- 导数及其应用
- 共31591题
已知函数f(x)=x3+ax2+bx+a2(a,b∈R).
(1)若函数f(x)在x=1处有极值10,求b的值;
(2)若对于任意的a∈[-4,+∞),f(x)在x∈[0,2]上单调递增,求b的最小值.
正确答案
(1)b=-11 (2)
解:(1)f′(x)=3x2+2ax+b,
于是,根据题设有,
解得或
.
当时,f′(x)=3x2+8x-11,Δ=64+132>0,所以函数有极值点;
当时,f′(x)=3(x-1)2≥0,所以函数无极值点.
所以b=-11.
(2)由题意知f′(x)=3x2+2ax+b≥0对任意的a∈[-4,+∞),x∈[0,2]都成立,
所以F(a)=2xa+3x2+b≥0对任意的a∈[-4,+∞),x∈[0,2]都成立.
因为x≥0,
所以F(a)在a∈[-4,+∞)上为单调递增函数或为常数函数,
①当F(a)为常数函数时,F(a)=b≥0;
②当F(a)为增函数时,F(a)min=F(-4)=-8x+3x2+b≥0,
即b≥(-3x2+8x)max对任意x∈[0,2]都成立,
又-3x2+8x=-3(x-)2+
≤
,
所以当x=时,(-3x2+8x)max=
,所以b≥
.
所以b的最小值为.
据环保部门测定,某处的污染指数与附近污染源的强度成正比,与到污染源距离的平方成反比,比例常数为.现已知相距18
的A,B两家化工厂(污染源)的污染强度分别为
,它们连线上任意一点C处的污染指数
等于两化工厂对该处的污染指数之和.设
(
).
(1)试将表示为
的函数; (2)若
,且
时,
取得最小值,试求
的值.
正确答案
(1) , (2) 8.
试题分析:(1)解实际问题应用题,关键要正确理解题意,正确列出等量关系,注意考虑函数定义域. 设点C受A污染源污染程度为,点C受B污染源污染程度为
,其中
为比例系数,且
.从而点C处受污染程度
.定义域为
(2) 因为
,所以,
,求复杂分式函数最值,通常考虑利用导数求解.
,令
,得
,因此函数在
单调减,在
单调增,即在
时函数取极小值,也是最小值. 又此时
,解得
,经验证符合题意.
解:(1)设点C受A污染源污染程度为,点C受B污染源污染程度为
,其中
为比例系数,且
. 4分
从而点C处受污染程度. 6分
(2)因为,所以,
, 8分
,令
,得
, 12分
又此时,解得
,经验证符合题意.
所以,污染源B的污染强度的值为8. 14分
已知向量,
,若
,则
在
处的切线方程为为.
正确答案
试题分析:由已知,,
时,
,即切点为
.
又,所以,切线的斜率为
,由直线方程的点斜式得所求切线方程为
.
已知函数
(Ⅰ)设为函数
的极值点,求证:
;
(Ⅱ)若当时,
恒成立,求正整数
的最大值.
正确答案
(Ⅰ)详见解析;(Ⅱ)正整数的最大值为
.
试题分析:(Ⅰ)设为函数
的极值点,只需对
求导,让它的导函数在
处的值为零,这样得到
的关系式
,从而证明
;(Ⅱ)当
时,
恒成立,求正整数
的最大值,这是恒成立问题,解这类为题,只需分离参数,把含有参数放到不等式一边,不含参数放到不等式的另一边,转化为求不含参数一边的最大值或最小值即可,本题分离参数得
,不等式的右边就是
,这样转化为求
的最小值问题,由于
带有对数函数,需用极值法求最值,只需对
求导,得
,令
时,即
,无法解方程,可令
,判断单调性,利用根的存在性定理来确定根的范围,从而求解.
试题解析:(Ⅰ)因为,故
,
为函数
的极值点,
, 即
,于是
,故
;
(Ⅱ)恒成立,分离参数得
,则
时,
恒成立,只需
,
,记
,
,
在
上递增,又
,
在
上存在唯一的实根
, 且满足
,
当
时
,即
;当
时
,即
,
,故正整数
的最大值为
.
已知过原点O的一条直线与函数y=log8x的图像交于A、B两点,分别过点A、B作y轴的平行线与函数y=log2x的图像交于C、D两点.
(1)证明: 点C、D和原点O在同一条直线上;
(2)当BC平行于x轴时,求点A的坐标.
正确答案
(1) 证明略(2)点A的坐标为(,log8
)
设点A、B的横坐标分别为x1、x2,
由题意知: x1>1,x2>1,则A、B纵坐标分别为log8x1,log8x2.
因为A、B在过点O的直线上,
所以,点C、D坐标分别为(x1,log2x1),(x2,log2x2),
由于log2x1==
3log8x2,
所以OC的斜率: k1=,
OD的斜率: k2=,
由此可知: k1=k2,即O、C、D在同一条直线上.
(2)解: 由BC平行于x轴知:log2x1=log8x2
即 log2x1=log2x2,代入x2log8x1=x1log8x2得x13log8x1=3x1log8x1,
由于x1>1知log8x1≠0,∴x13=3x1.
又x1>1,∴x1=,则点A的坐标为(
,log8
).
已知函数f(x)=-lnx,x∈(0,e).在曲线y=f(x)上某一点作切线与x轴和y轴分别交于A、B两点,设O为坐标原点,则△AOB面积的最大值为______.
正确答案
设切点为(t,f(t))
由已知 f′(x)=-,
所以曲线y=f(x)在点(t,f(t))处的切线方程为 y+lnt=-(x-t).
令y=0,得A点的横坐标为xA=t(1-lnt),
令x=0,得B点的纵坐标为yB=1-lnt,
当t∈(0,e)时,xA>0,yB>0,
此时△AOB的面积 S=t(1-lnt)2,S′=
(lnt-1)(lnt+1),
解S'>0,得 0<t<;解S'<0,得
<t<e.
所以 (0,)是函数 S=
t(1-lnt)2的增区间; (
,e)是函数的减区间.
所以,当 t=时,△AOB的面积最大,最大值为
×
(1-ln
)2=
.
故答案为:.
已知抛物线C:y=x2+4x+,过C上一点M,且与M处的切线垂直的直线称为C在点M的法线.
(Ⅰ)若C在点M的法线的斜率为-,求点M的坐标(x0,y0);
(Ⅱ)设P(-2,a)为C对称轴上的一点,在C上是否存在点,使得C在该点的法线通过点P?若有,求出这些点,以及C在这些点的法线方程;若没有,请说明理由.
正确答案
(Ⅰ)由题意知,M处的切线的斜率k==2,
∵y′=2x+4,
∴2x0+4=2,解得x0=-1,
将x0=-1代入y=x2+4x+中,解得y0=
,
∴M(-1,);
(Ⅱ)设 M(x0,y0)为C上一点,
①若x0=-2,则C上点M(-2,-)处的切线斜率 k=0,过点M(-2,-
) 的法线方程为x=-2,此法线过点P(-2,a);
②若 x0≠-2,则过点 M(x0,y0)的法线方程为:y-y0=-(x-x0) ①
若法线过P(-2,a),则 a-y0=-(-2-x0),即(x0+2)2=a ②
若a>0,则x0=-2±,从而y0=
,将上式代入①,
化简得:x+2y+2-2a
=0或x-2
y+2+2a
=0,
若a=0与x0≠-2矛盾,若a<0,则②式无解.
综上,当a>0时,在C上有三个点(-2+,
),(-2-
,
)及
(-2,-),在这三点的法线过点P(-2,a),其方程分别为:
x+2y+2-2a
=0,x-2
y+2+2a
=0,x=-2.
当a≤0时,在C上有一个点(-2,-),在这点的法线过点P(-2,a),其方程为:x=-2.
已知函数 (
).
(1)若,求函数
的极值;
(2)设.
① 当时,对任意
,都有
成立,求
的最大值;
② 设的导函数.若存在
,使
成立,求
的取值范围.
正确答案
(1)极大值是e-1,极小值
(2)①-1-e-1 ②(-1,+∞)
(1)当a=2,b=1时,f (x)=(2+)ex,定义域为(-∞,0)∪(0,+∞).
所以f ′(x)=ex
令f ′(x)=0,得x1=-1,x2=,列表
由表知f (x)的极大值是f (-1)=e-1,f (x)的极小值是f ()=
(2)① 因为g (x)=(ax-a)ex-f (x)=(ax--2a)ex,
当a=1时,g (x)=(x--2)ex.
因为g (x)≥1在x∈(0,+∞)上恒成立,
所以b≤x2-2x-在x∈(0,+∞)上恒成立. 记h(x)=x2-2x-
(x>0),则h′(x)=
.
当0<x<1时,h′(x)<0,h(x)在(0,1)上是减函数;
当x>1时,h′(x)>0,h(x)在(1,+∞)上是增函数;
所以h(x)min=h(1)=-1-e-1;所以b的最大值为-1-e-1. ②因为g (x)=(ax--2a)ex,所以g ′(x)=(
+ax-
-a)ex.
由g (x)+g′(x)=0,得(ax--2a)ex+(
+ax-
-a)ex=0,
整理得2ax3-3ax2-2bx+b=0.
存在x>1,使g (x)+g ′(x)=0成立.
等价于存在x>1,2ax3-3ax2-2bx+b=0成立.
因为a>0,所以=
.
设u(x)= (x>1),则u′(x)=
.
因为x>1,u′(x)>0恒成立,所以u(x)在(1,+∞)是增函数,所以u(x)>u(1)=-1,
所以>-1,即
的取值范围为(-1,+∞)
函数的极大值为 .
正确答案
-2
试题分析:求导得:.由此可知,函数在
处取得极大值
.
(本题满分14分)
已知函数(
),
.
(Ⅰ)当时,解关于
的不等式:
;
(Ⅱ)当时,记
,过点
是否存在函数
图象的切线?若存在,有多少条?若不存在,说明理由;
(Ⅲ)若是使
恒成立的最小值,对任意
,
试比较与
的大小(常数
).
正确答案
(I). (Ⅱ)这样的切线存在,且只有一条。
(Ⅲ)以,
=
.
本试题主要是考查了导数在研究函数中的运用,以及不等式的求解,以及最值的研究。
(1)因为当时,不等式等价于
,进而得到解集
(2)假设存在这样的切线,设其中一个切点,
∴切线方程:将点T代入得到结论。
(3)对
恒成立,所以
,构造函数运用导数求解最值得到证明。
(I)当时,不等式等价于
,解集为
. 3分
(Ⅱ)假设存在这样的切线,设其中一个切点,
∴切线方程:,将点
坐标代入得:
,即
, ①
法1:设,则
.………………6分
,
在区间
,
上是增函数,在区间
上是减函数,
故.
又,注意到
在其定义域上的单调性知
仅在
内有且仅有一根方程①有且仅有一解,故符合条件的切线有且仅有一条. 8分.
法2:令(
),考查
,则
,
从而在
增,
减,
增. 故
,
,而
,故
在
上有唯一解.
从而有唯一解,即切线唯一.
法3:,
;
当;
所以在
单调递增。 又因为
,所以方程
有必有一解,所以这样的切线存在,且只有一条。
(Ⅲ)对
恒成立,所以
,
令,可得
在区间
上单调递减,
故,
. 10分
得,
. 令
,
,
注意到,即
,
所以,
=
. 14分
(本小题满分14分)如图,在直线之间表示的是一条河流,河流的一侧河岸(x轴)是一条公路,且公路随时随处都有公交车来往. 家住A(0,a)的某学生在位于公路上B(d,0)(d>0)处的学校就读. 每天早晨该学生都要从家出发,可以先乘船渡河到达公路上某一点,再乘公交车去学校,或者直接乘船渡河到达公路上B(d, 0)处的学校. 已知船速为
,车速为
(水流速度忽略不计).
(1)若d=2a,求该学生早晨上学时,从家出发到达学校所用的最短时间;
(2)若,求该学生早晨上学时,从家出发到达学校所用的最短时间.
正确答案
(I)设该学生从家出发,先乘船渡河到达公路上某一点P(x,0) (0≤x≤d),再乘
公交车去学校,所用的时间为t,则.……3分
令……………………………………………………5分
且当…………………………………………………6分
当……………………………………………………7分
当时,所用的时间最短,最短时间为:
.………………………………9分
答:当d=2a时,该学生从家出发到达学校所用的最短时间是.
(II)由(I)的讨论可知,当d=上的减函数,所以当
时,
即该学生直接乘船渡河到达公路上学校,所用的时间最短.……………………12分
最短的时间为………………………………………………14分
答:当时,该学生从家出发到达学校所用的最短时间是
略
一个顶点在下,底面在上的圆锥形容器,其底面半径等于圆锥的高,若以
的速度向该容器注水,则水深10时水面上升的速度为
正确答案
0.09
略
(本小题共l4分)
已知函数
,
.
(Ⅰ)设函数F(x)=18f(x)-x2[h(x)]2,求F(x)的单调区间与极值;
(Ⅱ)设,解关于x的方程
;
(Ⅲ)设,证明:
.
正确答案
解:(Ⅰ),
.
令,得
(
舍去).
当时.
;当
时,
,
故当时,
为增函数;当
时,
为减函数.
为
的极大值点,且
.
(Ⅱ)方法一:原方程可化为,
即为,且
①当时,
,则
,即
,
,此时
,∵
,
此时方程仅有一解.
②当时,
,由
,得
,
,
若,则
,方程有两解
;
若时,则
,方程有一解
;
若或
,原方程无解.
方法二:原方程可化为,
即,
①当时,原方程有一解
;
②当时,原方程有二解
;
③当时,原方程有一解
;
④当或
时,原方程无解.
(Ⅲ)由已知得,
.
设数列的前n项和为
,且
(
)
从而有,当
时,
.
又
.
即对任意时,有
,又因为
,所以
.
则,故原不等式成立.
略
已知函数,
(1)若函数在点
处的切线斜率为1,求
的值;
(2)在(1)的条件下,对任意,函数
在区间
总存在极值,求
的取值范围;
(3)若,对于函数
在
上至少存在一个
使得
成立,求实数
的取值范围。
正确答案
(2)
(3)
本试题主要是考查了导数在研究函数中的运用
(1)因为函数在点
处的切线斜率为1,那么x=2的导数值为零可知参数a的值。
(2)由(1)知,,
故
(3)
则
然后对于参数p讨论得到单调性。
解:
(2)由(1)知,,
故
则,
①若,由于
,所以不存在
使得
②若,此时
,所以
在
上是增函数,
,只要
即可,解得
,即
(本小题满分12分)如题(21)图,已知、
为椭圆
和双曲线
的公共顶点,
、
分别为双曲线和椭圆上不同于
、
的动点,且
.设
、
、
、
的斜率分别为
、
、
、
.
(I)求证:;
(II)求的值;
(III)设、
分别为双曲线和椭圆的右焦点,若
,求
的值.
正确答案
略
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