- 导数及其应用
- 共6208题
过x轴上的动点A(a,0)的抛物线y=x2+1引两切线AP、AQ,P、Q为切点.
(1)若切线AP,AQ的斜率分别为k1,k2,求证:k1k2为定值;
(2)求证:直线PQ过定点;
(3)若a≠0,试求S△APQ:|OA|的最小值.
正确答案
解:(I)设切点P(x1,y1),Q(x1,y1)
由题意可得,kAP==
,
由导数的几何意义可得,kAP=2x1,
∴=2x1,
整理可得,
同理可得﹣1=0,
从而可得x1,x2是方程x2﹣2ax﹣1=0的两根,
∴x=a±,k1=
,k2=
,
∴k1·k2==﹣4,
即k1·k2为定值﹣4.
(II)设P(x1,y1),Q(x2,y2),
由于y'=2x,
故切线AP的方程是:y﹣y1=2x1(x﹣x1),
则﹣y1=2x1(a﹣x1)=2x1a﹣2x12=2x1a﹣2(y1﹣1)
∴y1=2x1a+2,同理y2=2x2a+2,
则直线PQ的方程是y=2ax+2,则直线PQ过定点(0,2).
(Ⅲ)即A(a,0)点到PQ的距离,
要使最小,就是使得A到直线PQ的距离最小,
而A到直线PQ的距离d==
=
≥
,
当且仅当,
即a2=时取等号,
∴最小值为
.
已知某工厂生产件产品的成本为
(元),
问:(1)要使平均成本最低,应生产多少件产品?
(2)若产品以每件500元售出,要使利润最大,应生产多少件产品?
正确答案
(1) 1000 ;(2) 6000.
试题分析:(1)先根据题意设生产x件产品的平均成本为y元,再结合平均成本的含义得出函数y的表达式,最后利用导数求出此函数的最小值即可;
(2)先写出利润函数的解析式,再利用导数求出此函数的极值,从而得出函数的最大值,即可解决问题:要使利润最大,应生产多少件产品..
试题解析:解:(1)设平均成本为元,则
,
,令
得
.
当在附近左侧时
;
在附近右侧时
,故当
时,
取极小值,而函数只有一个点使
,故函数在该点处取得最小值,因此,要使平均成本最低,应生产1000件产品. 6分;
(2)利润函数为,
,
令,得
,当在
附近左侧时
;在
附近右侧时
,故当
时,
取极大值,而函数只有一个点使
,故函数在该点处取得最大值,因此,要使利润最大,应生产6000件产品. 12分;
已知,则二项式
的展开式中含
项的系数是
正确答案
-192
略
已知函数.
(Ⅰ)当时,求曲线
在
处的切线方程(
)
(Ⅱ)已知为函数
的极值点,求函数
的单调区间。
正确答案
解:(Ⅰ)
所以直线的斜率
故所求切线方程为 ······················6分
(Ⅱ)
因为为函数
的极值点
所以
解得(经检验符合题意)
·························12分
略
已知函数,
为常数.
(1)若函数在
处的切线与
轴平行,求
的值;
(2)当时,试比较
与
的大小;
(3)若函数有两个零点
、
,试证明
.
正确答案
(1);(2)①当
时,
,即
;②当
时,
;③当
时,
即
;(3)详见解析
试题分析:(1)根据题意切线平行于x轴即斜率为0,则对函数求导可得,即
,可求出a;(2)根据题意当
时,函数就确定下来了
,对其求导可得
,可研究出函数的单调性情况,为了比较大小可引入一个新的函数,即令
,则利用导数对其进行研究可得
,而
,则可由m与1的大小关系进行分类得出结论;(3)显然两零点均为正数,故不妨设
,由零点的定义可得:
,即
,观察此两式的结构特征可相加也可相减化简得:
,现在我们要证明
,即证明
,也就是
.又因为
,所以即证明
,即
.由它的结构可令
=t,则
,于是
.构造一新函数
,将问题转化为求此函数的最小值大于零,即可得证.
(1),由题
,
. 4分
(2)当时,
,
,当
时,
,
单调递增,当
时,
,
单调递减.
由题,令,
则. 7分
又,
①当时,
,即
;
②当时,
;
③当时,
即
. 10分
(3),
,
,
,
, 12分
欲证明,即证
,
因为,
所以即证,所以原命题等价于证明
,即证:
,
令,则
,设
,
,
所以在
单调递增,又因为
,所以
,
所以,所以
16分
已知函数,其中
.
(1)当时,求函数
的图象在点
处的切线方程;
(2)如果对于任意、
,且
,都有
,求
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
.
试题分析:(1)将代入函数
的解析式,求出切点坐标与
,再利用点斜式写出相应的切线方程;(2)将问题等价于
在
上单调递增来处理,然后分别考虑函数
和
的单调性与极值,利用两个函数的图象确定直线
的位置,利用
来进行限制,从而求解出实数
的取值范围.
试题解析:(1)由题意,得,其中
,
所以,
又因为,
所以函数的图象在点
处的切线方程为
;
(2)先考察函数,
的图象,
配方得,
所以函数在
上单调递增,在
单调递减,且
.
因为对于任意、
,且
,都有
成立,
所以.
以下考察函数,
的图象,
则,
令,解得
.
随着变化时,
和
的变化情况如下:
即函数在
上单调递减,在
上单调递增,且
.
因为对于任意、
,且
,都有
成立,
所以.
因为(即
),
所以的取值范围为
.
已知函数,其中
.
(1)若对一切x∈R,≥1恒成立,求a的取值集合;
(2)在函数的图像上取定两点
,
,记直线AB的斜率 为k,问:是否存在x0∈(x1,x2),使
成立?若存在,求
的取值范围;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1) 的取值集合为
;
(2)存在使
成立.且
的取值范围为
试题分析:(1)利用导数求出的最小值,令其大于等于
即
,解得
的取值集合; (2)由题意知
,令
然后说明在
内
有唯一零点
且
,故当且仅当
时,
.
试题解析:(1)若,则对一切
,
,
这与题设矛盾,又,故
.
而令
当时,
单调递减;当
时,
单调递增,故当
时,
取最小值
于是对一切恒成立,当且仅当
. ①
令则
当时,
单调递增;当
时,
单调递减.
故当时,
取最大值
.因此,当且仅当
即
时,①式成立.
综上所述,的取值集合为
.
(2)由题意知,
令则
令,则
.
当时,
单调递减;当
时,
单调递增.
故当,
即
从而,
又
所以
因为函数在区间
上的图像是连续不断的一条曲线,所以存在
使
单调递增,故这样的
是唯一的,且
.故当且仅当
时,
.
综上所述,存在使
成立.且
的取值范围为
.
已知函数f(x)=ax-lnx+1(a∈R),g(x)=xe1-x.
(1)求函数g(x)在区间(0,e]上的值域;
(2)是否存在实数a,对任意给定的x0∈(0,e],在区间[1,e]上都存在两个不同的xi(i=1,2),使得f(xi)=g(x0)成立.若存在,求出a的取值范围;若不存在,请说明理由.
(3)给出如下定义:对于函数y=F(x)图象上任意不同的两点A(x1,y1),B(x2,y2),如果对于函数y=F(x)图象上的点M(x0,y0)(其中x0=)总能使得F(x1)-F(x2)=F'(x0)(x1-x2)成立,则称函数具备性质“L”,试判断函数f(x)是不是具备性质“L”,并说明理由.
正确答案
(1)∵g'(x)=e1-x1xe1-x=ex-1(1-x)在区间(0,1]上单调递增,在区间[1,e)上单调递减,且g(0)=0,g(1)=1>g(e)=e2-e函数g(x)在区间(0,e]上的值域为(0,1]….(3分)
(2)令m=g(x),则由(1)可得m∈(0,1],原问题等价于:对任意的m∈(0,1]f(x)=m在[1,e]上总有两个不同的实根,故f(x)在[1,e]不可能是单调函数 …(5分)∵f′(x)=a-(1≤x≤e)
当a≤0时,f′(x)=a-<0,在区间[1,e]上递减,不合题意
当a≥1时,f'(x)>0,在区间[1,e]上单调递增,不合题意
当0<a≤时,f'(x)<0,在区间[1,e]上单调递减,不合题意
当1<<e即
<a<1时,在区间[1,
]上单调递减;在区间[
,e]上单递增,
由上可得a∈(,1),此时必有f(x)的最小值小于等于0且f(x)的最大值大于等于1,而由f(x)min=f(
)=2+lna≤0可得a≤
,则a∈Φ
综上,满足条件的a不存在.…..(8分)
(3)设函数f(x)具备性质“L”,即在点M处地切线斜率等于kAB,不妨设0<x1<x2,则kAB==
=a-
,而f(x)在点M处的切线斜率为f′(x0)=f′(
)=a-
,故有
=
…..(10分)
即ln=
=
,令t=
∈(0,1),则上式化为lnt+
-2=0,
令F(t)=lnt+-2,则由F′(t)=
-
=
>0可得F(t)在(0,1)上单调递增,故F(t)<F(1)=0,即方程lnt+
-2=0无解,所以函数f(x)不具备性质“L”.…(14分)
已知函数.
(1)当时,求函数
在点
处的切线方程;
(2)若函数在
上的图像与直线
恒有两个不同交点,求实数
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
.
试题分析:(1)先求原函数的导函数,根据
求切线斜率,从而求得方程;(2)利用导函数求在已知范围内的单调性,再把端点函数值与0,1比较,满足题意解得
的取值范围..
试题解析:(1)
(2),由题意得
当
时,
递减,当
时,
递增
.
已知函数,
;
(Ⅰ)若函数在[1,2]上是减函数,求实数
的取值范围;
(Ⅱ)令,是否存在实数
,当
(
是自然对数的底数)时,函数
的最小值是
.若存在,求出
的值;若不存在,说明理由.
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)
试题分析:(Ⅰ)根据原函数的单调性转化为导数来求;(Ⅱ)利用导数分析单调性,进而求最值.
试题解析:(Ⅰ)若函数在[1,2]上是减函数,
则在[1,2]上恒成立
令h(x)=2x2+ax-1,x∈[1,2],∴h(x)≤0在[1,2]上恒成立
∴得
,∴a≤
6分
(Ⅱ)假设存在实数a,使g(x)=f(x)-x2,x∈(0,e]有最小值3
g(x)=ax-lnx,x∈(0,e],g′(x)=a-=
①当a≤0时,g′(x)<0,g(x)在(0,e]上单调递减
∴g(x)min=g(e)=ae-1=3,∴a= (舍去)
②当0<时,在(0,
)上,g′(x)<0;在(
,e]上,g′(x)>0
∴g(x)在(0,]上单调递减,在(
,e]上单调递增
∴g(x)min=g=1+lna=3,∴a=e2满足条件
③当≥e即0
时,g′(x)<0,g(x)在(0,e]上单调递减
g(x)min=g(e)=ae-1=3
∴a=>
(舍去)
综上所述,存在a=e2使得当x∈(0,e]时,g(x)有最小值3 .15分
已知函数,
,
.
(1)求证:函数在
上单调递增;
(2)若函数有四个零点,求
的取值范围.
正确答案
(1)详见解析;(2)实数的取值范围是
.
试题分析:(1)直接利用导数证明函数在
上单调递增,在证明过程中注意导函数
的单调性;(2)将函数
的零点个数问题转化为函数图象的交点个数问题处理,但需注意将式子中的绝对值符号去掉,并借助函数
的最值出发,构造有关参数
的不等式组,再求解参数
的取值范围.
试题解析:(1),
,
,
,
,所以
,且函数
在
上单调递增,
故函数在
上单调递增,
,即
,
故函数在
上单调递增;
(2),
,
,当
时,
,则
,所以
且
,
,故函数
在
上单调递减,由(1)知,函数
在
上单调递增,
故函数在
处取得极小值,亦即最小值,即
,
令,则有
,则有
或
,
即方程与方程
的实根数之和为四,
则有,解得
或
,
综上所述,实数的取值范围是
.
已知在函数f(x)=mx3﹣x的图象上以N(1,n)为切点的切线的倾斜角为.
(1)求m、n的值;
(2)是否存在最小的正整数k,使得不等式f(x)k﹣1995对于x
[﹣1,3]恒成立?如果存在,请求出最小的正整数k;如果不存在,请说明理由.
正确答案
解:(1)f'(x)=3mx2﹣1,
依题意,得,
即1=3m﹣1,
,
把N(1,n)代得,得,
(2)令,则
,
当时,f'(x)=2x2﹣1>0,f(x)在此区间为增函数
当时,f'(x)=2x2﹣1<0,f(x)在此区间为减函数
当时,f'(x)=2x2﹣1>0,f(x)在此区间为增函数处取得极大值
又因此,当,要使得不等式f(x)
k﹣1995对于x
[﹣1,3]恒成立,则k
15+1995=2010
所以,存在最小的正整数k=2010,使得不等式f(x)k﹣1992对于x
[﹣1,3]恒成立.
P是抛物线上的点,若过点P的切线方程与直线
垂直,则过P点处的切线方程是_ _____。
正确答案
2X-Y-1="0 "
略
已知函数,
,且
在点(1,
)处的切线方程为
。
(1)求的解析式;
(2)求函数的单调递增区间;
(3)设函数,若方程
有且仅有四个解,求实数a的取值范围。
正确答案
(1);(2)当
,则
,无解,即
无单调增区间,当
,则
,即
的单调递增区间为
,当
,则
,即
的单调递增区间为
;(3)
试题分析:(1) 利用导数的几何意义:曲线在某点处的导数值等于该点处曲线切线的斜率,联立方程组求解; (2)求导,利用倒数分析单调性,注意一元二次不等式根的情形;(3)通过导数对函数单调性分析,结合图像分析零点的问题
试题解析:(1),由条件,得
,即
,
4分
(2)由,其定义域为
,
,
令,得
(*) 6分
①若,则
,即
的单调递增区间为
; 7分
②若,(*)式等价于
,
当,则
,无解,即
无单调增区间,
当,则
,即
的单调递增区间为
,
当,则
,即
的单调递增区间为
10分
(3)
当时,
,
,
令,得
,且当
,
在
上有极小值,即最小值为
11分
当时,
,
,
令,得
,
①若,方程
不可能有四个解; 12分
②若时,当
,当
,
在
上有极小值,即最小值为
,
又,
的图象如图1所示,
从图象可以看出方程不可能有四个解 14分
③若时,当
,当
,
在
上有极大值,即最大值为
,
又,
的图象如图2所示,
从图象可以看出方程若有四个解,
必须,
综上所述,满足条件的实数的取值范围是
16分
已知函数的图像在点
处的切线方程为
.
(Ⅰ)求函数的解析式; (Ⅱ)求函数
的单调区间.
正确答案
(1) (Ⅱ)
在
内是减函数;
在内是增函数;在
内是减函数
(Ⅰ)由函数的图像在点
处的切线方程为
,
知,即
.
,
即解得
(
舍去).
所以所求的函数解析式是.
(Ⅱ).
令,解得
.
当或
时,
;
当时,
.
所以在
内是减函数;
在内是增函数;在
内是减函数.
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