- 导数及其应用
- 共6208题
已知函数f(x)=,其中a为实数。
(1)当a=2时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(2)是否存在实数a,使得对任意x∈(0,1)∪(1,+∞),f(x)>恒成立?若不存在,请说明理由,若存在,求出a的值并加以证明。
正确答案
解:(1)时,
又
所以切线方程为。
(2)①当时,
则
令,
再令
当时,
∴在
上递减
∴当时,
∴
所以在
上递增
所以
②时,
则
由①知当时,
,h(x)在
上递增
当时,
,
所以在
上递增
∴
∴
由①及②知。
已知二次函数h(x)=ax2+bx+c(其中c<3),其导函数y=h'(x)的图象如图,f(x)=61nx+h(x)
(1)求函数f(x)在x=3处的切线斜率;
(2)若函数f(x)在区间(1,m+)上是单调函数,求实数m的取值范围;
(3)若函数y=-x,x∈(0,6]的图象总在函数y=f(x)图象的上方,求c的取值范围。
正确答案
解:(1)由已知,h'(x)=2ax+b,其图象为直线,且过(0,-8),(4,0)两点,
所以,h'(x)= 2x-8
则,解得
所以
所以
所以f'(3)=0,
即函数f(x)在点(3,f(3))处的切线斜率为0。
(2)由(1)知
因为x>0
所以x变化时,f'(x)、f(x)的变化情况如下表:
所以f(x)的单调增区间为(0,1)和(3,+∞),单调减区间为(1,3)
要使函数f(x)在区间上是单调函数,
则,解得
。
(3)由题意,-x≥f(x)在x∈(0,6]上恒成立
得
在x∈(0,6]上恒成立
即在x∈(0,6]上恒成立
设
则c≤g(x)min
因为x>0,
所以当时,g '(x)>0,g(x)为增函数
当或x∈(2,+∞)时,g'(x)<0,g(x)为减函数
所以g(x)的最小值为和g(6)中的较小者
因为
所以
又已知c<3
所以c≤6-6ln6。
已知函数f(x)=ex+ax,g(x)=exlnx(e 是自然对数的底数)。
(1)若曲线y= f(x)在x=1处的切线也是抛物线y2=4(x-1)的切线,求a的值;
(2)若对于任意x∈R,f(x)>0恒成立,试确定实数a的取值范围;
(3)当a=-1时,是否存在x0∈(0,+∞),使曲线C:y= g(x)- f(x)在点x=x0处的切线斜率与f(x)在R上的最小值相等?若存在,求符合条件的x0的个数;若不存在,请说明理由。
正确答案
解:(1)f'(x)=ex+a,f'(1)=e+a,
所以在x=1处的切线为y-(e+a)=(e+a)(x-1),
即y=(e+a)x,
与y2=4(x-1)联立,
消去y得(e+a)2x2-4x+4=0,
由Δ=0知,a=1-e或a=-1-e。
(2)f'(x)=ex+a
①当a>0时,f'(x)>0,f(x)在R上单调递增,且当x→-∞时,ex→0,ax→-∞
∴f(x)→-∞,故f(x)>0不恒成立,所以a>0不合题意;
②当a=0时,f(x)=ex>0对x∈R恒成立,所以a=0符合题意;
③当a<0时,令f'(x)=e2+a=0,得x=ln(-a),
当x∈(-∞,ln(-a))时,f'(x)<0,
当x∈(ln(-a),+∞)时,f'(x)>0,
故f(x)在(-∞,ln(-a))上单调递减,
在(ln(-a),+∞)上单调递增
所以[f(x)]min= f(ln(-a))=-a+aln(-a)>0,
∴a>-e
又a<0,
∴a∈(-e,0)
综上,实数a的取值范围为(-e,0]。
(3)当a=-1时,由(2)知[f(x)] min= f(ln(-a))=-a+aln(-a)=1
设h(x)=g(x)- f(x)=exlnx-ex+x
则h'(x)=
假设存在实数x0∈(0,+∞),使曲线C:y=g(x)-f(x)在点x=x0处的切线斜率与f(x)在R上的最小值相等,
x0即为方程h'(x)=1的解
令h'(x)=1得:
在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
∴φ(x)≥φ(1)=0,故方程有唯一解为1
所以存在符合条件的x0,且仅有一个。
已知函数f(x)=x3-mx2+
mx(m>0),
(Ⅰ)当m=2时,求函数y=f(x)的图象在点(0,0)处的切线方程;
(Ⅱ)讨论函数y=f(x)的单调性;
(Ⅲ)若函数f(x)既有极大值,又有极小值,且当0≤x≤4m时,f(x)<mx2+恒成立,求m的取值范围。
正确答案
解:(Ⅰ)当m=2时,,
则f′(x)=x2-4x+3,
故f′(0)=3,函数y=f(x)的图象在点(0,0)处的切线方程为y=3x;
(Ⅱ)f′(x)=,
当,又m>0,即
时,f′(x)≥0,
则函数y=f(x)在(-∞,+∞)上是增函数;
当,又m>0,即
时,
由f′(x)>0,得,
由f′(x)<0,得,
故函数f(x)在区间上是增函数,
在区间上是减函数;
(Ⅲ)因为函数f(x)既有极大值,又有极小值,
则f′(x)==0有两个不同的根,
则有Δ=4m2-6m>0,
又m>0,∴,
令g(x)=f(x)-,
g′(x)=x2-4mx+3m2=0x=m,或x=3m,
∴g′(x)>0x<m或x>3m,g′(x)<0
m<x<3m,
∴g(x)在[0,m),(3m,4m]上为增函数,在(m,3m)上为减函数,
∴,g(3m)=0为g(x)的极值,
又g(0)=0,g(4m)=,
∴g(x)最大值为,
∴,
即m的取值范围为。
已知函数f(x)=a(x-)-lnx,
(Ⅰ)若a=1,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)若函数f(x)在其定义域内为增函数,求a的取值范围;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,设函数,若在[1,e]上至少存在一点x0,使得f(x0)≥g(x0)成立,求实数a的取值范围。
正确答案
解:(Ⅰ)当a=1时,函数,
f(1)=1-1-ln1=0,
f′(x)=,
曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率为f′(1)=1+1-1=1,
从而曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y-0=x-1,即y=x-1;
(Ⅱ)f′(x)=,
要使f(x)在定义域(0,+∞)内是增函数,只需f′(x)≥0在(0,+∞)内恒成立,
即ax2-x+a≥0,得恒成立,
由于,
∴,∴
,
∴f(x)在(0,+∞)内为增函数,实数a的取值范围是;
(Ⅲ)∵在[1,e]上是减函数,
∴x=e时,g(x)min=1;x=1时,g(x)max=e,即 g(x)∈[1,e],
f′(x)=,令h(x)=ax2-x+a,
当时,由(Ⅱ)知f(x)在[1,e]上是增函数,f(1)=0<1,
又g(x)在[1,e]上是减函数,
故只需f(x)max≥g(x)min,x∈[1,e],
而,g(x)min=1,
即,解得
,
所以实数a的取值范围是。
已知函数f(x)=ax2-(2a+1)x+2lnx(a∈R)。
(1)若曲线y=f(x)在x=1和x=3处的切线互相平行,求a的值;
(2)求f(x)的单调区间;
(3)设g(x)=x2-2x,若对任意x1∈(0,2],均存在x2∈(0,2],使得f(x1)<f(x2),求a的取值范围。
正确答案
解:(x>0)
(1)
解得;
(2)
①当时,
,
在区间上,
;
在区间上
故的单调递增区间是
,
单调递减区间是
②当时,
在区间和
上,
;
在区间上,
故的单调递增区间是
和
单调递减区间是
③当时,
故的单调递增区间是
④当时,
在区间和
上,
在区间上,
故的单调递增区间是
和
,单调递减区间是
;
(3)由已知,在上有
由已知,由(2)知
①当时,
在
上单调递增
故
所以
解得
故
②当时,
在
上单调递增,在
上单调递减,
故
由可知
,
所以,
综上所述,。
已知函数的图象过点
,且在[﹣2,1)内单调递减,在[1,+∞)上单调递增.
(1)求f(x)的解析式;
(2)若对于任意的x1,x2∈[m,m+3](m≥0),不等式恒成立,试问这样的m是否存在.若存在,请求出m的范围,若不存在,说明理由.
正确答案
解:(1)求导函数,可得f′(x)=3ax2+xsinθ﹣2,
由题设可知:,
即,∴sinθ≥1,∴sinθ=1.
从而a=,
∴f(x)=x3+
x2﹣2x+c,
而又由f(1)=得c=
.
∴f(x)=3x3+2x2﹣2x+3即为所求.
(2)由f′(x)=x2+x﹣2=(x+2)(x﹣1),
∴f(x)在(﹣∞,﹣2)及(1,+∞)上均为增函数,在(﹣2,1)上为减函数.
①当m>1时,f(x)在[m,m+3]上递增,故f(x)max=f(m+3),f(x)min=f(m)
由f(m+3)﹣f(m)=3(m+3)3+2(m+3)2﹣2(m+3)﹣3m3﹣2m2+2m=3m2+12m+2≤2,得﹣5≤m≤1.
这与条件矛盾,故 不存在.
②当0≤m≤1时,f(x)在[m,1]上递增,在[1,m+3]上递增
∴f(x)min=f(1),f(x)max=max{ f(m),f(m+3)},
又f(m+3)﹣f(m)=3m2+12m+2=3(m+2)2﹣2>0(0≤m≤1)
∴|f(x)max=f(m+3)|≤f(x1)﹣f(x2)
∴f(x)max﹣f(x)min=f(m+3)﹣f(1)≤f(4)﹣f(1)=2恒成立.
故当0≤m≤1时,原不等式恒成立.
综上,存在m∈[0,1]合题意
已知函数f(x)满足f(x)=x3+f′()x2-x+C [其中f′(
)为f(x)在点x=
处的导数,C为常数]。
(1)求f′()的值;
(2)求函数f(x)的单调区间;
(3)设函数g(x)=[f(x)-x3]ex,若函数g(x)在x∈[-3,2]上单调,求实数C的取值范围。
正确答案
解:(1)由得
取得
解之得。
(2)因为
从而
列表如下:
∴f(x)的单调递增区间是和(1,+∞),
f(x)的单调递减区间是.
(3)函数
有
当函数在区间x∈[-3,2]上单调递增时,等价于h(x)= -x2-3x+C-1≥0在x∈[-3,2]上恒成立,
只要h(2)≥0,解得 C≥11
当函数在区间x∈[ -3,2]上单调递减时,等价于h(x)= -x2-3x+C-1≤0在x∈[-3,2]上恒成立,
即Δ=9+4(C-1)≤ 0,解得
所以C的取值范围是C≥11或。
已知函数f(x)=,g(x)=alnx,a∈R。
(1)若曲线y=f(x)与曲线y=g(x)相交,且在交点处有共同的切线,求a的值和该切线方程;
(2)设函数h(x)=f(x)-g(x),当h(x)存在最小值时,求其最小值φ(a)的解析式;
(3)对(2)中的φ(a)和任意的a>0,b>0,证明:。
正确答案
解:(1)
由已知得
解得,x=e2
∴两条曲线交点的坐标为(e2,e)
切线的斜率为
∴切线的方程为。
(2)由条件知
∴
(i)当a>0时,令h'(x)=0,解得x=4a2
∴当0<x<
如图,在平面直角坐标系xoy中,设点F(0,p)(p>0),直线l:y=-p,点P在直线l上移动,R是线段PF与x轴的交点, 过R、P分别作直线l1、l2,使l1⊥PF,l2⊥l .
(Ⅰ)求动点Q的轨迹C的方程;
(Ⅱ)在直线l上任取一点M做曲线C的两条切线,设切点为A、B,求证:直线AB恒过一定点;
(Ⅲ)对(Ⅱ)求证:当直线MA,MF,MB的斜率存在时,直线MA,MF,MB的斜率的倒数成等差数列.
正确答案
解:(Ⅰ)依题意知,点R是线段FP的中点,且RQ⊥FP,
∴RQ是线段FP的垂直平分线.
∴|PQ|=|QF|.
故动点Q的轨迹C是以F为焦点,l为准线的抛物线,其方程为:.
(Ⅱ)设,两切点为
,
由得
,求导得
.
∴两条切线方程为 ①
②
对于方程①,代入点M(m,-p)得,,
又∴
整理得:
同理对方程②有即x1,x2为方程
的两根
.∴ ③
设直线AB的斜率为k,
所以直线AB的方程为,
展开得:,
代入③得:
∴直线恒过定点(0.p).
(Ⅲ) 证明:由(Ⅱ)的结论,设(0.p), ,
且有
,
∴
∴
=
又∵,
所以即直线MA,MF,MB的斜率倒数成等差数列.
如图,P是抛物线C:y=x2上一点,直线l过点P并与抛物线C在点P的切线垂直,l与抛物线C相交于另一点Q,
(Ⅰ)当点P的横坐标为2时,求直线l的方程;
(Ⅱ)当点P在抛物线C上移动时,求线段PQ中点M的轨迹方程,并求点M到x轴的最短距离。
正确答案
解:(Ⅰ)把x=2代入,得y=2,
∴点P坐标为(2,2),
由, ① 得y′=x,
∴过点P的切线的斜率=2,直线l的斜率kl=
,
∴直线l的方程为y-2=-(x-2),即x+2y-6=0;
(Ⅱ)设,则
,
∵过点P的切线斜率=x0,当x0=0时不合题意,x0≠0,
∴直线l的斜率kl=,
直线l的方程为,②
联立①②消去y,得,
设,
∵M是PQ的中点,
∴,
消去x0,得就是所求的轨迹方程,
由x≠0知,
∴,
上式等号仅当即
时成立,
所以点M到x轴的最短距离是。
已知函数f(x)=ex+2﹣3x.
(1)求曲线y=f(x)在点(1,f (1))处的切线方程;
(2)当x≥1时,若关于x的不等式f(x)≥+(a﹣3)x+1恒成立,试求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1)f'(x)=ex+4x﹣3
则f'(1)=e+1,
又f(1)=e﹣1
∴曲线y=f(x)在点(1,f (1))处的切线方程为y﹣e+1=(e+1)(x﹣1)
即(e+1)x﹣y﹣2=0
(2)由f(x)≥+(a﹣3)x+1得ex+2
﹣3x≥
+(a﹣3)x+1
即ax≤ex﹣﹣1
∵x≥1
∴a≤
记g(x)=,则g'(x)=
记φ(x)=ex(x﹣1)﹣+1
则φ'(x)=x(ex﹣1)
∵x≥1,φ'(x)>0,
∴φ(x)在[1,+∞)上单调递增
∴g(x)≥φ(1)=>0
∴g'(x)>0,
∴g(x)在[1,+∞)上单调递增
∴g(x)≥g(1)=e﹣
由a≤g(x)恒成立,得a≤g(x)min,
∴a≤e﹣即a的取值范围是(﹣∞,e﹣
]
已知两条曲线f(x)=ex,g(x)=lnx,
(Ⅰ)求过曲线f(x)=ex上的点(a,ea)的切线l的方程;
(Ⅱ)若(Ⅰ)中的切线l与曲线g(x)=lnx也相切,求证:a的值在-2<a<-1与1<a<2范围中的一个。
正确答案
解:(Ⅰ)已知f(x)=ex,则f'(x)=ex,
∴曲线f(x)=ex在点(a,ea)处的切线斜率k=ea,
∴所求切线l的方程为y-ea=ea(x-a),即y=eax+e4-aea; ①
(Ⅱ)切线l与曲线g(x)=lnx相切,设切点为(x1,lnx1),
又g′(x)=,
同理曲线g(x)=lnx在点(x1,lnx1)处的切线方程为,
即
由①②得
由③④得ea-aea=-a-1,⑤
令F(a)=aea-ea-a-1,a∈R,
所以F′(a)=ea+aea-ea-1=aea-1,
当a≤0时,F'(a)<0,又a>0时,F'(a)单调递增,F'(1)>0,
由零根定理知在区间(0,1)之间有一个根α,使F'(a)=0,
其中0<α<1,
,
由a为F(a)=0的一个解,
∴a的值是(-2,-1)与(1,2)范围的一个。
f(x)=ex(ax2+x+1),且曲线y=f(x)在x=1处的切线与x轴平行。
(1)求a的值,并讨论f(x)的单调性;
(2)证明:当时,|f(cosθ)-f(sinθ)|<2。
正确答案
解:(1)
由条件知
故
于是
故当时,
<0;
当时,
>0
从而f(x)在,
单调减少,在
单调增加。
(2)由(1)知在
单调增加,故f(x)在
的最大值为
,
最小值为
从而对任意,
,
有
而当时,
从而。
设函数f(x)=-x(x-a)2(x∈R),其中a∈R,
(Ⅰ)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(Ⅱ)当a≠0时,求函数f(x)的极大值和极小值;
(Ⅲ)当a>3时,证明存在k∈[-1,0],使得不等式f(k-cosx)≥f(k2-cos2x)对任意的x∈R恒成立。
正确答案
(Ⅰ)解:当a=1时,,得f(2)=-2,
且,f′(2)=-5,
所以,曲线在点(2,-2)处的切线方程是y+2=-5(x-2),
整理得5x+y-8=0。
(Ⅱ)解:,
,
令,解得
或x=a,
由于a≠0,以下分两种情况讨论,
(1)若a>0,当x变化时,f′(x)的正负如下表:
因此,函数f(x)在处取得极小值
,且
;
函数f(x)在x=a处取得极大值f(a),且f(a)=0;
(2)若a<0,当x变化时,f′(x)的正负如下表:
因此,函数f(x)在x=a处取得极小值f(a),且f(a)=0;
函数f(x)在处取得极小值
,且
;
(Ⅲ)证明:由a>3,得,
当k∈[-1,0]时,,
由(Ⅱ)知,f(x)在(-∞,1]上是减函数,
要使,x∈R
只要,
即, ①
设,
则函数g(x)在R上的最大值为2,要使①式恒成立,
必须,即k≥2或k≤-1;
所以,在区间[-1,0]上存在k=1,使得对任意的x∈R恒成立.
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