- 函数的极值与导数的关系
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(2015春•重庆期末)若函数f(x)=x3+ax2+ax+2没有极值,则实数a的取值范围是( )
正确答案
解析
解:∵f(x)=x3+ax2+ax+2,∴f′(x)=3x2+2ax+a,
①a=0时,则f′(x)=3x2≥0,f(x)在R上为增函数,满足条件;
②a≠0时,则△=4a2-12a=4a(a-3)≤0,
即0<a≤3时,f′(x)≥0恒成立,f(x)在R上为增函数,满足条件
综上,函数f(x)=x3+ax2+ax+2不存在极值点的充要条件是:0≤a≤3.
故选:A.
设f(x)=x3+3ax2+(3-6a)x+12a-4(a∈R),若f(x)在x=x0处取得极小值,x0∈(1,3),求a的取值范围.
正确答案
解:求导函数可得f‘(x)=x2+2ax-1-2a,由f'(x)=0得x2+2ax-1-2a=0
(i)当时,f(x)没有极小值;
(ii)当或
时,由f'(x)=0得
故x0=x2.
由题设知,
当时,不等式
无解;
当时,解不等式
得
综合(i)(ii)得a的取值范围是.
解析
解:求导函数可得f‘(x)=x2+2ax-1-2a,由f'(x)=0得x2+2ax-1-2a=0
(i)当时,f(x)没有极小值;
(ii)当或
时,由f'(x)=0得
故x0=x2.
由题设知,
当时,不等式
无解;
当时,解不等式
得
综合(i)(ii)得a的取值范围是.
已知函数f(x)=x3-3x,g(x)=ex-ax(a∈R),其中e是自然对数的底数.
(1)求经过点A(-,2)与曲线f(x)相切的直线方程;
(2)若函数F(x)=g(x)-1-xlnx(x∈(0,2]),求证:当a<e-1时,函数F(x)无零点;
(3)已知正数m满足:存在x0∈[1,+∞),使得g(x0)+g(-x0)<mf(-x0)成立,试比较em-1与me-1的大小,并证明你的结论.
正确答案
解:(1)由f(x)=x3-3x得f′(x)=3x2-3,
设切点为(m,n),则n=m3-3m,
即有切线斜率为f′(m)=3m2-3,
切线方程为y-(m3-3m)=(3m2-3)(x-m),
代入点(-,2),可得2-(m3-3m)=(3m2-3)(-
-m),
化简即为m3+m2=0,解得m=-1或0,
则切线方程为3x+y=0或y-2=0;
(2)证明:因为F(x)=ex-1-ax-xlnx,
由F(x)=0得,a=-lnx,
设h(x)=-lnx,
则h′(x)=,
当0<x<1时,h′(x)<0,当1<x<2时,h′(x)>0,
所以h(x)在(0,1)单调递减,(1,2)单调递增,
则h(x)的最小值为h(1)=e-1,
所以当a<e-1时,函数F(x)无零点;
(3)G(x)=g(x)+g(-x)=ex+e-x,
则G′(x)=ex-e-x,当x>1时G′(x)>0,
∴G(x)在(1,+∞)上单调递增,
令h(x)=mf(-x)=m(-x3+3x),h′(x)=-3m(x2-1),
∵m>0,x>1,
∴h′(x)<0,
即h(x)在x∈(1,+∞)上单调递减,
∵存在x0∈[1,+∞),使得g(x0)+g(-x0)<mf(-x0)成立,
∴G(1)=e+<2m,
即m>(e+
),
∵me-1>em-1,
∴(e-1)lnm>m-1,
即(e-1)lnm-m+1>0,
设H(m)=(e-1)lnm-m+1,
则H′(m)=-1=
,m>0,
当0<m<e-1时,H′(m)>0,H(m)单调递增,
当m>e-1时,H′(m)<0,H(m)单调递减,
而H(1)=H(e)=0,
所以使H(m)>0的m满足1<m<e;
故符合条件的m满足(e+
)<m<e.
解析
解:(1)由f(x)=x3-3x得f′(x)=3x2-3,
设切点为(m,n),则n=m3-3m,
即有切线斜率为f′(m)=3m2-3,
切线方程为y-(m3-3m)=(3m2-3)(x-m),
代入点(-,2),可得2-(m3-3m)=(3m2-3)(-
-m),
化简即为m3+m2=0,解得m=-1或0,
则切线方程为3x+y=0或y-2=0;
(2)证明:因为F(x)=ex-1-ax-xlnx,
由F(x)=0得,a=-lnx,
设h(x)=-lnx,
则h′(x)=,
当0<x<1时,h′(x)<0,当1<x<2时,h′(x)>0,
所以h(x)在(0,1)单调递减,(1,2)单调递增,
则h(x)的最小值为h(1)=e-1,
所以当a<e-1时,函数F(x)无零点;
(3)G(x)=g(x)+g(-x)=ex+e-x,
则G′(x)=ex-e-x,当x>1时G′(x)>0,
∴G(x)在(1,+∞)上单调递增,
令h(x)=mf(-x)=m(-x3+3x),h′(x)=-3m(x2-1),
∵m>0,x>1,
∴h′(x)<0,
即h(x)在x∈(1,+∞)上单调递减,
∵存在x0∈[1,+∞),使得g(x0)+g(-x0)<mf(-x0)成立,
∴G(1)=e+<2m,
即m>(e+
),
∵me-1>em-1,
∴(e-1)lnm>m-1,
即(e-1)lnm-m+1>0,
设H(m)=(e-1)lnm-m+1,
则H′(m)=-1=
,m>0,
当0<m<e-1时,H′(m)>0,H(m)单调递增,
当m>e-1时,H′(m)<0,H(m)单调递减,
而H(1)=H(e)=0,
所以使H(m)>0的m满足1<m<e;
故符合条件的m满足(e+
)<m<e.
已知函数f(x)=x2-mlnx+(m-1)x,m∈R.
(1)若函数f(x)在x=2处有极值,求m的值;
(2)当m≤0时,讨论函数f(x)的单调性;
(3)求证:当m=-2时,对任意的x1,x2∈(0,+∞),且x1≠x2,有+1>0.
正确答案
解:(1)f′(x)=x-+m-1,
∵函数f(x)在x=2处有极值,
∴f′(2)=2-+m-1=0,解得:m=-2,
经检验,m=-2符合题意,
∴m=-2;
(2)f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=x-+m-1=
,
①当m=0时,f′(x)=x-1,∈(0,1)时,f′(x)<0,f(x)为减函数,
x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)为增函数;
②当0<-m<1即-1<m<0时,x∈(0,-m)时,f′(x)>0,f(x)为增函数;
x∈(-m,1)时,f′(x)<0,f(x)为减函数,
x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)为增函数;
③当-m=1,即m=-1时,
f′(x)=≥0,f(x)在(0,+∞)上为增函数;
④当-m>1,即m<-1时,
x∈(0,1)时,f′(x)>0,f(x)为增函数;
x∈(1,-m)时,f′(x)<0,f(x)为减函数,
x∈(-m,+∞)时,f′(x)>0,f(x)为增函数
综上所述:当m=0时,f(x)的单调递增区间是(1,+∞),
单调递减区间是(0,1),
当-1<m<0时,f(x)的单调递增区间是(0,-m),(1,+∞),
单调递减区间是(-m,1)
当m=-1时,f(x)的单调递增区间是(0,+∞),无单调递减区间
当m<-1时,f(x)的单调递增区间是(0,1),(-m,+∞),
单调递减区间是(1,-m);
(3)不妨设0<x1<x2,要证明+1>0,
即证:f(x2)+x2>f(x1)+x1,
当m=-2时,函数f(x)=x2+2lnx-3x,
设h(x)=f(x)+x=x2+2lnx-2x,
则h′(x)=x+-2=
>0,
所以h(x)在(0,+∞)上是增函数
故对任意的0<x1<x2,有h(x2)>h(x1),
所以f(x2)+x2>f(x1)+x1,即+1>0,命题得证.
解析
解:(1)f′(x)=x-+m-1,
∵函数f(x)在x=2处有极值,
∴f′(2)=2-+m-1=0,解得:m=-2,
经检验,m=-2符合题意,
∴m=-2;
(2)f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=x-+m-1=
,
①当m=0时,f′(x)=x-1,∈(0,1)时,f′(x)<0,f(x)为减函数,
x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)为增函数;
②当0<-m<1即-1<m<0时,x∈(0,-m)时,f′(x)>0,f(x)为增函数;
x∈(-m,1)时,f′(x)<0,f(x)为减函数,
x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)为增函数;
③当-m=1,即m=-1时,
f′(x)=≥0,f(x)在(0,+∞)上为增函数;
④当-m>1,即m<-1时,
x∈(0,1)时,f′(x)>0,f(x)为增函数;
x∈(1,-m)时,f′(x)<0,f(x)为减函数,
x∈(-m,+∞)时,f′(x)>0,f(x)为增函数
综上所述:当m=0时,f(x)的单调递增区间是(1,+∞),
单调递减区间是(0,1),
当-1<m<0时,f(x)的单调递增区间是(0,-m),(1,+∞),
单调递减区间是(-m,1)
当m=-1时,f(x)的单调递增区间是(0,+∞),无单调递减区间
当m<-1时,f(x)的单调递增区间是(0,1),(-m,+∞),
单调递减区间是(1,-m);
(3)不妨设0<x1<x2,要证明+1>0,
即证:f(x2)+x2>f(x1)+x1,
当m=-2时,函数f(x)=x2+2lnx-3x,
设h(x)=f(x)+x=x2+2lnx-2x,
则h′(x)=x+-2=
>0,
所以h(x)在(0,+∞)上是增函数
故对任意的0<x1<x2,有h(x2)>h(x1),
所以f(x2)+x2>f(x1)+x1,即+1>0,命题得证.
函数f(x)=x3-x2-3x-1的图象与x轴交点个数为______个.
正确答案
3
解析
解:函数导数为f′(x)=x2-2x-3=(x+1)(x-3),
由f′(x)=(x+1)(x-3)>0,得x>3或x<-1,此时函数单调递增.
由f′(x)=(x+1)(x-3)<0,得-1<x<3,此时函数单调递减.
所以当x=-1时,函数取得极大值f(-1)=>0.
当x=3,函数取得极小值f(3)=-10<0,
所以函数f(x)=x3-x2-3x-1的图象与x轴的交点个数是3个.
故答案为:3
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