- 导数及其应用
- 共31591题
已知函数f(x)=ex+2x2﹣3x.
(1)求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)求证函数f(x)在区间[0,1]上存在唯一的极值点;
(3)当时,若关于x的不等式
恒成立,试求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1)f′(x)=ex+4x﹣3,则f'(1)=e+1,
又f(1)=e﹣1,
∴曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y﹣e+1=(e+1)(x﹣1),
即(e+1)x﹣y﹣2=0;
(2)∵f′(0)=e0﹣3=﹣2<0,f′(1)=e+1>0,
∴f′(0)·f′(1)<0,
令h(x)=f′(x)=ex+4x﹣3,
则h′(x)=ex+4>0,
∴f′(x)在[0,1]上单调递增,
∴f′(x)在[0,1]上存在唯一零点,
∴f(x)在[0,1]上存在唯一的极值点
(3)由,
得,
即,
∵,∴
,
令,则
,
令,
则Φ'(x)=x(ex﹣1)
∵,∴Φ'(x)>0,
∴Φ(x)在上单调递增,
∴,
因此g'(x)>0,
故g(x)在上单调递增,
则.
已知函数在区间[-1,1),(1,3]内各有一个极值点。
(1)求a2-4b的最大值;
(2)当a2-4b=8时,设函数y=f(x)在点A(1,f(1))处的切线为l,若l在点A处穿过y=f(x)的图象(即动点在点A附近沿曲线y=f(x)运动,经过点A时,从l的一侧进入另一侧),求函数f(x)的表达式。
正确答案
解:(1)因为函数在区间
,
内分别有一个极值点,
所以在
,
内分别有一个实根,
设两实根为(
),则
,且
于是,
,且当
,
即,
时等号成立
故的最大值是16。
(2)由知
在点
处的切线l的方程是
,
即,
因为切线l在点A处穿过
的图象,
所以在
两边附近的函数值异号,
则不是g(x)的极值点
而,
且
若,则
和
都是
的极值点
所以,即
,
又由,得
,
故。
已知函数g(x)=ax3+bx2+cx(),g(﹣1)=0,则g(x)的导函数f(x)满足f(0)f(1)
0.设x1,x2为方程f(x)=0的两根.
(1)求的取值范围;
(2)若当|x1﹣x2|最小时,g(x)的极大值比极小值大,求g(x)的解析式.
正确答案
解:(1)由题意可得b﹣a﹣c=0,函数f(x)=3ax2+2bx+c,且f(0)f(1)=c(3a+2b+c)0.
化简可得 3b2﹣ab﹣2a20,
a
0,
3
﹣
﹣2
0.解得﹣
1,
故 的取值范围是
.
(2),
,
故当 ,即a=b时,
取最小值,即|x1﹣x2|取最小值.
此时,g(x)=ax3+ax2f(x)=3ax2+2ax.
当a>0时 f(x)在 上是增函数,在
上是减函数,在(0,+
) 上是增函数.
g(x)的极大值为,极小值为g(0)=0.
由题意,a=9,此时g(x)=9x3+9x2.
当a<0时,f(x)在 在 上是减函数,在
上是增函数,在(0,+
) 上是减函数.
g(x)的极大值为g(0)=0,极小值为.
由题意 ,a=﹣9,此时g(x)=﹣9x3﹣9x2.
已知x=1是的一个极值点,
(Ⅰ)求b的值;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调减区间;
(Ⅲ)设,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:(Ⅰ)因x=1是的一个极值点,
∴,即
,
∴b=3,经检验,适合题意,所以b=3。
(Ⅱ),
∴,
∴,∴
,
又∵x>0(定义域),
∴函数的单调减区间为。
(Ⅲ),
设过点(2,5)的曲线y=g(x)的切线的切点坐标为,
∴,
即∴,
∴,
令,
∴,∴
,
∴h(x)在(0,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,
∵又,
∴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。
已知函数f(x)=x3+bx2+cx+d有两个极值点x1=1,x2=2,且直线y=6x+1与曲线y=f(x)相切于P点.
(1)求b和c
(2)求函数y=f(x)的解析式;
(3)在d为整数时,求过P点和y=f(x)相切于一异于P点的直线方程.
正确答案
解:(1)由题意可得:函数f(x)=x3+bx2+cx+d的导数为:f'(x)=3x2+2bx+c,
因为函数f(x)=x3+bx2+cx+d有两个极值点x1=1,x2=2,
所以3x2+2bx+c=0的两个根为x1=1,x2=2,
所以2b+c+3=0,并且4b+c+12=0,
解得:b=﹣,c=6.
(2)设切点为(x0,y0),
由(1)可得:f'(x)=3x2﹣9x+6,
因为直线y=6x+1与曲线y=f(x)相切于P点,
所以f'(x0)=6,即x0=3或者x0=0,
当x0=3时,y0=19,所以函数y=f(x)的解析式为f(x)=x3x2+6x+
.
当x0=0时,y0=1,所以函数y=f(x)的解析式为f(x)=x3x2+6x+1.
(3)由题意可得:f(x)=x3x2+6x+1,并且P(0,1),
设切点的坐标为(x1,y1),所以=
=
…①.
又因为f'(x)=3x2﹣9x+6,所以K切=3x12﹣9x1+6…②,
由①②可得:,
所以切点为(,
),所以
,
所以切线方程为15x﹣16y+16=0.
所以过P点和y=f(x)相切于一异于P点的直线方程为15x﹣16y+16=0.
设函数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)已知关于x的方程f(x)=0有三个互不相等的实根0,α,β(α<β),求实数 m 的取值范围;
(3)在(2)条件下,若对任意的x∈[α,β],都有f(x)≥﹣恒成立,求实数m的取值范围.
正确答案
解:(1)∵函数f(x)=.
∴f'(x)=x2﹣2mx+m2﹣4
当m=3时,f '(2)=﹣3,f(2)=
所以所求的直线方程为9x+3y﹣20=0.
(2)∵函数f(x)==x[
]
若关于x的方程f(x)=0有三个互不相等的实根0,α,β
则△=m2﹣>0,
解得:﹣4<0<4
故满足条件的实数m的取值范围为(﹣4,4)
(3)∵f'(x)=x2﹣2mx+m2﹣4=[x﹣(m﹣2)][x﹣(m+2)],
f(x)在(﹣∞,m﹣2)上递增,在(m﹣2,m+2)递减,在(m+2,+∞)递增,
f(x)极大值=f(m﹣2)=(m﹣2)3﹣m(m﹣2)2+(m2﹣4)(m﹣2)>0,
f(x)极小值=f(m+2)=(m+2)3﹣m(m+2)2+(m2﹣4)(m+2)<0,
得﹣4<m<4且m2﹣4≠0,得﹣4<m<4,m≠±2.
若m+2<0,即m∈(﹣4,﹣2),
当x∈[α,β]时,f(x)min=0,
∴当m∈(﹣4,﹣2)时,f(x)≥﹣恒成立.
若m﹣2<0<m+2,即m∈(﹣2,2)
要使当x∈[α,β]时,f(x)≥﹣恒成立,即f(x)min=f(m+2)≥﹣
.
f(m+2)=(m+2)3﹣m(m+2)2+(m2﹣4)(m+2)≥﹣
,得m(m2﹣12)≥0
∵m∈(﹣2,2)
∴m2﹣12<0,
∴m≤0,
∴当﹣2<m≤0时,f(x)≥﹣恒成立.
若0<m﹣2,即m∈(2,4),要使当x∈[α,β]时,f(x)≥﹣恒成立,
即f(x)min=f(m+2)≥﹣,
f(m+2)=(m+2)3﹣m(m+2)2+(m2﹣4)(m+2)≥﹣
得m(m2﹣12)≥0
∵m∈(2,4)
∴2≤m<4
综上得:m的取值范围是(﹣4,﹣2).
已知函数f(x)=x2+2ax,g(x)=3a2lnx+b,其中a>0。设它们的图像有公共点,且在该点处的切线相同。
(1)试用a表示b;
(2)求F(x)=f(x)-g(x)的极值;
(3)求b的最大值。
正确答案
解:(1)设与
的公共点为
,
∵,
,
由题意,
,
即,
,
得得:
或
(舍去),
即有。(2)
,
则,
所以在
上为减函数,在
上为增函数,
于是函数在
时有极小值,
,
无极大值。
(3)由(1)知,令,
则,
当,即
时,
;
当,即
时,
;
故在
为增函数,在
为减函数,
于是在
上的极大值即为最大值:
,
即b的最大值为。
已知函数
(1)求证:函数f(x)在点(e,f(e))处的切线横过定点,并求出定点的坐标;
(2)若f(x)<f2(x)在区间(1,+∞)上恒成立,求a的取值范围;
(3)当时,求证:在区间(1,+∞)上,满足f1(x)<g(x)<f2(x)恒成立的函数g(x)有无穷多个.
正确答案
解:(1)因为,所以f(x)在点(e,f(e))处的切线的斜率为
,所以f(x)在点(e,f(e))处的切线方程为
,
整理得,所以切线恒过定点
.
(2)令<0,对x∈(1,+∞)恒成立,
因为(*)
令p'(x)=0,得极值点x1=1,,
①当时,有x2>x1=1,即
时,在(x2,+∞)上有p'(x)>0,
此时p(x)在区间(x2,+∞)上是增函数,
并且在该区间上有p(x)∈(p(x2),+∞),不合题意;
②当a≥1时,有x2<x1=1,
同理可知,p(x)在区间(1,+∞)上,有p(x)∈(p(1),+∞),也不合题意;
③当时,有2a﹣1≤0,
此时在区间(1,+∞)上恒有p'(x)<0,从而p(x)在区间(1,+?)上是减函数;
要使p(x)<0在此区间上恒成立,只须满足,
所以.
综上可知a的范围是.
(3)当时,
记.
因为,所以y=f2(x)﹣f1(x)在(1,+∞)上为增函数,
所以,
设,
则f1(x)<R(x)<f2(x),
所以在区间(1,+∞)上,满足f1(x)<g(x)<f2(x)恒成立的函数g(x)有无穷多个.
已知函数f(x)=x3+2bx2+cx-2的图象在与x轴交点处的切线方程是y=5x-10,
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
(Ⅱ)设函数g(x)=f(x)+mx,若g(x)的极值存在,求实数m的取值范围以及函数g(x)取得极值时对应的自变量x的值。
正确答案
解:(Ⅰ)由已知,切点为(2,0),
故有f(2)=0,即4b+c+3=0,①
f′(x)=3x2+4bx+c,
由已知,得8b+c+7=0,②
联立①、②,解得c=1,b=1,
于是函数解析式为f(x);
(Ⅱ),
,
令g′(x)=0,当函数有极值时,△≥0,方程有实根,
由△=4(1-m)≥0,得m≤1,
①当m=1时,g′(x)=0有实根,在
左右两侧均有g′(x)>0,故函数g(x)=0无极值;
②m<1时,g′(x)=0有两个实根,,
当x变化时,g′(x)、g(x)的变化情况如下表:
故在m时,函数g(x)有极值,
当时,g(x)有极大值;当
时,g(x)有极小值。
已知函数f(x)=(x2+ax+a)e-x(a为常数),
(1)若函数f(x)在x=0时取得极小值,试确定a的取值范围;
(2)在(1)的条件下,设由f(x)的极大值构成的函数为g(x),试判断曲线g(x)只可能与直线2x-3y+m=0,3x-2y+n=0(m,n为确定的常数)中的哪一条相切,并说明理由。
正确答案
解:(1),
令f′(x)=0,得x=0,x=2-a,
当a=2时,恒成立,此时函数f(x)单调递减,x=0不是函数的极值点;
当a>2时,2-a<0,若x>0,则f′(x)<0;若2-a<x<0,则f′(x)>0,此时x=0是函数f(x)的极大值点;
当a<2时,2-a>0,若x<0,则f′(x)<0;若0<x<2-a,则f′(x)>0,x=0是函数f(x)的极小值点;
综上所述,使得函数f(x)在x=0处取得极小值的a的取值范围是a<2。
(2)由(1)知a<2时,函数f(x)在x=2-a时取得极大值,
故函数f(x)的极大值等于,故
,
(x<2),
令,则
,对于x<2大于零恒成立,即函数h(x)在(-∞,2)单调递减,
故在(-∞,2)上,,即恒有g′(x)<1,
由直线2x-3y+m=0的斜率是,直线3x-2y+n=0的斜率是
,
根据导数的几何意义知曲线g(x)只能可能与直线2x-3y+m=0相切。
已知函数在x=a处取得极值.
(Ⅰ)求;
(Ⅱ)设函数g(x)=2x3﹣3af′(x)﹣6a3,如果g(x)在开区间(0,1)上存在极小值,求实数a的取值范围.
正确答案
解(1)f'(x)=﹣x2+2bx﹣3a2由题意知f'(a)=﹣a2+2ba﹣3a2=0
则b=2a
∴
(2)由已知可得g(x)=2x3+3ax2﹣12a2x+3a3则g'(x)=6x2+6ax﹣12a2=6(x﹣a)(x+2a)
令g'(x)=0,得x=a或x=﹣2a
若a>0,当x<﹣2a或x>a时,g'(x)>0;
当﹣2a<x<a时,g'(x)<0
所以当x=a时,g(x)有极小值,
∴0<a<1若a<0,
当x<a或x>﹣2a时,g'(x)>0;
当a<x<﹣2a时,g'(x)<0
所以当x=﹣2a时,g(x)有极小值,
∴0<﹣2a<1即
所以当或0<a<1时,g(x)在开区间(0,1)上存在极小值.
已知函数f(x)=﹣x3+ax2+b(a,b∈R).
(1)当a>0时,函数f(x)满足f(x)极小值=1,f(x)极大值=,试求y=f(x)的解析式;
(2)当x∈[0,1]时,设f(x)图象上任意一点处的切线的倾斜角为θ,若a∈[,
]且a为常数,求θ的取值范围.
正确答案
解:(1)由f′(x)=﹣3x2+2ax(a>0),
令f′(x)=0,得x=0或x= a.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
解得b=1,a=1.
∴f(x)=﹣x3+x2+1.
(2)tanθ=f'(x)=﹣3x2+2ax=,
∵a∈[,
],
∴≤
≤
.
∵x∈[0,1],
∴f'(0)≤f'(x)≤f'().
∴0≤f'(x)≤,即0≤tanθ≤
,
∵0≤θ≤π
∴θ∈[0,arctan],
∴θ的取值范围是[0,arctan].
已知函数在x=1处取得极值2,
(Ⅰ)求函数f(x)的表达式;
(Ⅱ)当m满足什么条件时,函数f(x)在区间(m,2m+1)上单调递增?
(Ⅲ)若P(x0,y0)为图象上任意一点,直线l与
的图象切于点P,求直线l的斜率k的取值范围。
正确答案
解:(Ⅰ)因为,
而函数在x=1处取得极值2,
所以,即
,解得
,
所以即为所求.
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,
令f′(x)=0,得x1=-1,x2=1,
则f(x)的增减性如下表:
可知,f(x)的单调增区间是[-1,1],
所以,,
所以当m∈(-1,0]时,函数f(x)在区间(m,2m+1)上单调递增.
(Ⅲ)由条件知,过f(x)的图象上一点P的切线l的斜率k为:
,
令,则t∈(0,1],
此时,,
根据二次函数的图象性质知:
当时,
;当t=1时,kmax=4;
所以,直线l的斜率k的取值范围是。
已知函数f(x)=ax3+2bx2-3x的极值点是x=1和x=-1。
(1)求a,b的值;
(2)求过点A(1,-2)的曲线y=f(x)的切线方程。
正确答案
解:(1)求导函数,可得f′(x)=3ax2+4bx-3
∵函数f(x)=ax3+2bx2-3x的极值点是x=1和x=-1。
∴f′(1)=f′(-1)=0
∴,
∴a=1,b=0
此时f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
可知x=1和x=-1是函数f(x)=ax3+2bx2-3x的极值点;
(2)设切点为P(x0,f(x0) ),则f′(x0)=3x0-3,
∴切线方程为
即y=3(x0-1)x+x03-3
∵点A(1,-2)在切线上,
∴-2=3(x0-1)+x03-3
即x03-3 +3x0-1=0
∴x0=1,
∴切线方程是y=-2。
已知函数f(x)=x3+mx2-m2x+1(m为常数,且m>0)有极大值9,
(Ⅰ)求m的值;
(Ⅱ)若斜率为-5的直线是曲线y=f(x)的切线,求此直线方程。
正确答案
解:(Ⅰ) f'(x)=3x2+2mx-m2=(x+m)(3x-m)=0,
则x=-m或x=m,
当x变化时,f'(x)与f(x)的变化情况如下表:
从而可知,当x=-m时,函数f(x)取得极大值9,
即f(-m)=-m3+m3+m3+1=9,
∴m=2。
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,f(x)=x3+2x2-4x+1,
依题意知f'(x)=3x2+4x-4=-5,∴x=-1或x=-,
又f(-1)=6,f(-)=
,
所以切线方程为y-6=-5(x+1),或y-=-5(x+
),
即5x+y-1=0,或135x+27y-23=0。
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