- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c的图象经过原点,且在x=1处取得极大值.
(Ⅰ)求实数a的取值范围;
(Ⅱ)若方程f(x)=-恰好有两个不同的根,求f(x)的解析式;
(Ⅲ)对于(2)中的函数f(x),若对于任意实数α和β恒有不等式|f(2sinα)-f(2sinβ)|≤m成立,求m的最小值.
正确答案
解:(Ⅰ)f(0)=0⇒c=0,f‘(x)=3x2+2ax+b,f'(1)=0⇒b=-2a-3,…2分
∴f'(x)=3x2+2ax-(2a+3)=(x-1)(3x+2a+3),
由f'(x)=0⇒x=1或
因为当x=1时取得极大值,所以,
所以a的取值范围是:(-∞,-3);…4分
(Ⅱ)由下表:
…7分
画出f(x)的简图:
依题意得:,
解得:a=-9,
所以函数f(x)的解析式是:f(x)=x3-9x2+15x;…9分
(Ⅲ)对任意的实数α,β都有-2≤2sinα≤2,-2≤2sinβ≤2,
依题意有:函数f(x)在区间[-2,2]上的最大值与最小值的差不大于m,…10分
在区间[-2,2]上有:f(-2)=-8-36-30=-74f(1)=7,
f(2)=8-36+30=2f(x)的最大值是f(1)=7,
f(x)的最小值是f(-2)=-8-36-30=-74,…13分
所以m≥81即m的最小值是81.…14分.
解析
解:(Ⅰ)f(0)=0⇒c=0,f‘(x)=3x2+2ax+b,f'(1)=0⇒b=-2a-3,…2分
∴f'(x)=3x2+2ax-(2a+3)=(x-1)(3x+2a+3),
由f'(x)=0⇒x=1或
因为当x=1时取得极大值,所以,
所以a的取值范围是:(-∞,-3);…4分
(Ⅱ)由下表:
…7分
画出f(x)的简图:
依题意得:,
解得:a=-9,
所以函数f(x)的解析式是:f(x)=x3-9x2+15x;…9分
(Ⅲ)对任意的实数α,β都有-2≤2sinα≤2,-2≤2sinβ≤2,
依题意有:函数f(x)在区间[-2,2]上的最大值与最小值的差不大于m,…10分
在区间[-2,2]上有:f(-2)=-8-36-30=-74f(1)=7,
f(2)=8-36+30=2f(x)的最大值是f(1)=7,
f(x)的最小值是f(-2)=-8-36-30=-74,…13分
所以m≥81即m的最小值是81.…14分.
若函数f(x)=ax3-bx+4,当x=2时,函数f(x)有极值为,
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
(Ⅱ)若f(x)=k有3个解,求实数k的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)f′(x)=3ax2-b
由题意;,解得
,
∴所求的解析式为
(Ⅱ)由(1)可得f′(x)=x2-4=(x-2)(x+2)
令f′(x)=0,得x=2或x=-2,
∴当x<-2时,f′(x)>0,当-2<x<2时,f′(x)<0,当x>2时,f′(x)>0
因此,当x=-2时,f(x)有极大值,
当x=2时,f(x)有极小值,
∴函数的图象大致如图.
由图可知:.
解析
解:(Ⅰ)f′(x)=3ax2-b
由题意;,解得
,
∴所求的解析式为
(Ⅱ)由(1)可得f′(x)=x2-4=(x-2)(x+2)
令f′(x)=0,得x=2或x=-2,
∴当x<-2时,f′(x)>0,当-2<x<2时,f′(x)<0,当x>2时,f′(x)>0
因此,当x=-2时,f(x)有极大值,
当x=2时,f(x)有极小值,
∴函数的图象大致如图.
由图可知:.
已知函数f(x)=(其中a为常数).
(1)当a=0时,求函数的单调区间;
(2)当a=1时,对于任意大于1的实数x,恒有f(x)≥k成立,求实数k的取值范围;
(3)当0<a<1时,设函数f(x)的3个极值点为x1,x2,x3,且x1<x2<x3,求证:x1+x3>.
正确答案
解:(1).
令f′(x)0可得x=,
∴函数在(0,1),(1,)上函数单调递减,在(
,+∞)上函数单调递增,
∴单调减区间为(0,1),(1,);增区间为(
,+∞);
(2)x>1时,f(x)≥k,即(x-1)2-klnx≥0成立,
令g(x)=(x-1)2-klnx,则g′(x)=,
∵x>1,∴2x2-2x=2x(x-1)>0
①k≤0,g′(x)>0,∴g(x)在(1,+∞)上是增函数,
∴x>1时,g(x)>g(1)=0,满足题意;
②k>0时,令g′(x)=0,解得x1=<0,x2=
>1,
∴x∈(1,x2),g′(x)<0,g(x)在(1,x2)上是减函数,
∴x∈(1,x2),g(x)<g(1)=0,不合题意,舍去,
综上可得,k≤0;
(3)由题,f′(x)=
对于函数h(x)=2lnx+-1,有h′(x)=
∴函数h(x)在(0,)上单调递减,在(
,+∞)上单调递增
∵函数f(x)有3个极值点x1<x2<x3,
从而hmin(x)=h()=2ln
+1<0,所以a<
,
当0<a<1时,h(a)=2lna<0,h(1)=a-1<0,
∴函数f(x)的递增区间有(x1,a)和(x3,+∞),递减区间有(0,x1),(a,1),(1,x3),
此时,函数f(x)有3个极值点,且x2=a;
∴当0<a<1时,x1,x3是函数的两个零点;
即有,消去a有2x1lnx1-x1=2x3lnx3-x3
令g(x)=2xlnx-x,g‘(x)=2lnx+1有零点x=,且
∴函数g(x)=2xlnx-x在(0,)上递减,在(
,+∞)上递增
证明x1+x3>⇔x3>
-x1⇔g(x3)>g(
-x1)
∵g(x1)=g(x3),∴即证g(x1)>g(-x1)
构造函数F(x)=g(x)>g(-x),则F(
)=0
只需要证明x∈(0,]单调递减即可.
而F′(x)=2lnx+2ln(-x)+2,F″(x)>0,
∴F'(x)在上单调递增,∴
∴当0<a<1时,.(14分)
解析
解:(1).
令f′(x)0可得x=,
∴函数在(0,1),(1,)上函数单调递减,在(
,+∞)上函数单调递增,
∴单调减区间为(0,1),(1,);增区间为(
,+∞);
(2)x>1时,f(x)≥k,即(x-1)2-klnx≥0成立,
令g(x)=(x-1)2-klnx,则g′(x)=,
∵x>1,∴2x2-2x=2x(x-1)>0
①k≤0,g′(x)>0,∴g(x)在(1,+∞)上是增函数,
∴x>1时,g(x)>g(1)=0,满足题意;
②k>0时,令g′(x)=0,解得x1=<0,x2=
>1,
∴x∈(1,x2),g′(x)<0,g(x)在(1,x2)上是减函数,
∴x∈(1,x2),g(x)<g(1)=0,不合题意,舍去,
综上可得,k≤0;
(3)由题,f′(x)=
对于函数h(x)=2lnx+-1,有h′(x)=
∴函数h(x)在(0,)上单调递减,在(
,+∞)上单调递增
∵函数f(x)有3个极值点x1<x2<x3,
从而hmin(x)=h()=2ln
+1<0,所以a<
,
当0<a<1时,h(a)=2lna<0,h(1)=a-1<0,
∴函数f(x)的递增区间有(x1,a)和(x3,+∞),递减区间有(0,x1),(a,1),(1,x3),
此时,函数f(x)有3个极值点,且x2=a;
∴当0<a<1时,x1,x3是函数的两个零点;
即有,消去a有2x1lnx1-x1=2x3lnx3-x3
令g(x)=2xlnx-x,g‘(x)=2lnx+1有零点x=,且
∴函数g(x)=2xlnx-x在(0,)上递减,在(
,+∞)上递增
证明x1+x3>⇔x3>
-x1⇔g(x3)>g(
-x1)
∵g(x1)=g(x3),∴即证g(x1)>g(-x1)
构造函数F(x)=g(x)>g(-x),则F(
)=0
只需要证明x∈(0,]单调递减即可.
而F′(x)=2lnx+2ln(-x)+2,F″(x)>0,
∴F'(x)在上单调递增,∴
∴当0<a<1时,.(14分)
已知函数f(x)=x(x-a)(x-b),点A(s,f(s)),B(t,f(t)).
(1)若a=0,b=3,函数f(x)在(t,t+3)上既能取到极大值,又能取到极小值,求t的取值范围;
(2)当a=0时,对任意的
恒成立,求b的取值范围;
(3)若0<a<b,函数f(x)在x=s和x=t处取得极值,且,O是坐标原点,证明:直线OA与直线OB不可能垂直.
正确答案
(1)当a=0,b=3时,f(x)=x3-3x2,f‘(x)=3x2-6x,
令f'(x)=0得x=0,2,根据导数的符号可以得出函数f(x)在x=0处取得极大值,在x=2处取得极小值.
函数f(x)在(t,t+3)上既能取到极大值,又能取到极小值,
则只要t<0且t+3>2即可,即只要-1<t<0即可.所以t的取值范围是(-1,0).(4分)
(2)当a=0时,对任意的
恒成立,
即x2-bx+lnx+1≥0对任意的恒成立,也即
在对任意的
恒成立.
令,
则.
记m(x)=x2-lnx,则,则这个函数在其定义域内有唯一的极小值点
,
故也是最小值点,所以,
从而g'(x)>0,所以函数g(x)在单调递增.
函数.故只要
即可.
所以b的取值范围是.(8分)
(3)假设,即
,即(s,f(s))•(t,f(t))=st+f(s)f(t)=0,
故(s-a)(s-b)(t-a)(t-b)=-1,
即[st-(s+t)a+a2][st-(s+t)b+b2]=-1.
由于s,t是方程f'(x)=0的两个根,
故.
代入上式得ab(a-b)2=9.,
即,与
矛盾,
所以直线OA与直线OB不可能垂直.
解析
(1)当a=0,b=3时,f(x)=x3-3x2,f‘(x)=3x2-6x,
令f'(x)=0得x=0,2,根据导数的符号可以得出函数f(x)在x=0处取得极大值,在x=2处取得极小值.
函数f(x)在(t,t+3)上既能取到极大值,又能取到极小值,
则只要t<0且t+3>2即可,即只要-1<t<0即可.所以t的取值范围是(-1,0).(4分)
(2)当a=0时,对任意的
恒成立,
即x2-bx+lnx+1≥0对任意的恒成立,也即
在对任意的
恒成立.
令,
则.
记m(x)=x2-lnx,则,则这个函数在其定义域内有唯一的极小值点
,
故也是最小值点,所以,
从而g'(x)>0,所以函数g(x)在单调递增.
函数.故只要
即可.
所以b的取值范围是.(8分)
(3)假设,即
,即(s,f(s))•(t,f(t))=st+f(s)f(t)=0,
故(s-a)(s-b)(t-a)(t-b)=-1,
即[st-(s+t)a+a2][st-(s+t)b+b2]=-1.
由于s,t是方程f'(x)=0的两个根,
故.
代入上式得ab(a-b)2=9.,
即,与
矛盾,
所以直线OA与直线OB不可能垂直.
下列函数存在极值的是( )
正确答案
解析
解析:y=在定义域上不连续,且x>0时单调递减,x<0时也单调递减,故A错;
y=x3是单调函数.故D错;
y=2是常数函数,不存在极值,故C错.
故选B.
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