- 导数及其应用
- 共31591题
已知函数f(x)=x3+ax2+bx+5,若x=-2时,f(x)有极值,且曲线y=f(x)在点x=1处的切线斜率为3,
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)判断当x=-2时,f(x)是取到极大值还是极小值,说明理由。
正确答案
解:(1),
由题意,得,解得:
,
所以,。
(2)由(1)知,,
令,得
,
列表如下:
∴由上表知,当x=-2时,f(x)取得极大值。
设函数f(x)=-x(x-a)2(x∈R),其中a∈R 。
(1)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(2)当a≠0时,求函数f(x)的极大值和极小值。
正确答案
解:(1)5x+y-8=0;
(2)当a>0时,极大值为f(a)=0,极小值为;
当a<0时,极大值为,极小值为f(a)=0。
设f(x)=x3+ax2+bx+c和g(x)=4x2-7x+2满足下列两个条件:①f(x)在x=-1处有极值,②曲线y=f(x)和y=g(x)在点(2,4)处有公切线。求a、b、c的值。
正确答案
解:a=0,b=-3,c=2。
设函数f(x)=lnx-ax2-bx,
(1)当a=b=时,求f(x)的最大值;
(2)令F(x)=f(x)+ax2+bx+
,(0<x≤3),其图象上任意一点P(x0,y0)处切线的斜率k≤
恒成立,求实数a的取值范围;
(3)当a=0,b=-1,方程2mf(x)=x2有唯一实数解,求正数m的值。
正确答案
解:(1)依题意,知f(x)的定义域为(0,+∞),
当,
,
令f′(x)=0, 解得x=1,(∵x>0),
因为g(x)=0有唯一解,所以,
当时,
,此时f(x)单调递增;
当x>1时,,此时f(x)单调递减,
所以f(x)的极大值为,此即为最大值。
(2),
则有上恒成立,
所以,
当取得最大值
,
所以a≥;
(3)因为方程有唯一实数解,
所以有唯一实数解,
设,
则,
令,
因为,
当上单调递减;
当上单调递增;
当,
则,
所以,
因为m>0,
所以,(*)
设函数,
因为当x>0时,h(x)是增函数,
所以h(x)=0至多有一解,
因为h(1)=0,
所以方程(*)的解为,
解得。
函数y=f(x)在区间(0,+∞)内可导,导函数f'(x)是减函数,且f′(x)>0。设x0∈(0,+∞),y=kx+m是曲线y=f(x)在点(x0,f(x0))的切线方程,并设函数g(x)=kx+m。
(1)用x0、f(x0)、f′(x0)表示m;
(2)证明:当x0∈(0,+∞)时,g(x)≥f(x);
(3)若关于x的不等式x2+1≥ax+b≥在
上恒成立,其中a、b为实数,求b的取值范围及a与b所满足的关系。
正确答案
解:(1)。
(2)令
则
因为递减,
所以递增,
因此,当时,
当时,
所以是h(x)唯一的极值点,且是极小值点,
可知h(x)的最小值为0,
因此
即。
(3),
是不等式成立的必要条件,以下讨论设此条件成立
,即
对任意
成立的充要条件是
另一方面,由于满足前述题设中关于函数
的条件,
利用(2)的结果可知,的充要条件是:过点(0,b)与曲线
相切的直线的斜率大于,该切线的方程为
于是的充要条件是
综上,不等式对任意
成立的充要条件是
①
显然,存在a、b使①式成立的充要条件是:不等式 ②有解
解不等式②得③
因此,③式即为b的取值范围,①式即为实数在a与b所满足的关系。
已知f(x)=x2+bx+c为偶函数,曲线y=f(x)过点(2,5),g(x)=(x+a)f(x).
(1)求曲线y=g(x)有斜率为0的切线,求实数a的取值范围;
(2)若当x=﹣1时函数y=g(x)取得极值,确定y=g(x)的单调区间.
正确答案
解:(1)∵f(x)=x2+bx+c为偶函数,
故f(﹣x)=f(x)
即有(﹣x)2+b(﹣x)+c=x2+bx+c
解得b=0又曲线y=f(x)过点(2,5),
得22+c=5,有c=1
∵g(x)=(x+a)f(x)=x3+ax2+x+a
从而g'(x)=3x2+2ax+1,
∵曲线y=g(x)有斜率为0的切线,
故有g'(x)=0有实数解.即3x2+2ax+1=0有实数解.
此时有△=4a2﹣12≥0
解得a∈(﹣∞,﹣]∪[
,+∞)
所以实数a的取值范围:a∈(﹣∞,﹣]∪[
,+∞);
(2)因x=﹣1时函数y=g(x)取得极值,
故有g'(﹣1)=0即3﹣2a+1=0,
解得a=2
又g'(x)=3x2+4x+1=(3x+1)(x+1)
令g'(x)=0,得=﹣1,x2=
当x∈(﹣∞,﹣1)时,g'(x)>0,故g(x)在(﹣∞,﹣1)上为增函数
当时,g'(x)<0,故g(x)在(﹣1,﹣
)上为减函数
当x∈(﹣)时,g'(x)>0,故g(x)在
上为增函数.
已知函数f(x)=lnx,g(x)=x2﹣bx(b为常数).
(1)函数f(x)的图象在点(1,f(1))处的切线与g(x)的图象相切,求实数b的值;
(2)设h(x)=f(x)+g(x),若函数h(x)在定义域上存在单调减区间,求实数b 的取值范围;
(3)若b>1,对于区间[1,2]上的任意两个不相等的实数x1,x2,都有|f(x1)﹣f(x2)|>|g(x1)﹣g(x2)|成立,求b的取值范围.
正确答案
解:(1)f(x)=lnx得f'(x)=,
函数f(x)的图象在点(1,f(1))处的切线的斜率为f'(1)=1,
切线方程为:y﹣0=x﹣1即y=x﹣1.
由已知得它与g(x)的图象相切,将y=x﹣1代入得x
﹣1=x2﹣bx,即
x2﹣(b+1)x+1=0,
∴△=(b+1)2﹣2=0,解得b=﹣1,
即实数b的值为﹣1.
(2)h(x)=f(x)+g(x)=lnx+x2﹣bx,
∴h'(x)=+x﹣b,
根据函数h(x)在定义域(0,+∞)上存在单调减区间,
∴存在x>0,使得+x﹣b<0,即b>
+x,
由于当x>0时,+x≥2,
∴b>2.
∴实数b 的取值范围(2,+∞).
(3)对于区间[1,2]上的任意实数x,f'(x)=∈[
,1].g'(x)=x﹣b∈[1﹣b,2﹣b],
要使得对于区间[1,2]上的任意两个不相等的实数x1,x2,都有|f(x1)﹣f(x2)|>|g(x1)﹣g(x2)|成立,
即>
,
利用导数的几何是切线的斜率,得到f'(x)最小值>g'(x)最大值,
即>2﹣b,
∴b>.
则b的取值范围(,+∞).
设函数f(x)=alnx-bx2(x>0)。
(1)若函数f(x)在x=1处与直线y=相切,
①求实数,b的值;
②求函数f(x)在[,e]上的最大值;
(2)当b=0时,若不等式f(x)≥m+x对所有的a∈[0,],x∈(1,e2]都成立,求实数m的取值范围。
正确答案
解:(1)①
∵函数在
处与直线
相切
∴
解得
②
当时,令
得
令得
∴在
上单调递增
在[1,e]上单调递减
∴。
(2)当b=0时,
若不等式对所有的
都成立
则对所有的
都成立
即对所有的
都成立
令,则
为一次函数
∵
∴
∴在
上单调递增
∴
∴对所有的
都成立
∵
∴
∴。
已知定义在(,3)上的两个函数
,y=f(x)的图象在点A(
,f(
))处的切线的斜率为
,
(1)求f(x)的解析式;
(2)试求实数k的最大值,使得对任意x∈(,3),不等式f(x)≥kg(x)恒成立;
(3)若x1,x2,x3∈(,3)且3x1x2x3=2(x1x2+x2x3+x3x1),求证:
。
正确答案
解:(1)由及
,即可求得a=2,
则;
(2)当时,
,
不等式,
令,x∈(
,3),
由于,
当时,h′(x)<0;当
时,h′(x)>0;当x∈(2,3)时,h′(x)<0.
又,故
,
于是由得
,即k的最大值为
;
(3)由(2)知,,
在上式中分别令x=x1,x2,x3再三式作和即得,
,
所以有。
已知函数f(x)=lnx,g(x)=(a>0),设h(x)=f(x)+g(x),
(Ⅰ)求h(x)的单调区间;
(Ⅱ)若在y=h(x)在x∈(0,3]的图象上存在一点P(x0,y0),使得以P(x0,y0)为切点的切线的斜率k≥成立,求实数a的最大值;
(Ⅲ)是否存在实数m,使得函数y=g()+m-1的图象于y=f(x2+1)的图象恰好有四个不同的交点?若存在,求出m的取值范围,若不存在,说明理由。
正确答案
解:(Ⅰ),其定义域为(0,+∞),
,
令,则x=a,
于是,当x>a时,h′(x)>0,h(x)为增函数,
当0<x<a时,h′(x)<0,h(x)为减函数,
所以h(x)的单调增区间是(a,+∞),单调减区间是(0,a);
(Ⅱ)因为,
所以在区间x∈(0,3]上存在一点P(x0,y0),
使得以P(x0,y0)为切点的切线的斜率,
等价于,
因为,
所以在x∈(0,3]的最大值为
,
于是a≤,a的最大值为
。
(Ⅲ)若的图象与
的图象恰好有四个不同的交点,
即有四个不同的根,亦即方程
有四个不同的根。
构造函数,
则F(x)的图象与x轴有四个不同的交点,,
令,
当x变化时F′(x)和F(x)的变化情况如下表:
所以当且
即
时,F(x)的图象与x轴有四个不同的交点,
解得,
所以存在使得两个函数的图像恰好有四个不同的交点。
设m、t为实数,函数,f(x)的图象在点M(0,f(0))处的切线的斜率为1.
(1)求实数m的值;
(2)若对于任意x∈[﹣1,2],总存在t,使得不等式f(x)≤2t成立,求实数t的取值范围;设方程x2+2tx﹣1=0的两个实数根为a,b(a<b),若对于任意x∈[a,b],总存在x1、x2∈[a,b],使得f(x1)≤f(x)≤f(x2)恒成立,记g(t)=f(x2)﹣f(x1),当时,求实数t的值.
正确答案
解:(1)∵
∴f '(x)=
∵函数,f(x)的图象在点M(0,f(0))处的切线的斜率为1
∴f '(0)=1
∴m=1
(2)由(1)知f(x)=
∵对于任意x∈[﹣1,2],总存在t,使得不等式f(x)≤2t成立
∴对于任意x∈[﹣1,2],总存在t,使得不等式t≥成立
即t≥
令s(x)=则s '(x)=
∴当s'(x)≥0时﹣≤x≤
当s'(x)≤0时x≤﹣或x≥
而x∈[﹣1,2]
故﹣1≤x≤﹣或
≤x≤2
∴s(x)在[﹣1,﹣]单调递减,在(﹣
,
)单调递增,在[
,2]单调递减
∵s(﹣)=﹣
,s(2)=
∴s(x)min=﹣
∴t≥﹣
又由韦达定理可得a+b=﹣2t,ab=﹣1,b﹣a=2
若对于任意x∈[a,b],总存在x1,x2∈[a,b]使得f(x1)≤f(x)≤f(x2)恒成立,说明x1,x2分别是区间[a,b]f(x)的最小最大值点.
由(1)可得,f'(x)=,
注意h(x)=x2+2tx﹣1,不难发现函数f(x)在区间[a,b]f '(x)≥0,f(x)递增,
则x1=a,x2=b
则g(t)=f(x2)﹣f(x1)=f(b)﹣f(a)
==
∵a+b=﹣2t,ab=﹣1,b﹣a=2
∴g(t)=
∵
∴t=±2
已知二次函数,其导函数
的图象如图,
。
(1)求函数在x=3处的切线斜率;
(2)若函数在区间
上是单调函数,求实数m的取值范围;
(3)若函数的图像总在函数
图象的上方,求c的取值范围。
正确答案
解:(1)由已知,,
其图象为直线,且过(0,-8),(4,0)两点,
∴,
∴,
∴,
∴,
∴∴函数f(x)在x=3处的切线斜率为0。
(2),
,
∴的单调递增区间为(0,1)和(3,+∞),
的单调递减区间为(1,3),
则,解得:
。
(3)由题意,在
恒成立,
得在
恒成立,
即在
恒成立,
设,则
,
,
因为,
所以,当时,
,
为增函数;
当和
时,
,
为减函数;
∴的最小值为
和
中的较小者,
∴,
又已知,
∴。
已知函数f(x)=的图象过点(﹣1,2),且在点(﹣1,f(
﹣1))处的切线与直线x﹣5y+1=0垂直.
(1)求实数b,c的值;
(2)求f(x)在[﹣1,e](e为自然对数的底数)上的最大值;
(3)对任意给定的正实数a,曲线y=f(x)上是否存在两点P,Q,使得△POQ是以O为直角顶点的直角三角形,且此三角形斜边中点在y轴上?
正确答案
解:(1)由题意可得,当x<1时,f′(x)=﹣3x2+2x+b,f′(﹣1)=﹣3﹣2+b=b﹣5.
由( b﹣5 )( )=﹣1,可得b=0,
故 f(x)=﹣x3+x2+c.把点(﹣1,2)代入求得 c=0.
综上可得b=0,c=0.
(2)由以上可得 ,当﹣1≤x<1时,f′(x)=﹣x(3x﹣2).
解f′(x)>0得0<x< .解f′(x)<0得1≥x>
或x<0.
∴f(x)在(﹣1,0)和( ,1)上单调递减,在(0,
)上单调递增,
从而f(x)在x= 处取得极大值为f(
)=
.
又∵f(﹣1)=2,f(1)=0,
∴f(x)在[﹣1,1)上的最大值为2.
当1≤x≤e时,f(x)=alnx,
当a≤0时,f(x)≤0.
当a>0时,f(x)在[1,e]单调递增;
∴f(x)在[1,e]上的最大值为a.
∴a≥2时,f(x)在[﹣1,e]上的最大值为a;
当a<2时,f(x)在[﹣1,e]上的最大值为2.
(3)设点P的横坐标为m(不妨设m>0),
则由题意可得点Q的横坐标为﹣m,且﹣m<0.
当0<m<1时,点P(m,﹣m3+m2),点 Q(﹣m,m3+m2),
由K0P·KOQ=﹣1,可得(﹣m2+m)(﹣m2﹣m)=﹣1,m无解.
当m≥1时,点P(m,alnm),点 Q(﹣m,m3+m2),
由K0P·KOQ=﹣1,可得 ·(﹣m2﹣m)=﹣1,即 alnm=
.
由于a为正实数,故存在大于1的实数m,满足方程 alnm= .
故曲线y=f(x)上是否存在两点P,Q,使得△POQ是以O为直角顶点的直角三角形,
且此三角形斜边中点在y轴上.
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)f′(x)=3ax2+2bx﹣3,
依题意,f′(1)=f′(﹣1)=0,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),
切线的斜率为 (左边用导数求出,右边用斜率的两点式求出),
整理得2x03﹣3x02+m+3=0.
∵过点A(1,m)可作曲线的三条切线,
故此方程有三个不同解,
下研究方程解有三个时参数所满足的条件
设g(x0)=2x03﹣3x02+m+3,
则g′(x0)=6x02﹣6x0,
由g′(x0)=0,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g(x0)=2x03﹣3x02+m+3的极值点为x0=0,x0=1
∴关于x0方程2x03﹣3x02+m+3=0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)=x﹣1﹣alnx(a∈R).
(1)若曲线y=f(x)在x=1处的切线方程为3x﹣y=3,求实数a的值;
(2)若f(x)的值域为[0,+∞),求a的值;
(3)若a<0,对任意x1,x2∈(0,1],且x1≠x2,恒有,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1)∵f'(x)=1﹣ ,
∴f'(1)=1﹣a
∴曲线y=f(x)在x=1处的切线的斜率为1﹣a
∵曲线y=f(x)在x=1处的切线的方程为3x﹣y﹣3=0,
∴1﹣a=3,解得a=﹣2.
(2)f'(x)=1﹣ =
,其中x>0
(i)当a≤0时,f'(x)>0恒成立,所以函数f(x)在(0,+∞)上是增函数
而f(1)=0,所以当x∈(0,1)时,f(x)<0,与f(x)≥0恒成立相矛盾
∴a≤0不满足题意.
(ii)当a>0时,
∵x>a时,f'(x)>0,所以函数f(x)在(a,+∞)上是增函数;
0<x<a时,f'(x)<0,所以函数f(x)在(0,a)上是减函数;
∴f(x)≥f(a)=a﹣a﹣alna
∵f(1)=0,所以当a≠1时,f(a)<f(1)=0,此时与f(x)≥0恒成立相矛盾 ∴a=1
综上所述,若f(x)的值域为[0,+∞),则a=1;
(3)由(2)可知,当a<0时,函数f(x)在(0,1]上是增函数,
又函数y= 在(0,1]上是减函数
不妨设0<x1≤x2≤1 则|f(x1)﹣f(x2)|=f(x2)﹣f(x1),
∴|f(x1)﹣f(x2)|≤4| ﹣
|即f(x2)+4×
≤f(x1)+4×
设h(x)=f(x)+ =x﹣1﹣alnx+
,
则|f(x1)﹣f(x2)|≤4| ﹣
|等价于函数h(x)在区间(0,1]上是减函数
因为h'(x)=1﹣ ﹣
=
,
所以x2﹣ax﹣4≤0在(0,1]上恒成立,
即a≥x﹣ 在(0,1]上恒成立,
即a不小于y=x﹣ 在(0,1]内的最大值.
而函数y=x﹣ 在(0,1]是增函数,
所以y=x﹣ 的最大值为﹣3
所以a≥﹣3,又a<0,所以a∈[﹣3,0).
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