- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
设函数f(x)=-x3+2x2-x(x∈R).
(1)求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(2)求函数f(x)的极值.
正确答案
解:(1)因为f(x)=-x3+2x2-x,
所以 f′(x)=-3x2+4x-1,且f(2)=-2,
所以 f′(2)=-5,
所以 曲线f(x)在点(2,-2)处的切线方程是y+2=-5(x-2),
整理得:5x+y-8=0.
(2)由(1)知f′(x)=-3x2+4x-1=-(3x-1)(x-1),
令f′(x)=0,解得:x=或x=1,
所以f′(x),f(x)变化情况如下表:
因此,函数f(x)的极大值为0,极小值为-.
解析
解:(1)因为f(x)=-x3+2x2-x,
所以 f′(x)=-3x2+4x-1,且f(2)=-2,
所以 f′(2)=-5,
所以 曲线f(x)在点(2,-2)处的切线方程是y+2=-5(x-2),
整理得:5x+y-8=0.
(2)由(1)知f′(x)=-3x2+4x-1=-(3x-1)(x-1),
令f′(x)=0,解得:x=或x=1,
所以f′(x),f(x)变化情况如下表:
因此,函数f(x)的极大值为0,极小值为-.
已知函数f(x)=ex(x2+ax-a),其中a是常数.
(Ⅰ)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)若存在实数k,使得关于x的方程f(x)=k在[0,+∞)上有两个不相等的实数根,求k的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)由f(x)=ex(x2+ax-a)可得,
f′(x)=ex[x2+(a+2)x)],.…(2分)
当a=1时,f(1)=e,f′(1)=4e.…(4分)
所以 曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y-e=4e(x-1),
即y=4ex-3e.…(5分)
(Ⅱ) 令f′(x)=ex[x2+(a+2)x)]=0,
解得x=-(a+2)或x=0.…(6分)
当-(a+2)≤0,即a≥-2时,在区间[0,+∞)上,f′(x)≥0,所以f(x)是[0,+∞)上的增函数.
所以方程f(x)=k在[0,+∞)上不可能有两个不相等的实数根.…(8分)
当-(a+2)>0,即a<-2时,f′(x),f(x)随x的变化情况如下表
由上表可知函数f(x)在[0,+∞)上的最小值为f(-(a+2))=.…(10分)
因为 函数f(x)是(0,-(a+2))上的减函数,是(-(a+2),+∞)上的增函数,
且当x≥-a时,有f(x)≥e-a(-a)>-a.…(11分)
所以要使方程x的方程f(x)=k在[0,+∞)上有两个不相等的实数根,k的取值范围必须是(,-a].…(13分)
解析
解:(Ⅰ)由f(x)=ex(x2+ax-a)可得,
f′(x)=ex[x2+(a+2)x)],.…(2分)
当a=1时,f(1)=e,f′(1)=4e.…(4分)
所以 曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y-e=4e(x-1),
即y=4ex-3e.…(5分)
(Ⅱ) 令f′(x)=ex[x2+(a+2)x)]=0,
解得x=-(a+2)或x=0.…(6分)
当-(a+2)≤0,即a≥-2时,在区间[0,+∞)上,f′(x)≥0,所以f(x)是[0,+∞)上的增函数.
所以方程f(x)=k在[0,+∞)上不可能有两个不相等的实数根.…(8分)
当-(a+2)>0,即a<-2时,f′(x),f(x)随x的变化情况如下表
由上表可知函数f(x)在[0,+∞)上的最小值为f(-(a+2))=.…(10分)
因为 函数f(x)是(0,-(a+2))上的减函数,是(-(a+2),+∞)上的增函数,
且当x≥-a时,有f(x)≥e-a(-a)>-a.…(11分)
所以要使方程x的方程f(x)=k在[0,+∞)上有两个不相等的实数根,k的取值范围必须是(,-a].…(13分)
已知函数f(x)=ex(x2+a),若x=-1为f(x)的极值点,则a的值为______.
正确答案
1
解析
解:由函数f(x)=ex(x2+a),可得
f′(x)=ex(x2+a)+ex×2x=(x2+2x+a)ex
∵x=-1是函数f(x)的一个极值点,
∴f′(-1)=0 即(-1+a)e2=0,解得a=1
故答案为 1
设函数f(x)=ex-1+(a∈R).
(1)若函数f(x)在x=1处有极值,且函数g(x)=f(x)+b在(0,+∞)上有零点,求b的最大值;
(2)若f(x)在(1,2)上为单调函数,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1)f′(x)=ex-1-,
∵函数f(x)在x=1处有极值,∴f′(1)=1-a=0,得a=1,
∴g(x)=,g′(x)=
,∵g′(x)在(0,+∞)上单调递增,且g′(1)=0,
∴g(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
∴g(x)的最小值为g(1)=2+b,∵函数g(x)=f(x)+b在(0,+∞)上有零点,∴2+b≤0,b≤-2
∴b的最大值为-2;
(2):∵f(x)在(1,2)上为单调函数
∴①当f(x)为单调增函数时,则f′(x)=ex-1-≥0,在(1,2)上恒成立,
a≤x2ex-1,令h(x)=x2ex-1,h(x)在(1,2)上单调递增,∴a≤h(x)min=h(1)=1,∴a≤1;
②当f(x)为单调减函数时,则f′(x)=ex-1-≤0,在(1,2)上恒成立,
a≥x2ex-1,令h(x)=x2ex-1,h(x)在(1,2)上单调递增,∴a≥h(x)max=h(2)=4e,∴a≥4e;
综上得a的取值范围为(-∞,1]∪[4,+∞).
解析
解:(1)f′(x)=ex-1-,
∵函数f(x)在x=1处有极值,∴f′(1)=1-a=0,得a=1,
∴g(x)=,g′(x)=
,∵g′(x)在(0,+∞)上单调递增,且g′(1)=0,
∴g(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
∴g(x)的最小值为g(1)=2+b,∵函数g(x)=f(x)+b在(0,+∞)上有零点,∴2+b≤0,b≤-2
∴b的最大值为-2;
(2):∵f(x)在(1,2)上为单调函数
∴①当f(x)为单调增函数时,则f′(x)=ex-1-≥0,在(1,2)上恒成立,
a≤x2ex-1,令h(x)=x2ex-1,h(x)在(1,2)上单调递增,∴a≤h(x)min=h(1)=1,∴a≤1;
②当f(x)为单调减函数时,则f′(x)=ex-1-≤0,在(1,2)上恒成立,
a≥x2ex-1,令h(x)=x2ex-1,h(x)在(1,2)上单调递增,∴a≥h(x)max=h(2)=4e,∴a≥4e;
综上得a的取值范围为(-∞,1]∪[4,+∞).
已知函数f(x)=(ax2+bx+c)e-x(a≠0)的图象过点(0,-2),且在该点的切线方程为4x-y-2=0.
(Ⅰ)若f(x)在[2,+∞)上为单调增函数,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)若函数F(x)=f(x)-m恰好有一个零点,求实数m的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)由f(0)=-2,可得c=-2…(1分)
求导函数可得f′(x)=(-ax2+2ax-bx+b-c)e-x,∴f′(0)=(b-c)e0=b-c
∵切线方程为4x-y-2=0,∴b-c=4,∴b=2…(3分)
∴f(x)=(ax2+2x-2)e-x,f′(x)=(-ax-2)(x-2)e-x,
∵f(x)在[2,+∞)上为单调增函数,
∴(-ax-2)(x-2)e-x≥0在[2,+∞)上恒成立
即-ax-2≥0,∴a≤-,∴a≤-1 …(5分)
(Ⅱ)函数F(x)=f(x)-m恰好有一个零点,即y=m和y=f(x)恰好有一个交点
∵f′(x)=(-ax-2)(x-2)e-x,
①当a>0时,f(x)在区间(-∞,-),(2,+∞)单调递减,在
上单调递增,极大值为f(2)=(4a+2)e-2,极小值为f(
)=-2
,(当x趋向于+∞时图象在x轴上方,并且无限接近于x轴)
所以m=或m>(4a+2)e-2,…(8分)
②当a<0时:(ⅰ)当>2,即-1<a<0时,f(x)在区间(-∞,2),(
,+∞)单调递增,在(2,
)上单调递减,极大值f(2)=(4a+2)e-2,极小值为f(
)=-2
,(当x趋向于+∞时图象在x轴下方,并且无限接近于x轴)
当(4a+2)e-2≥0,即时,m=(4a+2)e-2或m<
当(4a+2)e-2<0,即-1<a<时,(4a+2)e-2<m<0或m<
…(11分)
(ⅱ)当2时,即a<-1 时,f(x)在区间(-∞,
),(2,+∞)单调递增,在(
,2)上单调递减,极小值为f(2)=(4a+2)e-2,极大值为f(
)=-2
,(当x趋向于+∞时图象在x轴下方,并且无限接近于x轴)
∴m=或m<(4a+2)e-2,…(13分)
(ⅲ)=2时,即a=-1时,f(x)在R上单调增(当x趋向于+∞时图象在x轴下方,并且无限接近于x轴),此时m<0 …(14分)
解析
解:(Ⅰ)由f(0)=-2,可得c=-2…(1分)
求导函数可得f′(x)=(-ax2+2ax-bx+b-c)e-x,∴f′(0)=(b-c)e0=b-c
∵切线方程为4x-y-2=0,∴b-c=4,∴b=2…(3分)
∴f(x)=(ax2+2x-2)e-x,f′(x)=(-ax-2)(x-2)e-x,
∵f(x)在[2,+∞)上为单调增函数,
∴(-ax-2)(x-2)e-x≥0在[2,+∞)上恒成立
即-ax-2≥0,∴a≤-,∴a≤-1 …(5分)
(Ⅱ)函数F(x)=f(x)-m恰好有一个零点,即y=m和y=f(x)恰好有一个交点
∵f′(x)=(-ax-2)(x-2)e-x,
①当a>0时,f(x)在区间(-∞,-),(2,+∞)单调递减,在
上单调递增,极大值为f(2)=(4a+2)e-2,极小值为f(
)=-2
,(当x趋向于+∞时图象在x轴上方,并且无限接近于x轴)
所以m=或m>(4a+2)e-2,…(8分)
②当a<0时:(ⅰ)当>2,即-1<a<0时,f(x)在区间(-∞,2),(
,+∞)单调递增,在(2,
)上单调递减,极大值f(2)=(4a+2)e-2,极小值为f(
)=-2
,(当x趋向于+∞时图象在x轴下方,并且无限接近于x轴)
当(4a+2)e-2≥0,即时,m=(4a+2)e-2或m<
当(4a+2)e-2<0,即-1<a<时,(4a+2)e-2<m<0或m<
…(11分)
(ⅱ)当2时,即a<-1 时,f(x)在区间(-∞,
),(2,+∞)单调递增,在(
,2)上单调递减,极小值为f(2)=(4a+2)e-2,极大值为f(
)=-2
,(当x趋向于+∞时图象在x轴下方,并且无限接近于x轴)
∴m=或m<(4a+2)e-2,…(13分)
(ⅲ)=2时,即a=-1时,f(x)在R上单调增(当x趋向于+∞时图象在x轴下方,并且无限接近于x轴),此时m<0 …(14分)
扫码查看完整答案与解析