当x∈[-3,3]时,求f(x)的最值.
正确答案
解:(1),
令=0,
解得x=2,x=-2,
x,f′(x),f(x)的变化如下表:
∴f(x)极大值为f(-2)=16,f(x)极小值为f(2)=-16;
(2)由(1)知,f(-2)=16,f(2)=-16,
又f(-3)=9,f(3)=-9
∴f(x)最大值为f(-2)=16,f(x)最小值为f(2)=-16.
解析
解:(1),
令=0,
解得x=2,x=-2,
x,f′(x),f(x)的变化如下表:
∴f(x)极大值为f(-2)=16,f(x)极小值为f(2)=-16;
(2)由(1)知,f(-2)=16,f(2)=-16,
又f(-3)=9,f(3)=-9
∴f(x)最大值为f(-2)=16,f(x)最小值为f(2)=-16.
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