- 函数的极值与导数的关系
- 共7619题
已知函数f(x)=x3+ax2-bx+1(x∈R,a,b为实数)有极值,且在x=1处的切线与直线x-y+1=0平行.
(1)求实数a的取值范围;
(2)是否存在实数a,使得函数f(x)的极小值为1,若存在,求出实数a的值;若不存在,请说明理由;
(3)设a=令g(x)=
-3,x∈(0,+∞),求证:gn(x)-xn-
≥2n-2(n∈N+).
正确答案
解:∵f′(x)=x2+2ax-b,∴f′(1)=1+2a-b,
又因为函数在x=1处的切线与直线x-y+1=0平行,所以在x=1处的切线的斜率等于1,∴f′(1)=1∴b=2a①
∵f(x)有极值,故方程f′(x)=x2+2ax-b=0有两个不等实根∴△=4a2+4b>0∴a2+b>0②
由①.②可得,a2+2a>0∴a<-2或a>0
故实数a的取值范围是a∈(-∞,-2)∪(0,+∞)
(2)存在a=-
∵f′(x)=x2+2ax-b,令f′(x)=0∴x1=-a-,x2=-a+
∴f(x)极小=f(x2)=+ax22-2ax2+1=1
∴x2=0或x22+3ax2-6a=0
若x2=0,即-a+=0,则a=0(舍)
若x22+3ax2-6a=0,又f′(x2)=0,∴x22+2ax2-2a=0,
∴ax2-4a=0
∵a≠0∴x2=4
∴-a+=4
∴a=-<-2
∴存在实数a=-,使得函数f(x)的极小值为1.
(3)∵a=,f′(x)=x2+x-1,∴f′(x+1)=x2+3x+1,∴
-3=
=x+
∴g(x)=x+
,x∈(0,+∞).
证明:当n=1时,左边=0,右边=0,原式成立,
假设当n=k时结论成立,即-xk-
≥2k-2
当n=k+1时,左边=-xk+1-
≥(x+
)(2k-2+xk+
)-(xk+1+
)=(x+
)(2k-2)+xk-1+
≥2k+1-4+2=2k+1-2
当且仅当x=1时等号成立,即当n=k+1时原式也成立
综上当n∈N+时,gn(x)-xn-≥2n-2成立.
解析
解:∵f′(x)=x2+2ax-b,∴f′(1)=1+2a-b,
又因为函数在x=1处的切线与直线x-y+1=0平行,所以在x=1处的切线的斜率等于1,∴f′(1)=1∴b=2a①
∵f(x)有极值,故方程f′(x)=x2+2ax-b=0有两个不等实根∴△=4a2+4b>0∴a2+b>0②
由①.②可得,a2+2a>0∴a<-2或a>0
故实数a的取值范围是a∈(-∞,-2)∪(0,+∞)
(2)存在a=-
∵f′(x)=x2+2ax-b,令f′(x)=0∴x1=-a-,x2=-a+
∴f(x)极小=f(x2)=+ax22-2ax2+1=1
∴x2=0或x22+3ax2-6a=0
若x2=0,即-a+=0,则a=0(舍)
若x22+3ax2-6a=0,又f′(x2)=0,∴x22+2ax2-2a=0,
∴ax2-4a=0
∵a≠0∴x2=4
∴-a+=4
∴a=-<-2
∴存在实数a=-,使得函数f(x)的极小值为1.
(3)∵a=,f′(x)=x2+x-1,∴f′(x+1)=x2+3x+1,∴
-3=
=x+
∴g(x)=x+
,x∈(0,+∞).
证明:当n=1时,左边=0,右边=0,原式成立,
假设当n=k时结论成立,即-xk-
≥2k-2
当n=k+1时,左边=-xk+1-
≥(x+
)(2k-2+xk+
)-(xk+1+
)=(x+
)(2k-2)+xk-1+
≥2k+1-4+2=2k+1-2
当且仅当x=1时等号成立,即当n=k+1时原式也成立
综上当n∈N+时,gn(x)-xn-≥2n-2成立.
已知函数
(1)当a=0时,求f(x)的极值.
(2)当a≠0时,若f(x)是减函数,求a的取值范围;
正确答案
解:(1)∵
当a=0时,f(x)=2x-lnx,则(2分)
∴x,f‘(x),f(x)的变化情况如下表
(5分)
∴当时,f(x)的极小值为1+ln2,函数无极大值.(7分)
(2)由已知,得,且x>0,则
(9分)
∵函数f(x)是减函数
∴f'(x)≤0对x>0恒成立,即不等式为
对恒成立(11分)
由二次函数的性质可得(13分)
解得a≤-1,即a的取值范围是(-∞,-1](14分)
另解:对x>0恒成立,即
对x>0恒成立,即
解析
解:(1)∵
当a=0时,f(x)=2x-lnx,则(2分)
∴x,f‘(x),f(x)的变化情况如下表
(5分)
∴当时,f(x)的极小值为1+ln2,函数无极大值.(7分)
(2)由已知,得,且x>0,则
(9分)
∵函数f(x)是减函数
∴f'(x)≤0对x>0恒成立,即不等式为
对恒成立(11分)
由二次函数的性质可得(13分)
解得a≤-1,即a的取值范围是(-∞,-1](14分)
另解:对x>0恒成立,即
对x>0恒成立,即
函数y=x+的极大值是( )
正确答案
解析
解:函数的定义域为{x|x≠0}
因为y=x+,所以y′=1-
所以y′=1-=0得x=±1
当x<-1或x>1时,y′>0;当-1<x<0或0<x<1时,y′<0,
所以当x=-1时函数有极大值-2.
故选:B.
已知函数f(x)=ln(ax+1)+,x≥0,其中a>0.
(Ⅰ)若f(x)在x=1处取得极值,求a的值;
(Ⅱ)求f(x)的单调区间;
(Ⅲ)若f(x)的最小值为1,求a的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ),
∵f′(x)在x=1处取得极值,f′(1)=0
即 a+a-2=0,解得 a=1
(Ⅱ),
∵x≥0,a>0,
∴ax+1>0
①当a≥2时,在区间(0,+∞)上f′(x)>0.
∴f(x)的单调增区间为(0,+∞)
②当0<a<2时,由f′(x)>0解得
由
∴f(x)的单调减区间为,单调增区间为
(Ⅲ)当a≥2时,由(II)知,f(x)的最小值为f(0)=1
当0<a<2时,由(II)②知,处取得最小值
,
综上可知,若f(x)的最小值为1,则a的取值范围是[2,+∞)
解析
解:(Ⅰ),
∵f′(x)在x=1处取得极值,f′(1)=0
即 a+a-2=0,解得 a=1
(Ⅱ),
∵x≥0,a>0,
∴ax+1>0
①当a≥2时,在区间(0,+∞)上f′(x)>0.
∴f(x)的单调增区间为(0,+∞)
②当0<a<2时,由f′(x)>0解得
由
∴f(x)的单调减区间为,单调增区间为
(Ⅲ)当a≥2时,由(II)知,f(x)的最小值为f(0)=1
当0<a<2时,由(II)②知,处取得最小值
,
综上可知,若f(x)的最小值为1,则a的取值范围是[2,+∞)
已知函数f(x)=x-alnx,g(x)=-(a>0).
(Ⅰ)若a=1,求函数f(x)的极值;
(Ⅱ)设函数h(x)=f(x)-g(x),求函数h(x)的单调区间;
(Ⅲ)若存在x0∈[1,e],使得f(x0)<g(x0)成立,求a的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)f(x)=x-alnx的定义域为(0,+∞).
当a=1时,f′(x)=.
由f′(x)=0,解得x=1.
当0<x<1时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当x>1时,f′(x)>0,f(x)单调递增,
所以当x=1时,函数f(x)取得极小值,极小值为f(1)=1-ln1=1;
(Ⅱ)h(x)=f(x)-g(x)=x-alnx+,其定义域为(0,+∞).
又h′(x)==
.
由a>0可得1+a>0,在0<x<1+a上,h′(x)<0,在x>1+a上,h′(x)>0,
所以h(x)的递减区间为(0,1+a);递增区间为(1+a,+∞).
(III)若在[1,e]上存在一点x0,使得f(x0)<g(x0)成立,
即在[1,e]上存在一点x0,使得h(x0)<0.即h(x)在[1,e]上的最小值小于零.
①当1+a≥e,即a≥e-1时,由(II)可知h(x)在[1,e]上单调递减.
故h(x)在[1,e]上的最小值为h(e),
由h(e)=e+-a<0,可得a>
.
因为>e-1.所以a>
.
②当1<1+a<e,即0<a<e-1时,
由(II)可知h(x)在(1,1+a)上单调递减,在(1+a,e)上单调递增.
h(x)在[1,e]上最小值为h(1+a)=2+a-aln(1+a).
因为0<ln(1+a)<1,所以0<aln(1+a)<a.
则2+a-aln(1+a)>2,即h(1+a)>2不满足题意,舍去.
综上所述:a∈(,+∞).
解析
解:(Ⅰ)f(x)=x-alnx的定义域为(0,+∞).
当a=1时,f′(x)=.
由f′(x)=0,解得x=1.
当0<x<1时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当x>1时,f′(x)>0,f(x)单调递增,
所以当x=1时,函数f(x)取得极小值,极小值为f(1)=1-ln1=1;
(Ⅱ)h(x)=f(x)-g(x)=x-alnx+,其定义域为(0,+∞).
又h′(x)==
.
由a>0可得1+a>0,在0<x<1+a上,h′(x)<0,在x>1+a上,h′(x)>0,
所以h(x)的递减区间为(0,1+a);递增区间为(1+a,+∞).
(III)若在[1,e]上存在一点x0,使得f(x0)<g(x0)成立,
即在[1,e]上存在一点x0,使得h(x0)<0.即h(x)在[1,e]上的最小值小于零.
①当1+a≥e,即a≥e-1时,由(II)可知h(x)在[1,e]上单调递减.
故h(x)在[1,e]上的最小值为h(e),
由h(e)=e+-a<0,可得a>
.
因为>e-1.所以a>
.
②当1<1+a<e,即0<a<e-1时,
由(II)可知h(x)在(1,1+a)上单调递减,在(1+a,e)上单调递增.
h(x)在[1,e]上最小值为h(1+a)=2+a-aln(1+a).
因为0<ln(1+a)<1,所以0<aln(1+a)<a.
则2+a-aln(1+a)>2,即h(1+a)>2不满足题意,舍去.
综上所述:a∈(,+∞).
扫码查看完整答案与解析