- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数f(x)=.
(1)求f′(x)和f′(2);
(2)求f(x)的单调区间;
(3)求f(x)的极值.
正确答案
解:(1)f′(x)=x2-2x-3=(x+1)(x-3)…1
f′(2)=-3 …2
(2)令f‘(x)=0,即(x+1)(x-3)=0 解得x=-1或x=3…4
列表
所以,函数f(x)在(-∞,-1),(3,+∞)上是增函数;
在(-1,3)上是减函数 …10
(3)由(2)可得
当x=-1时,函数f(x)取得极大值,且极大值为;当x=3时,函数f(x)取得极小值,且极小值为8 …12
解析
解:(1)f′(x)=x2-2x-3=(x+1)(x-3)…1
f′(2)=-3 …2
(2)令f‘(x)=0,即(x+1)(x-3)=0 解得x=-1或x=3…4
列表
所以,函数f(x)在(-∞,-1),(3,+∞)上是增函数;
在(-1,3)上是减函数 …10
(3)由(2)可得
当x=-1时,函数f(x)取得极大值,且极大值为;当x=3时,函数f(x)取得极小值,且极小值为8 …12
已知函数f(x)=x2+(a-2)x-alnx,其中常数a≠0.
(I)若x=3是函数y=f(x)极值点,求a的值;
(II)当a=-2时,给出两组直线:6x+y+m=0,x-y+n=0,其中m,n为常数,判断这两组直线中是否存在y=f(x)的切线,若存在,求出切线方程;若不存在,请说明理由.
(III)是否存在正实数a,使得关于x的方程f(x)=(3a-2)x+alnx有唯一实数解?若存在,求a的值;若不存在,请说明理由.
正确答案
解:(I)函数f(x)的定义域是(0,+∞)
∵f(x)=x2+(a-2)x-alnx,
∴f′(x)=2x+(a-2)-=
∵x=3是函数y=f(x)的极值点,
∴f′(3)=0,即=0∴a=-6
检验:当a=-6时,f(x)=x2-8x+6lnx,f′(x)=2x-8+=
∴x∈(1,3)时,f′(x)<0,∈(3,+∞)时,f′(x)>0,此时,x=3是函数y=f(x)的极小值点.
∴当x=3是函数的极值点时,a=-6
(II)当a=-2时,f(x)=x2-4x+2lnx(x>0),
∴f′(x)=2(x+-2)≥0
∴曲线f(x)在定义域内的任意一点处的切线的斜率都大于等于0.
∴曲线f(x)可以与x-y+n=0中的一条直线相切
此时切线的斜率是1,
设切点坐标为(x0,f(x0)),则由f′(x0)=1解得x0=或2.
∴切点坐标为(,-2-2ln2),或(2,-4+ln2),
切线方程为x-y-2-2ln2=0或x-y-6+2ln2=0
(III)方程f(x)=(3a-2)x+alnx可化为x2+(a-2)x-alnx=(3a-2)x+alnx
即x2-2ax=2alnx
令函数g(x)=x2-2ax,h(x)=2alnx
∴函数g(x)的图象与函数h(x)的图象当x>0时有唯一交点.
而当a>0时,g(x)图象开口向上,对称轴在y轴右侧,且过原点,
h(x)图象在y轴右侧,为过(1,0)点的增函数,两函数的图象一定有2个交点.
∴不在正实数a,使得关于x的方程f(x)=(3a-2)x+alnx有唯一实数解
解析
解:(I)函数f(x)的定义域是(0,+∞)
∵f(x)=x2+(a-2)x-alnx,
∴f′(x)=2x+(a-2)-=
∵x=3是函数y=f(x)的极值点,
∴f′(3)=0,即=0∴a=-6
检验:当a=-6时,f(x)=x2-8x+6lnx,f′(x)=2x-8+=
∴x∈(1,3)时,f′(x)<0,∈(3,+∞)时,f′(x)>0,此时,x=3是函数y=f(x)的极小值点.
∴当x=3是函数的极值点时,a=-6
(II)当a=-2时,f(x)=x2-4x+2lnx(x>0),
∴f′(x)=2(x+-2)≥0
∴曲线f(x)在定义域内的任意一点处的切线的斜率都大于等于0.
∴曲线f(x)可以与x-y+n=0中的一条直线相切
此时切线的斜率是1,
设切点坐标为(x0,f(x0)),则由f′(x0)=1解得x0=或2.
∴切点坐标为(,-2-2ln2),或(2,-4+ln2),
切线方程为x-y-2-2ln2=0或x-y-6+2ln2=0
(III)方程f(x)=(3a-2)x+alnx可化为x2+(a-2)x-alnx=(3a-2)x+alnx
即x2-2ax=2alnx
令函数g(x)=x2-2ax,h(x)=2alnx
∴函数g(x)的图象与函数h(x)的图象当x>0时有唯一交点.
而当a>0时,g(x)图象开口向上,对称轴在y轴右侧,且过原点,
h(x)图象在y轴右侧,为过(1,0)点的增函数,两函数的图象一定有2个交点.
∴不在正实数a,使得关于x的方程f(x)=(3a-2)x+alnx有唯一实数解
已知函数f(x)=mx+lnx,m∈R
(Ⅰ)求f(x)的极值;
(Ⅱ)求证:f(x)最大值≥2-3.
正确答案
(Ⅰ)解:∵f′(x)=m+,
m≥0时,f′(x)>0,该函数无极值
m<0时,函数在x=-时,函数取得极大值-1-ln(-m),极小值不存在
(Ⅱ)证:由(Ⅰ)得:m<0时,f(x)max=-1-ln(-m),
∴即证-1-ln(-m)≥2-3,
令,
∴m=2-t2,
即证e2-2t≥2-t2
∵-2≤m<0,
∴-≤t≤
,
令y1=e2-2t,y2=2-t2,
当t=时,y1 最小,y1 min=
>0,
当t>0时,y2递减,t=时,y2=0,
∴y1≥y2,
∴f(x)最大值≥2-3.
解析
(Ⅰ)解:∵f′(x)=m+,
m≥0时,f′(x)>0,该函数无极值
m<0时,函数在x=-时,函数取得极大值-1-ln(-m),极小值不存在
(Ⅱ)证:由(Ⅰ)得:m<0时,f(x)max=-1-ln(-m),
∴即证-1-ln(-m)≥2-3,
令,
∴m=2-t2,
即证e2-2t≥2-t2
∵-2≤m<0,
∴-≤t≤
,
令y1=e2-2t,y2=2-t2,
当t=时,y1 最小,y1 min=
>0,
当t>0时,y2递减,t=时,y2=0,
∴y1≥y2,
∴f(x)最大值≥2-3.
已知直线y=a与函数f(x)=x3-3x的图象有相异的三个交点,求常数a的取值范围.
正确答案
解:对函数f(x)=x3-3x求导数,得f‘(x)=3x2-3
令f'(x)=0,得x=±1,
∵x<-1或x>1时,f'(x)>0;-1<x<1时,f'(x)>0
∴函数f(x)的增区间为(-∞,-1)和(1,+∞);减区间为(-1,1)
由此可得函数f(x)的极大值为f(-1)=2,极小值为f(1)=-2
∵直线y=a与函数f(x)=x3-3x的图象有相异的三个交点,
∴常数a应该大于函数f(x)的极小值且小于函数f(x)的极大值,
即常数a取值范围是(-2,2).
解析
解:对函数f(x)=x3-3x求导数,得f‘(x)=3x2-3
令f'(x)=0,得x=±1,
∵x<-1或x>1时,f'(x)>0;-1<x<1时,f'(x)>0
∴函数f(x)的增区间为(-∞,-1)和(1,+∞);减区间为(-1,1)
由此可得函数f(x)的极大值为f(-1)=2,极小值为f(1)=-2
∵直线y=a与函数f(x)=x3-3x的图象有相异的三个交点,
∴常数a应该大于函数f(x)的极小值且小于函数f(x)的极大值,
即常数a取值范围是(-2,2).
f(x)=(x-a)2lnx,a∈R.
(1)x=e是y=f(x)极值点,求a.
(2)求a范围使得对任意x∈(0,3e]恒有f(x)≤4e2.
正确答案
解:(1)f(x)=(x-a)2lnx的导数为f′(x)=2(x-a)lnx+(x-a)2,
由于x=e是y=f(x)的极值点,则f′(e)=0,即有2(e-a)+=0,
解得,a=e或3e,
经检验,a=e或a=3e符合题意,
所以a=e,或a=3e;
(2)①当0<x≤1时,对于任意的实数a,恒有f(x)≤0<4e2成立,
②当1<x≤3e时,由题意,首先有f(3e)=(3e-a)2ln3e≤4e2,
解得3e-≤a≤3e+
,
设f(x)=(x-a)2lnx,
则f′(x)=2(x-a)lnx+(x-a)2=(x-a)(2lnx+1-
),
令h(x)=2lnx+1-,
则h(1)=1-a<0,h(a)=2lna>0且h(3e)=2ln3e+1-
≥2ln3e+1-=2(ln3e-
)>0,
又h(x)在(0,+∞)内单调递增,
∴函数h(x)在(0,+∞)内有唯一零点,记此零点为x0
则1<x0<3e,1<x0<a,
从而当x∈(0,x0)时,f′(x)>0,
当x∈(x0,a)时,f′(x)<0,
当x∈(a,+∞)时,f′(x)>0,即f(x)在(0,x0)内是增函数,
在(x0,a)内是减函数,在(a,+∞)内是增函数
∴要使得对任意的x∈(0,3e],恒有f(x)≤4e2成立,
只要有:,
有h(x0)=2lnx0+1-=0,得a=2x0lnx0+x0,
将它代入f(x0)=(x0-a)2lnx0≤4e2得4x02ln3x0≤4e2
又x0>1,注意到函数4x2ln3x在(1,+∞)上是增函数,故1<x0≤e,
再由a=2x0lnx0+x0,及函数2xlnx+x在(1,+∞)上是增函数,可得1<a≤3e,
由f(3e)=(3e-a)2ln3e≤4e2解得3e-≤a≤3e+
,
∴得3e-≤a≤3e,
综上,a的取值范围为3e-≤a≤3e.
解析
解:(1)f(x)=(x-a)2lnx的导数为f′(x)=2(x-a)lnx+(x-a)2,
由于x=e是y=f(x)的极值点,则f′(e)=0,即有2(e-a)+=0,
解得,a=e或3e,
经检验,a=e或a=3e符合题意,
所以a=e,或a=3e;
(2)①当0<x≤1时,对于任意的实数a,恒有f(x)≤0<4e2成立,
②当1<x≤3e时,由题意,首先有f(3e)=(3e-a)2ln3e≤4e2,
解得3e-≤a≤3e+
,
设f(x)=(x-a)2lnx,
则f′(x)=2(x-a)lnx+(x-a)2=(x-a)(2lnx+1-
),
令h(x)=2lnx+1-,
则h(1)=1-a<0,h(a)=2lna>0且h(3e)=2ln3e+1-
≥2ln3e+1-=2(ln3e-
)>0,
又h(x)在(0,+∞)内单调递增,
∴函数h(x)在(0,+∞)内有唯一零点,记此零点为x0
则1<x0<3e,1<x0<a,
从而当x∈(0,x0)时,f′(x)>0,
当x∈(x0,a)时,f′(x)<0,
当x∈(a,+∞)时,f′(x)>0,即f(x)在(0,x0)内是增函数,
在(x0,a)内是减函数,在(a,+∞)内是增函数
∴要使得对任意的x∈(0,3e],恒有f(x)≤4e2成立,
只要有:,
有h(x0)=2lnx0+1-=0,得a=2x0lnx0+x0,
将它代入f(x0)=(x0-a)2lnx0≤4e2得4x02ln3x0≤4e2
又x0>1,注意到函数4x2ln3x在(1,+∞)上是增函数,故1<x0≤e,
再由a=2x0lnx0+x0,及函数2xlnx+x在(1,+∞)上是增函数,可得1<a≤3e,
由f(3e)=(3e-a)2ln3e≤4e2解得3e-≤a≤3e+
,
∴得3e-≤a≤3e,
综上,a的取值范围为3e-≤a≤3e.
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