- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数f(x)=x2-5x+1,g(x)=ex.
(1)求函数y=的极小值;
(2)设函数y=f′(x)+a•g(x)(a∈R),讨论函数在(-∞,4]上的零点的个数;
(3)若存在实数t∈[0,2],使得对任意x∈[1,m],不等式[xf(x)+t]•g(x)≤x恒成立,求正整数m的最大值.
正确答案
解:(1)令h(x)==
(x∈R),则h′(x)=
=
,
令h′(x)=0,解得x=1,6.列出表格:
由表格可知:当x=1时,函数h(x)取得极小值,h(1)=.
(2)令u(x)=f′(x)+a•g(x)=(2x-5)+aex,u′(x)=2+aex,
①当a≥0时,u′(x)>0,函数u(x)在(-∞,4]上单调递增,
又x→-∞时,u(x)→-∞,u(4)=3+ae4>0,因此函数u(x)有且只有一个零点.
②当a<0时,令u′(x)=0,解得x0=.
当a<-时,x0<4.x<x0,u′(x)>0,函数u(x)在(-∞,x0)上单调递增;x0<x<4时,u′(x)<0,函数u(x)在(-∞,x0)上单调递减.此时x0为函数u(x)的极大值点,u(x0)=2x0-7=
-7.
当x0=时,u(x0)=0,此时函数在(-∞,4]上有且只有一个零点
.
当x0<时,u(x0)<0,此时函数u(x)在(-∞,4]上无零点.
当<x0<4时,u(x0)>0,此时函数在(-∞,x0)上有且只有一个零点,由于u(4)=3+ae4.
③当a≤时,u(4)≤0时,此时函数在(x0,4]上有且只有一个零点;
当<a<
时,u(4)>0时,此时函数在(x0,4]上无零点.
当a=-时,x0=4.u′(x)>0,此时函数u(x)在(-∞,4)上单调递增,且u(0)=-5+a<0,u(4)=3+ae4>3-2=1>0,∴此时存在一个零点.
当-<a<0时,x0>4.u′(x)>0,此时函数u(x)在(-∞,4]上单调递增,且u(0)=-5+a<0,u(4)=3+ae4>3-2=1>0,∴此时存在一个零点.
(3)不等式[xf(x)+t]•g(x)≤x,化为[x(x2-5x+1)+t]•ex≤x.(*)
∵存在实数t∈[0,2],使得对任意x∈[1,m],不等式[xf(x)+t]•g(x)≤x恒成立,
∴(*)⇔存在实数t∈[0,2],使得对任意x∈[1,m],t≤-(x3-5x2+x).
∴(*)⇔使得对任意x∈[1,m],0≤-(x3-5x2+x),化为ex(x2-5x+1)-1≤0.
令v(x)=ex(x2-5x+1)-1,x∈[1,m].
v′(x)=ex(x2-3x-4)=ex(x-4)(x+1).
令v′(x)>0,解得x>4,此时函数v(x)单调递增;令v′(x)<0,解得1≤x<4,此时函数v(x)单调递减.
∴当x=4时,函数v(x)取得极小值,v(4)=-3e4-1<0,
又v(1)=-3e-1<0,v(5)=e5-1>0,
因此整数m的最大值为4.
解析
解:(1)令h(x)==
(x∈R),则h′(x)=
=
,
令h′(x)=0,解得x=1,6.列出表格:
由表格可知:当x=1时,函数h(x)取得极小值,h(1)=.
(2)令u(x)=f′(x)+a•g(x)=(2x-5)+aex,u′(x)=2+aex,
①当a≥0时,u′(x)>0,函数u(x)在(-∞,4]上单调递增,
又x→-∞时,u(x)→-∞,u(4)=3+ae4>0,因此函数u(x)有且只有一个零点.
②当a<0时,令u′(x)=0,解得x0=.
当a<-时,x0<4.x<x0,u′(x)>0,函数u(x)在(-∞,x0)上单调递增;x0<x<4时,u′(x)<0,函数u(x)在(-∞,x0)上单调递减.此时x0为函数u(x)的极大值点,u(x0)=2x0-7=
-7.
当x0=时,u(x0)=0,此时函数在(-∞,4]上有且只有一个零点
.
当x0<时,u(x0)<0,此时函数u(x)在(-∞,4]上无零点.
当<x0<4时,u(x0)>0,此时函数在(-∞,x0)上有且只有一个零点,由于u(4)=3+ae4.
③当a≤时,u(4)≤0时,此时函数在(x0,4]上有且只有一个零点;
当<a<
时,u(4)>0时,此时函数在(x0,4]上无零点.
当a=-时,x0=4.u′(x)>0,此时函数u(x)在(-∞,4)上单调递增,且u(0)=-5+a<0,u(4)=3+ae4>3-2=1>0,∴此时存在一个零点.
当-<a<0时,x0>4.u′(x)>0,此时函数u(x)在(-∞,4]上单调递增,且u(0)=-5+a<0,u(4)=3+ae4>3-2=1>0,∴此时存在一个零点.
(3)不等式[xf(x)+t]•g(x)≤x,化为[x(x2-5x+1)+t]•ex≤x.(*)
∵存在实数t∈[0,2],使得对任意x∈[1,m],不等式[xf(x)+t]•g(x)≤x恒成立,
∴(*)⇔存在实数t∈[0,2],使得对任意x∈[1,m],t≤-(x3-5x2+x).
∴(*)⇔使得对任意x∈[1,m],0≤-(x3-5x2+x),化为ex(x2-5x+1)-1≤0.
令v(x)=ex(x2-5x+1)-1,x∈[1,m].
v′(x)=ex(x2-3x-4)=ex(x-4)(x+1).
令v′(x)>0,解得x>4,此时函数v(x)单调递增;令v′(x)<0,解得1≤x<4,此时函数v(x)单调递减.
∴当x=4时,函数v(x)取得极小值,v(4)=-3e4-1<0,
又v(1)=-3e-1<0,v(5)=e5-1>0,
因此整数m的最大值为4.
已知函数f(x)=(2-a)lnx-1,g(x)=lnx+ax2+x(a∈R),令φ(x)=f(x)+g′(x).
(1)当a=0时,求φ(x)的极值;
(2)当a<-2时,求φ(x)的单调区间;
(3)当-3<a<-2时,若对∀λ1,λ2∈[1,3],使得|φ(λ1)-φ(λ2)|<(m+ln2)a-2ln3恒成立,求实数m的取值范围.
正确答案
解:(1)因为,所以
,其定义域为(0,+∞).…(1分)
当a=0时,,
…(2分)
令ϕ‘(x)=0,解得,当
时,ϕ'(x)<0;当
时,ϕ′(x)>0.
所以ϕ(x)的单调减区间为,单调增区间为
;
当时,ϕ(x)有极小值
,无极大值…(4分)
(2)因为
所以,(x>0).
当a<-2时,,令ϕ'(x)<0,得
,或
;令ϕ'(x)>0,得
.
当a<-2时,ϕ(x)的单调增区间为;单调递减区间为
,
…(8分)
(3)由(2)可知当-3<a<-2时,ϕ(x)在[1,3]上单调递减,
所以ϕ(x)max=ϕ(1)=2a+1,.
,
因为对∀λ1,λ2∈[1,3],使得|ϕ(λ1)-ϕ(λ2)|<(m+ln2)a-2ln3恒成立,
所以…(10分)
整理得:,
又因为-3<a<-2,a<0,
所以,
因为-3<a<-2,,
,
所以,
故实数m的取值范围是.…(12分)
解析
解:(1)因为,所以
,其定义域为(0,+∞).…(1分)
当a=0时,,
…(2分)
令ϕ‘(x)=0,解得,当
时,ϕ'(x)<0;当
时,ϕ′(x)>0.
所以ϕ(x)的单调减区间为,单调增区间为
;
当时,ϕ(x)有极小值
,无极大值…(4分)
(2)因为
所以,(x>0).
当a<-2时,,令ϕ'(x)<0,得
,或
;令ϕ'(x)>0,得
.
当a<-2时,ϕ(x)的单调增区间为;单调递减区间为
,
…(8分)
(3)由(2)可知当-3<a<-2时,ϕ(x)在[1,3]上单调递减,
所以ϕ(x)max=ϕ(1)=2a+1,.
,
因为对∀λ1,λ2∈[1,3],使得|ϕ(λ1)-ϕ(λ2)|<(m+ln2)a-2ln3恒成立,
所以…(10分)
整理得:,
又因为-3<a<-2,a<0,
所以,
因为-3<a<-2,,
,
所以,
故实数m的取值范围是.…(12分)
设f(x)=ax2+2x+1-lnx,a∈R.
(1)当a=-时,f(x)是否存在极值点;若存在,求出该极值点,若不存在,说明理由;
(2)求f(x)有两个极值点的充要条件;
(3)若f(x)为单调函数,求a的取值范围.
正确答案
解:(1)f(x)=ax2+2x+1-lnx的导数为f′(x)=2ax+2-=
,
当a=-时,f′(x)=-
=-
,
当x>0时,f′(x)≤0恒成立,即有f(x)在(0,+∞)递减,
则有f(x)不存在极值点;
(2)由于f′(x)=2ax+2-=
(x>0),
令h(x)=2ax2+2x-1,
f(x)有两个极值点的充要条件即为h(x)=0有两个不相等的正根,
则有a≠0,判别式4+8a>0,且->0,-
>0,
解得-<a<0;
(3)由于f′(x)=2ax+2-=
(x>0),
令h(x)=2ax2+2x-1,
当a=0时,h(x)=2x-1,当x>,f(x)递增,0<x<
,f(x)递减,
不合题意;
当a>0,g(x)的对称轴x=-<0,g(x)在(0,+∞)递增,g(0)=-1<0,
即有g(x)在x>0上有正有负,f(x)有增有减,不合题意;
当a<0时,g(x)的对称轴x=->0,g(0)=-1<0,
由题意可得g(x)只需满足判别式4+8a≤0即可.
解得a≤-.
综上可得a的取值范围为(-∞,-].
解析
解:(1)f(x)=ax2+2x+1-lnx的导数为f′(x)=2ax+2-=
,
当a=-时,f′(x)=-
=-
,
当x>0时,f′(x)≤0恒成立,即有f(x)在(0,+∞)递减,
则有f(x)不存在极值点;
(2)由于f′(x)=2ax+2-=
(x>0),
令h(x)=2ax2+2x-1,
f(x)有两个极值点的充要条件即为h(x)=0有两个不相等的正根,
则有a≠0,判别式4+8a>0,且->0,-
>0,
解得-<a<0;
(3)由于f′(x)=2ax+2-=
(x>0),
令h(x)=2ax2+2x-1,
当a=0时,h(x)=2x-1,当x>,f(x)递增,0<x<
,f(x)递减,
不合题意;
当a>0,g(x)的对称轴x=-<0,g(x)在(0,+∞)递增,g(0)=-1<0,
即有g(x)在x>0上有正有负,f(x)有增有减,不合题意;
当a<0时,g(x)的对称轴x=->0,g(0)=-1<0,
由题意可得g(x)只需满足判别式4+8a≤0即可.
解得a≤-.
综上可得a的取值范围为(-∞,-].
设函数f(x)=-ax,若曲线y=f(x)在点(e,f(e))处的切线斜率为2.
(Ⅰ)求a的值;
(Ⅱ)求f(x)在(1,+∞)上的单调区间与极值.
正确答案
解:(Ⅰ)
(Ⅱ)
则函数f(x)的单调递增区间为,
令f′(x)<0,得1<x<,
单调递减区间为;
则f(x)在x=处取极小值
,无极大值.
解析
解:(Ⅰ)
(Ⅱ)
则函数f(x)的单调递增区间为,
令f′(x)<0,得1<x<,
单调递减区间为;
则f(x)在x=处取极小值
,无极大值.
已知函数f(x)=ax3-(a+2)x2+6x-3.
(1)当a>2时,求函数f(x)的极小值;
(2)当a<2时,试讨论方程f(x)=0根的个数.
正确答案
解:f′(x)=3ax2-3(a+2)x+6=3(ax-2)(x-1),
(1)当a>2时,0<<1
∴f极小值=f(1)=-;
(2)当a=0时,显然f(x)=-3x2+6x-3只有一个零点;
当a≠0时,f′(x)=3a(x-)(x-1)
当a<0时,f(x)在(-∞,),(1,+∞)递减;在(,1)递增,f(1)>0,f()<0
则f(x)有三个零点.
当0<a<2时,f(x)在(-∞,1),(,+∞)递增;在(1,)递减,f(1)<0,f()<0
则f(x)只有一个零点.
综上所述:当0≤a<2时,f(x)只有一个零点;
当a<0时,f(x)有三个零点.
解析
解:f′(x)=3ax2-3(a+2)x+6=3(ax-2)(x-1),
(1)当a>2时,0<<1
∴f极小值=f(1)=-;
(2)当a=0时,显然f(x)=-3x2+6x-3只有一个零点;
当a≠0时,f′(x)=3a(x-)(x-1)
当a<0时,f(x)在(-∞,),(1,+∞)递减;在(,1)递增,f(1)>0,f()<0
则f(x)有三个零点.
当0<a<2时,f(x)在(-∞,1),(,+∞)递增;在(1,)递减,f(1)<0,f()<0
则f(x)只有一个零点.
综上所述:当0≤a<2时,f(x)只有一个零点;
当a<0时,f(x)有三个零点.
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