- 导数及其应用
- 共6208题
已知函数.
(1)若函数的图象在
处的切线斜率为1,求实数a的值;
(2)在(1)的条件下,求函数的单调区间;
(3)若函数在
上是减函数,求实数a的取值范围.
正确答案
解:(1)
由已知,解得
.
(2)函数的定义域为
.
.
当x变化时,的变化情况如下:
由上表可知,函数的单调递减区间是
;单调递增区间是
.
(3)由得
,
由已知函数为
上的单调减函数,则
在
上恒成立,
即在
上恒成立.
即在
上恒成立.
令,在
上
,
在
为减函数.
,所以
.
已知函数f(x)=x3+bx2+cx+2.
(1)若f(x)在x=1时,有极值﹣1,求b、c的值;
(2)当b为非零实数时,f(x)是否存在与直线(b2﹣c)x+y+1=0平行的切线,如果存在,求出切线的方程,如果不存在,说明理由;
(3)设函数f(x)的导函数为f′(x),记函数|f′(x)|(﹣1≤x≤1)的最大值为M,求证:M≥ .
正确答案
解:(1)求导函数,可得f′(x)=3x2+2bx+c
∵f(x)在x=1时,有极值﹣1,
∴f′(1)=0,f(1)=﹣1
∴3+2b+c=0,1+b+c+2=﹣1
∴b=1,c=﹣5;
(2)假设f(x)图象在x=t处的切线与直线(b2﹣c)x+y+1=0平行,
∵f′(t)=3t2+2bt+c,直线(b2﹣c)x+y+1=0的斜率为c﹣b2,
∴3t2+2bt+c=c﹣b2,
∴3t2+2bt+b=0
∴△=4b2﹣12b2=﹣8b2,
又∵b≠0,∴△<0.
从而3t2+2bt+b2=0无解,
因此不存在t,使f′(t)=c﹣b2,
故f(x)图象不存在与直线(b2﹣c)x+y+1=0平行的切线.
(3)∵|f'(x)|=|,
①若|﹣|>1,即b>3或b<﹣3时,M应为f'(﹣1)与f'(1)中最大的一个,
∴2M≥|f'(﹣1)|+|f'(1)|≥|f'(﹣1)﹣f'(1)|≥|4b|>12
∴M>6>
②若﹣3≤b≤0时,2M≥|f'(﹣1)|+|f'(﹣)|≥|f'(﹣1)﹣f'(﹣
)|=|
(b﹣3)2|≥3,
∴M≥
③若0<b≤3时,2M≥|f'(1)|+|f'(﹣)|≥|f'(1)﹣f'(﹣
)|=|
(b+3)2|>3,
∴M>,M≥
在R上定义运算:p
q=-
(p-c)(q-b)+4bc(b、c∈R是常数)。记f1(x)=x2-2c,f2(x)=x-2b,x∈R,令f(x)=f1(x)
f2(x)。
(1)如果函数f(x)在x=1处有极值-,试确定b、c的值;
(2)求曲线y=f(x)上斜率为c的切线与该曲线的公共点;
(3)记g(x)=|f′(x)|(-1≤x≤1)的最大值为M,若M≥k对任意的b、c恒成立,试求k的最大值。
正确答案
解:(1)依题意
解
得或
若
则
f′(x)=
f(x)在R上单调递减,在x=1处无极值;
若,则
直接讨论知,f(x)在x=1处有极大值,
所以。
(2)解f′(t)=c得t=0或t=2b,切点分别为(0,bc)、
相应的切线为y=cx+bc或
解
即x3-3bx2+4b3=0
得x=-b或x=2b
综合可知,b=0时,斜率为c的切线只有一条,与曲线的公共点只有(0,0),
b≠0时,斜率为c的切线有两条,与曲线的公共点分别为(0,bc)、(3b,4bc)和。
(3)g(x)=|-(x-b)2+b2+c|
若|b|>1,则f′(x)在[-1,1]是单调函数,
M=max{|f′(-1)|,|f′(1)|}={|-1+2b+c|,|-1-2b+c|},
因为f′(1)与f′(-1)之差的绝对值|f′(1)-f′(-1)|=|4b|>4,
所以M>2
若|b|≤1,f′(x)在x=b∈[-1,1]取极值,
则M=max{|f′(-1)|,|f′(1)|,|f′(b)|},f′(b)-f′(±1)=(b±1)2若-1≤b<0,f′(1)≤f′(-1)≤f′(b)
若0≤b≤1,f′(-1)≤f′(1)≤f′(b),
当b=0,时,
在[-1,1]上的最大值
故M≥k对任意的b,c恒成立的k的最大值为。
函数f(x)=|ex-bx|,其中e为自然对数的底,
(1)当b=1时,求曲线y=f(x)在x=1处的切线方程;
(2)若函数y=f(x)有且只有一个零点,求实数b的取值范围;
(3)当b>0时,判断函数y=f(x)在区间(0,2)上是否存在极大值,若存在,求出极大值及相应实数b的取值范围。
正确答案
解:(1)记g(x)=ex-bx,
当b=1时,g′(x)=ex-1,
当x>0时,g′(x)>0,所以g(x)在(0,+∞)上为增函数;
又g(0)=1>0,
所以当x∈(0,+∞)时,g(x)>0,
所以当x∈(0,+∞)时,f(x)=∣g(x)∣=g(x),
所以f′(1)=g′(1)=e-1,
所以曲线y=f(x)在点(1,e-1)处的切线方程为:y-(e-1)=(e-1)(x-1),
即y=(e-1)x。
(2)f(x)=0同解于g(x)=0,
因此,只需g(x)=0有且只有一个解,即方程ex-bx=0有且只有一个解,
因为x=0不满足方程,所以方程同解于b=,
令h(x)=,
由h′(x)==0得x=1,
当x∈(1,+∞)时,h′(x)>0,h(x)单调递增,h(x)∈(e,+∞);
当x∈(0,1)时,h′(x)<0,h(x)单调递减,h(x)∈(e,+∞);
所以当x∈(0,+∞)时,方程b=有且只有一解等价于b=e;
当x∈(-∞,0)时,h(x)单调递减,且h(x)∈(-∞,0),
从而方程b=有且只有一解等价于b∈(-∞,0);
综上所述,b的取值范围为(-∞,0)∪{e}。
(3)由g′(x)=ex-b=0,得x=lnb,
当x∈(-∞,lnb)时,g′(x)<0,g(x)单调递减;
当x∈(lnb,+∞)时,g′(x)>0,g(x)单调递增;
所以在x=lnb时,g(x)取极小值g(lnb)=b-blnb=b(1-lnb),
①当0<b≤e时,g(lnb)=b-blnb=b(1-lnb)≥0,
从而当x∈R时,g(x)≥0,
所以f(x)=∣g(x)∣=g(x)在(-∞,+∞)上无极大值;
因此,在x∈(0,2)上也无极大值;
②当b>e时,g(lnb)<0,
因为g(0)=1>0,g(2lnb)=b2-2blnb=b(b-2lnb)>0,
所以存在x1∈(0,lnb),x2∈(lnb,2lnb),使得g(x1)=g(x2)=0,
此时f(x)=∣g(x)∣=,
所以f(x)在(-∞,x1)单调递减,在(x1,lnb)上单调递增,在(lnb,x2)单调递减,
在(x2,+∞)上单调递增,
所以在x=lnb时,f(x)有极大值,
因为x∈(0,2),
所以,当lnb<2,即e<b<e2时,f(x)在(0,2)上有极大值;
当lnb≥2,即b≥e2时,f(x)在(0,2)上不存在极大值;
综上所述,在区间(0,2)上,当0<b≤e或b≥e2时,函数y=f(x)不存在极大值;
当e<b<e2时,函数y=f(x)在x=lnb时取极大值f(lnb)=b(lnb-1)。
已知函数f(x)=x3﹣6x2+11x,其图象记为曲线C.
(1)求曲线C在点A(3,f(3))处的切线方程l;
(2)记曲线C与l的另一个交点为B(x2,f(x2)),线段AB与曲线C所围成的封闭图形的面积为S,求S的值.
正确答案
解(1)∵函数f(x)=x3﹣6x2+11x,
∴f'(x)=3x2﹣12x+11,f'(3)=2,
又f(3)=6,
∴切线方程l为y﹣6=2(x﹣3), 即y=2x.
(2)曲线C与l的另一个交点为B(x2,f(x2)),
∴得B(0,0)∴
已知F1、F2分别是椭圆(a>b>0)的左、右焦点,其左准线与x轴相交于点N,并且满足
。设A、B是上半椭圆上满足
的两点,其中λ∈
。
(1) 求此椭圆的方程及直线AB的斜率的取值范围;
(2)过A、B两点分别作此椭圆的切线,两切线相交于一点P,求证:点P在一条定直线上,并求点P的纵坐标的取值范围。
正确答案
解:(1)由于
∴
解得
从而所求椭圆的方程是
∵
∴A,B,N三点共线
而点N的坐标为(-2,0)
设直线AB的方程为
其中k为直线AB的斜率,依条件知k>0
由消去x得
即
根据条件可知
解得
设
根据韦达定理得,
又由得
∴
从而消去y2得
令
则
由于
所以
∴在区间
上是减函数
从而
即
∴
解得
而
∴
因此直线AB的斜率的取值范围是;
(2)上半椭圆的方程为
且
求导可得
所以两条切线的斜率分别为,
切线PA的方程是
即
又
从而切线PA的方程为
同理可得切线PB的方程为
由
可解得点P的坐标满足
再由得
∴
又由(1)知
∴
因此点P在定直线上,并且点P的纵坐标的取值范围是
。
已知函数f(x)=m+a1x+a2x2+a3x3+…+anxn+an+1xn+1,n∈N*。
(1)若f(x)=m+x2+
x3。
①求以曲线y= f(x)上的点P(1,f(1))为切点的切线的斜率;
②若函数f(x)在x=x1处取得极大值,在x=x2处取得极小值,且点(x1,f(x1))在第二象限,点(x2,f(x2))位于y轴负半轴上,求m的取值范围。
(2)当an=时,设函数f(x)的导函数为f'(x),令Tn=
,证明:Tn≤f'(1)-1。
正确答案
解:(1)由得
①曲线y=f(x)在点P(1,f(1))处的切线的斜率k=f'(1)=2;
②f'(x)=x+x2=x(x+1)
由f'(x)<0,得-1<x<
已知函数f(x)=x3+bx2+cx+d有两个极值点x1=1,x2=2,且直线y=6x+1与曲线y=f(x)相切于P点.
(1)求b和c
(2)求函数y=f(x)的解析式;
(3)在d为整数时,求过P点和y=f(x)相切于一异于P点的直线方程.
正确答案
解:(1)由题意可得:函数f(x)=x3+bx2+cx+d的导数为:f'(x)=3x2+2bx+c,
因为函数f(x)=x3+bx2+cx+d有两个极值点x1=1,x2=2,
所以3x2+2bx+c=0的两个根为x1=1,x2=2,
所以2b+c+3=0,并且4b+c+12=0,
解得:b=﹣,c=6.
(2)设切点为(x0,y0),
由(1)可得:f'(x)=3x2﹣9x+6,
因为直线y=6x+1与曲线y=f(x)相切于P点,
所以f'(x0)=6,即x0=3或者x0=0,
当x0=3时,y0=19,所以函数y=f(x)的解析式为f(x)=x3x2+6x+
.
当x0=0时,y0=1,所以函数y=f(x)的解析式为f(x)=x3x2+6x+1.
(3)由题意可得:f(x)=x3x2+6x+1,并且P(0,1),
设切点的坐标为(x1,y1),所以=
=
…①.
又因为f'(x)=3x2﹣9x+6,所以K切=3x12﹣9x1+6…②,
由①②可得:,
所以切点为(,
),所以
,
所以切线方程为15x﹣16y+16=0.
所以过P点和y=f(x)相切于一异于P点的直线方程为15x﹣16y+16=0.
函数f(x)=sin ()的导函数
的部分图像如图所示,其中,P为图像与y轴的交点,A,C为图像与x轴的两个交点,B为图像的最低点。
(1)若,点P的坐标为(0,
),则
( );
(2)若在曲线段与x轴所围成的区域内随机取一点,则该点在△ABC内的概率为( )。
正确答案
(1)3;(2)
如图,在平面直角坐标系xOy中,过y轴正方向上一点C(0,c)任作一直线,与抛物线y=x2相交于AB两点,一条垂直于x轴的直线,分别与线段AB和直线l:y=-c交于P,Q。
(1)若,求c的值;
(2)若P为线段AB的中点,求证:QA为此抛物线的切线;
(3)试问(2)的逆命题是否成立?说明理由。
正确答案
解:(1)设过C点的直线为
所以
即
设
,
因为
所以
即,
所以
即
所以(舍去c=-1)。
(2)设过Q的切线为,
所以
即
他与的交点为M
又
所以Q
因为
所以
所以M
所以点M和点Q重合,也就是QA为此抛物线的切线。
(3)(2)的逆命题是成立,由(2)可知Q,
因为PQ⊥x轴,
所以
因为
所以P为AB的中点。
已知函数f(x)=ex+2x2﹣3x.
(1)求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)求证函数f(x)在区间[0,1]上存在唯一的极值点;
(3)当时,若关于x的不等式
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)∵f′(0)=e0﹣3=﹣2<0,f′(1)=e+1>0,
∴f′(0)·f′(1)<0,
令h(x)=f′(x)=ex+4x﹣3,
则h′(x)=ex+4>0,
∴f′(x)在[0,1]上单调递增,
∴f′(x)在[0,1]上存在唯一零点,
∴f(x)在[0,1]上存在唯一的极值点
(3)由,
得,
即,
∵,∴
,
令,则
,
令,
则Φ'(x)=x(ex﹣1)
∵,∴Φ'(x)>0,
∴Φ(x)在上单调递增,
∴,
因此g'(x)>0,
故g(x)在上单调递增,
则.
已知函数在区间[-1,1),(1,3]内各有一个极值点。
(1)求a2-4b的最大值;
(2)当a2-4b=8时,设函数y=f(x)在点A(1,f(1))处的切线为l,若l在点A处穿过y=f(x)的图象(即动点在点A附近沿曲线y=f(x)运动,经过点A时,从l的一侧进入另一侧),求函数f(x)的表达式。
正确答案
解:(1)因为函数在区间
,
内分别有一个极值点,
所以在
,
内分别有一个实根,
设两实根为(
),则
,且
于是,
,且当
,
即,
时等号成立
故的最大值是16。
(2)由知
在点
处的切线l的方程是
,
即,
因为切线l在点A处穿过
的图象,
所以在
两边附近的函数值异号,
则不是g(x)的极值点
而,
且
若,则
和
都是
的极值点
所以,即
,
又由,得
,
故。
设函数f(x)=x3﹣mx2+(m2﹣4)x,x∈R.
(1)当m=3时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(2)已知关于x的方程f(x)=0有三个互不相等的实根0,α,β(α<β),求实数 m 的取值范围;
(3)在(2)条件下,若对任意的x∈[α,β],都有f(x)≥﹣恒成立,求实数m的取值范围.
正确答案
解:(1)∵函数f(x)=.
∴f'(x)=x2﹣2mx+m2﹣4
当m=3时,f '(2)=﹣3,f(2)=
所以所求的直线方程为9x+3y﹣20=0.
(2)∵函数f(x)==x[
]
若关于x的方程f(x)=0有三个互不相等的实根0,α,β
则△=m2﹣>0,
解得:﹣4<0<4
故满足条件的实数m的取值范围为(﹣4,4)
(3)∵f'(x)=x2﹣2mx+m2﹣4=[x﹣(m﹣2)][x﹣(m+2)],
f(x)在(﹣∞,m﹣2)上递增,在(m﹣2,m+2)递减,在(m+2,+∞)递增,
f(x)极大值=f(m﹣2)=(m﹣2)3﹣m(m﹣2)2+(m2﹣4)(m﹣2)>0,
f(x)极小值=f(m+2)=(m+2)3﹣m(m+2)2+(m2﹣4)(m+2)<0,
得﹣4<m<4且m2﹣4≠0,得﹣4<m<4,m≠±2.
若m+2<0,即m∈(﹣4,﹣2),
当x∈[α,β]时,f(x)min=0,
∴当m∈(﹣4,﹣2)时,f(x)≥﹣恒成立.
若m﹣2<0<m+2,即m∈(﹣2,2)
要使当x∈[α,β]时,f(x)≥﹣恒成立,即f(x)min=f(m+2)≥﹣
.
f(m+2)=(m+2)3﹣m(m+2)2+(m2﹣4)(m+2)≥﹣
,得m(m2﹣12)≥0
∵m∈(﹣2,2)
∴m2﹣12<0,
∴m≤0,
∴当﹣2<m≤0时,f(x)≥﹣恒成立.
若0<m﹣2,即m∈(2,4),要使当x∈[α,β]时,f(x)≥﹣恒成立,
即f(x)min=f(m+2)≥﹣,
f(m+2)=(m+2)3﹣m(m+2)2+(m2﹣4)(m+2)≥﹣
得m(m2﹣12)≥0
∵m∈(2,4)
∴2≤m<4
综上得:m的取值范围是(﹣4,﹣2).
已知函数f(x)=x2+2ax,g(x)=3a2lnx+b,其中a>0。设它们的图像有公共点,且在该点处的切线相同。
(1)试用a表示b;
(2)求F(x)=f(x)-g(x)的极值;
(3)求b的最大值。
正确答案
解:(1)设与
的公共点为
,
∵,
,
由题意,
,
即,
,
得得:
或
(舍去),
即有。(2)
,
则,
所以在
上为减函数,在
上为增函数,
于是函数在
时有极小值,
,
无极大值。
(3)由(1)知,令,
则,
当,即
时,
;
当,即
时,
;
故在
为增函数,在
为减函数,
于是在
上的极大值即为最大值:
,
即b的最大值为。
已知函数
(1)求证:函数f(x)在点(e,f(e))处的切线横过定点,并求出定点的坐标;
(2)若f(x)<f2(x)在区间(1,+∞)上恒成立,求a的取值范围;
(3)当时,求证:在区间(1,+∞)上,满足f1(x)<g(x)<f2(x)恒成立的函数g(x)有无穷多个.
正确答案
解:(1)因为,所以f(x)在点(e,f(e))处的切线的斜率为
,所以f(x)在点(e,f(e))处的切线方程为
,
整理得,所以切线恒过定点
.
(2)令<0,对x∈(1,+∞)恒成立,
因为(*)
令p'(x)=0,得极值点x1=1,,
①当时,有x2>x1=1,即
时,在(x2,+∞)上有p'(x)>0,
此时p(x)在区间(x2,+∞)上是增函数,
并且在该区间上有p(x)∈(p(x2),+∞),不合题意;
②当a≥1时,有x2<x1=1,
同理可知,p(x)在区间(1,+∞)上,有p(x)∈(p(1),+∞),也不合题意;
③当时,有2a﹣1≤0,
此时在区间(1,+∞)上恒有p'(x)<0,从而p(x)在区间(1,+?)上是减函数;
要使p(x)<0在此区间上恒成立,只须满足,
所以.
综上可知a的范围是.
(3)当时,
记.
因为,所以y=f2(x)﹣f1(x)在(1,+∞)上为增函数,
所以,
设,
则f1(x)<R(x)<f2(x),
所以在区间(1,+∞)上,满足f1(x)<g(x)<f2(x)恒成立的函数g(x)有无穷多个.
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