- 导数及其应用
- 共6208题
设函数f(x)=-x3+x2+(m2-1)x(x∈R),其中m>0.
(1)当m=1时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率;
(2)求函数f(x)的单调区间与极值;
(3)已知函数f(x)有三个互不相同的零点0,x1,x2,且x1<x2,若对任意的x∈[x1,x2],f(x)>f(1)恒成立,求m的取值范围.
正确答案
(1)当m=1时,f(x)=-x6+xk,f′(x)=-xk+kx,
故f'(1)=-1+k=1,所以曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率为1.(k分)
(k)f'(x)=-xk+kx+mk-1,令f'(x)=0,解得x=1-m或x=1+m.
∵m>0,所以1+m>1-m,当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:
∴f(x)在(-∞,1-m),(1+m,+∞)内是减函数,在(1-m,1+m)内是增函数.
函数f(x)在x=1-m处取得极0值f(1-m),且f(1-m)=-m6+mk-
,
函数f(x)在x=1+m处取得极图值f(1+m),且f(1+m)=m6+mk-
.(6分)
(6)由题设,f(x)=x(-xk+x+mk-1)=-
x(x-x1)(x-xk),
∴方程-xk+x+mk-1=0有两个相异的实根x1,xk,
故x1+xk=6,且△=1+(mk-1)>0,∵m>0
解得m>,(8分)
∵x1<xk,所以kxk>x1+xk=6,
故xk>>1.(10分)
①当x1≤1<xk时,f(1)=-(1-x1)(1-xk)≥0,而f(x1)=0,不符合题意,
②当1<x1<xk时,对任意的x∈[x1,xk],都有x>0,x-x1≥0,x-xk≤0,
则f(x)=-x(x-x1)(x-xk)≥0,又f(x1)=0,所以f(x)在[x1,xk]上的最0值为0,
于是对任意的x∈[x1,xk],f(x)>f(1)恒成立的充要条件是f(1)=mk-<0,
解得-<m<
,
∵由上m>,
综上,m的取值范围是(,
).(14分)
时下,网校教学越来越受到广大学生的喜爱,它已经成为学生们课外学习的一种趋势,假设某网校的套题每日的销售量(单位:千套)与销售价格
(单位:元/套)满足的关系式
,其中
,
为常数.已知销售价格为4元/套时,每日可售出套题21千套.
(1)求的值;
(2)假设网校的员工工资,办公等所有开销折合为每套题2元(只考虑销售出的套数),试确定销售价格的值,使网校每日销售套题所获得的利润最大.(保留1位小数点)
正确答案
(1)10; (2)销售价格为3.3元/件时,该店每月销售饰品所获得的利润最大.
试题分析:(1)直接代入点(4,21)即可求出;(2)先建立利润函数模型
,然后由导数确定函数的单调性,求出函数的最值及条件.
试题解析:(1)因为时,
,
代入关系式,得
, 2分
解得. 4分
(2)由(1)可知,套题每日的销售量, 6分
所以每日销售套题所获得的利润
从而
. 8分
令,得
,且在
上,
,函数
单调递增;在
上,
,函数
单调递减, 10分
所以是函数
在
内的极大值点,也是最大值点, 11分
所以当时,函数
取得最大值. 12分
故当销售价格为3.3元/套时,网校每日销售套题所获得的利润最大.
某养殖厂规定:饲料用完的第二天方可购买饲料,并且每批饲料可供n(n∈Z*)天使用.已知该厂每天需要饲料200公斤,每公斤饲料的价格为1.8元,饲料的保管费为平均每公斤每天0.03元(当天用掉的饲料不计保管费用),购买饲料每次支付运费300元.
(1)求该厂多少天购买一次饲料才能使平均每天支付的总费用最小;
(2)若提供饲料的公司规定,当一次购买饲料不少5吨时其价格可享受八五折优惠(即原价的85%).问该厂是否考虑利用此优惠条件,请说明理由.
正确答案
(1)每隔10天购买一次饲料才能使平均每天支付的总费用最小(2)该厂应该利用此优惠条件
(1)设该厂应隔天购买一次饲料,平均每天支付的总费用为
元…1分
∵饲料的保管费用每天比前一天少200×0.03=6(元),
∴天饲料的保管费用共是
………………4分
从而有 …………5分
………………7分
当且仅当,即
时,
有最小值417………………8分
即每隔10天购买一次饲料才能使平均每天支付的总费用最小.
(2)若厂家利用此优惠条件,则至少25天购买一次饲料,设该厂利用此优惠条件,每隔天(
)购买一次饲料,平均每天支付的总费用为
元,则
……………10分
∵
∴当时,
,即函数
在
上是增函数…………11分
∴当时,
取得最小值390
∵390<417,故该厂应该利用此优惠条件 …………………………………… 13分
已知函数f(x)=ax2+1,g(x)=x3+bx,其中a>0,b>0.
(1)若曲线y=f(x)与曲线y=g(x) 在它们的交点P(2,c)处有相同的切线(P为切点),求实数a,b的值;
(2)令h (x)=f(x)+g(x),若函数h(x)的单调减区间为.
①求函数h(x)在区间(-∞,-1]上的最大值M(a);
②若|h(x)|≤3在x∈[-2,0]上恒成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)a=,b=5
(2)①M(a)=
②
解:(1)由P(2,c)为公共切点,
f(x)=ax2+1,g(x)=x3+bx(a>0),
得f′(x)=2ax,k1=4a,
g′(x)=3x2+b,k2=12+b.
又f(2)=4a+1,g(2)=8+2b,
所以,解得a=
,b=5.
(2)①h(x)=f(x)+g(x)
=x3+ax2+bx+1,
则h′(x)=3x2+2ax+b.
因为函数f(x)+g(x)的单调减区间为,
所以x∈时,有3x2+2ax+b≤0恒成立.
此时x=-是方程3x2+2ax+b=0的一个根,
所以32+2a
+b=0,
得a2=4b,
所以h(x)=f(x)+g(x)
=x3+ax2+a2x+1.
又函数h(x)在上单调递增,在
上单调递减,在
上单调递增.
若-1≤-,即a≤2时,
最大值为h(-1)=a-;
最大值为h=1;
若-1≥-时,即a≥6时,
最大值为h=1,
综上所述,M(a)=
②由①可知h(x)在上单调递增,在
上单调递减,在
上单调递增.
所以h为极大值,h
=1,
h为极小值,h
=-
+1,
因为|h(x)|≤3在x∈[-2,0]上恒成立,
又h(0)=1,所以
即
解得
故实数a的取值范围是.
已知函数.
(1)若,求曲线
在点
处的切线方程;
(2)若函数在其定义域内为增函数,求正实数
的取值范围;
(3)设函数,若在
上至少存在一点
,使得
成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(1);(2)
;(3)
.
试题分析:本题主要考查导数的运算、利用导数求曲线的切线、利用导数判断函数的单调性、利用导数求函数的最值、恒成立问题等基础知识,考查学生的分析问题解决问题的能力、转化能力、计算能力,考查学生的分类讨论思想、函数思想.第一问,对求导,将切点的横坐标代入得到切线的斜率,再将切点的横坐标代入到
中,得到切点的纵坐标,利用点斜式得到切线的方程;第二问,
在定义域
内是增函数,只需
在
恒成立,对
求导,由于分母恒正,只需分子
在
恒成立,设函数
,利用抛物线的性质求出
,令
即可,解出P的值;第三问,先通过函数
的单调性求出
的值域,通过对P的讨论研究
的单调性,求出
的值域,看是否有值大于
的最小值为2.
(1)当时,函数
,
.
,曲线
在点
处的切线的斜率为
.
从而曲线在点
处的切线方程为
,即
.…4分
(2).
令,要使
在定义域
内是增函数,只需
在
内恒成立.
由题意,
的图象为开口向上的抛物线,对称轴方程为
,∴
, 只需
,即
时,
∴在
内为增函数,正实数
的取值范围是
.……9分
(3)∵在
上是减函数,
∴时,
;
时,
,即
,
①当时,
,其图象为开口向下的抛物线,对称轴
在
轴的左侧,且
,所以
在
内是减函数.
当时,
,因为
,所以
,
,
此时,在
内是减函数.
故当时,
在
上单调递减
,不合题意;
②当时,由
,所以
.
又由(2)知当时,
在
上是增函数,
∴,不合题意;
③当时,由(2)知
在
上是增函数,
,
又在
上是减函数,故只需
,
,
而,
,
即,解得
,
所以实数的取值范围是
. 14分
已知函数满足如下条件:当
时,
,且对任
意,都有
.
(1)求函数的图象在点
处的切线方程;
(2)求当,
时,函数
的解析式;
(3)是否存在,
、
、
、
、
,使得等式
成立?若存在就求出
(
、
、
、
、
),若不存在,说明理由.
正确答案
(1);(2)
;(3)详见解析.
试题分析:(1)先求出与
的值,利用点斜式求出相应的切线方程;(2)利用题中的条件结合迭
代法求出函数在区间
上的解析式;(3)构造新函数
,考
查函数在区间
上的单调性,求出函数
在区间
上
的最小值,于是得到
,然后利用分组求和法与错位相减法来证明
题中相应的等式.
(1)时,
,
,
所以,函数的图象在点
处的切线方程为
,即
;
(2)因为,
所以,当,
时,
,
;
(3)考虑函数,
,
,
则,
当时,
,
单调递减;
当时,
;
当时,
,
单调递增;
所以,当,
时,
,
当且仅当时,
.
所以,,
而,
令,则
,
两式相减得,
,
所以,,
故,
所以,,
当且仅当,
、
、
、
、
时,
,
所以,存在唯一一组实数,
、
、
、
、
,
使得等式成立.
(12分)(2011•陕西)如图,从点P1(0,0)做x轴的垂线交曲线y=ex于点Q1(0,1),曲线在Q1点处的切线与x轴交于点P2,再从P2做x轴的垂线交曲线于点Q2,依次重复上述过程得到一系列点:P1,Q1;P2,Q2…;Pn,Qn,记Pk点的坐标为(xk,0)(k=1,2,…,n).
(Ⅰ)试求xk与xk﹣1的关系(2≤k≤n);
(Ⅱ)求|P1Q1|+|P2Q2|+|P3Q3|+…+|PnQn|.
正确答案
(Ⅰ)xk=xk﹣1﹣1(2≤k≤n)(Ⅱ)
试题分析:(Ⅰ)设出pk﹣1的坐标,求出Qk﹣1,利用导数的几何意义函数在切点处的导数值是曲线的曲线的斜率,利用点斜式求出切线方程,令y=0得到xk与xk+1的关系.
(Ⅱ)求出|PkQk|的表达式,利用等比数列的前n项和公式求出和.
解:(Ⅰ)设Pk﹣1(xk﹣1,0),
由y=ex得
点Qk﹣1处切线方程为
由y=0得xk=xk﹣1﹣1(2≤k≤n).
(Ⅱ)x1=0,xk﹣xk﹣1=﹣1,得xk=﹣(k﹣1),
Sn=|P1Q1|+|P2Q2|+|P3Q3|+…+|PnQn|
=
点评:本题考查导数的几何意义:函数在切点处的导数值是曲线的曲线的斜率、考查等比数列的前n项和公式求出和.
已知函数f(x)=ln x+2x-6.
(1)证明:函数f(x)有且只有一个零点;
(2)求该零点所在的一个区间,使这个区间的长度不超过
正确答案
(1)见解析(2)
(1)f(x)的定义域为(0,+∞),且f(x)是增函数.
∵f(2)=ln 2-2<0,f(3)=ln 3>0,
∴f(2)·f(3)<0.
∴f(x)在(2,3)上至少有一个零点.
又因f(x)在(0,+∞)上是增函数,
从而f(x)在(0,+∞)上有且只有一个零点.
(2)由(1)知f(2)<0,f(3)>0.
∴f(x)的零点x0∈(2,3).
取x1=,∵f
=ln
-1=ln
-ln e<0,∴f
·f(3)<0,∴x0∈
.
取x2=,∵f
=ln
-
=ln
-ln e
>0,∴f
·f
<0.
∴x0∈且
=
≤
,∴
即为符合条件的区间.
已知曲线:
.
(Ⅰ)当时,求曲线
的斜率为1的切线方程;
(Ⅱ)设斜率为的两条直线与曲线
相切于
两点,求证:
中点
在曲线
上;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,又已知直线的方程为:
,求
的值.
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)详见解析;(Ⅲ)
.
试题分析:(Ⅰ)当时,先求导,通过斜率为1得到切点.然后利用点斜式得到所求切线方程;(Ⅱ)先将
两点的坐标设出,其中纵坐标用相应点的横坐标表示.再由导数的几何意义,得到
两点横坐标满足
.从而得到
中点
,又
中点
在曲线
上
,显然成立.得证;(Ⅲ)由
中点在直线
,又在曲线
,从而得
,再反代如直线与曲线联立得方程,得到
两点的坐标,代入导函数中得到斜率,从而得到
.
试题解析:(Ⅰ)当时,
,
设切点为,由
,切点为
故为所求. (4分)
(Ⅱ),设
,
由导数的几何意义有
中点
,即
,
又中点
在曲线
上
,显然成立.得证. (8分)
(Ⅲ)由(Ⅱ)知,中点
的横坐标为
,且
在
上,
,
又在曲线
上,
,
所以.
由,
由于,
故.
综上,为所求. (13分)
已知图像过点
,且在
处的切线方程是
.
(1)求的解析式;
(2)求在区间
上的最大值和最小值.
正确答案
(1);(2)
,
.
试题分析:本试题主要是考查了导数在研究函数中的运用.(1)先由,计算出
,然后计算出
,根据题中条件可得
即
,求解方程组即可;(2)先求出导数等于零的解,然后确定函数的单调区间与极值点,列出表格,从表格中的极值与端点值,可得函数的最值.
试题解析:(1) 1分
,∴
,∴
3分
又∵切点为,∴
5分
联立可得 6分
∴ 7分
(2) 8分
令
令或
令 10分
由上表知,在区间上,当
时,
当时,
14分.
已知函数
(1)若函数在点
处的切线方程为
,求
的值;
(2)若,函数
在区间
内有唯一零点,求
的取值范围;
(3)若对任意的,均有
,求
的取值范围.
正确答案
(1),
;(2)
或
;(3)
.
试题分析:本题考查导数的运算,利用导数求切线方程、判断函数的单调性、求函数的最值等基础知识,考查函数思想、分类讨论思想,考查综合分析和解决问题的能力.第一问,利用导数求切线方程,先求导,将切点的横坐标代入到导数中,得到切线的斜率,再求即切点的纵坐标,直接利用点斜式写出切线方程;第二问,先将
代入得到
解析式,求导数,判断函数的单调性,因为
在
有唯一的零点,所以
或
,所以解得
或
;第三问,属于恒成立问题,通过分析题意,可以转化为
在
上的最大值与最小值之差
,因为
,所以讨论
的正负来判断
的正负,当
时,
为单调函数,所以
,当
时,需列表判断函数的单调性和极值来决定最值的位置,这种情况中还需要讨论
与1的大小.
试题解析:(1) ,所以
,得
. 2分
又,所以
,得
. 3分
(2) 因为所以
,
. 4分
当时,
,当
时,
所以在
上单调递减,在
上单调递增 5分
又,可知
在区间
内有唯一零点等价于
或
, . 7分
得或
. 8分
(3)若对任意的,均有
,等价于
在
上的最大值与最小值之差
10分
(ⅰ) 当时,在
上
,
在
上单调递增,
由,得
,
所以 9分
(ⅱ)当时,由
得
由得
或
所以,同理
. 10分
当
,即
时,
,与题设矛盾; 11分
当
,即
时,
恒成立; 12分
当
,即
时,
恒成立; 13分
综上所述,的取值范围为
. 14分
已知函数.
(1)求在点
处的切线方程;
(2)求函数在
上的最大值.
正确答案
的定义域为
,
的导数
.
(Ⅰ),所以切线方程为:
.
(Ⅱ)令,解得
当时,
,
单调递增,当
时,
,
单调递减.
当时,
在
上单调递增,
当时,
在
上单调递增,在
上单调递减,
略
求曲线y=x3+x在点(1,
)处的切线与坐标轴围成的三角形面积?
正确答案
由题意,y′=x2+1,
故在点(1,)处的切线斜率为2,
方程为6x-3y-2=0.
令x=0,则y=-;
令y=0,则x=,
故所求的三角形面积为.
已知).
(1)若时,求函数
在点
处的切线方程;
(2)若函数在
上是减函数,求实数
的取值范围;
(3)令是否存在实数
,当
是自然对数的底)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
(1);(2)
;(3)存在实数
,使
在
上的最小值是
.
试题分析:(1)当时,
,求其在切点处的导函数值,得到切线斜率,由点斜式即得所求;
(2)函数在
上是减函数,转化成
在
上恒成立;
令,解
即得
;
(3)假设存在实数,使
在
上的最小值是
,根据
,
讨论当、
、
等三种情况时,令
,求解即得.
(1)当时,
1分
,函数
在点
处的切线方程为
3分
(2)函数在
上是减函数
在
上恒成立 4分
令,有
得
6分
7分
(3)假设存在实数,使
在
上的最小值是3
8分
当时,
,
在
上单调递减,
(舍去) 10分
当且
时,即
,
在
上恒成立,
在
上单调递减
,
(舍去) 11分
当且
时,即
时,令
,得
;
,得
在
上单调递减,在
上单调递增
,
满足条件 13分
综上所述,存在实数,使
在
上的最小值是
. 14分
已知函数f(x)=ax3+bx2+cx+d,其中a,b,c是以d为公差的等差数列,,且a>0,d>0.设x0为f(x)的极小值点,在[1-
,0]上,f′(x)在x1处取得最大值,在x2处取得最小值,将点(x0,f(x0)),(x1,f′(x1)),(x2,f′(x2,f(x2))依次记为A,B,C.
(I)求x0的值;
(II)若△ABC有一边平行于x轴,且面积为,求a,d的值.
正确答案
(I)∵2b=a+c
∴f'(x)=ax2+2bx+x=ax2+(a+c)x+c=(x+1)(ax+c)
令f'(x)=0,得x=-1或x=-
∵a>0,d>0
∴0<a<b<c
∴>1,-
<-1
当-<x<-1时,f‘(x)<0,
当x>-1时,时,f‘(x)>0,
所以f(x)在x=-1处取得最小值即x0=-1
(II)∵f'(x)=ax2+2bx+x(a>0)
∴函数f'(x)的图象的开口向上,对称轴方程为x=-
由->1知|(1-
)-(-
)|<|0-(-
)|
∴f'(x)在[1-,0]上的最大值为f'(0)=c,即x1=0.
又由>1,知-
∈[1-
,0]
∴当x=-时,
f‘(x)取得最小值为f‘(-)=-
,即x2=-
∵f(x0)=f(-1)=-
∴A(-1,-),B(0,c),C(-
,-
)
由三角形ABC有一条边平行于x轴知AC平行于x轴,
所以-=-
,即a2=3d①
又由三角形ABC的面积为2+得
(-1+
)•(c+
)=2+
利用b=a+d,c=a+2d,得d+
=2+
②
联立①②可得d=3,a=3.
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