- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数,其中a为正实数,e=2.718….
(I)若是y=f(x)的一个极值点,求a的值;
(II)求f(x)的单调区间.
正确答案
解:f′(x)=.
(I)因为x=是函数y=f(x)的一个极值点,
所以f′()=0,
因此a-a+1=0,
解得a=.
经检验,当a=时,x=
是y=f(x)的一个极值点,故所求a的值为
.…(4分)
(II)f′(x)=(a>0),
令f′(x)=0得ax2-2ax+1=0…①
(i)当△=(-2a)2-4a>0,即a>1时,方程①两根为
x1==
,x2=
.
此时f′(x)与f(x)的变化情况如下表:
所以当a>1时,f(x)的单调递增区间为(-∞,),(,+∞); f(x)的单调递减区间为(,).
(ii)当△=4a2-4a≤0时,即0<a≤1时,ax2-2ax+1≥0,
即f′(x)≥0,此时f(x)在(-∞,+∞)上单调递增.
所以当0<a≤1时,f(x)的单调递增区间为(-∞,+∞).…(13分)
解析
解:f′(x)=.
(I)因为x=是函数y=f(x)的一个极值点,
所以f′()=0,
因此a-a+1=0,
解得a=.
经检验,当a=时,x=
是y=f(x)的一个极值点,故所求a的值为
.…(4分)
(II)f′(x)=(a>0),
令f′(x)=0得ax2-2ax+1=0…①
(i)当△=(-2a)2-4a>0,即a>1时,方程①两根为
x1==
,x2=
.
此时f′(x)与f(x)的变化情况如下表:
所以当a>1时,f(x)的单调递增区间为(-∞,),(,+∞); f(x)的单调递减区间为(,).
(ii)当△=4a2-4a≤0时,即0<a≤1时,ax2-2ax+1≥0,
即f′(x)≥0,此时f(x)在(-∞,+∞)上单调递增.
所以当0<a≤1时,f(x)的单调递增区间为(-∞,+∞).…(13分)
已知函数f(x)=lnx.
(1)若函数F(x)=mf(x)+3x-2x2在x=1处取得极值,求函数F(x)的单调区间;
(2)设函数G(x)=f(x)+,若对任意x∈(0,1),都有G(x)<0成立,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1)函数F(x)=mlnx+3x-2x2,其定义域为(0,+∞)
F‘(x)= 由 F'(1)=0 得:m=1 …(2分)
∴F'(x)==
当x∈(0,1),F'(x)>0,函数F(x)单调递增,
当x∈(1,+∞),F'(x)<0,函数F(x)单调递减,
∴函数F(x)的单调递增区间为(0,1);函数F(x)的单调递减区间为(1,+∞)…(6分)
(2)∵G'(x)= …(7分)
设m(x)=x2+(2-4a)x+1,方程m(x)=0的判别式△=16a(a-1).
若a∈(0,1],△≤0,m(x)≥0,G'(x)≥0,G'(x)在(0,1)上是增函数,
又G(1)=0,所以x∈(0,1),G(x)<0.…(9分)
若a∈(1,+∞),∵△>0,m(0)=1>0,m(1)=4(1-a)<0,
∴g(x)在(0,1)上不是单调函数.
所以存在x0∈(0,1),使得m(x0)=0,对任意x∈(x0,1),m(x)<0,
即G'(x)<0,G(x)在(x0,1)上是减函数,
又G(1)=0,所以x∈(x0,1),G(x)<0.不合题意.
综上,实数a的取值范围是(0,1]…(12分)
解析
解:(1)函数F(x)=mlnx+3x-2x2,其定义域为(0,+∞)
F‘(x)= 由 F'(1)=0 得:m=1 …(2分)
∴F'(x)==
当x∈(0,1),F'(x)>0,函数F(x)单调递增,
当x∈(1,+∞),F'(x)<0,函数F(x)单调递减,
∴函数F(x)的单调递增区间为(0,1);函数F(x)的单调递减区间为(1,+∞)…(6分)
(2)∵G'(x)= …(7分)
设m(x)=x2+(2-4a)x+1,方程m(x)=0的判别式△=16a(a-1).
若a∈(0,1],△≤0,m(x)≥0,G'(x)≥0,G'(x)在(0,1)上是增函数,
又G(1)=0,所以x∈(0,1),G(x)<0.…(9分)
若a∈(1,+∞),∵△>0,m(0)=1>0,m(1)=4(1-a)<0,
∴g(x)在(0,1)上不是单调函数.
所以存在x0∈(0,1),使得m(x0)=0,对任意x∈(x0,1),m(x)<0,
即G'(x)<0,G(x)在(x0,1)上是减函数,
又G(1)=0,所以x∈(x0,1),G(x)<0.不合题意.
综上,实数a的取值范围是(0,1]…(12分)
已知函数f(x)=x(x-c)2(x∈R,c是实常数)在x=2处取极大值.
(1)求c的值;
(2)在曲线y=f(x)上是否存在点M,使经过点M的切线与曲线y=f(x)有且仅有一个公共点?若存在,求点M的坐标;若不存在,简要说明理由.
正确答案
解:(1)f′(x)=(x-c)2+2x(x-c)=(x-c)(3x-c),
∵函数f(x)在x=2处取极大值.
∴f′(2)=(2-c)(6-c)=0,
解得c=2或c=6,c=2时,由f′(x)=0得x=2或,
由表格可知:f(x)在x=2处取得极小值,不符合题意.
c=6时,由f′(x)=0得x=2或x=6,
由表格可知:f(x)在x=2处取得极大值,∴c=6.
(2)由(1)知f(x)=x(x-6)2,f′(x)=3(x-2)(x-6),
假设存在点M(a,a(a-6)2),使经过点M的切线与曲线y=f(x)有且仅有一个公共点,
切线方程为y-a(a-6)2=3(a-2)(a-6)(x-a),
设g(x)=f(x)-[a(a-6)2+3(a-2)(a-6)(x-a)],
切线与曲线y=f(x)有且仅有一个公共点,即函数g(x)有且仅有一个零点.
g′(x)=f′(x)-3(a-2)(a-6)=3(x-a)(x+a-8),
若a=4,则g′(x)=(x-4)2≥0,g(x)单调递增,有且仅有一个零点x=a.
若a<4,类似(1)讨论知,g(x)在(a,8-a)单调递减,在(8-a,+∞)单调递增,
∴g(8-a)<g(a)=0,从而g(x)在(8-a,+∞)有一个零点,
∴g(x)在定义域有两个零点.
同理,若a>4,g(x)在定义域有两个零点.
综上所述:存在唯一一点M(4,16),经过点M的切线与曲线y=f(x)有且仅有一个公共点.
解析
解:(1)f′(x)=(x-c)2+2x(x-c)=(x-c)(3x-c),
∵函数f(x)在x=2处取极大值.
∴f′(2)=(2-c)(6-c)=0,
解得c=2或c=6,c=2时,由f′(x)=0得x=2或,
由表格可知:f(x)在x=2处取得极小值,不符合题意.
c=6时,由f′(x)=0得x=2或x=6,
由表格可知:f(x)在x=2处取得极大值,∴c=6.
(2)由(1)知f(x)=x(x-6)2,f′(x)=3(x-2)(x-6),
假设存在点M(a,a(a-6)2),使经过点M的切线与曲线y=f(x)有且仅有一个公共点,
切线方程为y-a(a-6)2=3(a-2)(a-6)(x-a),
设g(x)=f(x)-[a(a-6)2+3(a-2)(a-6)(x-a)],
切线与曲线y=f(x)有且仅有一个公共点,即函数g(x)有且仅有一个零点.
g′(x)=f′(x)-3(a-2)(a-6)=3(x-a)(x+a-8),
若a=4,则g′(x)=(x-4)2≥0,g(x)单调递增,有且仅有一个零点x=a.
若a<4,类似(1)讨论知,g(x)在(a,8-a)单调递减,在(8-a,+∞)单调递增,
∴g(8-a)<g(a)=0,从而g(x)在(8-a,+∞)有一个零点,
∴g(x)在定义域有两个零点.
同理,若a>4,g(x)在定义域有两个零点.
综上所述:存在唯一一点M(4,16),经过点M的切线与曲线y=f(x)有且仅有一个公共点.
已知函数f(x)=ax2-x+lnx(a>0).
(Ⅰ)若f(x)是单调函数,求a的取值范围;
(Ⅱ)若f(x)有两个极值点x1,x2,证明:f(x1)+f(x2)<2ln2-3.
正确答案
(Ⅰ)解:f′(x)=2ax-1+=
(x>0),
当a≥时,△=1-8a≤0,f′(x)≥0,
f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当0<a<时,△>0,方程2ax2-x+1=0有两个不相等的正根,
x1=,x2=
,x1+x2=
,x1x2=
,
当x∈(0,x1)∪(x2,+∞),f′(x)>0,x∈(x1,x2),f′(x)<0,
这时f(x)不是单调函数.
综上,a的取值范围是[,+∞);
(Ⅱ)证明:由(Ⅰ)知,当且仅当0<a<时,f(x)有极小值点x1,极大值点x2,
f(x1)+f(x2)=ax12-x1+lnx1+ax22-x2+lnx2
=(x1-1)-x1+lnx1+
(x2-1)-x2+lnx2
=-(x1+x2)-1+ln(x1x2)=-
-1-ln(2a)
令g(a)=--1-ln(2a),a∈(0,
),
则当a∈(0,)时,g′(a)=
-
=
>0,
g(a)在(0,)单调递增,
所以g(a)<g()=2ln2-3,
即f(x1)+f(x2)<2ln2-3.
解析
(Ⅰ)解:f′(x)=2ax-1+=
(x>0),
当a≥时,△=1-8a≤0,f′(x)≥0,
f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当0<a<时,△>0,方程2ax2-x+1=0有两个不相等的正根,
x1=,x2=
,x1+x2=
,x1x2=
,
当x∈(0,x1)∪(x2,+∞),f′(x)>0,x∈(x1,x2),f′(x)<0,
这时f(x)不是单调函数.
综上,a的取值范围是[,+∞);
(Ⅱ)证明:由(Ⅰ)知,当且仅当0<a<时,f(x)有极小值点x1,极大值点x2,
f(x1)+f(x2)=ax12-x1+lnx1+ax22-x2+lnx2
=(x1-1)-x1+lnx1+
(x2-1)-x2+lnx2
=-(x1+x2)-1+ln(x1x2)=-
-1-ln(2a)
令g(a)=--1-ln(2a),a∈(0,
),
则当a∈(0,)时,g′(a)=
-
=
>0,
g(a)在(0,)单调递增,
所以g(a)<g()=2ln2-3,
即f(x1)+f(x2)<2ln2-3.
已知函数y=x2+3x+1(x>0)的图象在函数y=ax(x>0)图象的上方,则参数a的取值范围是( )
正确答案
解析
解:若函数y=x2+3x+1(x>0)的图象在函数y=ax(x>0)图象的上方,
则只需x2+3x+1≥ax,即a≤x++3即可,
而x+≥2,∴x+
+3的最小值是5,
故a≤5,
故选:C.
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