- 导数及其应用
- 共6208题
已知函数f(x)=ax2-(4a+2)x+4lnx,其中a≥0.
(1)若a=0,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)讨论函数f(x)的单调性.
正确答案
(1)2x-y-4=0,(2)当a=0时,f(x)的单调增区间是(0,2),单调减区间是(2,+∞);
当0<a<时,f(x)的单调增区间是(0,2)和(
,+∞),减区间为(2,
);当a=
时,f(x)的单调增区间是(0,+∞);当a>
时,f(x)的单调增区间是(0,
)和(2,+∞),减区间为(
,2)
试题分析:(1)利用导数集合意义,在处导数值等于该点处切线的斜率,因为
,所以
f ′(1)=2, 又切点为(1,-2),所以所求切线方程为y+2=2(x-1),(2)函数f(x)的单调性之所以要讨论,就是由于导函数为零时根的不确定性.因为
,所以当a=0时,方程
在定义域内只有一根;当
时,需讨论两根
的大小,三种情况0<a<
,a=
,及a>
需一一讨论.解题过程中,最易忽视的是两根相等的情况;答题时最易出错的是将两个单调性相同的不连续区间用“并集”“或”合并写.
试题解析:解(1)当a=0时,f(x)=-2x+4lnx,
从而,其中x>0. 2分
所以f′(1)=2.
又切点为(1,-2),
所以所求切线方程为y+2=2(x-1),即2x-y-4=0. 4分
(2)因为f(x)=ax2-(4a+2)x+4lnx,
所以,其中x>0.
①当a=0时,,x>0.
由f′(x)>0得,0<x<2,所以函数f(x)的单调增区间是(0,2);单调减区间是(2,+∞); 6分
②当0<a<时,因为
>2,由f ′(x)>0,得x<2或x>
.
所以函数f(x)的单调增区间是(0,2)和(,+∞);单调减区间为(2,
); 8分
③当a=时,
,且仅在x=2时,f ′(x)=0,
所以函数f(x)的单调增区间是(0,+∞);
④当a>时,因0<
<2,由f ′(x)>0,得0<x<
或x>2,
所以函数f(x)的单调增区间是(0,)和(2,+∞);单调减区间为(
,2).
综上,
当a=0时,f(x)的单调增区间是(0,2),单调减区间是(2,+∞);
当0<a<时,f(x)的单调增区间是(0,2)和(
,+∞),减区间为(2,
);
当a=时,f(x)的单调增区间是(0,+∞);
当a>时,f(x)的单调增区间是(0,
)和(2,+∞),减区间为(
,2). 10分
已知定义在R上的函数f(x)=ax3+bx2+cx+d(a,b,c,d,∈R)的图象关于原点对称,且x=1时,f(x)取极小值-.
(Ⅰ)求f(x)的解析式;
(Ⅱ)当x∈[-1,1]时,图象上是否存在两点,使得在此两点处的切线互相垂直?证明你的结论.
正确答案
(I)因为图象关于原点对称,所以f(x)为奇函数,所以b=0,d=0;
所以f(x)=ax3+cx,因此f'(x)=3ax2+c
由题意得 ,
解得 a=,c=-
所以f(x)=x 3-
x.
(II)不存在.
证明:假设存在x1,x2,则f'(x1)•f'(x2)=-1
所以(x12-1)(x22-1)=-4
因为x1,x2∈[-1,1]所以x12-1,x22-1∈[-1,0]
因此(x12-1)(x22-1)≠-4
所以不存在.
一个物体的运动方程为s=1-t+t2其中s的单位是米,t的单位是秒,那么物体在3秒末的瞬时速度是______米/秒.
正确答案
∵物体的运动方程为s=1-t+t2
s′=-1+2t
s′|t=3=5
故答案为:5
已知a>0,函数f(x)=x3-a,x∈(0,+∞),设x1>0,记曲线y=f(x)在点(x1,f(x1))处的切线为l,
(1)求l的方程;
(2)设l与x轴交点为(x2,0)证明:
①x2≥a13;
②若x2>a13则a13<x2<x1.
正确答案
(1)f(x)的导数f'(x)=3x2,
由此得切线l的方程y-(x13-a)=3x12(x-x1);
(2)①依题意,在切线方程中令y=0,
得x2=x1-=
,
x2-a13=(2
+a-3
a13)=
(x1-a13)2(2x1+a13)≥0,
∴x2≥a13,当且仅当x1=a13时取等成立.
②若x1>a13,则x13-a>0,x2-x1=<0,
且由①x2≥a13,
所以a13<x2<x1.
已知函数
(1)若,求曲线
在
处的切线方程;
(2)求的单调区间;
(3)设,若对任意
,均存在
,使得
,求
的取值范围.
正确答案
(1)(2)详见解析(3)
试题分析:
(1)已知函数的解析式,把切点的横坐标带入函数
即可求出切点的纵坐标,对
求导得到函数
的导函数
,把
带入导函数
即可求的切线的斜率,利用点斜式即可得到切线的方程.
(2)对函数进行求导和求定义域,导函数
喊参数
,把
分为两种情况进行讨论,首先
时,结合
的定义域
即可得到导函数在定义域内恒大于0,进而得到原函数在定义域内单调递增,当
时,求解导函数
大于0和小于0的解集,得到原函数的单调递增和单调递减区间.
(3)该问题为存在性问题与恒成立问题的结合,即要求,而
的最大值可以利用二次函数
的图像得到函数
在区间
上的最值,函数
的最大值可以利用第二问的单调性求的,当
时,函数
单调递增,无最大值,故不符合题意,当
时,函数
在
处前的最大值,带入不等式即可求的
的取值范围.
试题解析:
(1)由已知, 1分
,所以斜率
, 2分
又切点,所以切线方程为
),即
故曲线在
处切线的切线方程为
。 3分
(2) 4分
①当时,由于
,故
,
,所以
的单调递增区间为
.
5分
②当时,由
,得
. 6分
在区间上,
,在区间
上,
,
所以,函数的单调递增区间为
,单调递减区间为
. 7分
(3)由已知,转化为. 8分
,所以
9分
由(2)知,当时,
在
上单调递增,值域为
,故不符合题意.
(或者举出反例:存在,故不符合题意.) 10分
当时,
在
上单调递增,在
上单调递减,
故的极大值即为最大值,
, 12分
所以,解得
. 14分
在
处可导,则
正确答案
2,-1
在
处可导,必连续
∴
∴
已知点P在曲线y=上,a为曲线在点P处的切线的倾斜角,则a的取值范围是______.
正确答案
根据题意得f′(x)=-,
∵k=-≥ -
=-1,
且k<0
则曲线y=f(x)上切点处的切线的斜率k≥-1,
又∵k=tanα,结合正切函数的图象
由图可得α∈[,π),
故答案为:[,π).
(1)已知函数,过点P
的直线
与曲线
相切,求
的方程;
(2)设,当
时,
在1,4上的最小值为
,求
在该区间上的最大值.
正确答案
(1) 或
(2) 最大值为
试题分析:
(1) 根据题意可知,直线过点,但是并没有说明该点是不是切点,所以得设出切点坐标,根据导数的几何意义可知,曲线切线的斜率就是在切点横坐标处的导数,然后利用点斜式求得切线方程;代入点
可求出切点,从而得切线方程.
(2)首先利用导数求得极值点和函数的单调区间,根据的范围可判断出函数在所给区间
上的单调性,从而得出在该区间上的最小值(含
),令其等于
可得
,从而求出在该区间的最大值.
试题解析:
(1)根据题意可知,直线过点,但是并没有说明该点是不是切点,所以设切点为
,
因为函数的导函数为,
所以根据导数的几何意义可知,切线的斜率,
则利用点斜式可得:切线的方程
.
因为过点,所以
,
解得 或
故的方程为
或
,
即 或
.
(2)令 得
,
,
故在
上递减,在
上递增,在
上递减.
当时,有
,所以
在
上的最大值为
又,即
.
所以在
上的最小值为
,得
故在
上的最大值为
已知函数f(x)=,且f(x)的图象在x=1处与直线y=2相切.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若P(x0,y0)为f(x)图象上的任意一点,直线l与f(x)的图象切于P点,求直线l的斜率k的取值范围.
正确答案
(1)f(x)=(2)k∈
(1)对函数f(x)求导,得f′(x)=.
∵f(x)的图象在x=1处与直线y=2相切,
∴ 即
∴a=4,b=1,∴f(x)=
.
(2)∵f′(x)=,∴直线l的斜率k=f′(x0)=
,
令t=,t∈(0,1],则k=4(2t2-t)=8
2-
,∴k∈
已知函数在
处的切线的斜率为
.
(1)求实数的值及函数
的最大值;
(2)证明:.
正确答案
(1),不存在;(2)参考解析
试题分析:(1)由函数在
处的切线的斜率为
,通过求导以及将x=1代入导函数即可得到
的值.根据
的对函数
求导,由定义域的范围即可得到导函数的正负,从而可得函数
的单调性.
(2)需证明,由题意可得
令
=1.即可构造
.只需令
.即可得到
.所以只需证明
在
单调递减即可.由题意可得结论成立.
(1)由已知可得函数的定义域为
(2分)
在
是单调递增
的最大值不存在 (6分)
(2)由(1)令,则
,
,当且仅当
时等号成立
令
则
(本小题满分14分)
已知函数.
(Ⅰ)当时,求函数
的单调区间;
(Ⅱ)是否存在实数,使
恒成立,若存在,求出实数
的取值范围;若不存在,说明理由.
正确答案
(Ⅰ)(1)的单调增区间为
和
,单调减区间为
(2)当时,
,
的单调增区间为
(Ⅱ)时,使
恒成立.
(1)先求出,根据定义域
,然后讨论对a进行讨论确定单调区间。
(2)解本题的关键是恒成立可转化为
恒成立,
令,则只需
在
恒成立即可.然后再利用导数研究其最值,问题得解。
解:(Ⅰ)函数的定义域为
,
…………………………2分
(1)当时,由
得,
或
,由
得,
故函数的单调增区间为
和
,单调减区间为
…………4分
(2)当时,
,
的单调增区间为
…………………………5分
(Ⅱ)恒成立可转化为
恒成立,
令,则只需
在
恒成立即可,………6分
当时,在
时,
,在
时,
的最小值为
,由
得
,
故当时
恒成立, ……………………………………9分
当时,
,
在
不能恒成立,……………11分
当时,取
有
在
不能恒成立,…13分
综上所述当时,使
恒成立. ………………………14分
(本小题满分14分)已知函数,其中
.
(Ⅰ)当时,求曲线
在点
处的切线方程;
(Ⅱ)当时,求
的单调区间;
(Ⅲ)证明:对任意的在区间
内均存在零点.
正确答案
解:(Ⅰ)当时,
,……………………2分
,
所以曲线在点
处的切线方程为
. ……………4分
(Ⅱ),令
,解得
……………6分
因为,以下分两种情况讨论:
(1)若变化时,
的变化情况如下表:
所以,的单调递增区间是
的单调递减区间是
.………8分
(2)若,当
变化时,
的变化情况如下表:
所以,的单调递增区间是
的单调递减区间是
……………………………………………10分
(Ⅲ)由(Ⅱ)可知,当时,
在
内的单调递减,在
内单调递增,
以下分两种情况讨论:
(1)当时,
在(0,1)内单调递减,
.
所以对任意在区间(0,1)内均存在零点.………………………12分
(2)当时,
在
内单调递减,在
内单调递增,
若,
. 所以
内存在零点.
若.
, 所以
内存在零点. …………………13分
所以,对任意在区间(0,1)内均存在零点.
综上,对任意在区间(0,1)内均存在零点. …………………14分
略
(本小题满分13分)已知函数
(Ⅰ)求函数在(1, )的切线方程
(Ⅱ)求函数的极值
(Ⅲ)对于曲线上的不同两点,如果存在曲线上的点
,且
,使得曲线在点
处的切线
,则称
为弦
的陪伴切线.已知两点
,试求弦
的陪伴切线
的方程;
正确答案
解:(I)略…………………………………(4分)
(Ⅱ)
. ……………………………(6分)
得
.当
变化时,
与
变化情况如下表:
当x=1时,
取得极小值
. 没有极大值. ……………………(9分)
(Ⅲ)设切点
,则切线
的斜率为
.
弦AB的斜率为. …(10分)
由已知得,,则
=
,解得
,…………(12分)
所以,弦的伴随切线
的方程为:
.……(13分)
略
(本小题满分12分)
已知函数的图像都过点P(2,0),且在点P处
有相同的切线。
(I)求实数a、b、c的值;
(II)设函数上的最小值。
正确答案
(1)(2)
(I)的图像过P(2,0),
…………2分
…………4分
又
…………6分
(II),
同理,由…………8分
因此,当;……10分
当 …………12分
在R上定义运算(b、c为实常数)。记
,
,
。令
。
(Ⅰ)如果函数在
处有极值
,试确定b、c的值;
(Ⅱ)求曲线上斜率为c的切线与该曲线的公共点;
(Ⅲ)记的最大值为
,若
对任意的b、c恒成立,试示
的最大值。
正确答案
(Ⅰ),
(Ⅱ),
或
,
(Ⅲ)
由R上运算的定义及函数
的表达式,
可得∴
。
(Ⅰ)∵函数在
处有极值
,∴
,
得,
从而解得,
或
,
但当,
时,
,
恒成立,
从而当,
时,
单调递减,故
不是极值点而是拐点。
所以,
要舍去。
当,
时,则
。当
变化时,
、
的变化情况如下表:
1
﹣
﹢
﹣
↘
极小值
↗
极大值
↘
∴当x=1时,在有极大值
。因此
,
。
(Ⅱ)设x0是曲线上的斜率为c的切线与曲线的切点,则
,得x0=0或x0=2b,当x0=0时
;
当x0=2b时,故切线的方程为
或,联立
得或
联立得
,
,
解得或
综上所述,曲线上斜率为c的切线与该曲线的公共点为
,
或,
。
(Ⅲ)记,
(
),
(
),
的对称轴为
(1)当时,
,对称轴:x=b在区间
外面,从而
在
上的最大值在区间端点处取得。
记g(1),g(-1)中的最大者为,则
,
所以,而
,故当
时M>2。
(2)当时,
,区间
跨越对称轴:x=b,
从而此时,
因为,所以
,
。
①当时,
,所以
,因此
②当时,
,所以
,因此
综上所述,对,都有
成立。
故对任意的b、c恒成立的
的最大值为
。
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