- 导数及其应用
- 共31591题
已知函数f(x)=x2-1与函数g(x)=alnx(a≠0),
(Ⅰ)若f(x),g(x)的图象在点(1,0)处有公共的切线,求实数a的值;
(Ⅱ)设F(x)=f(x)-2g(x),求函数F(x)的极值.
正确答案
解:(Ⅰ)因为f(1)=0,g(1)=0,
所以点(1,0)同时在函数f(x),g(x)的图象上,
因为f(x)=x2-1,g(x)=alnx,f′(x)=2x,g′(x)=,
由已知,得f′(1)=g′(1),所以,即a=2.
(Ⅱ)因为F(x)=f(x)-2g(x)=x2-1-2alnx(x>0),
所以F′(x)=,
当a<0时,因为x>0,且x2-a>0,所以F′(x)>0对x>0恒成立,
所以F(x)在(0,+∞)上单调递增,F(x)无极值;
当a>0时,令F′(x)=0,解得(舍),
所以当x>0时,F′(x),F(x)的变化情况如下表:
所以当时,F(x)取得极小值,且
;
综上,当a<0时,函数F(x)在(0,+∞)上无极值;当a>0时,函数F(x)在处取得极小值a-1-alna。
已知函数f(x)=x3+x-16.求曲线y=f(x)在点(2,-6)处的切线的方程
正确答案
y=13x-32
试题分析:根据导数的几何意义,先求函数的导函数
,进而求出
,得到曲线
在点处的切线的斜率,由点斜式得切线方程.
试题解析:
∵f ′(x)=3x2+1, 4分
∴f(x)在点(2,-6)处的切线的斜率为k=f ′(2)=13. 9分
∴切线的方程为y=13x-32. 12分
经调查统计,某种型号的汽车在匀速行驶中,每小时的耗油量(升)关于行驶速度
(千米/时)的函数可表示为
.已知甲、乙两地相距
千米,在匀速行驶速度不超过
千米/时的条件下,该种型号的汽车从甲地 到乙地的耗油量记为
(升).
(Ⅰ)求函数的解析式;
(Ⅱ)讨论函数的单调性,当
为多少时,耗油量
为最少?最少为多少升?
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)当
,从甲地到乙地的耗油量
最少,最少耗油量为7升.
试题分析:(Ⅰ)由题意得,汽车从甲地到乙地行驶了小时,又因为每小时的耗油量
(升)关于行驶速度
(千米/时)的函数可表示为
,二者相乘即得
.(Ⅱ)由(Ⅰ)有,
,利用导数可得其最小值.
试题解析:(Ⅰ)由题意得,汽车从甲地到乙地行驶了小时, (2分)
. (5分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)有,. (8分)
令,得
,
. (9分)
①当时,
,
是减函数; (10分)
②当时,
,
是增函数; (11分)
当
,即汽车的行驶速度为
(千米/时)时,从甲地到乙地的耗油量
为最少,最少耗油量为
(升). (12分)
已知函数有两个极值点
,且直线
与曲线
相切于
点。
(1) 求和
(2) 求函数的解析式;
(3) 在为整数时,求过
点和
相切于一异于
点的直线方程
正确答案
(1)设直线,和
相切于点
有两个极值点,于是
从而 ………………4分
(2)又,且
为切点。
则 ,由 ③ 求得
或
,由①②联立知
。在
时,
;在
时,
,或
…9分
(3)当为整数时,
符合条件,此时
为
,设过
的直线
和
相切于另一点
.则
由④⑤及
,可知
即
,再联立⑥可知
,又
,
,此时
故切线方程为:
略
已知函数f(x)=+
-1(a∈R)
(1)求函数f(x)的图象在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)若f(x)≤0在区间(0,e2]上恒成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)因为函数f(x)的定义域为(0,+∞),导函数f′(x)=,
∴k=f′(1)=1-a,
又f(1)=a-1,即切点坐标为(1,a-1),
所以,函数f(x)的图象在点(1,f(1))处的切线方程为:
y-(a-1)=(1-a)(x-1),即y=(1-a)x+2(a-1).
(2)结合(1),令f′(x)=0得x=e1-a,由对数函数的单调性知:
当x∈(0,e1-a)时,f′(x)>0,f(x)是增函数;
当x∈(e1-a,+∞)时,f′(x)<0,f(x)是减函数.
(ⅰ)当e1-a<e2时,a>-1时,f(x)max=f(e1-a)=ea-1-1,
令ea-1-1≤0,解得a≤1,即-1<a≤1,
(ⅱ)当e1-a≥e2即a≤-1时,f(x)在(0,e2]上是增函数,
∴f(x)在(0,e2]上的最大值为f(e2)=-1,
令-1≤0,解得a≤e2-2,即a≤-1,
综上可知,实数a的取值范围是a≤1.
如果曲线y=x3+x-10的某一切线与直线y=4x+3平行,求切点坐标与切线方程.
正确答案
∵切线与直线y=4x+3平行,斜率为4
又切线在点x0的斜率为y′|_x0
∵3x02+1=4,∴x0=±1,有,或
,
∴切点为(1,-8)或(-1,-12),
切线方程为y+8=4(x-1)或y+12=4(x-1),
即y=4x-12或y=4x-8.
已知函数,其中
.
(1)当时,求函数
在
处的切线方程;
(2)若函数在区间(1,2)上不是单调函数,试求
的取值范围;
(3)已知,如果存在
,使得函数
在
处取得最小值,试求
的最大值.
正确答案
(1) (2)
(3)
试题分析:(1) 利用导数求切线方程,关键在于理解切点的三个含义,一是在切点处的导数值为切线的斜率,二是切点在曲线上,即切点坐标满足曲线方程,三是切点在直线上,即切点坐标满足直线方程,有时这一条件用直线两点间斜率公式表示.因为所以
,再根据点斜式写出切线方程. (2)利用导数研究函数单调性,往往转化为研究导函数为零时方程根的情况,本题函数
在区间(1,2)上不是单调函数,就转化为
在区间(1,2)上有不相等的根,可由实根分布列充要条件,也可利用变量分离结合图象求函数对应区域范围,(3)已知函数最值求参数取值范围,可从恒成立角度出发,实现等价转化,也可分类讨论求最值列等式.本题采取
对
恒成立较好.转化为二次函数恒成立可从四个方面研究:一是开口方向,二是对称轴,三是判别式,四是区间端点函数值的正负.
试题解析:(1)解:当时,
,则
,故
2分
又切点为,故所求切线方程为
,即
4分
(2)由题意知,在区间(1,2)上有不重复的零点,
由,得
,因为
,所以
7分令
,则
,故
在区间(1,2)上是增函数,所以其值域为
,从而
的取值范围是
9分
(3),
由题意知对
恒成立,即
对
恒成立,即
①对
恒成立 11分
当时,①式显然成立;
当时,①式可化为
②,
令,则其图象是开口向下的抛物线,所以
13分
即,其等价于
③,
因为③在时有解,所以
,解得
,
从而的最大值为
16分
(本小题满分14分)
已知二次函数
的图象经过点
、
与点
,设函数
在
和
处取到极值,其中
,
。
(1)求的二次项系数
的值;
(2)比较的大小(要求按从小到大排列);
(3)若,且过原点存在两条互相垂直的直线与曲线
均相切,求
。
正确答案
解:(1)由题意可设,
又函数图象经过点,则
,得
.……… 2分
(2)由(1)可得。
所以,
, ………… 4分
函数在
和
处取到极值,
故, ………… 5分
,
………… 7分
又,故
。 …… 8分
(3)设切点,则切线的斜率
又,所以切线的方程是
…… 9分
又切线过原点,故
所以,解得
,或
。 ………… 10分
两条切线的斜率为,
,
由,得
,
,
,
………………………… 12分
所以,
又两条切线垂直,故,所以上式等号成立,有
,且
。
所以。 ………… 14分
略
(本小题满分l4分)
已知函数f(x)=ax3+bx2-3x在x=±1处取得极值.
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
(Ⅱ)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;
(Ⅲ)若过点A(1,m)(m≠-2)可作曲线y=f(x)的三条切线,求实数m的取值范围.
正确答案
解: (I)f′(x)=3ax2+2bx-3,依题意,f′(1)=f′(-1)=0,
即
解得a=1,b=0.
∴f(x)=x3-3x.
(II)∵f(x)=x3-3x,∴f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
当-1
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
(III)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,
∴关于x0方程=0有三个实根.
设g(x0)= ,则g′(x0)=6
,
由g′(x0)=0,得x
0=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)= 的极值点为x0=0,x0=1
∴关于x0方程=0有三个实根的充要条件是
,解得-3
故所求的实数a的取值范围是-3
略
函数的图象在点
处的切线方程为
正确答案
略
设定义在(0,+∞)上的函数f(x)=ax++b(a>0)
(1)求f(x)的最小值;
(2)若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y=,求a,b的值。
正确答案
解:(1)f(x)=ax++b≥2
+b=b+2当且仅当ax=1(x=
)时,
f(x)的最小值为b+2;
(2)由题意,曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y=,可得:f(1)=
,
∴a++b=
①
f'(x)=a﹣,
∴f′(1)=a﹣=
②
由①②得:a=2,b=-1。
已知函数.
(Ⅰ)求的极值;
(II)判断y=f(x)的图像是否是中心对称图形,若是求出对称中心并证明,否则说明理由;
(III)设的定义域为
,是否存在
.当
时,
的取值范围是
?若存在,求实数
、
的值;若不存在,说明理由
正确答案
是
的一个极大值,
是
的一个极小值.
、
不存在
解:(I) .注意到
,即
,
得
或
.所以当
变化时,
的变化情况如下表:
所以是
的一个极大值,
是
的一个极小值.
(II) 点的中点是
,所以
的图象的对称中心只可能是
.
设为
的图象上一点,
关于
的对称点是Q
,
因,又
所以,
即点也在函数y=f(x)的图像上。
设为
的图象上一点,
关于
的对称点是
……
(III) 假设存在实数、
.
,
或
.
若, 当
时,
,而
.故不可能…
若,当
时,
,而
.故不可能….
若,由
的单调递增区间是
,知
是
的两个解.而
无解. 故此时
的取值范围是不可能是
.
综上所述,假设错误,满足条件的实数、
不存在.
设函数表示f(x)导函数。
(I)求函数一份(x))的单调递增区间;
(Ⅱ)当k为偶数时,数列{}满足
.证明:数列{
}中
不存在成等差数列的三项;
(Ⅲ)当后为奇数时,证明:对任意正整数,n都有成立.
正确答案
(1)当k为奇数时,f(x)的单调递增区间为,当k为偶数时f(x)的单调递增区间为
(2)见解析(3)见解析
(Ⅰ)函数的定义域为(0,+∞)
又
当k为奇数时,
即的单调递增区间为
当k为偶函数时,
由>0,得x-1>0,∴x>1,即f(x)的单调递增区间为
,
综上所述:当k为奇数时,f(x)的单调递增区间为,当k为偶数时f(x)的单调递增区间为
(Ⅱ)当k为偶数时,由(Ⅰ)知
所以
根据题设条件有
∴{ }是以2为公式的比例数列
假设数列{}中存在三项
,
,
,成等差数列
不妨设r=
+
即
又
(Ⅲ)当k为奇数时
方法二:(数学归纳发)
当n=1是,左边=0,右边=0,显然不等式成立
设n=k+1时:
又
n=k+1时结论成立。
综上,对一切正整数n结论成立。
已知函数f(x)的导数f′(x)满足0<f′(x)<1,常数α为方程f(x)=x的实数根.
(Ⅰ)若函数f(x)的定义域为M,对任意[a,b]⊆M,存在x0∈[a,b],使等式f(b)-f(a)=(b-a)f′(x0)成立,求证:方程f(x)=x存在唯一的实数根α;
(Ⅱ) 求证:当x>α时,总有f(x)<x成立;
(Ⅲ)对任意x1、x2,若满足|x1-α|<2,|x2-α|<2,求证:|f(x1)-f(x2)|<4.
正确答案
(I)设f(x)=x有不同于α的实数根β,即f(β)=β,不妨设β>α,
于是在α与β间必存在c,α<c<β,
使得β-α=f(β)-f(α)=(β-α)f′(c)∴f′(c)=1,这与已知矛盾,∴方程f(x)=x存在唯一实数根α.
(II)令g(x)=x-f(x)
∴g′(x)=1-f′(x)>0
∴g(x)在定义域上为增函数
又g(α)=α-f(α)=0∴当x>α时,g(x)>g(α)=0
∴当x>α时,f(x)<x、
(III)不妨设x1<x2,∵0<f′(x)<1∴f(x)在定义域上为增函数
由(2)知x-f(x) 在定义域上为增函数、∴x1-f(x1)<x2-f(x2)
∴0<f(x2)-f(x1)<x2-x1
即|f(x2)-f(x1)|<|x2-x1|
∵|x2-x1|≤|x2-α|+|x1-α|<4
∴|f(x1)-f(x2)|<4.
(文)已知函数f(x)=x3+ax2+bx+2与直线4x-y+5=0切于点P(-1,1).
(Ⅰ)求实数a,b的值;
(Ⅱ)若x>0时,不等式f(x)≥mx2-2x+2恒成立,求实数m的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)f′(x)=3x2+2ax+b
由题意得:即
解得:a=b=-1.
(Ⅱ)由(Ⅰ)知:f(x)=x3-x2-x+2
∵f(x)≥mx2-2x+2,
∴mx2≤x3-x2+x.
∵x>0,
∴m≤,即m≤x+
-1,
法一:令g(x)=x+-1(x>0)∴g(x)≥2
-1=2-1=1,
当且仅当x=时取等号,即x=1时,g(x)min=1,
∴m≤1
法二:令g(x)=x+-1(x>0)∴g'(x)=1-x-2=0得x=1,
当x∈(0,1)时,g'(x)<0,g(x)为减函数,
当x∈(1,+∞)时,g'(x)>0,g(x)为增函数,
当x=1时,g(x)min=1,∴m≤1
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