- 函数的极值与导数的关系
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已知函数f(x)=lnx+(a∈R).
(1)当a=时,求函数f(x)的单调区间;
(2)若函数f(x)的无极值点,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1)函数f(x)的定义域为(0,+∞),
,
当时,
.
令f‘(x)=0,则或x=2.
于是得下表:
当时,函数f(x)的单调递增区间为,(2,+∞),单调递减区间为.
(2)令g(x)=x2+(2-a)x+1,
①当△=(2-a)2-4=a2-4a≤0,即0≤a≤4时,f'(x)≥0恒成立,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,此时无极值点;
②当即a<0时,方程x2+(2-a)x+1=0有两个不相等的负实根,则函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,此时无极值点.
综上可得:实数a的取值范围为(-∞,4].
解析
解:(1)函数f(x)的定义域为(0,+∞),
,
当时,
.
令f‘(x)=0,则或x=2.
于是得下表:
当时,函数f(x)的单调递增区间为,(2,+∞),单调递减区间为.
(2)令g(x)=x2+(2-a)x+1,
①当△=(2-a)2-4=a2-4a≤0,即0≤a≤4时,f'(x)≥0恒成立,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,此时无极值点;
②当即a<0时,方程x2+(2-a)x+1=0有两个不相等的负实根,则函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,此时无极值点.
综上可得:实数a的取值范围为(-∞,4].
已知函数f(x)=x-alnx,g(x)=-,(a∈R).
(Ⅰ)若a=1,求函数f(x)的极值;
(Ⅱ)设函数h(x)=f(x)-g(x),求函数h(x)的单调区间;
(Ⅲ)若在[1,e](e=2.718…)上存在一点x0,使得f(x0)<g(x0)成立,求a的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)f(x)的定义域为(0,+∞),(1分)
当a=1时,f(x)=x-lnx,,(2分)
(3分)
所以f(x)在x=1处取得极小值1.(4分)
(Ⅱ),
(6分)
①当a+1>0时,即a>-1时,在(0,1+a)上h‘(x)<0,在(1+a,+∞)上h'(x)>0,
所以h(x)在(0,1+a)上单调递减,在(1+a,+∞)上单调递增;(7分)
②当1+a≤0,即a≤-1时,在(0,+∞)上h'(x)>0,
所以,函数h(x)在(0,+∞)上单调递增.(8分)
( III)在[1,e]上存在一点x0,使得f(x0)<g(x0)成立,即
在[1,e]上存在一点x0,使得h(x0)<0,
即函数在[1,e]上的最大值小于零.(9分)
由(Ⅱ)可知
①即1+a≥e,即a≥e-1时,h(x)在[1,e]上单调递增,
所以h(x)的最小值为h(e),
由可得
,
因为,
所以;(10分)
②当1+a≤1,即a≤0时,h(x)在[1,e]上单调递增,
所以h(x)最小值为h(1),由h(1)=1+1+a<0可得a<-2;(11分)
③当1<1+a<e,即0<a<e-1时,可得h(x)最小值为h(1+a),
因为0<ln(1+a)<1,
所以,0<aln(1+a)<a
故h(1+a)=2+a-aln(1+a)>2
此时,h(1+a)<0不成立.(12分)
综上讨论可得所求a的范围是:或a<-2.(13分)
解析
解:(Ⅰ)f(x)的定义域为(0,+∞),(1分)
当a=1时,f(x)=x-lnx,,(2分)
(3分)
所以f(x)在x=1处取得极小值1.(4分)
(Ⅱ),
(6分)
①当a+1>0时,即a>-1时,在(0,1+a)上h‘(x)<0,在(1+a,+∞)上h'(x)>0,
所以h(x)在(0,1+a)上单调递减,在(1+a,+∞)上单调递增;(7分)
②当1+a≤0,即a≤-1时,在(0,+∞)上h'(x)>0,
所以,函数h(x)在(0,+∞)上单调递增.(8分)
( III)在[1,e]上存在一点x0,使得f(x0)<g(x0)成立,即
在[1,e]上存在一点x0,使得h(x0)<0,
即函数在[1,e]上的最大值小于零.(9分)
由(Ⅱ)可知
①即1+a≥e,即a≥e-1时,h(x)在[1,e]上单调递增,
所以h(x)的最小值为h(e),
由可得
,
因为,
所以;(10分)
②当1+a≤1,即a≤0时,h(x)在[1,e]上单调递增,
所以h(x)最小值为h(1),由h(1)=1+1+a<0可得a<-2;(11分)
③当1<1+a<e,即0<a<e-1时,可得h(x)最小值为h(1+a),
因为0<ln(1+a)<1,
所以,0<aln(1+a)<a
故h(1+a)=2+a-aln(1+a)>2
此时,h(1+a)<0不成立.(12分)
综上讨论可得所求a的范围是:或a<-2.(13分)
函数f(x)=-x3+ax2(a∈R).
(1)当a>0时,求函数y=f(x)的极值;
(2)若x∈[0,1]时,函数y=f(x)图象上任意一点处的切线倾斜角为θ,求当0≤θ≤时a的取值范围.
正确答案
解:(1)由f′(x)=-3x2+2ax,令f′(x)=0,得x=0,或x=a.a>0.
∴当x变化时,f′(x)、f(x)的变化情况如下表:
∴y极小值=f(0)=0.y极大值==-a3+a3=.
(2)当x∈[0,1]时,tanθ=f′(x)=-3x2+2ax,由θ∈[0,],得0≤f′(x)≤1,
即x∈[0,1]时,0≤-3x2+2ax≤1恒成立.
当x=0时,a∈R.
当x∈(0,1]时,由-3x2+2ax≥0恒成立,可知a.
由-3x2+2ax≤1恒成立,得a≤(3x+),∴a≤(等号在x=时取得).
综上:≤a≤.
解析
解:(1)由f′(x)=-3x2+2ax,令f′(x)=0,得x=0,或x=a.a>0.
∴当x变化时,f′(x)、f(x)的变化情况如下表:
∴y极小值=f(0)=0.y极大值==-a3+a3=.
(2)当x∈[0,1]时,tanθ=f′(x)=-3x2+2ax,由θ∈[0,],得0≤f′(x)≤1,
即x∈[0,1]时,0≤-3x2+2ax≤1恒成立.
当x=0时,a∈R.
当x∈(0,1]时,由-3x2+2ax≥0恒成立,可知a.
由-3x2+2ax≤1恒成立,得a≤(3x+),∴a≤(等号在x=时取得).
综上:≤a≤.
函数f(x)=x3+3x2+3x-a的极值个数是( )
正确答案
解析
解:因f′(x)=3x2+6x+3=3(x+1)2≥0,
∴f(x)为增函数,无极值点.
故选C.
函数f(x)=ax3+x2+x+1有极值的充要条件是( )
正确答案
解析
解:求得导函数f′(x)=3ax2+2x+1,
若a≠0,三次函数f(x)有极值,则f′(x)=0有不相等的两个解,
∴△=4-12a>0,∴a<,
若a=0,导函数f′(x)=3ax2+2x+1=2x+1
令f′(x)>0,则x;令f′(x)<0,则x
;
∴函数在x=-处取得极小值.
故选C
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