- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数
(Ⅰ)若函数y=f(x)存在极大值和极小值,求a的取值范围;
(Ⅱ)设m,n分别为f(x)的极大值和极小值,其中m=f(x1),n=f(x2),且,求m+n的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ),其中x>0,
由题设知a≠0,且关于x的方程ax2-2x+a=0有两个不相等的正数根,
记为x1,x2,满足,化简得0<a<1,
经检验0<a<1满足题设,故为所求;
(Ⅱ)由题设结合x1x2=1,x1<x2,知0<x1<1,,
且,
所以
=
=,
∵,
∴在区间
是减函数,
∴,
设,且g(t)=
,
∴,
∴g(t)在区间上是减函数,
,
∴,
因此m+n.
解析
解:(Ⅰ),其中x>0,
由题设知a≠0,且关于x的方程ax2-2x+a=0有两个不相等的正数根,
记为x1,x2,满足,化简得0<a<1,
经检验0<a<1满足题设,故为所求;
(Ⅱ)由题设结合x1x2=1,x1<x2,知0<x1<1,,
且,
所以
=
=,
∵,
∴在区间
是减函数,
∴,
设,且g(t)=
,
∴,
∴g(t)在区间上是减函数,
,
∴,
因此m+n.
已知函数f(x)=lnx,g(x)=2-(a为实数).
(Ⅰ)当a=1时,求函数φ(x)=f(x)-g(x)的最小值;
(Ⅱ)若方程e2f(x)=1.5g(x)(其中e=2.71828…)在区间[0.5,2]上有解,求实数a的取值范围.
(Ⅲ)若u(x)=f(x)+x2+2mx,当y=u(x)存在极值时,求m的取值范围,并证明极值之和小于-3-ln2.
正确答案
(Ⅰ)解:当a=1时,函数φ(x)=f(x)-g(x)=lnx+-2,
则φ′(x)=,
∴(0,1)上,φ′(x)<0,(1+∞)上,φ′(x)>0,
∴φ(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
∴φ(x)的最小值为-1;
(Ⅱ)解:方程e2f(x)=1.5g(x)在区间[0.5,2]上有解,可得a=2x-在区间[0.5,2]上有解
令h(x)=2x-(x∈[0.5,2]),则h′(x)=2(1-x)(1+x),
∴(0.5,1)上,h′(x)>0,(1,2)上,h′(x)<0,
∴h(x)在(0.5,1)上单调递增,在(1,2)上单调递减,
∵h(0.5)=,h(1)=
,h(2)=-
,
∴h(x)∈[-,
],
∴a∈[-,
];
(Ⅲ)证明:∵u(x)=f(x)+x2+2mx,
∴u′(x)=,
由-m>0且△>0,可得m<-,y=u(x)存在极值,
设y=u(x)的极值点为x1,x2,则y=u(x)的极值为u(x1),u(x2),
∴x1+x2=-m,x1x2=,
∴u(x1)+u(x2)=-ln2-1-m2<-3-ln2.
解析
(Ⅰ)解:当a=1时,函数φ(x)=f(x)-g(x)=lnx+-2,
则φ′(x)=,
∴(0,1)上,φ′(x)<0,(1+∞)上,φ′(x)>0,
∴φ(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
∴φ(x)的最小值为-1;
(Ⅱ)解:方程e2f(x)=1.5g(x)在区间[0.5,2]上有解,可得a=2x-在区间[0.5,2]上有解
令h(x)=2x-(x∈[0.5,2]),则h′(x)=2(1-x)(1+x),
∴(0.5,1)上,h′(x)>0,(1,2)上,h′(x)<0,
∴h(x)在(0.5,1)上单调递增,在(1,2)上单调递减,
∵h(0.5)=,h(1)=
,h(2)=-
,
∴h(x)∈[-,
],
∴a∈[-,
];
(Ⅲ)证明:∵u(x)=f(x)+x2+2mx,
∴u′(x)=,
由-m>0且△>0,可得m<-,y=u(x)存在极值,
设y=u(x)的极值点为x1,x2,则y=u(x)的极值为u(x1),u(x2),
∴x1+x2=-m,x1x2=,
∴u(x1)+u(x2)=-ln2-1-m2<-3-ln2.
设函数f(x)=x2-ax+ln(ax+
)(a∈R).
(1)若函数f(x)在x=处取极值,求函数f(x)的单调区间;
(2)若对任意的a∈(1,2),当x0∈[1,2]时,都有f(x0)>m(1-a2),求实数m的取值范围.
正确答案
解:(1)函数f(x)=x2-ax+ln(ax+
)的导数为f′(x)=2x-a+a•
,
由题意可得f′()=0,即为1-a+a•
=0,
解得a=2或-1,
当a=2时,f′(x)=2x-2+=
,
由f′(x)>0,解得x>或-
<x<0,由f′(x)<0,解得0<x<
;
当a=-1时,f′(x)=2x+1+=
(x<1),
由f′(x)>0,解得0<x<;由f′(x)<0,解得
<x<1或x<0.
综上可得,当a=2时,f(x)的增区间为(,+∞),(-
,0),减区间为(0,
);
当a=-1时,f(x)的增区间为(0,),减区间为(
,1),(-∞,0);
(2)y=f(x)的定义域为(-,+∞).
f′(x)=2x-a+=
=
.
当1<a<2时,-1=
=
<0,即
<1,
所以当1<x<2时,f′(x)>0,f(x)在[1,2]上单调递增,
所以f(x)在[1,2]上的最小值为f(1)=1-a+ln(a+
).
依题意,对任意的a∈(1,2),当x0∈[1,2]时,都有f(x0)>m(1-a2),
即可转化为对任意的a∈(1,2),1-a+ln(a+
)-m(1-a2)>0恒成立.
设g(a)=1-a+ln(a+
)-m(1-a2)(1<a<2).
则g′(a)=-1++2ma=
=
,
①当m≤0时,2ma-(1-2m)<0,且>0,所以g′(a)<0,
所以g(a)在(1,2)上单调递减,且g(1)=0,则g(a)<0,与g(a)>0矛盾.
②当m>0时,g′(a)=(a-
),
若≥2,则g′(a)<0,g(a)在(1,2)上单调递减,
且g(1)=0,g(a)<0,与g(a)>0矛盾;
若1<<2,则g(a)在(1,
)上单调递减,在(
,2)上单调递增,
且g(1)=0,g(a)<g(1)=0,与g(a)>0矛盾;
若≤1,则g(a)在(1,2)上单调递增,且g(1)=0,
则恒有g(a)>g(1)=0,所以 m>0且≤1,
解得m≥,
所以m的取值范围为[,+∞).
解析
解:(1)函数f(x)=x2-ax+ln(ax+
)的导数为f′(x)=2x-a+a•
,
由题意可得f′()=0,即为1-a+a•
=0,
解得a=2或-1,
当a=2时,f′(x)=2x-2+=
,
由f′(x)>0,解得x>或-
<x<0,由f′(x)<0,解得0<x<
;
当a=-1时,f′(x)=2x+1+=
(x<1),
由f′(x)>0,解得0<x<;由f′(x)<0,解得
<x<1或x<0.
综上可得,当a=2时,f(x)的增区间为(,+∞),(-
,0),减区间为(0,
);
当a=-1时,f(x)的增区间为(0,),减区间为(
,1),(-∞,0);
(2)y=f(x)的定义域为(-,+∞).
f′(x)=2x-a+=
=
.
当1<a<2时,-1=
=
<0,即
<1,
所以当1<x<2时,f′(x)>0,f(x)在[1,2]上单调递增,
所以f(x)在[1,2]上的最小值为f(1)=1-a+ln(a+
).
依题意,对任意的a∈(1,2),当x0∈[1,2]时,都有f(x0)>m(1-a2),
即可转化为对任意的a∈(1,2),1-a+ln(a+
)-m(1-a2)>0恒成立.
设g(a)=1-a+ln(a+
)-m(1-a2)(1<a<2).
则g′(a)=-1++2ma=
=
,
①当m≤0时,2ma-(1-2m)<0,且>0,所以g′(a)<0,
所以g(a)在(1,2)上单调递减,且g(1)=0,则g(a)<0,与g(a)>0矛盾.
②当m>0时,g′(a)=(a-
),
若≥2,则g′(a)<0,g(a)在(1,2)上单调递减,
且g(1)=0,g(a)<0,与g(a)>0矛盾;
若1<<2,则g(a)在(1,
)上单调递减,在(
,2)上单调递增,
且g(1)=0,g(a)<g(1)=0,与g(a)>0矛盾;
若≤1,则g(a)在(1,2)上单调递增,且g(1)=0,
则恒有g(a)>g(1)=0,所以 m>0且≤1,
解得m≥,
所以m的取值范围为[,+∞).
已知函数f(x)=ax3-bx2+(2-b)x+1(a,b是实数,a≠0)在x=x1处取得极大值,在x=x2处取得极小值,且0<x1<1<x2<2.
(1)求证:0<a<2b<3a:
(2)若函数g(x)=f′(x)-2+a-2b.设g(x)的零点为α,β,求|α-β|的取值范围.
正确答案
(1)证明:由题意f‘(x)=ax2-2bx+(2-b),
f'(x)=0的根为x1,x2,且0<x1<1<x2<2,
且f(x)在区间(-∞,x1),(x2,+∞)上单调递增,即f'(x)>0,
f(x)在(x1,x2)上单调递减,即f'(x)<0,
所以a>0,
所以,
又a>0,所以0<a<2b<3a;
(2)解:函数g(x)=f'(x)-2+a-2b.设g(x)的零点为α,β,
即有g(x)=ax2-2bx+a-3b,α+β=,
,
则,
由(1)知
∴.
解析
(1)证明:由题意f‘(x)=ax2-2bx+(2-b),
f'(x)=0的根为x1,x2,且0<x1<1<x2<2,
且f(x)在区间(-∞,x1),(x2,+∞)上单调递增,即f'(x)>0,
f(x)在(x1,x2)上单调递减,即f'(x)<0,
所以a>0,
所以,
又a>0,所以0<a<2b<3a;
(2)解:函数g(x)=f'(x)-2+a-2b.设g(x)的零点为α,β,
即有g(x)=ax2-2bx+a-3b,α+β=,
,
则,
由(1)知
∴.
如图:是y=f(x)=
x3-2x2+3a2x的导函数y=f′(x)的简图,它与x轴的交点是(1,0)和(3,0)
(1)求y=f(x)的极小值点和单调区间
(2)求实数a的值和极值.
正确答案
解:(1)由f(x)=x3-2x2+3a2x的导函数y=f′(x)的图象可知:导函数f′(x)小于0的解集是(1,3);
函数f(x)=x3-2x2+3a2x在x=1,x=3处取得极值,且在x=3的左侧导数为负右侧导数为正.
即y=f(x)的极小值点是3,函数的单调减区间为(1,3).单调增区间是(-∞,1),(3,+∞);
(2)由于f(x)=x3-2x2+3a2x的导函数f′(x)=ax2-4x+3a2,
又由(1)知,f′(1)=0且f′(3)=0
则解得 a=1.
y极大值=f(1)=,y极小值=f(3)=0.
解析
解:(1)由f(x)=x3-2x2+3a2x的导函数y=f′(x)的图象可知:导函数f′(x)小于0的解集是(1,3);
函数f(x)=x3-2x2+3a2x在x=1,x=3处取得极值,且在x=3的左侧导数为负右侧导数为正.
即y=f(x)的极小值点是3,函数的单调减区间为(1,3).单调增区间是(-∞,1),(3,+∞);
(2)由于f(x)=x3-2x2+3a2x的导函数f′(x)=ax2-4x+3a2,
又由(1)知,f′(1)=0且f′(3)=0
则解得 a=1.
y极大值=f(1)=,y极小值=f(3)=0.
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