- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c,点P(1,f(1))在函数y=f(x)的图象上,过P点的切线方程为y=3x+1.
(1)若y=f(x)在x=-2时有极值,求f(x)的解析式;
(2)若函数y=f(x)在区间[-2,1]上单调递增,求实数b的取值范围;
(3)在(1)的条件下是否存在实数m,使得不等式f(x)≥m在区间[-2,1]上恒成立,若存在,试求出m的最大值,若不存在,试说明理由.
正确答案
解:(1)由于函数f(x)=x3+ax2+bx+c在点P(1,f(1))处的切线方程为y=3x+1,
所以f(1)=4,f′(1)=3,
又因为y=f(x)在x=-2时有极值,所以f′(-2)=0,
由于f′(x)=3x2+2ax+b
则,解得a=2,b=-4,c=5
∴f(x)=x3+2x2-4x+5
(2)∵函数f(x)=x3+ax2+bx+c在点P(1,f(1))处的切线方程为y=3x+1,
∴f′(1)=3,∴2a=-b
∴f′(x)=3x2-bx+b
依题意欲使函数y=f(x)在区间[-2,1]上单调递增,只需f′(x)=3x2-bx+b≥0在区间[-2,1]上恒成立
即b≥在区间[-2,1]上恒成立
由于≤0,则b≥0时,函数y=f(x)在区间[-2,1]上单调递增;
(3)假设在(1)的条件下存在实数m,使得不等式f(x)≥m在区间[-2,1]上恒成立,
由(1)知,f(x)=x3+2x2-4x+5,则f′(x)=3x2+4x-4=(x+2)(3x-2),
令f′(x)<0,则-2<x<,则f(x)在区间[-2,
]上递减,在(
,1]上递增,
则[f(x)]min=f()=(
)3+2×(
)2-4×
+5=
若使f(x)≥m在区间[-2,1]上恒成立,须使[f(x)]min≥m(x∈[-2,1]),
则m≤,则m的最大值为
.
解析
解:(1)由于函数f(x)=x3+ax2+bx+c在点P(1,f(1))处的切线方程为y=3x+1,
所以f(1)=4,f′(1)=3,
又因为y=f(x)在x=-2时有极值,所以f′(-2)=0,
由于f′(x)=3x2+2ax+b
则,解得a=2,b=-4,c=5
∴f(x)=x3+2x2-4x+5
(2)∵函数f(x)=x3+ax2+bx+c在点P(1,f(1))处的切线方程为y=3x+1,
∴f′(1)=3,∴2a=-b
∴f′(x)=3x2-bx+b
依题意欲使函数y=f(x)在区间[-2,1]上单调递增,只需f′(x)=3x2-bx+b≥0在区间[-2,1]上恒成立
即b≥在区间[-2,1]上恒成立
由于≤0,则b≥0时,函数y=f(x)在区间[-2,1]上单调递增;
(3)假设在(1)的条件下存在实数m,使得不等式f(x)≥m在区间[-2,1]上恒成立,
由(1)知,f(x)=x3+2x2-4x+5,则f′(x)=3x2+4x-4=(x+2)(3x-2),
令f′(x)<0,则-2<x<,则f(x)在区间[-2,
]上递减,在(
,1]上递增,
则[f(x)]min=f()=(
)3+2×(
)2-4×
+5=
若使f(x)≥m在区间[-2,1]上恒成立,须使[f(x)]min≥m(x∈[-2,1]),
则m≤,则m的最大值为
.
已知函数f(x)=x3+x2+ax+b,g(x)=x3+
x2+1nx+b(a,b为常数).
(1)若g(x)在x=l处的切线方程为y=kx-5(k为常数),求b的值;
(2)设函数f(x)的导函数为f′(x),若存在唯一的实数x0,使得f(x0)=x0与f′(x0)=0同时成立,求实数b的取值范围;
(3)令F(x)=f(x)-g(x),若函数F(x)存在极值,且所有极值之和大于5+1n2,求a的取值范围.
正确答案
解:(1)∵
所以直线y=kx-5的k=11,
当x=1时,y=6,将(1,6)代入,得
. …(4分)
(2),
由题意知消去a,
得有唯一解.
令,则h‘(x)=6x2+5x+1=(2x+1)(3x+1),…(6分)
所以h(x)在区间上是增函数,在
上是减函数,
又,
故实数b的取值范围是. …(9分)
(3)∵F(x)=ax-x2-lnx,∴
因为F(x)存在极值,所以
在(0,+∞)上有根即方程2x2-ax+1=0在(0,+∞)上有根. …(10分)
记方程2x2-ax+1=0的两根为x1,x2由韦达定理,
所以方程的根必为两不等正根. …(12分)
=
>
所以a2>16满足方程2x2-ax+1=0判别式大于零
故所求取值范围为(4,+∞)…(14分)
解析
解:(1)∵
所以直线y=kx-5的k=11,
当x=1时,y=6,将(1,6)代入,得
. …(4分)
(2),
由题意知消去a,
得有唯一解.
令,则h‘(x)=6x2+5x+1=(2x+1)(3x+1),…(6分)
所以h(x)在区间上是增函数,在
上是减函数,
又,
故实数b的取值范围是. …(9分)
(3)∵F(x)=ax-x2-lnx,∴
因为F(x)存在极值,所以
在(0,+∞)上有根即方程2x2-ax+1=0在(0,+∞)上有根. …(10分)
记方程2x2-ax+1=0的两根为x1,x2由韦达定理,
所以方程的根必为两不等正根. …(12分)
=
>
所以a2>16满足方程2x2-ax+1=0判别式大于零
故所求取值范围为(4,+∞)…(14分)
已知函数f(x)=(x-1)ex,g(x)=lnx,其中e是自然对数的底数.
(1)求函数f(x)的极值;
(2)求函数h(x)=f(x)+e|g(x)-a|(a为常数)的单调区间.
正确答案
解:(1)∵f(x)=(x-1)ex,
∴f′(x)=ex+(x-1)ex=xex,
令f′(x)>0,解得:x>0,令f′(x)<0,解得:x<0,
∴f(x)在(-∞,0)递减,在(0,+∞)递增;
(2)∵函数h(x)=f(x)+e|g(x)-a|=(x-)ex+e|lnx-a|(a为常数),
∴函数h(x)=,…(9分)
①当x≥ea时,h′(x)=xex+>0恒成立,
则函数h(x)在[ea,+∞)上为单调递增函数,…(10分)
②当0<x<ea时,h′(x)=xex-,
又∵[h′(x)]′=(xex-)′=(x+1)ex+
>0恒成立,
∴函数h′(x)=xex-在(0,ea)上为单调递增函数,
又∵h′(1)=0,
∴函数h′(x)在(0,1)上恒小于0,在(1,ea)上恒大于0…(12分),
10、当a≤0时,ea≤1,则此时h′(x)在(0,ea)上恒小于0
即函数r(x)在(0,ea)上为单调递减函数,…(13分),
20、当a>0时,ea>1,则此时h′(x)在(0,1)上恒小于0,在(1,ea)上恒大于0,
即函数r(x)在(0,1)上为单调递减函数,在(1,ea)上为单调递增函数,…(15分)
综上可知:当a≤0时,函数r(x)递减区间为(0,ea),递增区间为[ea,+∞),
当a>0时,函数r(x)递减区间为(0,1),递增区间为[1,+∞),…(16分)
解析
解:(1)∵f(x)=(x-1)ex,
∴f′(x)=ex+(x-1)ex=xex,
令f′(x)>0,解得:x>0,令f′(x)<0,解得:x<0,
∴f(x)在(-∞,0)递减,在(0,+∞)递增;
(2)∵函数h(x)=f(x)+e|g(x)-a|=(x-)ex+e|lnx-a|(a为常数),
∴函数h(x)=,…(9分)
①当x≥ea时,h′(x)=xex+>0恒成立,
则函数h(x)在[ea,+∞)上为单调递增函数,…(10分)
②当0<x<ea时,h′(x)=xex-,
又∵[h′(x)]′=(xex-)′=(x+1)ex+
>0恒成立,
∴函数h′(x)=xex-在(0,ea)上为单调递增函数,
又∵h′(1)=0,
∴函数h′(x)在(0,1)上恒小于0,在(1,ea)上恒大于0…(12分),
10、当a≤0时,ea≤1,则此时h′(x)在(0,ea)上恒小于0
即函数r(x)在(0,ea)上为单调递减函数,…(13分),
20、当a>0时,ea>1,则此时h′(x)在(0,1)上恒小于0,在(1,ea)上恒大于0,
即函数r(x)在(0,1)上为单调递减函数,在(1,ea)上为单调递增函数,…(15分)
综上可知:当a≤0时,函数r(x)递减区间为(0,ea),递增区间为[ea,+∞),
当a>0时,函数r(x)递减区间为(0,1),递增区间为[1,+∞),…(16分)
已知函数f(x)=(x-a)2(x-b)(a,b∈R,a<b).
(Ⅰ)当a=1,b=2时,求曲线y=f(x)在点(2,f(x))处的切线方程;
(Ⅱ)设x1,x2是f(x)的两个极值点,x3是f(x)的一个零点,且x3≠x1,x3≠x2.
证明:存在实数x4,使得x1,x2,x3,x4按某种顺序排列后的等差数列,并求x4.
正确答案
(Ⅰ)解:当a=1,b=2时,
因为f′(x)=(x-1)(3x-5)
故f′(2)=1
f(2)=0,
所以f(x)在点(2,0)处的切线方程为y=x-2;
(Ⅱ)证明:因为f′(x)=3(x-a)(x-),
由于a<b.
故a<.
所以f(x)的两个极值点为x=a,x=.不妨设x1=a,x2=
,
因为x3≠x1,x3≠x2,
且x3是f(x)的零点,故x3=b.
又因为-a=2(b-
),
x4=(a+
)=
,
所以a,,
,b依次成等差数列,
所以存在实数x4满足题意,且x4=.
解析
(Ⅰ)解:当a=1,b=2时,
因为f′(x)=(x-1)(3x-5)
故f′(2)=1
f(2)=0,
所以f(x)在点(2,0)处的切线方程为y=x-2;
(Ⅱ)证明:因为f′(x)=3(x-a)(x-),
由于a<b.
故a<.
所以f(x)的两个极值点为x=a,x=.不妨设x1=a,x2=
,
因为x3≠x1,x3≠x2,
且x3是f(x)的零点,故x3=b.
又因为-a=2(b-
),
x4=(a+
)=
,
所以a,,
,b依次成等差数列,
所以存在实数x4满足题意,且x4=.
设函数f(x)=-x+alnx(a∈R)(e=2.71828…是一个无理数).
(1)若函数f(x)在定义域上不单调,求a的取值范围;
(2)设函数f(x)的两个极值点分别为x1和x2,记过点A(x1,f(x1)),B(x2,f(x2))的直线斜率为k,若k≤•a-2恒成立,求a的取值集合.
正确答案
解:(1)∵f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=--1+
=-
,
令g(x)=x2-ax+1,其判别式△=a2-4.
①当-2≤a≤2时,△≤0,f′(x)≤0,
故f(x)在(0,+∞)上单调递减,不合题意.
②当a<-2时,△>0,g(x)=0的两根都小于零,
故在(0,+∞)上,f′(x)<0,故f(x)在(0,+∞)上单调递减,不合题意.
③当a>2时,△>0,设g(x)=0的两个根x1,x2都大于零,
令x1=,x2=
,x1x2=1,
当0<x<x1时,f′(x)<0,当x1<x<x2时,f′(x)>0,当x>x2时,f′(x)<0,
故f(x)分别在(0,x1),(x2,+∞)上单调递减,在(x1,x2)上单调递增,
综上所述,a的取值范围是(2,+∞).
(2)依题意及(1)知,a=x1+x2=x2+>2,
∵f(x1)-f(x2)=-x1+alnx1-(
-x2+alnx2)
=+(x2-x1)+a(lnx1-lnx2),
∴k==-
-1+a•
=-2+a•
.
若k≤•a-2,
则-2+a•≤
•a-2,
∴≤
,
不妨设x1<x2,则x1-x2≤(lnx1-lnx2).又x1=
,
∴-x2≤
(-2lnx2),
∴-x2+
lnx2≤0(x2>1)①恒成立.
记F(x)=-x+
•lnx(x>1),F′(x)=-
-1+
•
,
记x1′=[
-
],x2′═
[
+
],
由(1)③知F(x)在(1,x2′)上单调递增,在(x2′,+∞)上单调递减,
且易知0<x1′<1<x2′<e.又F(1)=0,F(e)=0,
所以,当x∈(1,e)时,F(x)>0;当x∈[e,+∞)时,F(x)≤0.
故由①式可得,x2≥e,代入方程g(x2)=x22-ax2+1=0,
得a=x2+≥e+
(∵a=x2+
在x2∈[e,+∞)上递增).
又a>2,所以a的取值集合是{a|a≥e+}.
解析
解:(1)∵f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=--1+
=-
,
令g(x)=x2-ax+1,其判别式△=a2-4.
①当-2≤a≤2时,△≤0,f′(x)≤0,
故f(x)在(0,+∞)上单调递减,不合题意.
②当a<-2时,△>0,g(x)=0的两根都小于零,
故在(0,+∞)上,f′(x)<0,故f(x)在(0,+∞)上单调递减,不合题意.
③当a>2时,△>0,设g(x)=0的两个根x1,x2都大于零,
令x1=,x2=
,x1x2=1,
当0<x<x1时,f′(x)<0,当x1<x<x2时,f′(x)>0,当x>x2时,f′(x)<0,
故f(x)分别在(0,x1),(x2,+∞)上单调递减,在(x1,x2)上单调递增,
综上所述,a的取值范围是(2,+∞).
(2)依题意及(1)知,a=x1+x2=x2+>2,
∵f(x1)-f(x2)=-x1+alnx1-(
-x2+alnx2)
=+(x2-x1)+a(lnx1-lnx2),
∴k==-
-1+a•
=-2+a•
.
若k≤•a-2,
则-2+a•≤
•a-2,
∴≤
,
不妨设x1<x2,则x1-x2≤(lnx1-lnx2).又x1=
,
∴-x2≤
(-2lnx2),
∴-x2+
lnx2≤0(x2>1)①恒成立.
记F(x)=-x+
•lnx(x>1),F′(x)=-
-1+
•
,
记x1′=[
-
],x2′═
[
+
],
由(1)③知F(x)在(1,x2′)上单调递增,在(x2′,+∞)上单调递减,
且易知0<x1′<1<x2′<e.又F(1)=0,F(e)=0,
所以,当x∈(1,e)时,F(x)>0;当x∈[e,+∞)时,F(x)≤0.
故由①式可得,x2≥e,代入方程g(x2)=x22-ax2+1=0,
得a=x2+≥e+
(∵a=x2+
在x2∈[e,+∞)上递增).
又a>2,所以a的取值集合是{a|a≥e+}.
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