- 导数及其应用
- 共6208题
已知抛物线C:与圆
:
有一个公共点
,且在
处两曲线的切线为同一直线上。
(Ⅰ)求;
(Ⅱ)设是异于
且与
及
都切的两条直线,
的交点为
,求
到
的距离。
正确答案
解:(1)设,对
求导得
,故直线
的斜率
,
当时,不合题意,
所心
圆心为,
的斜率
由知
,即
,
解得,故
所以。
(2)设为
上一点,则在该点处的切线方程为
即若该直线与圆
相切,则圆心
到该切线的距离为
,
即,化简可得
求解可得
抛物线在点
处的切线分别为
,
其方程分别为①
②
③
②-③得,
将代入②得
,
故所以
到直线
的距离为
。
已知的图像过原点,且在点
处的切线与
轴平行,对任意
,都有
.
(1)求函数在点
处切线的斜率;
(2)求的解析式;
(3)设,对任意
,都有
.求实数
的取值范围.
正确答案
(1)1;(2);(3)
.
试题分析:(1)先根据导数的几何意义,知所求切线的斜率为,然后根据:对任意
,都有
,即可得到
,进而可得
;(2)先由函数图像过原点确定
,进而由导数的几何意义与(1)中的导数值,可列出方程组
即
,解出
,代入不等式
得到
,该不等式恒成立,可得
,从中就可以确定
的值,进而可写出函数
的解析式;(3)先将:对任意
,都有
等价转化为
,先利用导数求出函数
的最大值为
,于是变成了
对
恒成立问题,采用分离参数法得到
时,
恒成立,进一步等价转化为
,进而再利用导数确定函数
的最值即可.
试题解析:(1)根据导数的几何意义可知,函数在点
处切线的斜率就是
因为对任意,都有
所以
所以即函数
在点
处切线的斜率为1
(2)依题意知,而
因为函数的图像在点
处的切线与
轴平行
所以 ①
而 ②
由①②可解得
因为对任意,都有
即
恒成立
所以
(3)由(2)得
所以
当时,
,此时函数
单调递减,此时
当时,
,此时函数
单调递增,此时
因为
所以当时,
因为对任意,都有
所以,都有
即
,所以
令
所以
关注到,当
时,
,此时
单调递减
当时,
,此时
单调递增
所以
所以.
已知函数,(其中常数
)
(1)当时,求曲线在
处的切线方程;
(2)若存在实数使得不等式
成立,求
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
.
试题分析:(1)先求导函数,由导数的几何意义知
,利用直线的点斜式方程求切线方程;(2)依题意,只需在
上
成立,故转化为求函数
在区间
的最小值问题.
的根,得
,并讨论根定义域的位置,当
,将定义域分段,并考虑导数的符号,判断函数大致图象,求函数的最小值;当
时,函数单调性,利用单调性求函数的最小值,并列不等式,求参数
的取值范围.
试题解析:(1)定义域
当时,
,
,
曲线在
处的切线方程为:
.
(2),令
,
在
递减,在
递增..
若存在实数使不等式
成立,
只需在上
成立,
①若,即
时,
,即
,
.10分
②若,即
时,
,解得
,故
综上所述:的取值范围
.
(本小题满分12分)已知函数,其中
为自然对数的底数,
。
(1)设,求函数
的最值;
(2)若对于任意的,都有
成立,
求的取值范围。
正确答案
(1)(2)
或
解(1)当时,
,
或
,
随
变化情况如下表:
时,
…5’
(2)命题等价于对任意,
恒成立,即
对任意
恒成立。 …6’
,
, …8’
又, …9’
只需或
。
综上:的取值范围为
或
。 …12’
已知函数f(x)=a·lnx+b·x2在点(1,f(1))处的切线方程为x-y-1=0,
(1)求f(x)的表达式;
(2)若f(x)满足f(x)≥g(x)恒成立,则称f(x)是g(x)的一个“上界函数”,如果函数f(x)为g(x)=-lnx(t为实数)的一个“上界函数”,求t的取值范围;
(3)当m>0时,讨论在区间(0,2)上极值点的个数。
正确答案
解:(1)当x=1时,y=0,代入得b=0,
所以f(x)=alnx,,
由切线方程知f′(1)=0,所以a=1,故f(x)=lnx。
(2)f(x)≥g(x)恒成立,即恒成立,
因为x>0,所以t≤2xlnx,
令h(x)=2xlnx,,
当时,h′(x)<0,所以h(x)在
为减函数;
当时,h′(x)>0,所以h(x)在
为增函数;
h(x)的最小值为,故
.
(3)由已知,
,
又x>0,由F′(x)=0得,,
,
①当时,得m=1,F′(x)≥0,F(x)在(0,2)为增函数,无极值点;
②当且
时,得
且m≠1,F(x)有2个极值点;
③当或
时,得
或m≥2时,F(x)有1个极值点;
综上,当m=1时,函数F(x)在(0,2)无极值点;当或m≥2时,F(x)有1个极值点;
当且m≠1时,F(x)有2个极值点.
已知函数f(x)=ax3+bx2+cx+d(a,b,c,d∈R),且函数f(x)的图象关于原点对称,其图象在x=3处的切线方程为8x-y-18=0。
(1)求f(x)的解析式;
(2)是否存在区间[m,n],使得函数f(x)的定义域和值域均为[m,n],且其解析式为f(x)的解析式?若存在,求出这样一个区间[m,n];若不存在,则说明理由。
正确答案
解:(1)的图象关于原点对称,
∴恒成立,
即,∴b=d=0,
又得图象在x=3处的切线方程为8x-y-18=0即
,
∴,且
,
而,∴
,
∴,解得:
,
故所求函数的解析式为。
(2)解。得x=0或
,
又,
令=0,得x=±1,
且当或
时,
;
当x∈(-1,1)时,<0,
∴在
和
上递增,在[-1,1]上递减,
∴在
上的极大值和极小值分别为
,
而,
故存在这样的区间[m,n],其中一个区间为。
已知函数f(x)=ax+x2-xln a(a>0,a≠1).
(1)求函数f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
(2)求函数f(x)的单调增区间;
(3)若存在x1,x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥e-1(e是自然对数的底数),求实数a的取值范围.
正确答案
(1)y=1
(2)(0,+∞)
(3)
解:(1)因为函数
f(x)=ax+x2-xln a(a>0),a≠1),
所以f′(x)=ax ln a+2x-ln a,
f′(0)=0,又因为f(0)=1,
所以函数f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=1.
(2)由(1)知f′(x)=axln a+2x-ln a
=2x+(ax-1)ln a.
因为当a>0,a≠1时,总有f′(x)在R上是增函数,又f′(0)=0,所以不等式f′(x)>0的解集为(0,+∞),故函数f(x)的单调增区间为(0,+∞).
(3)因为存在x1,x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥e-1成立,而当x1,x2∈[-1,1]时,|f(x1)-f(x2)|≤f(x)max-f(x)min,所以只要f(x)max-f(x)min≥e-1即可.当x变化时,f′(x) ,f(x)的变化情况如下表:
所以f(x)在[-1,0]上是减函数,在[0,1]上是增函数,所以当x∈[-1,1]时,f(x)的最小值f(x)min=f(0)=1,f(x)的最大值f(x)max为f(-1)和f(1)中的最大值.
f(1)-f(-1)
=(a+1-ln a)-
=a--2ln a.
令g(a)=a--2ln a(a>0),
因为g′(a)=1+-
=
2≥0,
所以g(a)=a--2ln a在a∈(0,+∞)上是增函数.
而g(1)=0,故当a>1时,g(a)>0,
即f(1)>f(-1);
所以当a>1时,f(1)-f(0)≥e-1,即a-ln a≥e-1,易得函数y=a-ln a在a∈(1,+∞)上是增函数,解得a≥e;
即+ln a≥e-1,易得函数y=
+ln a在a∈(0,1)上是减函数,解得0
.
综上可知,实数a的取值范围为.
设,则当
与
两个函数图象有且只有一个公共点时,
__________.
正确答案
试题分析:因为和
互为反函数,故其图象关于直线
对称,要使.
和
图象有且只有一个公共点,则
是它们的切线,所以令
得
,故交点为
,所以
即
,
.
已知函数,且
在
处的切线方程为
.
(1)求的解析式;
(2)证明:当时,恒有
;
(3)证明:若,
,且
,则
.
正确答案
(1).(2)详见解析.
试题分析:(1)根据导数的几何意义求方程;(2)构造新函数用导数法求解;
试题解析:(1)∵,∴切线斜率
,
∴在
处的切线方程为
,
即. (4分)
(2)令,
∵,
∴当时,
,
时,
,∴
,
故,即
. (8分)
(3)先求在
处的切线方程,由(1)得
,
故在
处的切线方程为
,
即, (10分)
下面证明,
令,
∵
,
∴时,
,
时,
,∴
,
∴, (12分)
∵,∴
,
,
∴. (14分)
已知函数f(x)=x3+(1-a) x2-a(a+2)x+b(a,b∈R).
(I)若函数f(x)的图象过原点,且在原点处的切线斜率是-3,求a,b的值;
(Ⅱ)若函数f(x)在区间(-1,1)上不单调,求a的取值范围.
正确答案
解析:(Ⅰ)由题意得f'(x)=3x2+2(1-a)x-a(a+2)
又,
解得b=0,a=-3或a=1
(Ⅱ)函数f(x)在区间(-1,1)不单调,等价于
导函数f'(x)[是二次函数],在(-1,1有实数根但无重根.
∵f'(x)=3x2+2(1-a)x-a(a+2)=(x-a)[3x+(a+2)],
令f'(x)=0得两根分别为x=a与x=-
若a=-即a=-
时,此时导数恒大于等于0,不符合题意,
当两者不相等时即a≠-时
有a∈(-1,1)或者-∈(-1,1)
解得a∈(-5,1)且a≠-
综上得参数a的取值范围是(-5,-)∪(-
,1)
已知函数,
.
(Ⅰ)若曲线在点
处的切线与直线
垂直,求
的值;
(Ⅱ)求函数的单调区间;
(Ⅲ)设,当
时,都有
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ),(Ⅱ)当
时,
的单调增区间为
;当
时,
的单调增区间是
,
的单调减区间是
. (Ⅲ)
.
试题分析:(Ⅰ)利用导数的几何意义,曲线在点
处的切线斜率为在点
处的导数值. 由已知得
.所以
.
,
(Ⅱ)利用导数求函数单调区间,需明确定义域
,再导数值的符号确定单调区间. 当
时,
,所以
的单调增区间为
.当
时,令
,得
,所以
的单调增区间是
;令
,得
,所以
的单调减区间是
.(Ⅲ)不等式恒成立问题,一般利用变量分离转化为最值问题. “当
时,
恒成立”
等价于“当时,
恒成立.”设
,只要“当
时,
成立.”
易得函数在
处取得最小值,所以实数
的取值范围
.
(Ⅰ)由已知得.
因为曲线在点
处的切线与直线
垂直,
所以.所以
.
所以. 3分
(Ⅱ)函数的定义域是
,
.
(1)当时,
成立,所以
的单调增区间为
.
(2)当时,
令,得
,所以
的单调增区间是
;
令,得
,所以
的单调减区间是
.
综上所述,当时,
的单调增区间为
;
当时,
的单调增区间是
,
的单调减区间是
. 8分
(Ⅲ)当时,
成立,
.
“当时,
恒成立”
等价于“当时,
恒成立.”
设,只要“当
时,
成立.”
.
令得,
且
,又因为
,所以函数
在
上为减函数;
令得,
,又因为
,所以函数
在
上为增函数.
所以函数在
处取得最小值,且
.
所以. 又因为
,
所以实数的取值范围
. 13分
(Ⅲ)另解:
(1)当时,由(Ⅱ)可知,
在
上单调递增,所以
.
所以当时,有
成立.
(2)当时, 可得
.
由(Ⅱ)可知当时,
的单调增区间是
,
所以在
上单调递增,又
,所以总有
成立.
(3)当时,可得
.
由(Ⅱ)可知,函数在
上为减函数,在
为增函数,
所以函数在
处取最小值,
且.
当时,要使
成立,只需
,
解得.所以
.
综上所述,实数的取值范围
.
物体作直线运动的方程s=t2+2t-3,求物体在t=2秒时的速度和加速度.
正确答案
由导数的物理意义:物体作直线运动的方程s=s(t)
则物体在t=t0时的即时速度v=s′(t0)
在t=t0时的加速度a=s″(t0)
∴v=s′(t)=2t+2
a=s″(t)=2
物体在t=2秒时的速度v=s′(2)=(2t+2)|t=2=6
加速度a=s″(t)=2|t=2=2
已知实数,函数
。
(1)当时,讨论函数
的单调性;
(2)若在区间
上是增函数,求实数
的取值范围;
(3)若当时,函数
图象上的点均在不等式
,所表示的平面区域内,求实数
的取值范围。
正确答案
(1)单调递增;(2)≤a<0或0
.
试题分析:本题考查导数的应用,(1)判断讨论函数的单调性,可以求出其导数,然后解不等式
,其解集区间是函数的单调增区间,不等式
的解集区间是函数的单调减区间;(2)
在区间
上是增函数,说明不等式
在区间
上恒成立,本题中可求出
,因此不等式
,由于
,则
在
上恒成立,即
的最小值
,记
,它是二次函数,要求它的最小值,可分
和
讨论;(3)题意是不等式
在
上恒成立,记
,则当
时,
恒成立,求其导数
,当
时,在
上,
,
为减函数,
不恒成立(如
),
时,此时要讨论
与
的大小,以便讨论函数
的单调性,求出其最小值
,因为不等式
恒成立,就是
.
(1)当a=1时,,
所以, 2分
因为,所以
恒成立,
所以在
上单调递增; 3分
(2)因为,所以
,
因为在[1, 4]上是增函数,所以在[1, 4]上
恒成立,
即在[1, 4]上恒成立,① 5分
令,对称轴为x=1,
因为,所以当
时,要使①成立,只需g(1)≥0,解得:a≤1,所以0
当时,要使①成立,只需g(4)≥0,解得:a≥
,所以
≤a<0,
(3)由题意,有在
上恒成立,
令,则
在
上恒成立,②
所以, 10分
当a<0时,因为x>2,则,所以
在
上单调递减,
又因为,所以②不恒成立, 12分
当时,
,此时
在
上单调递减,在
上单调递增,
所以,
所以只需,解得:
,
所以时②恒成立; 14分
当时,
,此时
在
上单调递增,
所以,
因为,所以
,所以②不恒成立,
综上,实数 的取值范围是:
。 16分
已知函数在
处切线斜率为-1.
(I) 求的解析式;
(Ⅱ)设函数的定义域为
,若存在区间
,使得
在
上的值域也是
,则称区间
为函数
的“保值区间”
(ⅰ)证明:当时,函数
不存在“保值区间”;
(ⅱ)函数是否存在“保值区间”?若存在,写出一个“保值区间”(不必证明);若不存在,说明理由.
正确答案
解:(I)
,在
处切线斜率为-1
,
,
略
某企
业拟建造如图所示的容器(不计厚度,长度单位:米),其中容器的中间为圆柱形,左右两端均为半球形,按照设计要求容器的体积为
立方米,且
.假设该容器的建造费用仅与其表面积有关.已知圆柱形部分每平方米建造费用为3千元,半球形部分每平方米建造费用为
.设该容器的建造费用为
千元.
(Ⅰ)写出关于
的函数表达式,并求该函数的定义域;
(Ⅱ)求该容器的建造费用最小时的.
正确答案
(1)+
,定义域为(0,
).
(2)米时,
该容器的建造费用最小.
(Ⅰ)因为容器的体积为立方米,所以
,解得
,所以圆柱的侧面积为
=
,两端两个半球的表面积之和为
,所以
+
,定义域为(0,
).
(Ⅱ)因为+
=
,所以令
得:
; 令
得:
,所以
米时,
该容器的建造费用最小.
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