- 导数及其应用
- 共6208题
已知函数f(x)=ax2+1(a>0),g(x)=x3+bx 。
(1)若曲线y=f(x)与曲线y=g(x)在它们的交点(1,c)处具有公共切线,求a、b的值;
(2)当a2=4b时,求函数f(x)+g(x)的单调区间,并求其在区间(-∞,-1)上的最大值。
正确答案
解:(1)f(x)=ax2+1(a>0),
则f'(x)=2ax,k1=2a,
g(x)=x3+bx,则f'(x)=3x2+b,k2=3+b,
由(1,c)为公共切点,
可得:2a=3+b ①
又f(1)=a+1,g(1)=1+b,
∴a+1=1+b,即a=b,
代入①式可得:。
(2)由题设a2=4b,
设
则,
令h'(x)=0,解得:,
;
∵a>0,
∴,
①若,即a≤2时,最大值为
;
②若,即2<a<6时,最大值为
③若时,即a≥6时,最大值为
综上所述:当a∈(0,2]时,最大值为;
当a∈(2,+∞)时,最大值为。
设函数f(x)=x3﹣ax,x∈R.过图象上一点斜率最小的切线平行于直线x+y=2.
(1)求a的值;
(2)求函数f(x)的单调区间和极值;
(3)已知当x∈(1,+∞)时,f(x)﹣kf(x﹣1)≥0恒成立,求实数k的取值范围.
正确答案
解:(1)∵f(x)=x3﹣ax,x∈R,
∴f′(x)=3x2﹣a≥﹣a,
∴过图象上一点斜率最小的切线的斜率k=﹣a,
∵过图象上一点斜率最小的切线平行于直线x+y=2,
∴﹣a=﹣1,故a=1.
(2)∵a=1,
∴f(x)=x3﹣x,f′(x)=3x2﹣1,
令f′(x)=3x2﹣1=0,得x=
列表讨论:
由表讨论知:函数f(x)的单调增区间是 (﹣∞,﹣)、(
,+∞);
单调减区间是(﹣,
).极大值f(﹣
)=﹣
+
=
,极小值f(
)=
=﹣
.
(3)∵f(x)﹣kf(x﹣1)≥0,f(x)=x3﹣x,
∴k≤=
=
=
=1+
,
∵x∈(1,+∞),当1<x<2时,﹣2<1+<1
当x=﹣2时,1+<+∞,
当x>2时,1+>1
∴k≤﹣2.
已知函数f(x)=ax3+x2+bx(其中常数a,b∈R),g(x)=f(x)+f'(x)是奇函数.
(1)求f(x)的表达式;
(2)讨论g(x)的单调性,并求g(x)在区间[1,2]上的最大值和最小值.
正确答案
解:(1)由题意得f'(x)=3ax2+2x+b
因此g(x)=f(x)+f'(x)=ax3+(3a+1)x2+(b+2)x+b
因为函数g(x)是奇函数,所以g(﹣x)=﹣g(x),
即对任意实数x,
有a(﹣x)3+(3a+1)(﹣x)2+(b+2)(﹣x)+b=﹣[ax3+(3a+1)x2+(b+2)x+b]
从而3a+1=0,b=0, 解得,
因此f(x)的解析表达式为.
(2)由(1)知, 所以g'(x)=﹣x2+2,
令g'(x)=0 解得
则当时,g'(x)<0
从而g(x)在区间,
上是减函数,
当,
从而g(x)在区间上是增函数,
由前面讨论知,g(x)在区间[1,2]上的最大值与最小值只能在时取得,
而,
因此g(x)在区间[1,2]上的最大值为,最小值为
.
已知函数f(x)=ax3+bx2﹣3x在x=±1处取得极值
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)求证:对于区间[﹣1,1]上任意两个自变量的值x1,x2,都有|f(x1)﹣f(x2)|≤4;
(3)若过点A(1,m)(m≠﹣2)可作曲线y=f(x)的三条切线,求实数m的范围.
正确答案
解:(1)f′(x)=3ax2+2bx﹣3,
依题意,f′(1)=f′(﹣1)=0,解得a=1,b=0.
∴f(x)=x3﹣3x
(2)∵f(x)=x3﹣3x,
∴f′(x)=3x2﹣3=3(x+1)(x﹣1),
当﹣1<x<1时,f′(x)<0,故f(x)在区间[﹣1,1]上为减函数,
fmax(x)=f(﹣1)=2,fmin(x)=f(1)=﹣2
∵对于区间[﹣1,1]上任意两个自变量的值x1,x2,
都有|f(x1)﹣f(x2)|≤|fmax(x)﹣fmin(x)|
|f(x1)﹣f(x2)|≤|fmax(x)﹣fmin(x)|=2﹣(﹣2)=4
(3)f′(x)=3x2﹣3=3(x+1)(x﹣1),
∵曲线方程为y=x3﹣3x,
∴点A(1,m)不在曲线上.
设切点为M(x0,y0),切线的斜率为 (左边用导数求出,右边用斜率的两点式求出),整理得2x03﹣3x02+m+3=0.
∵过点A(1,m)可作曲线的三条切线,故此方程有三个不同解,
下研究方程解有三个时参数所满足的条件
设g(x0)=2x03﹣3x02+m+3,则g′(x0)=6x02﹣6x0,
由g′(x0)=0,得x0=0或x0=1.
∴g(x0)在(﹣∞,0),(1,+∞)上单调递增,在(0,1)上单调递减.
∴函数g(x0)=2x03﹣3x02+m+3的极值点为x0=0,x0=1
∴关于x0方程2x03﹣3x02+m+3=0有三个实根的充要条件是 ,
解得﹣3<m<﹣2.
故所求的实数a的取值范围是﹣3<m<﹣2.
设函数f(x)=alnx﹣bx2(x>0);
(1)若函数f(x)在x=1处与直线相切
①求实数a,b的值;
②求函数上的最大值.
(2)当b=0时,若不等式f(x)≥m+x对所有的都成立,求实数m的取值范围.
正确答案
解:(1)①
∵函数f(x)在x=1处与直线相切
∴,解得
②
当时,令f'(x)>0得
;
令f'(x)<0,得1<x≤e
∴上单调递增,在[1,e]上单调递减,
∴
(2)当b=0时,f(x)=alnx
若不等式f(x)≥m+x对所有的都成立,
则alnx≥m+x对所有的都成立,
即m≤alnx﹣x,对所有的都成立,
令h(a)=alnx﹣x,则h(a)为一次函数,m≤h(a)min∵x∈(1,e2],∴lnx>0,∴上单调递增
∴h(a)min=h(0)=﹣x,
∴m≤﹣x对所有的x∈(1,e2]都成立,
∵1<x<e2,
∴﹣e2≤﹣x<﹣1,∴m≤(﹣x)min=﹣e2.
已知函数,且函数f(x)在点(1,f(1))处的切线与直线x+y+3=0垂直.
(I)求a的值;
(II)证明:g(x)≤f(x)在x∈(0,+∞)内恒成立.
正确答案
解:(I)函数f(x)的定义域为(﹣∞,0)∪(0,+∞),
∴f′(1)=a
∵函数f(x)在点(1,f(1))处的切线与直线x+y+3=0垂直
∴f′(1)=1 ∴a=1;
(II)由(I)可得 ,
证明g(x)≤f(x)在x∈(0,+∞)内恒成立,
即 恒成立
∴只要证明lnx﹣x+1≤0(x>0)恒成立
构造函数h(x)=lnx﹣x+1(x>0)
∴
令 ,
结合x>0,可得0<x<1,
令 ,结合x>0,可得x>1,
∴x=1处有极大值h(1)=0,且为最大值
∴lnx﹣x+1≤0在x∈(0,+∞)内恒成立
∴g(x)≤f(x)在x∈(0,+∞)内恒成立.
已知M是函数y=4-x2(0<x<2)图像C上一点,过M点作曲线C的切线与x轴、y轴分别交于点A、B,O是坐标原点,求△AOB面积的最小值。
正确答案
解:∵,
∴,
设,则过M点曲线C的切线斜率k=-2m,
∴切线方程为,
由x=0,得,
;
由y=0,得,
,其中0<m<2,
设△AOB的面积为S,则,0<m<2,
∴,
令S′=0,得,解得
,
当时,S′<0,S在区间
上为减函数;
当时,S′>0,S在区间
上为增函数;
∴当时,S取得最小值,最小值为
。
已知函数f(x)=ln(x-1)-k(x-1)+1(k∈R),
(1)若k=2,求以M(2,f(2))为切点的曲线的切线方程;
(2)若函数f(x)≤0恒成立,确定实数k的取值范围;
(3)证明:。
正确答案
解:(1)k=2,,
,
当x=2时,f′(2)=-1,
切线方程为x+y=1;
(2),得
,
当k≤0时,f′(x)>0,函数f(x)在定义域内单调递增,f(x)≤0不恒成立;
当k>0时,函数f(x)在单调递增,在
单调递减,
当时,f(x)取最大值,
,
∴k≥1;
(3)由(2)知k=1时,f(x)≤0恒成立,即,
∴,
取x=3,4,5,…,n,n+1累加得
。
已知函数,若
时,
有极值;
在点
处的切线
不过第四象限且斜率为3,又坐标原点到切线
的距离为
。
(1)求,b,c的值;
(2)求在
上的最大值和最小值。
正确答案
解:(1),
由题意,得,
解得:,
设切线的方程为y=3x+m,由原点到切线
的距离为
,
则,解得:
,
∵切线不过第四象限,
∴m=1,
∴切线的方程为y=3x+1,
由于切点的的横坐标为x=1,
∴切点坐标为(1,4),
∵,
∴c=5。
(2)由(1)知,,
所以,
令,得
,
列表如下:
∴f(x)在[-4,1]上的最大值为13,最小值为-11。
已知a为实数,f(x)=(x2-4)(x-a)。
(1)求导数f′(x)。
(2)若f′(﹣1)=0,求f(x)在[-2,2]上的最大值和最小值.
(3)若f(x)在(-∞,-2)和[2,+∞]上都是递增的,求a的取值范围.
正确答案
解:(1)由原式得f(x)=x3﹣ax2﹣4x+4a,
∴f'(x)=3x2﹣2ax﹣4.
(2)由f'(﹣1)=0得,
此时有.
由f'(x)=0得或x=﹣1,
又,
所以f(x)在[﹣2,2]上的最大值为,最小值为
.
(3)f'(x)=3x2-2ax-4的图象为开口向上且过点(0,-4)的抛物线,
由条件得f'(-2)≥0,f'(2)≥0,
∴-2≤a≤2.
所以a的取值范围为[-2,2].
已知在函数f(x)=mx3﹣x的图象上以N(1,n)为切点的切线的倾斜角为.
(1)求m、n的值;
(2)是否存在最小的正整数k,使得不等式f(x)≤k﹣1995对于x∈[﹣1,3]恒成立?如果存在,请求出最小的正整数k;如果不存在,请说明理由.
正确答案
解:(1)f'(x)=3mx2﹣1,依题意,得,即1=3m﹣1,
∴,把N(1,n)代得,得
,
∴
(2)令,则
,
当时,f'(x)=2x2﹣1>0,f(x)在此区间为增函数当
时,f'(x)=2x2﹣1<0,f(x)在此区间为减函数
当时,f'(x)=2x2﹣1>0,f(x)在此区间为增函数处取得极大值
又因此,当,要使得不等式f(x)≤k﹣1995
对于f(x)≤k﹣1995对于x∈[﹣1,3]恒成立,则k≥15+1995=2010
所以,存在最小的正整数k=2010,使得不等式f(x)≤k﹣1992对于x∈[﹣1,3]恒成立.
已知函数f(x)=x3+mx2+nx+m-1,当x=-1时取得极值,且函数y=f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率为4,
(Ⅰ)求f(x)的解析式;
(Ⅱ)O是坐标原点,A点是x轴上横坐标为2的点,B点是曲线y=f(x)上但不在
轴上的动点,求△AOB面积的最大值。
正确答案
解:(Ⅰ)由已知得,
由已知得,
故。
(Ⅱ)由(Ⅰ)得,
知f(x)在上为减函数,在
上为增函数,
要使△OAB的面积最大,由O、A两点在x轴上且|OA|=2知,
只需在上,
的值最大,
由f(x)在区间上的单调性知,
只有当或
时,
的值最大,
而,
故当时,△AOB的面积最大,且最大值为
。
已知函数f(x)=ax3+bx2+2x-1,g(x)=-x2+x+1,若函数f(x)的图象与函数g(x)的图象的一个公共点P的横坐标为1,且两曲线在点P处的切线互相垂直。
(1)求实数a,b的值;
(2)对任意x1,x2∈[-1,1],不等式f(x1)+k<g(x2)恒成立,求实数k的取值范围。
正确答案
解:(1),
又,
∴,
∵两曲线在点P处的切线互相垂直,
∴,
,
∴,
∴。
(2),
对任意的恒成立
,
,
则f′(x)>0得,
∴函数f(x)在上递减,在
上递增,
而,
∴,
而,
当x∈[-1,1]时,,
故;
∴实数k的取值范围是(-∞,-2)。
已知函数f (x )=x3-x,
(Ⅰ)若不等式f(x)<k-2005对于x∈[-2,3]恒成立,求最小的正整数k;
(Ⅱ)令函数g(x)=f(x)-ax2+x(a≥2),求曲线y=g(x)在(1,g(1))处的切线与两坐标轴围成的三角形面积的最小值。
正确答案
解:(Ⅰ)∵,
令时,解得
,
当x变化时,变化如下:
由上表可知:,
又,
,
比较可得:当时,
,
因为恒成立,所以
,即
,
所以最小正整数。
(Ⅱ),
则,
所以,
又因为,
所以切线方程为,
令,
,
令,
,
所以,
因为,
则,
则,
所以,即S在
单调递增,
所以a=2时,。
设函数f(x)=ax3+bx+c(a≠0)为奇函数,其图象在点(1,f(1))处的切线与直线x﹣6y﹣7=0垂直,导函数f'(x)的最小值为﹣12.
(Ⅰ)求a,b,c的值;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调递增区间,并求函数f(x)在[﹣1,3]上的最大值和最小值.
正确答案
解:(Ⅰ)∵f(x)为奇函数,
∴f(﹣x)=﹣f(x)即﹣ax3﹣bx+c=﹣ax3﹣bx﹣c
∴c=0
∵f'(x)=3ax2+b的最小值为﹣12
∴b=﹣12
又直线x﹣6y﹣7=0的斜率为
因此,f'(1)=3a+b=﹣6
∴a=2,b=﹣12,c=0.
(Ⅱ)f(x)=2x3﹣12x.
,
列表如下:
所以函数f(x)的单调增区间是和
∵f(﹣1)=10,,f(3)=18
∴f(x)在[﹣1,3]上的最大值是f(3)=18,最小值是.
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