- 导数及其应用
- 共31591题
已知f(x)=x3-2x2+cx+4,g(x)=ex-e2-x+f(x),
(1)若f(x)在x=1+处取得极值,试求c的值和f(x)的单调增区间;
(2)如下图所示,若函数y=f(x)的图象在[a,b]上连续光滑,试猜想拉格朗日中值定理:即一定存在c∈(a,b)使得f′(c)=?[用含有a,b,f(a),f(b)的表达方式直接回答,不需要写猜想过程]
(3)利用(2)证明:函数y=g(x)图象上任意两点的连线斜率不小于2e-4。
正确答案
解:(1),依题意有
,
即=-2,
∴,
令f′(x)>0,得或
,
从而f(x)的单调增区间为或
。
(2);
(3)由已知,
所以,
=2e-4,
由(2)知,对于函数y=g(x)图象上任意两点A,B,
在A,B之间一定存在一点C(c,g(c)),使得,
又g′(x)≥2e-4,故有,证毕。
函数f(x)=x3-mx2+(m2-4)x,x∈R。
(1)当m=3时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(2)已知函数f(x)有三个互不相同的零点0,α ,β,且α<β。若对任意的x∈[α ,β],都有f(x)≥f(1)恒成立,求实数m的取值范围。
正确答案
解:(1)当m=3时,f(x)=x3-3x2+5x,f ′(x)=x2-6x+5,
因为f(2)=,f ′(2)=-3,
所以切点坐标为(2,),切线的斜率为-3.
则所求的切线方程为y-=-3(x-2),即9x+3y-20=0。
(2)f ′(x)=x2-2mx+(m2-4),
令f ′(x)=0,得x=m-2或x=m+2,
当x∈(-∞,m-2)时,f ′(x)>0,f(x)在(-∞,m-2)上是增函数;
当x∈(m-2,m+2)时,f ′(x)<0,f(x)在(m-2,m+2)上是减函数;
当x∈(m+2,+∞)时,f ′(x)>0,f(x)在(m+2,+∞)上是增函数;
因为函数f(x)有三个互不相同的零点0,α ,β,且f(x)=x[x2-3mx+3(m2-4)],
所以,
解得:m∈(-4,-2)∪(-2,2)∪(2,4),
当m∈(-4,-2)时,m-2<m+2<0,所以α<m-2<β<m+2<0,
此时f(α)=0,f(1)>f(0)=0,与题意不合,故舍去;
当m∈(-2,2)时,m-2<0<m+2,所以α<m-2<0<m+2<β,
因为对任意的x∈[α ,β],都有f(x)≥f(1)恒成立,所以α<1<β,
所以f(1)为函数f(x)在[α ,β]上的最小值;
因为当x=m+2时,函数f(x)在[α ,β]上取最小值,所以m+2=1,即m=-1;
当m∈(2,4)时,0<m-2<m+2,所以0<α<m-2<m+2<β,
因为对任意的x∈[α ,β],都有f(x)≥f(1)恒成立,所以α<1<β,
所以f(1)为函数f(x)在[α ,β]上的最小值,
因为当x=m+2时,函数f(x)在[α ,β]上取最小值,所以m+2=1,即m=-1(舍去),
综上可知,m的取值范围是{-1}。
已知函数f(x)=ax3-3x2+1-,
(Ⅰ)若函数f(x)在x=-1时取到极值,求实数a的值;
(Ⅱ)试讨论函数f(x)的单调性;
(Ⅲ)当a>1时,在曲线y=f(x)上是否存在这样的两点A,B,使得在点A、B处的切线都与y轴垂直,且线段AB与x轴有公共点,若存在,试求a的取值范围;若不存在,请说明理由。
正确答案
解:,
(Ⅰ)∵函数f(x)在x=-1时取到极值,
∴,
经检验a=-2函数f(x)在x=-1时取到极小值,
∴实数a的值-2;
(Ⅱ)由,
①当,由
,
由,
∴函数f(x)的单调增区间为,单调减区间为
;
②当,
同理可得函数f(x)的单调增区间为,单调减区间为
。
(Ⅲ)假设存在满足要求的两点A,B,即在点A、B处的切线都与y轴垂直,则,
即,
∴,
又线段AB与x轴有公共点,
∴,
即,
又a>1,
解得,
所以当时,存在满足要求的点A、B。
设函数f(x)=ax2+bx+c(a≠0),曲线y=f(x)通过点(0,2a+3),且在点(-1,f(-1))处的切线垂直于y轴,
(Ⅰ)用a分别表示b和c;
(Ⅱ)当bc取得最小值时,求函数g(x)=-f(x)e-x的单调区间。
正确答案
解:(Ⅰ)因为,
所以f′(x)=2ax+b,
又因为曲线y=f(x)通过点(0,2a+3),
故f(0)=2a+3,
而f(0)=c,
从而c=2a+3,
又曲线y=f(x)在(-1,f(-1))处的切线垂直于y轴,
故f′(-1)=0,即-2a+b=0,
因此b=2a;
(Ⅱ)由(Ⅰ)得,
故当时,bc取得最小值
,
此时有,
从而,
,
所以,
令g′(x)=0,解得,
当x∈(-∞,-2)时,g′(x)<0,故g(x)在x∈(-∞,-2)上为减函数;
当x∈(-2,2)时,g′(x)>0,故g(x)在x∈(-2,2)上为增函数;
当x∈(2,+∞)时,g′(x)<0,故g(x)在x∈(2,+∞)上为减函数;
由此可见,函数g(x)的单调递减区间为(-∞,-2)和(2,+∞);单调递增区间为(-2,2)。
已知函数f(x)=,g(x)=2alnx(e为自然对数的底数),
(1)求F(x)=f(x)-g(x)的单调区间,若F(x)有最值,请求出最值;
(2)是否存在正常数a,使f(x)与g(x)的图象有且只有一个公共点,且在该公共点处有共同的切线?若存在,求出a的值,以及公共点坐标和公切线方程;若不存在,请说明理由.
正确答案
解:(1),
①当a≤0时,F′(x)>0恒成立,F(x)在(0,+∞)上是增函数,F(x)只有一个单调递增区间(0,+∞),没有最值;
②当a>0时,,
若0<x<,则F′(x)<0,F(x)在
上单调递减;
若x>,则F′(x)>0,F(x)在
上单调递增,
∴当x=时,F(x)有极小值,也是最小值,
即,
所以当a>0时,F(x)的单调递减区间为,单调递增区间为
,最小值为-alna,无最大值;
(2)若f(x)与g(x)的图象有且只有一个公共点,则方程f(x)-g(x)=0有且只有一解,
所以函数F(x)有且只有一个零点,
由(1)的结论可知F(x)min=-alna=0得a=1,
此时,F(x)=,
∴,
∴f(x)与g(x)的图象的唯一公共点坐标为,
又,
∴f(x)与g(x)的图象在点处有共同的切线,其方程为
,
即;
综上所述,存在a=1,使f(x)与g(x)的图象有且只有一个公共点,
且在该点处的公切线方程为。
已知函数f(x)=x4-3x2+6,
(Ⅰ)讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)设点P在曲线y=f(x)上,若该曲线在点P处的切线l通过坐标原点,求l的方程.
正确答案
解:(Ⅰ),
当x∈和x∈
时,f′(x)<0;
当x∈和x∈
时,f′(x)>0;
因此,f(x)在区间和
是减函数,
f(x)在区间和
是增函数。
(Ⅱ)设点P的坐标为(x0,f(x0)),
由l过原点知,l的方程为y=f′(x0)x,
因此,f(x0)=x0f′(x0),
即:x04-3x02+6-x0(4x03-6x0)=0,
整理得(x02+1)(x02-2)=0,解得或
,
因此切线l的方程为或
。
已知函数f(x)=ax3+bx2-3x在x=±1处取得极值。
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)求证:对于区间[-1,1]上任意两个自变量的值x1,x2,都有|f(x1)-f(x2)|≤4;
(3)若过点A(1,m)(m ≠-2)可作曲线y=f(x)的三条切线,求实数m的范围。
正确答案
解:(1)=3ax2+2bx-3,
依题意,f′(1)=f′(-1)=0,
即解得a=1,b=0,
∴f(x)=x3-3x。
(2)∵f(x)=x3-3x,
∴f ′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
当-1<x<1时,f ′(x)<0,故f(x)在区间[-1,1]上为减函数,
fmax(x)=f(-1)=2,fmin(x)=f(1)=-2,
∵对于区间[-1,1]上任意两个自变量的值x1,x2,
都有|f(x1)-f(x2)|≤|fmax(x) -fmin(x)|,
∴ |f(x1)-f(x2)|≤|fmax(x)-fmin(x)|=2-(-2)=4。
(3)f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
∵曲线方程为y=x3-3x,
∴点A(1,m)不在曲线上,
设切点为M(x0,y0),则点M的坐标满足,
因,故切线的斜率为
,
整理得,
∵过点A(1,m)可作曲线的三条切线,
设,则
,
由,得x0=0或x0=1,
∴g(x0)在(-∞,0),(1,+∞)上单调递增,在(0,1)上单调递减,
∴函数的极值点为x0=0,x0=1,
∴关于x0方程有三个实根的充要条件是
,解得-3<m<-2,
故所求的实数a的取值范围是-3<m<-2。
已知函数f(x)=|sinx|.
(1)若g(x)=ax﹣f(x)≥0对任意x∈[0,+∞)恒成立,求实数a的取值范围;
(2)若函数f(x)=|sinx|的图象与直线y=kx(k>0)有且仅有三个公共点,且公共点的横坐标的最大值为α,求证:.
正确答案
解:(1)根据图象可知,我们只需要考虑,
此时g(x)=ax﹣sinx
所以g′(x)=a﹣cosx
当a≥1时,g′(x)≥0,易知函数g(x)单调增,
从而g(x)≥g(0)=0,符合题意;
当a≤0,g′(x)<0,函数g(x)单调减,从而g(x)≤g(0) 不符合题意;
当0<a<1时,显然存在,使得g′(x)=0,且x∈[0,x0)时函数g(x)单调减,
从而g(x)≤g(0)=0,不符合题意.
综上讨论知a≥1.
(2)f(x)的图象与直线y=kx(k>0)有且仅有三个公共点时如图所示,
且在内相切,其切点为A(α,﹣sinα),
由于f′(x)=﹣cosx,,
则
故.
已知函数f(x)=lnx++x(a∈R)。
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)若以函数y=f(x)-x(0
正确答案
解:(1),
方程的判别式
,
当时,
,
,f(x)在(0,+∞)单调递增,
当时,
方程
有两个根均小于等于零,
,
在(0,+∞)单调递增,
综上,当a≤0时,f(x)在(0,+∞)单调递增;
(2),
恒成立
当时,
取得最大值
,
∴,
∴。
已知函数,g(x)=lnx+2x。
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)试问过点(2,5)可作多少条直线与曲线y= g(x)相切?请说明理由。
正确答案
解:(1)∵函数的定义域为(0,+∞),
∴f'(x)
(i)当a≤0时,f'(x)>0,
∴f(x)的增区间为(0,+∞),
(ii)当a>0时,令f'(x)>0,解得x>a,
∴f(x)的增区间为(a,+∞),
令f'(x)<0,解得0<x<a,
∴f(x)的减区间为(0,a)。
(2)g(x)=2x+lnx(x>0),
设过点(2,5)的直线与曲线g(x)相切的切点坐标为(x0,y0)
∴y0-5=g'(x0)(x0-2),
即
∴
令
由(1)知当a=2时,h(x)在(0,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,
又,h(2)=ln2-1<0,
∴h(x)与x轴有两个交点,
∴过点(2,5)可作2条曲线y=g(x)的切线。
设函数y=f(x)=ax3+bx2+cx+d的图象在x=0处的切线方程为24x+y-12=0,
(Ⅰ)求c,d;
(Ⅱ)若函数在x=2处取得极值-16,试求函数解析式并确定函数的单调区间。
正确答案
解:(Ⅰ)f(x)的定义域为R,,
∴;
∵切线24x+y-12=0的斜率为k=-24,
∴c=-24;
把x=0代入24x+y-12=0得y=12,
∴P(0,12),
∴d=12,
∴c=-24,d=12。
(Ⅱ)由(Ⅰ),
由已知得:,
∴,
∴,
∴,
由;
由;
∴f(x)的单调增区间为;单调减区间为(-4,2)。
已知函数f(x)=ax2-(2a+1)x+2lnx(a∈R),
(Ⅰ)若曲线y=f(x)在x=1和x=3处的切线互相平行,求a的值;
(Ⅱ)求f(x)的单调区间。
正确答案
解:,
(Ⅰ),解得
;
(Ⅱ),
①当a≤0时,,
在区间(0,2)上,f′(x)>0;在区间(2,+∞)上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是(0,2),单调递减区间是(2,+∞);
②当,
在区间(0,2)和上,f′(x)>0;在区间
上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是(0,2)和,单调递减区间是
;
③当,
故f(x)的单调递增区间是(0,+∞);
④当,
在区间和(2,+∞)上,f′(x)>0;在区间
上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是和(2,+∞),单调递减区间是
。
已知函数f(x)=ln(1+x)-x+x2(k≥0)。
(1)当k=2时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)求f(x)的单调区间。
正确答案
解:(1)当k=2时,f(x)=ln(1+x)-x+x2,f′(x)=
由于f(1)=ln2,
所以曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为
即3x-2y+2ln2-3=0;
(2),
当k=0时,
所以,在区间(-1,0)上,f′(x)>0;
在区间(0,+∞)上,f′(x)<0
故f(x)的单调递增区间是(-1,0),单调递减区间是(0,+∞)
当0<k<1时,由
得
所以,在区间(-1,0)和上,f′(x)>0;
在区间上,f′(x)<0
故f(x)的单调递增区间是(-1,0)和,单调递减区间是
当k=1时,
故f(x)的单调递增区间是(-1,+∞)
当k>1时,由
得
所以,在区间和(0,+∞)上,f′(x)>0
在区间上,f′(x)<0
故f(x)的单调递增区间是和(0,+∞)
单调递减区间是。
已知函数f(x)=x3+2x2﹣ax+1.
(I)若函数f(x)在点(1,f(1))处的切线斜率为4,求实数a的值;
(II)若函数f(x)在区间(﹣1,1)上是单调函数,求实数m的取值范围.
正确答案
解:(I)f′(x)=3x2+4x﹣a,
k=f′(1)=3+4﹣a=4,故a=3;
(II)f′(x)=3x2+4x﹣a是二次函数,开口向上,对称轴是 x=﹣
要使函数f(x)在区间(﹣1,1)上是单调函数,
只需
解得即a>7
所以实数a的取值范围是 a>7
已知函数f(x)=x2﹣(1+2a)x+alnx(a为常数).
(1)当a=﹣1时,求曲线y=f(x)在x=1处切线的方程;
(2)当a>0时,讨论函数y=f(x)在区间(0,1)上的单调性,并写出相应的单调区间.
正确答案
解:(1)当a=﹣1时,f(x)=x2+x﹣lnx,
则
∴f(1)=2,f′(1)=2
∴曲线y=f(x)在x=1处切线的方程为y﹣2=2(x﹣1)即y=2x;
(2)由题意得,
由f′(x)=0,得
①当时,令f′(x)>0,x>0,可得0<x<a或
;
令f′(x)<0,x>0,可得
∴函数f(x)的单调增区间是(0,a)和,单调减区间是
;
②当时,
,当且仅当x=
时,f′(x)=0,
所以函数f(x)在区间(0,1)上是单调增函数;
③当时,令f′(x)>0,x>0,可得0<x<a或a<x<1;
令f′(x)<0,x>0,可得
∴函数f(x)的单调增区间是(0,)和(a,1),单调减区间是
;
④当a≥1时,令f′(x)>0,x>0,可得0<x<;
令f′(x)<0,x>0,可得
∴函数f(x)的单调增区间是(0,),单调减区间是
.
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