- 导数及其应用
- 共6208题
已知函数f(x)=+
-1(a∈R)
(1)求函数f(x)的图象在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)若f(x)≤0在区间(0,e2]上恒成立,求实数a的取值范围.
正确答案
(1)因为函数f(x)的定义域为(0,+∞),导函数f′(x)=,
∴k=f′(1)=1-a,
又f(1)=a-1,即切点坐标为(1,a-1),
所以,函数f(x)的图象在点(1,f(1))处的切线方程为:
y-(a-1)=(1-a)(x-1),即y=(1-a)x+2(a-1).
(2)结合(1),令f′(x)=0得x=e1-a,由对数函数的单调性知:
当x∈(0,e1-a)时,f′(x)>0,f(x)是增函数;
当x∈(e1-a,+∞)时,f′(x)<0,f(x)是减函数.
(ⅰ)当e1-a<e2时,a>-1时,f(x)max=f(e1-a)=ea-1-1,
令ea-1-1≤0,解得a≤1,即-1<a≤1,
(ⅱ)当e1-a≥e2即a≤-1时,f(x)在(0,e2]上是增函数,
∴f(x)在(0,e2]上的最大值为f(e2)=-1,
令-1≤0,解得a≤e2-2,即a≤-1,
综上可知,实数a的取值范围是a≤1.
如果曲线y=x3+x-10的某一切线与直线y=4x+3平行,求切点坐标与切线方程.
正确答案
∵切线与直线y=4x+3平行,斜率为4
又切线在点x0的斜率为y′|_x0
∵3x02+1=4,∴x0=±1,有,或
,
∴切点为(1,-8)或(-1,-12),
切线方程为y+8=4(x-1)或y+12=4(x-1),
即y=4x-12或y=4x-8.
设定义在(0,+∞)上的函数f(x)=ax++b(a>0)
(1)求f(x)的最小值;
(2)若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y=,求a,b的值。
正确答案
解:(1)f(x)=ax++b≥2
+b=b+2当且仅当ax=1(x=
)时,
f(x)的最小值为b+2;
(2)由题意,曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y=,可得:f(1)=
,
∴a++b=
①
f'(x)=a﹣,
∴f′(1)=a﹣=
②
由①②得:a=2,b=-1。
已知函数.
(Ⅰ)求的极值;
(II)判断y=f(x)的图像是否是中心对称图形,若是求出对称中心并证明,否则说明理由;
(III)设的定义域为
,是否存在
.当
时,
的取值范围是
?若存在,求实数
、
的值;若不存在,说明理由
正确答案
是
的一个极大值,
是
的一个极小值.
、
不存在
解:(I) .注意到
,即
,
得
或
.所以当
变化时,
的变化情况如下表:
所以是
的一个极大值,
是
的一个极小值.
(II) 点的中点是
,所以
的图象的对称中心只可能是
.
设为
的图象上一点,
关于
的对称点是Q
,
因,又
所以,
即点也在函数y=f(x)的图像上。
设为
的图象上一点,
关于
的对称点是
……
(III) 假设存在实数、
.
,
或
.
若, 当
时,
,而
.故不可能…
若,当
时,
,而
.故不可能….
若,由
的单调递增区间是
,知
是
的两个解.而
无解. 故此时
的取值范围是不可能是
.
综上所述,假设错误,满足条件的实数、
不存在.
设函数表示f(x)导函数。
(I)求函数一份(x))的单调递增区间;
(Ⅱ)当k为偶数时,数列{}满足
.证明:数列{
}中
不存在成等差数列的三项;
(Ⅲ)当后为奇数时,证明:对任意正整数,n都有成立.
正确答案
(1)当k为奇数时,f(x)的单调递增区间为,当k为偶数时f(x)的单调递增区间为
(2)见解析(3)见解析
(Ⅰ)函数的定义域为(0,+∞)
又
当k为奇数时,
即的单调递增区间为
当k为偶函数时,
由>0,得x-1>0,∴x>1,即f(x)的单调递增区间为
,
综上所述:当k为奇数时,f(x)的单调递增区间为,当k为偶数时f(x)的单调递增区间为
(Ⅱ)当k为偶数时,由(Ⅰ)知
所以
根据题设条件有
∴{ }是以2为公式的比例数列
假设数列{}中存在三项
,
,
,成等差数列
不妨设r=
+
即
又
(Ⅲ)当k为奇数时
方法二:(数学归纳发)
当n=1是,左边=0,右边=0,显然不等式成立
设n=k+1时:
又
n=k+1时结论成立。
综上,对一切正整数n结论成立。
(本小题满分l4分)
已知函数f(x)=ax3+bx2-3x在x=±1处取得极值.
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
(Ⅱ)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;
(Ⅲ)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: (I)f′(x)=3ax2+2bx-3,依题意,f′(1)=f′(-1)=0,
即
解得a=1,b=0.
∴f(x)=x3-3x.
(II)∵f(x)=x3-3x,∴f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
当-1
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
(III)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),则点M的坐标满足
因,故切线的斜率为
,
整理得.
∵过点A(1,m)可作曲线的三条切线,
∴关于x0方程=0有三个实根.
设g(x0)= ,则g′(x0)=6
,
由g′(x0)=0,得x
0=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)= 的极值点为x0=0,x0=1
∴关于x0方程=0有三个实根的充要条件是
,解得-3
故所求的实数a的取值范围是-3
略
函数的图象在点
处的切线方程为
正确答案
略
已知函数f(x)的导数f′(x)满足0<f′(x)<1,常数α为方程f(x)=x的实数根.
(Ⅰ)若函数f(x)的定义域为M,对任意[a,b]⊆M,存在x0∈[a,b],使等式f(b)-f(a)=(b-a)f′(x0)成立,求证:方程f(x)=x存在唯一的实数根α;
(Ⅱ) 求证:当x>α时,总有f(x)<x成立;
(Ⅲ)对任意x1、x2,若满足|x1-α|<2,|x2-α|<2,求证:|f(x1)-f(x2)|<4.
正确答案
(I)设f(x)=x有不同于α的实数根β,即f(β)=β,不妨设β>α,
于是在α与β间必存在c,α<c<β,
使得β-α=f(β)-f(α)=(β-α)f′(c)∴f′(c)=1,这与已知矛盾,∴方程f(x)=x存在唯一实数根α.
(II)令g(x)=x-f(x)
∴g′(x)=1-f′(x)>0
∴g(x)在定义域上为增函数
又g(α)=α-f(α)=0∴当x>α时,g(x)>g(α)=0
∴当x>α时,f(x)<x、
(III)不妨设x1<x2,∵0<f′(x)<1∴f(x)在定义域上为增函数
由(2)知x-f(x) 在定义域上为增函数、∴x1-f(x1)<x2-f(x2)
∴0<f(x2)-f(x1)<x2-x1
即|f(x2)-f(x1)|<|x2-x1|
∵|x2-x1|≤|x2-α|+|x1-α|<4
∴|f(x1)-f(x2)|<4.
(文)已知函数f(x)=x3+ax2+bx+2与直线4x-y+5=0切于点P(-1,1).
(Ⅰ)求实数a,b的值;
(Ⅱ)若x>0时,不等式f(x)≥mx2-2x+2恒成立,求实数m的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)f′(x)=3x2+2ax+b
由题意得:即
解得:a=b=-1.
(Ⅱ)由(Ⅰ)知:f(x)=x3-x2-x+2
∵f(x)≥mx2-2x+2,
∴mx2≤x3-x2+x.
∵x>0,
∴m≤,即m≤x+
-1,
法一:令g(x)=x+-1(x>0)∴g(x)≥2
-1=2-1=1,
当且仅当x=时取等号,即x=1时,g(x)min=1,
∴m≤1
法二:令g(x)=x+-1(x>0)∴g'(x)=1-x-2=0得x=1,
当x∈(0,1)时,g'(x)<0,g(x)为减函数,
当x∈(1,+∞)时,g'(x)>0,g(x)为增函数,
当x=1时,g(x)min=1,∴m≤1
已知函数f(x)=ln x,g(x)=x2-bx(b为常数).
(1)函数f(x)的图像在点(1,f(1))处的切线与g(x)的图像相切,求实数b的值;
(2)设h(x)=f(x)+g(x),若函数h(x)在定义域上存在单调减区间,求实数b的取值范围;
(3)若b>1,对于区间[1,2]上的任意两个不相等的实数x1,x2,都有|f(x1)-f(x2)|>|g(x1)-g(x2)|成立,求实数b的取值范围.
正确答案
(1)-1±
(2)(2,+∞)
(3)
解:(1)因为f(x)=ln x,所以f′(x)=,因此f′(1)=1,所以函数f(x)的图像在点(1,f(1))处的切线方程为y=x-1.
由
消去y,得x2-2(b+1)x+2=0.
所以Δ=4(b+1)2-8=0,
解得b=-1±.
(2)因为h(x)=f(x)+g(x)
=ln x+x2-bx(x>0),
所以h′(x)=+x-b=
.
由题意知,h′(x)<0在(0,+∞)上有解.
因为x>0,设u(x)=x2-bx+1,
则u(0)=1>0,
所以,解得b>2.
所以实数b的取值范围是(2,+∞).
(3)不妨设x1>x2.
因为函数f(x)=ln x在区间[1,2]上是增函数,所以f(x1)>f(x2),函数g(x)图像的对称轴为直线x=b,且b>1.
(ⅰ)当b≥2时,函数g(x)在区间[1,2]上是减函数,所以g(x1)x2-bx(x>0)在区间[1,2]上是增函数,即等价于h′(x)=
+x-b≥0在区间[1,2]上恒成立,亦等价于b≤x+
在区间[1,2]上恒成立,所以b≤2.
又b≥2,所以b=2;
(ⅱ)当1
①当1≤x2x2-bx(x>0)在区间[1,b]上是增函数,等价于h′(x)=
+x-b≥0在区间[1,b]上恒成立,等价于b≤x+
在区间[1,b]上恒成立,所以b≤2.
又1
②当b≤x2x2+bx在区间[b,2]上是增函数,等价于H′(x)=
-x+b≥0在区间[b,2]上恒成立,等价于b≥x-
在区间[b,2]上恒成立,所以b≥
,故
≤b<2;
③当1≤x21≤2时,由g(x)图像的对称性知,只要|f(x1)-f(x2)|>|g(x1)-g(x2)|对于①②同时成立,那么对于③,
则存在t1∈[1,b],使|f(x1)-f(x2)|>|f(t1)-f(x2)|>|g(t1)-g(x2)|=|g(x1)-g(x2)|恒成立;
或存在t2∈[b,2],使|f(x1)-f(x2)|>
|f(x1)-f(t2)|>|g(x1)-g(t2)|=
|g(x1)-g(x2)|恒成立.
因此≤b<2.
综上所述,实数b的取值范围是.
曲线在点
处的切线方程是
正确答案
略
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)当a≤0时,求f(x)的单调区间。
正确答案
(1);(2)当a≤0时,f(x)在(0,2)上单调递增,在(2,+∞)上单调递增.
试题分析:(1)因为f(x)=ax2-(2a+1)x+2lnx,所以f′(x)=ax−(2a+1)+
.因为曲线y=f(x)在x=1和x=3处的切线互相平行,所以f′(1)=f′(3).由此能求出实数a.
(2)因为函数f(x)的定义域是(0,+∞),且f′(x)=,再由实数a的取值范围进行分类讨论,能够求出f(x)的单调区间.
试题解析:函数f(x)的定义域为(0,+∞)
∵f ' (x)=ax-(2a+1)+
(1)由已知函数f ' (1)=f ' (3)a-(2a+1)+2=3a-(2a+1)+
a=
6分
(2)f ' (x)==
(x∈(0,+∞)) 8分
①当a=0时,f ' (x)=,由f ' (x)>0得0<x<2,由f ' (x)<0得x>2
∴f(x)在(0,2)上单调递增,在(2,+∞)上单调递减 10分
②当a<0时,由f ' (x)==0的x1=
(舍去),x2=2,由f ' (x)>0的0<x<2,由f ' (x)<0的x>2
∴f(x)在(0,2)上单调递增,在(2,+∞)上单调递减 12分
综上:当a≤0时,f(x)在(0,2)上单调递增,在(2,+∞)上单调递增 13分
已知函数.
(1)若曲线经过点
,曲线
在点
处的切线与直线
垂直,求
的值;
(2)在(1)的条件下,试求函数(
为实常数,
)的极大值与极小值之差;
(3)若在区间
内存在两个不同的极值点,求证:
.
正确答案
(1)
(2)当或
时,
;
当时,
;
(3).
试题分析:(1)利用导数的几何意义,明确曲线在点
处的切线的斜率为
,建立方程
,再根据曲线
经过点
,得到方程
,解方程组即得所求.
(2)利用“表解法”,确定函数的极值,注意讨论或
及
,的不同情况;
(3)根据在区间
内存在两个极值点,得到
,
即在
内有两个不等的实根.
利用二次函数的图象和性质建立不等式组 求
的范围.
试题解析:(1),
直线
的斜率为
,
曲线
在点
处的切线的斜率为
,
①
曲线
经过点
,
②
由①②得: 3分
(2)由(1)知:,
,
, 由
,或
.
当,即
或
时,
,
,
变化如下表
由表可知:
5分
当即
时,
,
,
变化如下表
由表可知:
7分
综上可知:当或
时,
;
当时,
8分
(3)因为在区间
内存在两个极值点 ,所以
,
即在
内有两个不等的实根.
∴ 10分
由 (1)+(3)得:, 11分
由(4)得:,由(3)得:
,
,∴
.
故 13分
设直线是曲线
的一条切线,
.
(1)求切点坐标及的值;
(2)当时,存在
,求实数
的取值范围.
正确答案
(1)切点,
或者切点
,
;(2)
.
试题分析:(1)先设切点,然后依题意计算出
,由
,计算出切点的横坐标,代入切线的方程,可得切点的纵坐标,最后再将切点的坐标代入曲线C的方程计算得
的值;(2)结合(1)中求出的
,确定
,设
,然后将存在
使
成立问题,转化为
,进而求出
,分
、
、
三种情况讨论函数
在
上的单调性,确定
,相应求解不等式
,即可确定
的取值范围.
试题解析:(1)设直线与曲线
相切于点
∴
,解得
或
代入直线方程,得切点
坐标为
或
切点
在曲线
上,∴
或
综上可知,切点,
或者切点
,
5分
(2)∵,∴
,设
,若存在
使
成立,则只要
7分
①当即
时
,
是增函数,
不合题意 8分
②若即
令,得
,∴
在
上是增函数
令,解得
,∴
在
上是减函数
,
,解得
10分
③若即
,
令,解得
,∴
在
上是增函数
∴,不等式无解,∴
不存在 12分
综上可得,实数的取值范围为
13分.
已知函数.
(Ⅰ)若函数在区间上存在极值,求实数
的取值范围;
(Ⅱ)如果当时,不等式
恒成立,求实数
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)
.
试题分析:(Ⅰ)先对函数求导,求出函数的极值,根据函数在区间
上存在极值,
所以 从而解得
(Ⅱ)不等式
恒成立问题转化为求函数的最值问题.
试题解析:
解:(Ⅰ)因为,则
, (2分)
当时,
;当
时,
.
所以在
上单调递增;在
上单调递减,
所以函数在
处取得极大值. (4分)
因为函数在区间
上存在极值,
所以 解得
(6分)
(Ⅱ)不等式即为
记
,
所以, (9分)
令,则
,
,
,
在
上单调递增,
,从而
,
故在
上也单调递增,所以
,
所以. (12分)
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