- 导数及其应用
- 共6208题
已知函数f(x)=x4-3x2+6,
(Ⅰ)讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)设点P在曲线y=f(x)上,若该曲线在点P处的切线l通过坐标原点,求l的方程。
正确答案
解:(Ⅰ),
当x∈和x∈
时,f′(x)<0;
当x∈和x∈
时,f′(x)>0;
因此,f(x)在区间和
是减函数,
f(x)在区间和
是增函数。
(Ⅱ)设点P的坐标为(x0,f(x0)),
由l过原点知,l的方程为y=f′(x0)x,
因此,f(x0)=x0f′(x0),
即:x04-3x02+6-x0(4x03-6x0)=0,
整理得(x02+1)(x02-2)=0,解得或
,
因此切线l的方程为或
。
已知a>0,函数,g(x)=-ax+1,x∈R,
(Ⅰ)当a=1时,求函数f(x)在点(1,f(1))的切线方程;
(Ⅱ)求函数f(x)在[-1,1]的极值;
(Ⅲ)若在区间上至少存在一个实数x0,使f(x0)>g(x0)成立,求正实数a的取值范围。
正确答案
解:由,
求导得,f′(x)=a2x2-2ax,
(Ⅰ)当a=1时,f′(1)=-1,f(1)=0,
所以f(x)在点(1,f(1))的切线方程是y=-x+1;
(Ⅱ)令f′(x)=0得x1=0,,
(1)当即a>2时,
故f(x)的极大值是,极小值是
;
(2)当即0<a≤2时,f(x)在(-1,0)上递增,在(0,1)上递减,
所以f(x)的极大值为,无极小值;
(Ⅲ)设F(x)=f(x)-g(x),
对F(x)求导,得F′(x)=a2x2-2ax+a=a2x2+a(1-2x),
因为,a>0,所以F′(x)=a2x2+a(1-2x)>0,
F(x)在区间上为增函数,则
,
依题意,只需F(x)max>0,
即,即a2+6a-8>0,
解得(舍去),
所以正实数a的取值范围是。
在平面直角坐标系xOy中,有一个以F1(0,-)和F2(0,
)为焦点、离心率为
的椭圆,设椭圆在第一象限的部分为曲线C,动点P在C上,C在点P处的切线与x、y轴的交点分别为A、B,且向量
。
(1)点M的轨迹方程;
(2)的最小值。
正确答案
解:(1)椭圆方程可写为
式中a>b>0,且
得a2=4,b2=1,所以曲线C的方程为
设P(x0,y0),因P在C上,有
得切线AB的方程为
设A(x,0)和B(0,y),由切线方程得
由
得M的坐标为(x,y),由x0,y0满足C的方程,得点M的轨迹方程为
;
(2)∵
∴
且当
即时,上式取等号
故的最小值为3。
已知函数f(x)=x3-3x。
(1)求曲线y=f(x)在点x=2处的切线方程;
(2)若过点A(1,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),
∴曲线y=f(x)在x=2处的切线方程为,即9x-y-16=0。
(2)过点A(1,m)向曲线y=f(x)作切线,设切点为,
则,
则切线方程为,
将A(1,m)代入上式,整理得,,
∵过点A(1,m)(m≠-2)可作曲线y=f(x)的三条切线,
∴方程(*)有三个不同实数根,
记,
,
令或1,
则的变化情况如下表:
当x=0,g(x)有极大值m+3;x=1,g(x)有极小值m+2。
由题意有,当且仅当即
时,函数g(x)有三个不同零点,
此时过点A可作曲线y=f(x)的三条不同切线,
故m的范围是(-3,-2)。
函数,其图像在x=1处的切线与x轴平行。
(1)求的值,并求函数的单调区间;
(2)证明:当时,
。
正确答案
(1)解:,
∴,∴=-1,
∴,
令,
令或
,
∴
(2)证明:当时,
,
∴。
已知函数f(x)=㏑x-ax2+bx(a>0)且导数f‵(x)=0.
(1)试用含有a的式子表示b,并求f(x)的单调区间;
(2)对于函数图象上不同的两点A(x1,y1),且x1时,又称AB存在“中值相依切线”.试问:在函数f(x)上是否存在两点A,B使得它存在“中值相依切线”?若存在,求A,B的坐标,若不存在,请说明理由.
正确答案
解:
(1)()=-+,()=0,∴=-1,
()==0 ,1=-
(舍去),2=1,
∴函数()的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞)。
(2) 假设存在点M满足条件,则()=,整理得:
=
,
令=(0,1),则问题转化为方程:=
有根,
设g(t)=-,(t)=
>0,
∴函数g(t)为(0,1)上的单调递增函数,且g(1)=㏑1-0=0,∴g(t)<0,
所以不存在t使方程=成立,即不存在点满足题意。
已知函数f(x)=㏑x-ax2+bx(a>0)且导数f‵(x)=0.
(1)试用含有a的式子表示b,并求f(x)的单调区间;
(2)对于函数图象上不同的两点A(x1,y1),且x1时,又称AB存在“中值相依切线”.试问:在函数f(x)上是否存在两点A,B使得它存在“中值相依切线”?若存在,求A,B的坐标,若不存在,请说明理由.
正确答案
解:
(1)()=-+,()=0,∴=-1,
()==0 ,1=-
(舍去),2=1,
∴函数()的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞)。
(2) 假设存在点M满足条件,则()=,整理得:
=
,
令=(0,1),则问题转化为方程:=
有根,
设g(t)=-,(t)=
>0,
∴函数g(t)为(0,1)上的单调递增函数,且g(1)=㏑1-0=0,∴g(t)<0,
所以不存在t使方程=成立,即不存在点满足题意。
已知函数f(x)=+lnx(a∈R)。
(1)当a=2时,求曲线y= f(x)在x=1处的切线方程;
(2)若不等式f(x)≥-1对x∈(0,e]恒成立,求实数a的取值范围。
正确答案
解:(1)当a=2时,求导得
∴
又x=1时,2
∴曲线y= f(x)在x=1处的切线方程为y-2=-1·(x-1),即y=-x+3。
(2)f(x)≥-1对x∈(0,e]恒成立,即a≥-x(1+lnx)对x∈(0,e]恒成立
设g(x)=-x(1+lnx),则a≥g(x)max,x∈(0,e]
求导,得
令g'(x)=0,得
当时,g'(x)>0,即g(x)在
上单调递增,
当时,g'(x)<0,即g(x)在
上单调递减,
∴当时,
∴
即实数a的取值范围是。
已知函数f(x)=x3+ax2-bx+1(x∈ R,a、b为实数),
(1)若函数f(x)有极值,且在x=1处的切线与直线x-y+1=0平行,求实数a的取值范围;
(2)若y=f(x)在区间[-1,2]上是单调减函数,求a+b的最小值.
正确答案
解:(1)∵f(x)=x3+ax2-bx+1(x∈R,a、b为实数),
∴,
∵,
∴b=2a,①
∵f(x)有极值,故方程有两个不等的实根,
∴,∴
,②
由①、②可得,a2+2a>0,∴a<-2或a>0,
故实数a的取值范围是(-∞,-2)∪(0,+∞)。
(2)∵y=f(x)在区间[-1,2]上是单调减函数,
∴在区间[-1,2]上恒成立,
即f′(-1)≤0且f′(2)≤0,
即1-2a-b≤0且4+4a-b≤0,
数形结合得a+b的最小值为。
设函数f(x)=ax+2,g(x)=a2x2-lnx+2,其中a∈R,x>0,
(Ⅰ)若a=2,求曲线y=g(x)在点(1,g(1))处的切线方程;
(Ⅱ)是否存在负数a,使f(x)≤g(x)对一切正数x都成立?若存在,求出a的取值范围;若不存在,请说明理由。
正确答案
解:(Ⅰ)由题意可知,当a=2时,,则
,
曲线y=g(x)在点(1,g(1))处的切线斜率k=g′(1)=7,
又F(1)=6,
曲线y=g(x)在点(l,g(1))处的切线的方程为y-6=7(x-1), 即y=7x-1.
(Ⅱ)设函数h(x)=f(x)-g(x)=ax+lnx-a2x2(x>0),
假设存在负数a,使得f(x)≤g(x)对一切正数x都成立.
即当x>0时,h(x)的最大值小于等于零,
,
令,可得
(舍去),
当时,
单增;
当时,
单减,
所以,h(x)在处有极大值,也是最大值,
∴,解得:
,
所以,负数a存在,它的取值范围是。
已知抛物线C1:y=x2+2x和C:y=-x2+a,如果直线l同时是C1和C2的切线,称l是C1和C2的公切线,公切线上两个切点之间的线段,称为公切线段。
(1)a取什么值时,C1和C2有且仅有一条公切线?写出此公切线的方程;
(2)若C1和C2有两条公切线,证明相应的两条公切线段互相平分。
正确答案
解:(1)函数y=x2+2x的导数y′=2x+2,
曲线C1在点P(x1,x21+2x1)的切线方程是:y-(x12+2x1)=(2x1+2)(x-x1),
即y=(2x1+2)x-x12 ①
函数y=-x2+a的导数y′=-2x,
曲线C2在点Q(x2,-x22+a)的切线方程是y-(-x22+a)=-2x2(x-x2)
即y=-2x2x+x22+a ②
如果直线l是过P和Q的公切线,则①式和②式都是l的方程,
所以x1+1=-x2,-x12=x22+a
消去x2得方程2x12+2x2+1+a=0
若判别式△=4-4×2(1+a)=0时,
即a=-时,解得x1=-
,
此时点P与Q重合,
即当a=-时C1和C2有且仅有一条公切线,由①得公切线方程为y=x-
。
(2)由(1)可知,当a<-时C1和C2有两条公切线
设一条公切线上切点为:P(x1,y1), Q(x2 ,y2)
其中P在C1上,Q在C2上,
则有x1+x2=-1,y1+y2=x12+2x1+(-x22+a)=x21+2x1-(x1+1)2+a=-1+a,
线段PQ的中点为
同理,另一条公切线段P′Q′的中点也是
所以公切线段PQ和P′Q′互相平分。
已知函数f(x)=ax3+bx2-3x在x=±1处取得极值。
(1)讨论f(1)和f(-1)是函数f(x)的极大值还是极小值;
(2)过点A(0,16)作曲线y=f(x)的切线,求此切线方程。
正确答案
解:(1),依题意
即
解得
∴
令得
若,则
故f(x)在上是增函数,f(x)在
上是增函数。
若,则
故f(x)在上是减函数。
所以,是极大值;
是极小值。
(2)曲线方程为,点
不在曲线上。
设切点为,则点M的坐标满足
。
因,故切线的方程为
注意到点A(0,16)在切线上,有
化简得,解得
。
所以,切点为,切线方程为
。
已知函数f(x)=ax3-bx2+9x+2,若f(x)在x=1处的切线方程为3x+y-6=0,
(Ⅰ)求f(x)的解析式及单调区间;
(Ⅱ)若对任意的x∈[,2]都有f(x)≥t2-2t-1成立,求函数g(t)=t2+t-2的最值。
正确答案
解:由已知,得切点为(1,3),且f′(x)=3ax2-2bx+9,
(Ⅰ)由题意可得,解得
,
故,
,
由f′(x)=0,得,
由f′(x)>0,得;由f′(x)<0,得
;
f(x)的单调增区间为,f(x)的单调减区间为
。
(Ⅱ)由(Ⅰ)可知f(x)的极小值为,
又,f(2)=4,
∴f(x)在上的最小值为2,
由f(x)≥t2-2t-1对x∈恒成立,则t2-2t-1≤2,
则t2-2t-3≤0,解得-1≤t≤3,
而g(t)=t2+t-2=,
故当时,g(t)最小值为
;当t=3时,g(t)最大值为10。
设函数f(x)=ax-,曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为7x-4y-12=0。
(1)求y=f(x)的解析式;
(2)证明:曲线y=f(x)上任一点处的切线与直线x=0和直线y=x所围成的三角形面积为定值,并求此定值。
正确答案
解:(1)方程7x-4y-12=0可化为,
当x=2时,;
又,
于是,
故;
(2)设为曲线上任一点,
由知曲线在点
处的切线方程为
,
即,
令x=0,得,
从而得切线与直线x=0的交点坐标为;
令y=x,得,
从而得切线与直线y=x的交点坐标为;
所以点处的切线与直线x=0,y=x所围成的三角形面积为
;
故曲线y=f(x)上任一点处的切线与直线x=0,y=x所围成的三角形面积为定值,此定值为6。
已知函数f(x)=x3-ax2+(a2-1)x+b(a,b∈R),其图象在点(1,f(1))处的切线方程为x+y-3=0,
(Ⅰ)求a,b的值;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调区间,并求出f(x)在区间[-2,4]上的最大值。
正确答案
解:(Ⅰ)f′(x)=x2-2ax+a2-1,
∵(1,f(1))在x+y-3=0上,
∴f(1)=2,
∵(1,2)在y=f(x)上,
∴,
又f′(1)=-1,
∴a2-2a+1=0,
解得a=1,;
(Ⅱ),
∴f′(x)=x2-2x,
由f′(x)=0可知x=0和x=2是f(x)的极值点,
所以有
所以f(x)的单调递增区间是(-∞,0)和(2,+∞),单调递减区间是(0,2),
,f(-2)=-4,f(4)=8,
∴在区间[-2,4]上的最大值为8。
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