- 导数及其应用
- 共6208题
(1)已知函数f(x)=x3-x,其图象记为曲线C,
(ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(ⅱ)证明:若对于任意非零实数x1,曲线C与其在点P1(x1,f(x1))处的切线交于另一点P2(x2,f(x2)),曲线C与其在点P2处的切线交于另一点P3(x3,f(x3)),线段P1P2,P2P3与曲线C所围成封闭图形的面积分别记为S1,S2,则为定值;
(Ⅱ)对于一般的三次函数g(x)=ax3+bx2+cx+d(a≠0),请给出类似于(1)(ⅱ)的正确命题,并予以证明。
正确答案
解:(1)(ⅰ)由f(x)=x3-x得f′(x)=3x2-1=,
当x∈时,f′(x)>0;
当x∈时,f′(x)<0;
因此,f(x)的单调递增区间为,
单调递减区间为。
(ⅱ)曲线C在点P1处的切线方程为y=(3x12-1)(x-x1)+x13-x1,
即y=(3x12-1)x-2x13,
由得x3-x=(3x12-1)x-2x13,
即(x-x1)2(x+2x1)=0,解得x=x1或x=-2x1,故x2=-2x1,
进而有
,
用x2代替x1,重复上述计算过程,
可得x3=-2x2和S2=;
又x2=-2x1≠0,
所以,
因此有。
(2)记函数g(x)=ax3+bx2+cx+d(a≠0)的图象为曲线C′,
类似于(Ⅰ)(ⅱ)的正确命题为:若对于任意不等于的实数x1,曲线C′与其在点P1(x1,g(x1))处的切线交于另一点P2(x2,g(x2)),曲线C′与其在点P2处的切线交于另一点P3(x3,g(x3)),线段P1P2,P2P3与曲线C′所围成封闭图形的面积分别别为S1,S2,则
为定值.
证明如下:因为平移变换不改变面积的大小,
故可将曲线y=g(x)的对称中心平移至坐标原点,
因而不妨设g(x)=ax3+hx,且x1≠0,
类似(1)(ⅱ)的计算可得,
故。
已知函数f(x)=ax2-(2a+1)x+2lnx(a∈R),
(Ⅰ)若曲线y=f(x)在x=1和x=3处的切线互相平行,求a的值;
(Ⅱ)求f(x)的单调区间;
(Ⅲ)设g(x)=x2-2x,若对任意x1∈(0,2],均存在x2∈(0,2],使得f(x1)<g(x2),求a的取值范围。
正确答案
解:,
(Ⅰ),解得
;
(Ⅱ),
①当a≤0时,,
在区间(0,2)上,f′(x)>0;在区间(2,+∞)上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是(0,2),单调递减区间是(2,+∞);
②当,
在区间(0,2)和上,f′(x)>0;在区间
上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是(0,2)和,单调递减区间是
;
③当,
故f(x)的单调递增区间是(0,+∞);
④当,
在区间和(2,+∞)上,f′(x)>0;在区间
上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是和(2,+∞),单调递减区间是
;
(Ⅲ)由已知,在(0,2]上有,
由已知,,
由(Ⅱ)可知,
①当时,f(x)在(0,2]上单调递增,
故,
所以,
故;
②当时,f(x)在
上单调递增,在
上单调递减,
故;
由,
所以,
综上所述,。
已知函数f(x)=x3+bx2-3x(b∈(-∞,0]),且函数f(x)在区间[1,+∞)上单调递增,
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若对于区间[-2,2]上任意两个自变量的值x1、x2,都有[f(x1)-f(x2)]≤c,求实数c的最小值;
(3)若过点M(2,m)(m≠2),可作曲线y=f(x)的三条切线,求实数m的取值范围.
正确答案
解:(1)由题意得f′(x)=3x2+2bx-3,
因为函数f(x)在区间[1,+∞)上单调递增,
所以,对
x∈[1,+∞)恒成立,
所以对
x∈[1,+∞)恒成立,
令,则
,所以当
x∈[1,+∞)时,ψ′(x)<0恒成立,
所以函数ψ(x)是[1,+∞)上的单调减函数,
所以当x∈[1,+∞)时,函数ψ(x)的最大值是ψ(1)=0,
故2b≥0,即b≥0,又因为b∈(-∞,0],所以b=0,
∴f(x)=x3-3x。
(2)由(1)可得,f′(x)=3x2-3,由f′(x)=3x2-3=0解得x=±1,
∵f(-1)=2,f(1)=-2,
∴当x∈[-2,2]时,,
则对于区间[-2,2]上任意两个自变量的值x1,x2,都有,
所以c≥4,所以c的最小值为4。
(3)∵点M(2,m)(m≠2)不在曲线y=f(x)上,
∴设切点为(x0,y0),则,
,
∴切线的斜率为,则
,
即,
因为过点M(2,m)(m≠2),可作曲线y=f(x)的三条切线,
所以方程有三个不同的实数解.
即函数有三个不同的零点,
则g′(x)=6x2-12x,令g′(x)=0,解得x=0或x=2,
由题意可得g(0)>0,且g(2)<0,
所以6+m>0,且m-2<0,解得:-6<m<2,
所以所求实数m的取值范围是-6<m<2。
已知函数:f(x)=alnx-ax-3(a∈R),
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)若函数y=f(x)的图像在点(2,f(2))处的切线的倾斜角为45°,问:m在什么范围取值时,函数g(x)=x3+x2[+f′(x)]在区间(2,3)上总存在极值?
(3)求证:。
正确答案
解:(1),
当a>0时,f(x)的单调增区间为,减区间为
;
当a<0时,f(x)的单调增区间为,减区间为
;
当a=0时,f(x)不是单调函数;
(2)因为函数y=f(x)的图像在点(2,f(2))处的切线的倾斜角为45°,
所以f′(2)=1,
所以a=-2,,
,
,
要使函数在区间(2,3)上总存在极值,
所以只需,
解得;
(3)令a=-1,此时f(x)=-lnx+x-3,
所以f(1)=-2,
由(1)知f(x)=-lnx+x-3在(1,+∞)上单调递增,
∴当x∈(1,+∞)时,f(x)>f(1),
即-lnx+x-1>0,
∴lnx<x-1对一切x∈(1,+∞)成立,
∵n≥2,n∈N*,
则有0<lnn<n-1,
∴,
∴。
已知函数f(x)=ax3+bx2﹣3x(a,b∈R)在点(1,f(1))处的切线方程为y+2=0.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若对于区间[﹣2,2]上任意两个自变量的值x1,x2都有|f(x1)﹣f(x2)|≤c,求实数c的最小值;
(3)若过点M(2,m)(m≠2)可作曲线y=f(x)的三条切线,求实数m的取值范围.
正确答案
解:(1)f'(x)=3ax2+2bx﹣3.
根据题意,得
即
解得
所以f(x)=x3﹣3x.
(2)令f'(x)=0,即3x2﹣3=0.得x=±1.
当x∈(﹣∞,﹣1)时,f′(x)>0,函数f(x)在此区间单调递增;
当x∈(﹣1,1)时,f′(x)<0,函数f(x)在此区间单调递减;
因为f(﹣1)=2,f(1)=﹣2,
所以当x∈[﹣2,2]时,f(x)max=2,f(x)min=﹣2.
则对于区间[﹣2,2]上任意两个自变量的值x1,x2,都有
|f(x1)﹣f(x2)|≤|f(x)max﹣f(x)min|=4,
所以c≥4.
所以c的最小值为4.
(3)因为点M(2,m)(m≠2)不在曲线y=f(x)上,
所以可设切点为(x0,y0).则
y0=x03﹣3x0.
因为f'(x0)=3x02﹣3,所以切线的斜率为3x02﹣3.
则3x02﹣3= ,
即2x03﹣6x02+6+m=0.
因为过点M(2,m)(m≠2)可作曲线y=f(x)的三条切线,
所以方程2x03﹣6x02+6+m=0有三个不同的实数解.
所以函数g(x)=2x3﹣6x2+6+m有三个不同的零点.
则g'(x)=6x2﹣12x.
令g'(x)=0,则x=0或x=2.
当x∈(﹣∞,0)时,g′(x)>0,函数g(x)在此区间单调递增;
当x∈(0,2)时,g′(x)<0,函数g(x)在此区间单调递增;
所以,函数g(x)在x=0处取极大值,在x=2处取极小值,
有方程与函数的关系知要满足题意必须满足: ,
即 ,
解得﹣6<m<2.
已知函数f(x)=x3-x2+ax+b的图象在点P(0,f(0))处的切线方程为y=3x-2。
(I)求实数a,b的值;
(Ⅱ)设g(x)=f(x)+是[2,+∞)上的增函数。
(i)求实数m的最大值;
(ii)当m取最大值时,是否存在点Q,使得过点Q的直线若能与曲线y=g(x)围成两个封闭图形,则这两个封闭图形的面积总相等?若存在,求出点Q 的坐标;若不存在,说明理由。
正确答案
解:(Ⅰ)由,f′(x)=x2-2x+a及题设得
即;
(Ⅱ)(i)由得
∵g(x)是[2,+∞)上的增函数
∴g'(x)≥0在[2,+∞)上恒成立
即在
恒成立
设(x-1)2=t
∵x∈[2,+∞)
∵t∈[1,+∞)
即不等式在
恒成立
所以m≤t2+2t在[1,+∞)上恒成立
令y=t2+2t,t∈[1,+∞)
可得ymin=3,故m≤3,即m的最大值为3;
(ii)由(i)得
将函数g(x)的图像向左平移1个长度单位,再向下平移个长度单位,所得图像相应的函数解析式为
x∈(-∞,0)(0,+∞)
由于φ(-x)=-φ(x),所以φ(x)为奇函数,故φ(x)的图象关于坐标原点成中心对称,由此即得,函数g(x)的图象关于点成中心对称
这也就表明,存在点使得过点Q的直线若能与函数g(x)的图象围成两个封闭图形,则这两个封闭图形的面积总相等。
已知y=f(x)是函数的反函数,
(Ⅰ)解关于x的不等式:;
(Ⅱ)当a=1时,过点(-1,1)是否存在函数y=f(x)图象的切线?若存在,有多少条?若不存在,说明理由;
(Ⅲ)若a是使f(x)≥g(x)(x≥1)恒成立的最小值,试比较与
的大小(0<λ<1,n∈N*)
正确答案
(1)由已知可得f(x)=lnax,
当时,f(x)的定义域为
;
当时,f(x)的定义域为
①时,
,原不等式等价于:
,
可得 ;
②当时,
,原不等式等价于:
,
可得 .
(2)设图象上的切点坐标为
,显然
,
可得,
,
可得h(x0)在(1,+∞)为增区间;(0,1)为减区间,
所以没有实根,故不存在切线.
(3)∵对x≥1恒成立,所以
∵,
令,
可得h(x)在区间上单调递减,
故,
.得
,f(x)=lnx.
令,
,
而,即
,
所以,
=
.
已知函数f(x)=lnx-ax2+(a-1)x(a∈R且a≠0),
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)记函数y=F(x)的图象为曲线C。设点A(x1,y1),B(x2,y2)是曲线C上的不同两点。如果在曲线C上存在点M(x0,y0),使得:①;②曲线C在点M处的切线平行于直线AB,则称函数F(x)存在“中值相依切线”。试问:函数f(x)是否存在“中值相依切线”,请说明理由。
正确答案
解:(Ⅰ)显然函数f(x)的定义域是(0,+∞),
由已知得,,
(1)当时,
令,解得
;
令,解得
,
所以函数f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减;
(2)当时,
①当时,即
时,
令,解得
或
;
令,解得
,
所以,函数f(x)在和
上单调递增,在
上单调递减;
②当时,即a=-1时, 显然,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
③当时,即
时,
令,解得
或
;
令,解得
,
所以,函数f(x)在(0,1)和上单调递增,在
上单调递减;
综上所述,(1)当时,函数f(x)在(0,1)上单调递增,
在(1,+∞)上单调递减;
(2)当时,函数f(x)在
和(1,+∞)上单调递增,在
上单调递减;
(3)当时,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
(4)当时,函数f(x)在(0,1)和
上单调递增,
在上单调递减;
(Ⅱ)假设函数f(x)存在“中值相依切线”,
设,
是曲线y=f(x)上的不同两点,且
,
则,
,
,
曲线在点处的切线斜率
,
依题意得:,
化简可得: ,
即=
,
设(t>1),上式化为:
,
即,
令,
,
因为,显然g′(t)>0,所以g(t)在(1,+∞)上递增,
显然有g(t)>2恒成立;
所以在(1,+∞)内不存在t,使得成立;
综上所述,假设不成立,所以,函数f(x)不存在“中值相依切线”。
已知函数f(x)=ax2-(2a+1)x+2lnx(a∈R),
(Ⅰ)若曲线y=f(x)在x=1和x=3处的切线互相平行,求a的值;
(Ⅱ)求f(x)的单调区间;
(Ⅲ)设g(x)=x2-2x,若对任意x1∈(0,2],均存在x2∈(0,2],使得f(x1)<g(x2),求a的取值范围。
正确答案
解:,
(Ⅰ),解得
;
(Ⅱ),
①当a≤0时,,
在区间(0,2)上,f′(x)>0;在区间(2,+∞)上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是(0,2),单调递减区间是(2,+∞);
②当,
在区间(0,2)和上,f′(x)>0;在区间
上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是(0,2)和,单调递减区间是
;
③当,
故f(x)的单调递增区间是(0,+∞);
④当,
在区间和(2,+∞)上,f′(x)>0;在区间
上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是和(2,+∞),单调递减区间是
;
(Ⅲ)由已知,在(0,2]上有,
由已知,,
由(Ⅱ)可知,
①当时,f(x)在(0,2]上单调递增,
故,
所以,
故;
②当时,f(x)在
上单调递增,在
上单调递减,
故;
由,
所以,
综上所述,。
已知函数g(x)=aex-1-x2+bln(x+1),a,b∈R,
(Ⅰ)若a=0,b=1,求函数g(x)的单调区间;
(Ⅱ)若g(x)的图象在(0,g(0))处与直线x-ey+1=0相切,
(ⅰ)求a、b的值;
(ⅱ)求证:x∈(-1,1),g(x)<。
正确答案
解:(Ⅰ)依题意,有,
令,解得
;令
,解得
,
所以增区间是,减区间是
;
(Ⅱ)(ⅰ)由切线方程可知:切点(0,),切线斜率为
,
所以,
因为,
所以,
综上,a=1,b=0;
(ⅱ)证明:,记
,
在(-1,1)上,<0,
所以是减函数,即函数
在(-1,1)上是减函数,
因为,
所以在(-1,1)内恰有一根,记为x0,
在上,
,g(x)是增函数;在
上,
,g(x)是减函数,
所以是极大值,也是最大值,
只需证明,
因为,
所以,
所以,
。
已知函数f(x)=mx+(m,n∈Z),曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为y=3.
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
(Ⅱ)设g(x)=aln(x﹣1)(a>0),若函数F(x)=f(x)+g(x)与x轴有两个交点,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)求导函数,可得,
∵曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为y=3
∴f(2)=3,f′(2)=0
∴,
∴或
,
由于m,n∈Z,
所以,则
.
(Ⅱ)由(Ⅰ)得F(x)=aln(x﹣1)+,定义域为(1,+∞),F′(x)=
,
由于a>0,令F′(x)=0,得
当x∈时,F′(x)<0,知F(x)在x∈时单调递减,
同理,F(x)在x∈时单调递增
所以F(x)min=F=a﹣alna
令a﹣alna<0,即a>e时,函数F(x)=0有两个实数根
所以a的取值范围是(a,+∞)
设a∈R,函数f(x)=-(x-1)2+2(a-1)ln(x+1),
(1)若函数f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=4x-1,求a的值;
(2)当a<1时,讨论函数f(x)的单调性。
正确答案
解:(Ⅰ)函数f(x)的定义域为(-1,+∞),
,
因为f′(0)=4,所以a=2;
(Ⅱ)当a<0时,因为,
所以f′(x)<0,故f(x)在(-1,+∞)上是减函数;
当a=0时,当x∈(-1,0)时,,故f(x)在(-1,0)上是减函数,
当x∈(0,+∞)时,,故f(x)在(0,+∞)上是减函数,
因为函数f(x)在(-1,+∞)上连续,
所以f(x)在(-1,+∞)上是减函数;
当0<a<1时,由,得x=
或x=
,
x变化时,f′(x),f(x)的变化如情况下表:
所以f(x)在上为减函数、在
上为减函数;f(x)在
上为增函数;
综上,当a≤0时,f(x)在(-1,+∞)上是减函数;
当0<a<1时,f(x)在上为减函数、在
上为减函数;f(x)在
上为增函数。
已知曲线y=xlnx(x>)在点(t,tlnt)处的切线l交x轴于点A,交y轴于点B,△AOB(O为坐标原点)的面积为S,
(Ⅰ)试写出S关于t的函数关系式;
(Ⅱ)求面积S的最小值;
(Ⅲ)若对于t>
恒成立,求实数a的取值范围。
正确答案
解:(Ⅰ)曲线在点(t,tlnt)处的切线斜率为y′=1+lnt,
设 A(m,0),B(0,n),
则,解得
,
所以,
注意到时,1+lnt>0,
故为所求;
(Ⅱ)记,则S′=g′(t)=
,
,
∴时,S′<0;
时,S′>0,
即函数S=g(t)在上单调递减,在
上单调递增,
,
所以面积S的最小值为,当且仅当
时取到;
(Ⅲ)由,及1+lnt>0得,
对t>
恒成立,
记u(t)=,则u′(t)=
,
当,即a<0或a≥e时,u′(t)>0恒成立,
此时u(t)在上单调递增,
∴,解得a<0或a≥2e2+2e,
当,即0<a<e时,u′(t)>0
,
所以函数u(t)在上单调递减,在
上单调递增,
此时,
∴,此方程无解;
综上,a<0或a≥2e2+2e为所求。
设函数f(x)=ax2+bx+c(a≠0),曲线y=f(x)通过点(0,2a+3),且在点(﹣1,f(﹣1))处的切线垂直于y轴.
(1)用a分别表示b和c;
(2)当bc取得最小值时,求函数g(x)=﹣f(x)
ex的单调区间.
正确答案
解:(1)由f(x)=ax2+bx+c得到f'(x)=2ax+b.
因为曲线y=f(x)通过点(0,2a+3),故f(0)=c=2a+3,
又曲线y=f(x)在(﹣1,f(﹣1))处的切线垂直于y轴,
故f'(﹣1)=0,即﹣2a+b=0,
因此b=2a.
(2)由(1)得bc=2a(2a+3)=4(a+)2﹣
,
故当a=﹣时,bc取得最小值﹣
.
此时有b=﹣,c=
.从而f(x)=﹣
x2﹣
x+
,
f '(x)=﹣x﹣
,g(x)=﹣f(x)ex=(
x2+
x﹣
)ex,
所以g'(x)=﹣f'(x)ex+(﹣f(x))ex=(x2+4x)ex令g'(x)=0,解得x1=0,x2=﹣4.
当x∈(﹣∞,﹣4)时,g'(x)>0,故g(x)在x∈(﹣∞,﹣4)上为增函数;
当x∈(﹣4,0)时,g'(x)<0,故g(x)在x∈(﹣4,0)上为减函数.
当x∈(0,+∞)时,g'(x)>0,故g(x)在x∈(0,+∞)上为增函数.
由此可见,函数g(x)的单调递增区间为(﹣∞,﹣4)和(0,+∞);单调递增区间为(﹣4,0).
设函数f(x)=x2+2ax﹣ln(1+x)+1.
(1)若函数f(x)的图象在点(0,f(0))处的切线方程是x﹣y+b=0,求实数a,b的值; (2)当时,求函数f(x)的单调区间;
(3)若方程f(x)=x2+(2a﹣)x+
(a+1)在[0,2]上有两个不等实根,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1)∵,f '(0)=1
∴2a﹣1=1,
∴a=1
∵f(0)=1,函数f(x)的图象在点(0,f(0))处的切线方程是x﹣y+b=0,
∴b=1,
故a=1,b=1.
(2)当时,f(x)=x2+x﹣ln(1+x)+1,定义域为(﹣1,+∞)
求导函数
令,且x>﹣1,
可得x≥0,
令,x>﹣1,可得﹣1<x≤0,
∴函数f(x)的单调增区间为[0,+∞);单调减区间为(﹣1,0]
(3)方程f(x)=x2+(2a﹣)x+
(a+1)在[0,2]上有两个不等实根,等价于x﹣2ln(1+x)﹣a+1=0在[0,2]上有两个不等实根
设g(x)=x﹣2ln(1+x)﹣a+1=0,x∈[0,2],则
令g'(x)>0,x>﹣1可得x>1,
令g'(x)<0,x>﹣1,可得﹣1<x<1,
∴函数f(x)在[0,1)上单调减;在(1,2]上单调增区间
∴,
∴
∴2﹣2ln2<a<3﹣2ln2
∴实数a的取值范围是(2﹣2ln2,3﹣2ln2).
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