- 导数及其应用
- 共6208题
已知定义在正实数集上的函数f(x)=x2+2ax,g(x)=3a2lnx+b,其中a>0,设两曲线y=f(x),y=g(x)有公共点,且在该点处的切线相同。
(1)用a表示b,并求b的最大值;
(2)求证:f(x)≥g(x)(x>0)。
正确答案
解:(1)设与
公共点
处的切线相同
∵,
,
由题意,
即由
得:
,或
(舍去)
即有
令,则
于是,当,即
时,
;
当,即
时,
故在
为增函数,在
为减函数,
于是在
的最大值为
。
(2)设,
则
故在
为减函数,在
为增函数,
于是函数在
上的最小值是
故当时,有
,
即当时,
。
已知函数f(x)=x3+ax2+bx+5,
(1)若曲线y=f(x)在x=1处的切线的方向向量为(-2,-6),且函数在x=时有极值,求f(x)的单调区间;
(2)在(1)的条件下,若函数y=f(x)在[-3,1]上与y=m2-2m+13有两个不同的交点,若g(x)=x2-2mx+1在区间[1,2]上的最小值,求实数m的值。
正确答案
解:(1)∵f(x)=x3+ax2+bx+5,
∴f′(x)=3x2+2ax+b,
由已知f(x)在x=1处的切线斜率为=3,
∴,
∴a=2,b=-4,
∴f(x)=x3+2x2-4x+5,f′(x)=3x2+4x-4,
令f′(x)>0得x<-2 或x>,
令f′(x)<0得-2<x<,
∴f(x)在(-∞,-2),(,+∞)上分别是增函数,f(x)在(-2,
)上是减函数。
(2)由(1)可知,y=f(x)在x=-2时取得极大值,f(-2)=13,且f(-3)=8,f(-1)=4,
∴,
又g(x)=x2-2mx+1=(x-m)2+1-m2,
当0<m<1时,g(x)在[1,2]上的最小值为g(1)=2-2m=-,∴m=
,与0<m<1矛盾;
②当1≤m<2时,g(x)在[1,2]最小值为g(m)=1-m2=-,
∴m=或m=-
(舍去);
综上可知,m=。
已知函数y=xlnx+1.
(1)求这个函数的导数;
(2)求这个函数的图象在点x=1处的切线方程.
正确答案
(1)(2)
试题分析:(1)按公式直接求导即可。(2)根据导数的几何意义可求其切线斜率,用点斜式可求切线方程。
试题解析:解:(1),
∴
即 4分
(2) 6分
又当时,
,所以切点为
8分
∴切线方程为,即
12分.
已知函数f(x)=x2-(1+2a)x+aln x(a为常数).
(1)当a=-1时,求曲线y=f(x)在x=1处切线的方程;
(2)当a>0时,讨论函数y=f(x)在区间(0,1)上的单调性,并写出相应的单调区间.
正确答案
(1)y=2x.(2)①当0<a<时,f(x)的单调增区间是(0,a)和
,单调减区间是
,②当a=
时,f(x)在区间(0,1)上是单调增函数.③当
<a<1时,f(x)的单调增区间是
和(a,1),单调减区间是
,④当a≥1时,f(x)的单调增区间是
,单调减区间是
(1)当a=-1时,f(x)=x2+x-ln x,则f′(x)=2x+1-,(2分)
所以f(1)=2,且f′(1)=2.
所以曲线y=f(x)在x=1处的切线的方程为:y-2=2(x-1),
即:y=2x.(6分)
(2)由题意得f′(x)=2x-(1+2a)+=
(x>0),
由f′(x)=0,得x1=,x2=a,(8分)
①当0<a<时,由f′(x)>0,又知x>0得0<x<a或
<x<1
由f′(x)<0,又知x>0,得a<x<,
所以函数f(x)的单调增区间是(0,a)和,单调减区间是
,(10分)
②当a=时,f′(x)=
≥0,且仅当x=
时,f′(x)=0,
所以函数f(x)在区间(0,1)上是单调增函数.(11分)
③当<a<1时,由f′(x)>0,又知x>0得0<x<
或a<x<1,
由f′(x)<0,又知x>0,得<x<a,
所以函数f(x)的单调增区间是和(a,1),单调减区间是
,(13分)
④当a≥1时,由f′(x)>0,又知x>0得0<x<,
由f′(x)<0,又知x>0,得<x<1,
所以函数f(x)的单调增区间是,单调减区间是
.(16分)
若函数(
)有两个极小值点,则实数
的取值范围是 .
正确答案
已知f(x)=x2+bx+c为偶函数,曲线y=f(x)过点(2,5),g(x)=(x+a)f(x).
(1)求曲线y=g(x)有斜率为0的切线,求实数a的取值范围;
(2)若当x=-1时函数y=g(x)取得极值,确定y=g(x)的单调区间.
正确答案
(1)∵f(x)=x2+bx+c为偶函数,故f(-x)=f(x)即有
(-x)2+b(-x)+c=x2+bx+c解得b=0
又曲线y=f(x)过点(2,5),得22+c=5,有c=1
∵g(x)=(x+a)f(x)=x3+ax2+x+a从而g′(x)=3x2+2ax+1,
∵曲线y=g(x)有斜率为0的切线,故有g′(x)=0有实数解.即3x2+2ax+1=0有实数解.
此时有△=4a2-12≥0解得
a∈(-∞,-]∪[
,+∞)所以实数a的取值范围:a∈(-∞,-
]∪[
,+∞);
(2)因x=-1时函数y=g(x)取得极值,故有g′(-1)=0即3-2a+1=0,解得a=2
又g′(x)=3x2+4x+1=(3x+1)(x+1)令g′(x)=0,得x1=-1,x2=-
当x∈(-∞,-1)时,g′(x)>0,故g(x)在(-∞,-1)上为增函数
当x∈(-1,-)时,g′(x)<0,故g(x)在(-1,-
)上为减函数
当x∈(-,+∝)时,g′(x)>0,故g(x)在( -
,+∝)上为增函数.
已知函数f(x)=ax2-(a+1)x+lnx.
(I)当a=2时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处切线的斜率;
(II)当a>0时,求函数f(x)的单调区间.
正确答案
(1)当a=2时,f(x)=ax2-(a+1)x+lnx,
f′(x)=2x2-3+,故f′(2)=
.
所以曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线的斜率为.
(2)f′(x)=ax2-(a+1)+.
令f′(x)=0,解得x=1,或x=.
因为a>0,x>0.
①当0<a<1时,
若x∈(0,1)时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;
若x∈(1,)时,f′(x)0,<函数f(x)单调递减;
若x∈(,+∞)时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;
②当a=1时,
若x∈(0,+∞)时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;
③当a>1时,
若x∈(0,)时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;
若x∈(,1)时,f′(x)0,<函数f(x)单调递减;
若x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增.
已知函数,其导函数的图象过原点。
(1)当a=1时,求函数的图象在x=3处的切线方程;
(2)当a>0时,确定函数f(x)的零点个数。
正确答案
解:(1)因为
由已知
则
所以
当时,
,
则,
故函数f(x)的图象在处的切线方程为
即。
(2)当时,
的变化情况如下表:
因为f(x)的极大值
f(x)的极小值
因为
则
又
所以函数f(x)在区间内各有一个零点
故函数f(x)共有三个零点。
已知函数.
(1)求在区间
上的最大值;
(2)若过点存在3条直线与曲线
相切,求t的取值范围;
(3)问过点分别存在几条直线与曲线
相切?(只需写出结论)
正确答案
试题分析:(1)求导数,导数等于0求出,再代入原函数解析式,最后比较大小,即可;(2)设切点,由相切得出切线方程,然后列表并讨论求出结果;(3)由(2)容易得出结果.
(1)由得
,令
,得
或
,
因为,
,
,
,
所以在区间
上的最大值为
.
(2)设过点P(1,t)的直线与曲线相切于点
,则
,且切线斜率为
,所以切线方程为
,
因此,整理得:
,
设,则“过点
存在3条直线与曲线
相切”等价于“
有3个不同零点”,
=
,
与
的情况如下:
所以,是
的极大值,
是
的极小值,
当,即
时,此时
在区间
和
上分别至多有1个零点,所以
至多有2个零点,
当,
时,此时
在区间
和
上分别至多有1个零点,所以
至多有2个零点.
当且
,即
时,因为
,
,
所以分别为区间
和
上恰有1个零点,由于
在区间
和
上单调,所以
分别在区间
和
上恰有1个零点.
综上可知,当过点存在3条直线与曲线
相切时,t的取值范围是
.
(3)过点A(-1,2)存在3条直线与曲线相切;
过点B(2,10)存在2条直线与曲线相切;
过点C(0,2)存在1条直线与曲线相切.
已知函数y=f(x)=-x3+ax2+b(a,b∈R)
(Ⅰ)若函数y=f(x)的图象切x轴于点(2,0),求a、b的值;
(Ⅱ)设函数y=f(x) (x∈(0,1))的图象上任意一点的切线斜率为k,试求|k|≤1的充要条件;
(Ⅲ)若函数y=f(x)的图象上任意不同的两点的连线的斜率小于1,求证|a|<.
正确答案
(Ⅰ)f'(x)=-3x2+2ax(1分)
由f'(2)=0得a=3,(2分)
又f(2)=0得b=-4(3分)
(Ⅱ)k=f'(x)=-3x2+2ax x∈(0,1),
∴对任意的 x∈(0,1),|k|≤1,即)|-3x2+2ax|≤1对任意的x∈(0,1)恒成立(4分)
等价于3x-≤2a≤
+3x对任意的x∈(0,1)恒成立.(5分)
令g(x)=+3x,h(x)=3x-
,
则h(x)max≤a≤
g(x)min,x∈(0,1)(6分)
+3x≥2
,当且仅当x=
时“=”成立,∴g(x)min=2
(7分)
h(x)=3x-在(0,1)上为增函数∴h(x)max<2(8分)
∴1≤a≤(9分)
(Ⅲ)设x1,x2∈R则k==-[x12+x1x2+x22-a(x1+x2)]<1(10分)
即x12+(x2-a)x1+x22-ax2+1>0,对x1∈R恒成立(11分)
∴△=(x2-a)2-4(x22-ax2+1)<0,对x2∈R恒成立
即3x22-2ax2+4(4-a2)>0对x2∈R恒成立(13分)
∴4a2-12(4-a2)<0
解得a2<3⇒|a|<(14分)
(本题满分16分)
已知函数,
,且
在点
处的切线方程为
.
(1)求的解析式;
(2)求函数的单调递增区间;
(3)设函数若方程
恰四个不同的解,求实数
的取值范围.
正确答案
(1)(2)见解析(3)
(1),由条件,得
即
解得
,所以
. 3分
(2),其定义域为
,
,
令,得
(*) 5分
①若,则
,即
的单调递增区间为
;
②若,(*)式等价于
,
当时,
,无解,即
无单调增区间,
当时,则
,即
的单调递增区间为
,
当,则
,即
的单调递增区间为
. 8分
(3)..
当时,
,
,
令,得
,且当
时,
;当
时,
,
所以在
上有极小值,即最小值为
. 10分
当时,
,
,
令,得
,
①若,方程
不可能有四个解; 12分
②若,当
时,
,当
时,
,
所以在
上有极小值且是最小值为
,
又,
的大致图象如图1所示,
从图象可以看出方程不可能有四个解. 14分
③若,当
时,
,当
时,
,
所以在
上有极大值且是最大值为
,
又,
的大致图象如图2所示,
从图象可以看出若方程恰四个不同的解,
必须,解得
.
综上所述,满足条件的实数的取值范围是
. 16分
【命题意图】本题考查导数在函数中应用、函数图像等知识 ,意在考查运算求解能力,数学综合论证能力.
已知函数
.
(1)当在点
处的切线方程是y=x+ln2时,求a的值.
(2)当的单调递增区间是(1,5)时,求a的取值集合.
正确答案
(1);(2)
.
试题分析:(1)利用导数的几何意义,先求,利用
,解出
;
(2)函数的单调递增区间是,所以导函数
的解集为
,所以先求函数的导数,
的解集为
即
的两个实根为
或
,根据根与系数的关系得到.
(1),
,代入
5分
(2),
的解集为
即
的两个实根为
或
,根据根与系数的关系得到
,a的取值集合为
10分
函数y=x2(x>0)的图象在点(ak,ak2)处的切线与x轴交点的横坐标为ak+1( k为正整数),其中a1=16.设正整数数列{bn}满足:,当n≥2时,有
.
(Ⅰ)求b1,b2,b3,b4的值;
(Ⅱ)求数列{bn}的通项;
(Ⅱ)记,证明:对任意n∈N*,
.
正确答案
解:(Ⅰ)在点(ak,ak2)处的切线方程为:y﹣ak2=2ak(x﹣ak),
当y=0时,解得,所以
,
又∵a1=16,
∴a2=8,a3=4,a4=2
n=2时,,
由已知b1=2,b2=6,得|36﹣2a3|<1,
因为b3为正整数,所以b3=18,同理b4=54
(Ⅱ)由(Ⅰ)可猜想:bn=2·3n﹣1证明:①n=1,2时,命题成立;
②假设当n=k﹣1与n=k(k≥2且k∈N)时成立,即bk=2·3k﹣1,bk﹣1=2·3k﹣2.
于是,整理得:
由归纳假设得:
因为bk+1为正整数,所以bk+1=2·3k即当n=k+1时命题仍成立.
综上:由知①②知对于n∈N*,有bn=2·3n﹣1成立
(Ⅲ)证明:由③
得④
③式减④式得⑤
⑥
⑤式减⑥式得
=﹣1+2
=1+2
=
=
则.
设函数,
,
,记
.
(1)求曲线在
处的切线方程;
(2)求函数的单调区间;
(3)当时,若函数
没有零点,求
的取值范围.
正确答案
(1)曲线在
处的切线方程
;(2)当
时,函数
的增区间是
,当
时,函数
的增区间是
,减区间是
;(3)实数
的取值范围为
.
试题分析:(1)求曲线在
处的切线方程,由导数的几何意义得,对函数
求导得
,既得函数
在
处的切线的斜率为
,又
,得切点
,由点斜式可得切线方程;(2)求函数
的单调区间,由题意得,
,求函数
的单调区间,先确定函数的定义域为
,由于含有对数函数,可对函数
求导得,
,由于含有参数
,需对
讨论,分
,
两种情况,从而得函数
的单调区间;(3)当
时,若函数
没有零点,即
无解,由(2)可知,当
时,函数
的最大值为
,只要
小于零即可,由此可得
的取值范围.
试题解析:(1),则函数
在
处的切线的斜率为
.又
,
所以函数在
处的切线方程为
,即
4分
(2),
,(
).
①当时,
,
在区间
上单调递增;
②当时,令
,解得
;令
,解得
.
综上所述,当时,函数
的增区间是
;
当时,函数
的增区间是
,减区间是
. 9分
(3)依题意,函数没有零点,即
无解.
由(2)知,当时,函数
在区间
上为增函数,区间
上为减函数,
由于,只需
,
解得.
所以实数的取值范围为
. 13分
.(本小题满分12分)已知函数
(1)若求
的极值;
(2)若在定义域内单调递减,求满足此条件的实数
的取值范围。
正确答案
解:(1)……2分
令,得
……4分
的极大值为:
;无极小值。……6分
(2)
定义域为,且
在定义域内单调递减
在
上恒成立
即:在
上恒成立 ……8分
记
由,得
即:在
上单调递增;在
单调递减。……10分
故当时,
取得最大值,且最大值为
为使在
上恒成立必须且只需
恒成立
故
所以的取值范围是
……12分
略
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