- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数
(Ⅰ)求f(x)的单调区间以及极值;
(Ⅱ)函数y=f(x)的图象是否为中心对称图形?如果是,请给出严格证明;如果不是,请说明理由.
正确答案
解:(Ⅰ)
∵x∈(-∞,4)∪(6,+∞)
由f′(x)>0得f(x)在区间(-∞,0]和[10,+∞)上递增
由f′(x)<0得f(x)在区间[0,4)和(6,10]上递减
于是有;
(Ⅱ)因为f(x)图象上取得极值的两点的中点为.
下证,函数f(x)图象关于此点对称.
设f(x)的定义域为D,∀∈D,有:
所以,函数y=f(x)的图象关于点对称.
解析
解:(Ⅰ)
∵x∈(-∞,4)∪(6,+∞)
由f′(x)>0得f(x)在区间(-∞,0]和[10,+∞)上递增
由f′(x)<0得f(x)在区间[0,4)和(6,10]上递减
于是有;
(Ⅱ)因为f(x)图象上取得极值的两点的中点为.
下证,函数f(x)图象关于此点对称.
设f(x)的定义域为D,∀∈D,有:
所以,函数y=f(x)的图象关于点对称.
已知f(x)=(x3-ax)ln(x2+1-a)(a∈R)
(Ⅰ)若方程f(x)=0有3个不同的根,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)在(Ⅰ)的条件下,是否存在实数a,使得f(x)在(0,1)上恰有两个极值点x1,x2,且满足x2=2x1,若存在,求实数a的值,若不存在,说明理由.
正确答案
解:(Ⅰ)由f(x)=0得:x3-ax=0或ln(x2+1-a)=0
可得x=0或x2=a且x2+1-a>0
∵方程f(x)=0有3个不同的根,
∴方程x2=a有两个不同的根
∴a>0
又∵x2+1-a>0,且要保证x能取到0,
∴1-a>0 即a<1
∴0<a<1.
(Ⅱ)∵f′(x)=(3x2-a)ln(x2+1-a)+
令x2=t,设g(t)=(3t-a)ln(t+1-a)+
∴g(0)=-aln(1-a)>0,g(1)=(3-a(ln(2-a)+
∵0<a<1,
∴2-a>1,
∴g(1)>0.g(a)=0,g()=
ln(1-
)-
∵0<a<1,∴g()<0
∴存在t1∈(0,),使得g(t1)=0,另外有a∈(
,1),使得g(a)=0
假设存在实数a,使得f(x)在(0,1)上恰有两个极值点x1,x2,且满足x2=2x1,
则存在x1∈(0,),使得f′(x1)=0,另外有f′(
)=0,即x2=
∴x1=,∴f′(
)=0,即(1-
a)ln(1-
a)+
a=0 (*)
设h(a)=(1-a)ln(1-
a)+
a
∴h′(a)=-aln(1-
a)+
∵0<a<1,∴h′(a)>0,
∴h(a)在(0,1)上是增函数
∴h(a)>h(0)=0
∴方程(*)无解,
即不存在实数a,使得f(x)在(0,1)上恰有两个极值点x1,x2,且满足x2=2x1.
解析
解:(Ⅰ)由f(x)=0得:x3-ax=0或ln(x2+1-a)=0
可得x=0或x2=a且x2+1-a>0
∵方程f(x)=0有3个不同的根,
∴方程x2=a有两个不同的根
∴a>0
又∵x2+1-a>0,且要保证x能取到0,
∴1-a>0 即a<1
∴0<a<1.
(Ⅱ)∵f′(x)=(3x2-a)ln(x2+1-a)+
令x2=t,设g(t)=(3t-a)ln(t+1-a)+
∴g(0)=-aln(1-a)>0,g(1)=(3-a(ln(2-a)+
∵0<a<1,
∴2-a>1,
∴g(1)>0.g(a)=0,g()=
ln(1-
)-
∵0<a<1,∴g()<0
∴存在t1∈(0,),使得g(t1)=0,另外有a∈(
,1),使得g(a)=0
假设存在实数a,使得f(x)在(0,1)上恰有两个极值点x1,x2,且满足x2=2x1,
则存在x1∈(0,),使得f′(x1)=0,另外有f′(
)=0,即x2=
∴x1=,∴f′(
)=0,即(1-
a)ln(1-
a)+
a=0 (*)
设h(a)=(1-a)ln(1-
a)+
a
∴h′(a)=-aln(1-
a)+
∵0<a<1,∴h′(a)>0,
∴h(a)在(0,1)上是增函数
∴h(a)>h(0)=0
∴方程(*)无解,
即不存在实数a,使得f(x)在(0,1)上恰有两个极值点x1,x2,且满足x2=2x1.
设函数f(x)=x2+bln(x+1),其中b≠0.
(1)当b>时,判断函数f(x)在定义域上的单调性;
(2)求函数f(x)的极值点;
(3)证明对任意的正整数n,不等式都成立.
正确答案
解:(1)f(x)=x2+bln(x+1)的定义域为(-1,+∞),
f′(x)=2x+=
,
令g(x)=2x2+2x+b,
则g(x)在(-1,-)上递减,(-
,+∞)上递增;
∴gmin(x)=g(-)=-
+b>0;
从而g(x)=2x2+2x+b>0在(-1,+∞)上恒成立,
∴f′(x)>0;
即当b>时,f(x)在(-1,+∞)上单调递增;
(2)①当b≥时,由(1)知函数没有极值点;
②当b<时,解f′(x)=0得两个不同的解,
x1=,x2=
;
若b<0,由于x1=<-1,x2=
>-1;
∴f(x)在(-1,+∞)上有唯一的极小值点x2=;
若0<b<时,x1=
>-1,x2=
>-1;
∴f(x)在x1=取得极大值,在x2=
取得极小值;
综上所述,当b<0时,f(x)在(-1,+∞)上有唯一的极小值点x2=;
当0<b<时,f(x)有极大值点x1=
,极小值点x2=
;
当b≥时,函数没有极值点;
(3)证明:取b=-1,则f(x)=x2-ln(x+1),
令h(x)=x3-f(x)=x3-x2+ln(x+1),
则h′(x)=>0在[0,+∞)上恒成立,
故h(x)在[0,+∞)上单调递增,
故当x∈(0,+∞)时,恒有h(x)>h(0)=0;
即恒有ln(x+1)>x2-x3;
故对任意的正整数n,不等式都成立.
解析
解:(1)f(x)=x2+bln(x+1)的定义域为(-1,+∞),
f′(x)=2x+=
,
令g(x)=2x2+2x+b,
则g(x)在(-1,-)上递减,(-
,+∞)上递增;
∴gmin(x)=g(-)=-
+b>0;
从而g(x)=2x2+2x+b>0在(-1,+∞)上恒成立,
∴f′(x)>0;
即当b>时,f(x)在(-1,+∞)上单调递增;
(2)①当b≥时,由(1)知函数没有极值点;
②当b<时,解f′(x)=0得两个不同的解,
x1=,x2=
;
若b<0,由于x1=<-1,x2=
>-1;
∴f(x)在(-1,+∞)上有唯一的极小值点x2=;
若0<b<时,x1=
>-1,x2=
>-1;
∴f(x)在x1=取得极大值,在x2=
取得极小值;
综上所述,当b<0时,f(x)在(-1,+∞)上有唯一的极小值点x2=;
当0<b<时,f(x)有极大值点x1=
,极小值点x2=
;
当b≥时,函数没有极值点;
(3)证明:取b=-1,则f(x)=x2-ln(x+1),
令h(x)=x3-f(x)=x3-x2+ln(x+1),
则h′(x)=>0在[0,+∞)上恒成立,
故h(x)在[0,+∞)上单调递增,
故当x∈(0,+∞)时,恒有h(x)>h(0)=0;
即恒有ln(x+1)>x2-x3;
故对任意的正整数n,不等式都成立.
设函数f(x)=ax3+bx2+cx+d(a、b、c、d∈R)满足:∀x∈R都有f(x)+f(-x)=0,且x=1时,f(x)取极小值.
(1)f(x)的解析式;
(2)当x∈[-1,1]时,证明:函数图象上任意两点处的切线不可能互相垂直:
(3)设F(x)=|xf(x)|,证明:时,
.
正确答案
解:(1)因为,∀x∈R,f(-x)=-f(x)成立,所以:b=d=0,
由:f‘(1)=0,得3a+c=0,
由:,得
(3分)
解之得:,c=-1从而,
函数解析式为:(5分)
(2)由于,f'(x)=x2-1,
设:任意两数x1,x2∈[-1,1]是函数f(x)图象上两点的横坐标,
则这两点的切线的斜率分别是:k1=f'(x1)=x12-1,k2=f'(x2)=x22-1
又因为:-1≤x1≤1,-1≤x2≤1,所以,k1≤0,k2≤0,得:k1k2≥0知:k1k2≠-1
故,当x∈[-1,1]是函数f(x)图象上任意两点的切线不可能垂直(10分)
(3)当:时,x2∈(0,3)且3-x2>0此时F(x)=|xf(x)|=
=
=
当且仅当:x2=3-x2,即,取等号,故;
(14分)
解析
解:(1)因为,∀x∈R,f(-x)=-f(x)成立,所以:b=d=0,
由:f‘(1)=0,得3a+c=0,
由:,得
(3分)
解之得:,c=-1从而,
函数解析式为:(5分)
(2)由于,f'(x)=x2-1,
设:任意两数x1,x2∈[-1,1]是函数f(x)图象上两点的横坐标,
则这两点的切线的斜率分别是:k1=f'(x1)=x12-1,k2=f'(x2)=x22-1
又因为:-1≤x1≤1,-1≤x2≤1,所以,k1≤0,k2≤0,得:k1k2≥0知:k1k2≠-1
故,当x∈[-1,1]是函数f(x)图象上任意两点的切线不可能垂直(10分)
(3)当:时,x2∈(0,3)且3-x2>0此时F(x)=|xf(x)|=
=
=
当且仅当:x2=3-x2,即,取等号,故;
(14分)
已知函数f(x)=lnx-ax+1,x∈(0,+∞),a∈R)
(1)谈论函数f(x)在定义域内的极值点的个数
(2)设g(x)=mx-1(m>0),在a=1时,求方程f(x)-g(x)=0的解的个数
(3)求证:(1+)(1+
)(1+
)…[1+
<
,(其中n∈N*,e是自然对数的底)
正确答案
解:(1)函数f(x)=lnx-ax+1的导数为f′(x)=-a,
当a≤0时,f′(x)>0恒成立,f(x)在(0,+∞)递增,无极值点;
当a>0时,x>时,f′(x)<0,f(x)递减,当0<x<
时,f′(x)>0,f(x)递增.
f(x)在x=处取得极大值,无极小值,则极值点为1个,
综上可得a>0,f(x)有一个极值点;a≤0时,f(x)无极值点.
(2)方程f(x)-g(x)=0,即为lnx+2-(m+1)x=0,
令h(x)=lnx+2-(m+1)x,h′(x)=-(m+1),
由m>0,则可得x=处导数左正右负,
h(x)取得极大值,也为最大值,且为1-ln(m+1),
若1-ln(1+m)<0,即有m>e-1,方程f(x)-g(x)=0的解的个数为0;
若1-ln(1+m)=0,即有m=e-1,方程f(x)-g(x)=0的解的个数为1;
若1-ln(1+m)>0,即有0<m<e-1,方程f(x)-g(x)=0的解的个数为2.
(3)证明:令m(x)=ln(x+1)-x,x>0,
m′(x)=-1=
,当x>0时,m′(x)<0,m(x)递减,
即有m(x)≤m(0)=0,
即ln(1+x)≤x.
令x=,则ln(1+
)<
=
(
-
),
即有ln(1+)+ln(1+
)+ln(1+
)+…+ln[1+
<(
-
+
-
+
-
+…+
-
)=
(-
)<
.
则有(1+)(1+
)(1+
)•…•[1+
<
成立.
解析
解:(1)函数f(x)=lnx-ax+1的导数为f′(x)=-a,
当a≤0时,f′(x)>0恒成立,f(x)在(0,+∞)递增,无极值点;
当a>0时,x>时,f′(x)<0,f(x)递减,当0<x<
时,f′(x)>0,f(x)递增.
f(x)在x=处取得极大值,无极小值,则极值点为1个,
综上可得a>0,f(x)有一个极值点;a≤0时,f(x)无极值点.
(2)方程f(x)-g(x)=0,即为lnx+2-(m+1)x=0,
令h(x)=lnx+2-(m+1)x,h′(x)=-(m+1),
由m>0,则可得x=处导数左正右负,
h(x)取得极大值,也为最大值,且为1-ln(m+1),
若1-ln(1+m)<0,即有m>e-1,方程f(x)-g(x)=0的解的个数为0;
若1-ln(1+m)=0,即有m=e-1,方程f(x)-g(x)=0的解的个数为1;
若1-ln(1+m)>0,即有0<m<e-1,方程f(x)-g(x)=0的解的个数为2.
(3)证明:令m(x)=ln(x+1)-x,x>0,
m′(x)=-1=
,当x>0时,m′(x)<0,m(x)递减,
即有m(x)≤m(0)=0,
即ln(1+x)≤x.
令x=,则ln(1+
)<
=
(
-
),
即有ln(1+)+ln(1+
)+ln(1+
)+…+ln[1+
<(
-
+
-
+
-
+…+
-
)=
(-
)<
.
则有(1+)(1+
)(1+
)•…•[1+
<
成立.
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