- 函数的极值与导数的关系
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若方程x3-x2+ax-a=0恰有唯一解,则实数a的取值范围为______.
正确答案
(0,+∞)
解析
解:由题意设f(x)=x3-x2+ax-a,∴f′(x)=x2-2x+a,
△=4-4a=4(1-a),
①当a≥1时,△≤0,f′(x)≥0,
∴f(x)在R上是增函数,且f(0)=-a<0,
∴f(x)存在唯一的零点,则方程x3-x2+ax-a=0恰有唯一解;
②当a<1时,△>0,由x2-2x+a=0得,、
,
当x>或x<
时,f′(x)>0;
当<x<
时,f′(x)<0,
∴函数f(x)在(-∞,)、(
,+∞)上单调递增,
在(,
)上单调递减,
∴当x=时,f(x)取极大值f(
)=
-a
==
,
当x=时,f(x)取极小值f(
)=
-a
==
,
∵f(x)存在唯一的零点,∴或
,
解得0<a<1,
综上所述,实数a的取值范围是(0,+∞),
设a∈R,函数f(x)=ax3-3x2.
(1)若x=2是函数y=f(x)的极值点,求实数a的值;
(2)若函数g(x)=exf(x)在[0,2]上是单调减函数,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)f‘(x)=3ax2-6x=3x(ax-2).
因为x=2是函数y=f(x)的极值点,所以f'(2)=0,即6(2a-2)=0,
所以a=1.经检验,当a=1时,x=2是函数y=f(x)的极值点.
即a=1.(6分)
(Ⅱ)由题设,g′(x)=ex(ax3-3x2+3ax2-6x),又ex>0,
所以,∀x∈(0,2],ax3-3x2+3ax2-6x≤0,
这等价于,不等式对x∈(0,2]恒成立.
令(x∈(0,2]),
则,
所以h(x)在区间(0,2]上是减函数,
所以h(x)的最小值为.
所以.即实数a的取值范围为
.(13分)
解析
解:(Ⅰ)f‘(x)=3ax2-6x=3x(ax-2).
因为x=2是函数y=f(x)的极值点,所以f'(2)=0,即6(2a-2)=0,
所以a=1.经检验,当a=1时,x=2是函数y=f(x)的极值点.
即a=1.(6分)
(Ⅱ)由题设,g′(x)=ex(ax3-3x2+3ax2-6x),又ex>0,
所以,∀x∈(0,2],ax3-3x2+3ax2-6x≤0,
这等价于,不等式对x∈(0,2]恒成立.
令(x∈(0,2]),
则,
所以h(x)在区间(0,2]上是减函数,
所以h(x)的最小值为.
所以.即实数a的取值范围为
.(13分)
已知函数f(x)=ax3+bx2+cx(a,b,c∈R).
(Ⅰ)当a>0时,f(x)在x=1处有极大值2,试讨论f(x)在[0,2]上的单调性.
(Ⅱ)若f(x)为[-2,2]上的奇函数,且任意的x∈[-2,2]恒有|f(x)|≤2,求c的最大值.
正确答案
解:(I)f′(x)=3ax2+2bx+c,由于f(x)在x=1处有极大值2,则,即
,则c=a+4,b=-2-2a,从而
.
由于f(x)在x=1处有极大值,且a>0,则,即0<a<2.
(1)当,即
时,x∈(0,1)时,f′(x)>0,∴f(x)在[0,1)上单调递增;
x∈(1,)时,f′(x)<0,∴f(x)在[1,
)上单调递减;
x∈()时,f′(x)>0,∴f(x)在[
,2]上单调递增.
(2)当,即
时,x∈(0,1)时,f′(x)>0,∴f(x)在[0,1]上单调递增;
x∈(1,2)时,f′(x)<0,∴f(x)在(1,2]上单调递减.
(II)由于f(x)为[-2,2]上的奇函数,从而b=0,从而f(x)=ax3+cx,
要使得任意的x∈[-2,2]恒有|f(x)|≤2,则只需任意的x∈[0,2]时|f(x)|≤2恒成立.
显然要使得c取最大值,则c>0.
(1)当a≥0时,则当x∈[0,2]时,f′(x)>0,故f(x)在[0,2]上单调递增.由于任意的x∈[0,2]恒有|f(x)|≤2,则只需f(2)=8a+2c≤2,从而c≤1-4a≤1,即c的最大可能值为1.
(2)当a<0时,则f′(x)=3ax2+c,令3ax2+c=0,x=±.
i)当时,当x∈[0,2]时,恒有f′(x)≥0,故f(x)在[0,2]上单调递增.要使得任意的x∈[0,2]恒有|f(x)|≤2,则只需f(2)=8a+2c≤2,从而c≤1-4a.
考虑到,即
,从而
,故
,即c的最大可能值为
.
ii)当时,则当
时,有f′(x)≥0;当
时,有f‘(x)≤0,从而f(x)在
上单调递增,在
上单调递减,故要使得任意的x∈[0,2]恒有|f(x)|≤2,则只需
,且f(2)=8a+2c≥-2
即c3≤-27a,且,故
,即(c-3)(4c2+12c+9)=(c-3)(2c+3)2≤0
故c≤3,即c的最大可能值为3.
由上述可知,c的最大可能值为3.下面我们再证明c=3是可取的,令f(x)=-x3+3x,x∈[-2,2],则f′(x)=-3x2+3=-3(x-1)(x+1),则当f′(x)≥0时有-1≤x≤1,故f(x)在[-2,-1]单调递减,在[-1,1]上单调递增,在[1,2]上单调递减,故fmax=max{f(-2),f(1)}=max{2,2}=2,fmin=min{f(-1),f(2)}=min{-2,-2}=-2
从而任意的x∈[-2,2]恒有|f(x)|≤2成立.
综合上述,实数c的最大值为3.
解析
解:(I)f′(x)=3ax2+2bx+c,由于f(x)在x=1处有极大值2,则,即
,则c=a+4,b=-2-2a,从而
.
由于f(x)在x=1处有极大值,且a>0,则,即0<a<2.
(1)当,即
时,x∈(0,1)时,f′(x)>0,∴f(x)在[0,1)上单调递增;
x∈(1,)时,f′(x)<0,∴f(x)在[1,
)上单调递减;
x∈()时,f′(x)>0,∴f(x)在[
,2]上单调递增.
(2)当,即
时,x∈(0,1)时,f′(x)>0,∴f(x)在[0,1]上单调递增;
x∈(1,2)时,f′(x)<0,∴f(x)在(1,2]上单调递减.
(II)由于f(x)为[-2,2]上的奇函数,从而b=0,从而f(x)=ax3+cx,
要使得任意的x∈[-2,2]恒有|f(x)|≤2,则只需任意的x∈[0,2]时|f(x)|≤2恒成立.
显然要使得c取最大值,则c>0.
(1)当a≥0时,则当x∈[0,2]时,f′(x)>0,故f(x)在[0,2]上单调递增.由于任意的x∈[0,2]恒有|f(x)|≤2,则只需f(2)=8a+2c≤2,从而c≤1-4a≤1,即c的最大可能值为1.
(2)当a<0时,则f′(x)=3ax2+c,令3ax2+c=0,x=±.
i)当时,当x∈[0,2]时,恒有f′(x)≥0,故f(x)在[0,2]上单调递增.要使得任意的x∈[0,2]恒有|f(x)|≤2,则只需f(2)=8a+2c≤2,从而c≤1-4a.
考虑到,即
,从而
,故
,即c的最大可能值为
.
ii)当时,则当
时,有f′(x)≥0;当
时,有f‘(x)≤0,从而f(x)在
上单调递增,在
上单调递减,故要使得任意的x∈[0,2]恒有|f(x)|≤2,则只需
,且f(2)=8a+2c≥-2
即c3≤-27a,且,故
,即(c-3)(4c2+12c+9)=(c-3)(2c+3)2≤0
故c≤3,即c的最大可能值为3.
由上述可知,c的最大可能值为3.下面我们再证明c=3是可取的,令f(x)=-x3+3x,x∈[-2,2],则f′(x)=-3x2+3=-3(x-1)(x+1),则当f′(x)≥0时有-1≤x≤1,故f(x)在[-2,-1]单调递减,在[-1,1]上单调递增,在[1,2]上单调递减,故fmax=max{f(-2),f(1)}=max{2,2}=2,fmin=min{f(-1),f(2)}=min{-2,-2}=-2
从而任意的x∈[-2,2]恒有|f(x)|≤2成立.
综合上述,实数c的最大值为3.
设a∈R,若函数y=ex+1+ax(x∈R)有大于0的极值点,则( )
正确答案
解析
解:∵y=ex+1+ax,
∴y‘=ex+1+a.
由题意知ex+a=0有大于0的实根,
由ex+1=-a,得a=-ex+1,
∵x>0,
∴ex+1>e.
∴a<-e.
故选:A.
已知函数f(x)=x3-ax+b在y轴上的截距为1,且曲线上一点P(
,y0)处的切线斜率为
.
(1)曲线在P点处的切线方程;
(2)求函数f(x)的极大值和极小值.
正确答案
解:(1)∵函数f(x)=x3-ax+b在y轴上的截距为1,∴b=1.
又f′(x)=x2-a,曲线上一点P(,y0)处的切线斜率为
.
∴,解得a=
.
∴.
∴y0==1,故点P
,
∴切线方程为,
即2x-6y+6-=0.
(2)由题意可得,令=0,解得
,列表如下:
∴函数的极大值为=,极小值为.
解析
解:(1)∵函数f(x)=x3-ax+b在y轴上的截距为1,∴b=1.
又f′(x)=x2-a,曲线上一点P(,y0)处的切线斜率为
.
∴,解得a=
.
∴.
∴y0==1,故点P
,
∴切线方程为,
即2x-6y+6-=0.
(2)由题意可得,令=0,解得
,列表如下:
∴函数的极大值为=,极小值为.
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