- 导数及其应用
- 共6208题
经过点F(0,1)且与直线y=-1相切的动圆的圆心轨迹为M.点A、D在轨迹M上,且关于y轴对称,过线段AD(两端点除外)上的任意一点作直线,使直线与轨迹M在点D处的切线平行,设直线与轨迹M交于点B、C.
(1)求轨迹M的方程;
(2)证明:∠BAD=∠CAD;
(3)若点D到直线AB的距离等于|AD|,且△ABC的面积为20,求直线BC的方程.
正确答案
(1)设动圆圆心为(x,y),依题意得,=|y+1|,整理,得x2=4y.
所以轨迹M的方程为x2=4y.
(2)由(1)得x2=4y,即y=x2,则y′=
x.
设点D(x0,x02),由导数的几何意义知,直线的斜率为kBC=
x0,
由题意知点A(-x0,x02).设点C(x1,
x12),B(x2,
x22),
则kBC==
=
x0,即x1+x2=2x0,
因为kAC==
,kAB=
=
,
由于kAC+kAB=+
=
=0,即kAC=-kAB,
所以∠BAD=∠CAD;
(3)由点D到AB的距离等于|AD|,可知∠BAD=45°,
不妨设点C在AD上方,即x2<x1,直线AB的方程为:y-x02=-(x+x0).
由,解得点B的坐标为(x0-4,
(x0-4)2),
所以|AB|=|(x0-4)-(-x0)|=2
|x0-2|.
由(2)知∠BAD=∠CAD=45°,同理可得|AC|=2|x0+2|,
所以△ABC的面积S=×2
|x0-2|×2
x0+2|=4|x02-4|=20,解得x0=±3,
当x0=3时,点B的坐标为(-1,),kBC=
,
直线BC的方程为y-=
(x+1),即6x-4y+7=0;
当x0=-3时,点B的坐标为(-7,),kBC=-
,
直线BC的方程为y-=-
(x+7),即6x+4y-7=0.
已知曲线C:y=x3-3x2+2x
(1)求曲线C上斜率最小的切线方程.
(2)过原点引曲线C的切线,求切线方程及其对应的切点坐标.
正确答案
(1)y'=3x2-6x+2=3(x-1)2-1,
所以,x=1时,y'有最小值-1,(3分)
把x=1代入曲线方程得:y=0,所以切点坐标为(1,0),
故所求切线的斜率为-1,其方程为:y=-x+1.
(2)设切点坐标为M(x0,y0),则y0=x03-3x02+2x0,
切线的斜率为3x02-6x0+2,
故切线方程为y-y0=(3x02-6x0+2)(x-x0),(9分)
因为切线过原点,所以有-y0=(3x02-6x0+2)(-x0),
即:x03-3x02+2x0=x0(3x02-6x0+2),
解之得:x0=0或x0=.
所以,切点坐标为M(0,0)或M(,-
),
相应的切线方程为:y=2x或y+=-
(x-
)
即切线方程为:2x-y=0或x+4y=0.
设a>0,函数f(x)=x2+a|lnx-1|.
(1)当a=1时,求曲线y=f(x)在x=1处的切线方程;
(2)当x∈[1,+∞)时,求函数f(x)的最小值.
正确答案
解(1)当a=1时,f(x)=x2+|lnx-1|
令x=1得f(1)=2,f'(1)=1,所以切点为(1,2),切线的斜率为1,
所以曲线y=f(x)在x=1处的切线方程为:x-y+1=0.
(2)①当x≥e时,f(x)=x2+alnx-a,f′(x)=2x+(x≥e)
∵a>0,
∴f(x)>0恒成立.
∴f(x)在[e,+∞)上增函数.
故当x=e时,ymin=f(e)=e2
②当1≤x<e时,f(x)=x2-alnx+1,
f′(x)=2x-=
(x+
)(x-
)(1≤x<e)
(i)当≤1,即0<a≤2时,f'(x)在x∈(1,e)时为正数,
所以f(x)在区间[1,e)上为增函数.
故当x=1时,ymin=1+a,且此时f(1)<f(e)
(ii)当1<<e,即2<a<2e2时,
f'(x)在x∈(1,)时为负数,在间x∈(
)时为正数
所以f(x)在区间[1,)上为减函数,在(
,e]上为增函数
故当x=时,ymin=
-
ln
,
且此时f()<f(e)
(iii)当≥e;即a≥2e2时,
f'(x)在x∈(1,e)时为负数,
所以f(x)在区间[1,e]上为减函数,
当x=e时,ymin=f(e)=e2.
综上所述,当a≥2e2时,f(x)在x≥e时和1≤x≤e时的最小值都是e2.
所以此时f(x)的最小值为f(e)=e2;
当2<a<2e2时,f(x)在x≥e时的最小值为f()=
-
ln
,
而f()<f(e),
所以此时f(x)的最小值为f()=
-
ln
.
当0<a≤2时,在x≥e时最小值为e2,在1≤x<e时的最小值为f(1)=1+a,
而f(1)<f(e),所以此时f(x)的最小值为f(1)=1+a
所以函数y=f(x)的最小值为ymin=
已知函数f(x)=.
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)求函数f(x)图象在与y轴交点处的切线与两坐标轴所围成的图形面积.
正确答案
(1)函数的定义域为{x|x≠2}, f′(x)=
当x>3时,f'(x)>0,
当x<3且x≠2时,f'(x)<0.
故函数f(x)的增区间为(3,+∞),减区间为(-∞,-2),(2,3).
(2)函数f(x)的图象与y轴交点坐标为(0, -),∴f′(0)=
故切线方程为y+=-
x,
切线与两坐标轴的交点分别为(0, -)和(-
, 0)
∴所求图象的面积S=×
×
=
.
已知函数.
(1)当 时,求
在
处的切线方程;
(2)设函数,
(ⅰ)若函数有且仅有一个零点时,求
的值;
(ⅱ)在(ⅰ)的条件下,若,
,求
的取值范围.
正确答案
(1);(2)(i)
;(ii)
.
试题分析:(1)将代入函数解析式,求出
,由此计算
与
的值,最后利用点斜式写出相应的切线方程;(2)利用参数分离法将问题转化为直线
与函数
的图象有且仅有一个交点来处理,然后利用导数来研究函数
的单调性与极值,从而求出
的值;(ii)将问题转化为
,然后利用导数研究
在区间
上最值,从而确定实数
的取值范围.
(1)当时,
,定义域
,
,
,又
,
在
处的切线方程
;
(2)(ⅰ)令,
则,
即,
令,
则,
令,
,
,
在
上是减函数,
又,
所以当时,
,当
时,
,
所以在
上单调递增,在
上单调递减,
,
所以当函数有且仅有一个零点时
;
(ⅱ)当,
,
若,
,只需证明
,
,
令,得
或
,
又,
函数
在
上单调递增,在
上单调递减,在
上单调递增
又,
,
,
即,
,
.
.已知函数。(1)讨论函数
的单调性;(2)当
时,设
,若
时,
恒成立。求整数
的最大值。
正确答案
(1)
当时,
,所以函数
在区间
上单调递减;
当时,当
时,
,所以函数
在区间
上单调递增;
当时,
,所以函数
在区间
上单调递减。
(2)
所以
解得
所以在
单调递减;在
单调递增
所以所以
因为,
,所以
的最大值为
略
已知函数,
(
为常数).
(1)函数的图象在点
处的切线与函数
的图象相切,求实数
的值;
(2)若,
,
、
使得
成立,求满足上述条件的最大整数
;
(3)当时,若对于区间
内的任意两个不相等的实数
、
,都有
成立,求
的取值范围.
正确答案
(1)或
;(2)
;(3)
.
试题分析:(1)利用导数求出函数在点
的切线方程,并将切线方程与函数
的方程联立,利用
求出
的值;(2)将题中问题转化为
从而确定最大整数
的值;(3)假设
,考查函数
和
的单调性,从而将
,得到
,于是得到
,然后构造函数
,转化为函数
在区间
为单调递增函数,于是得到
在区间
上恒成立,利用参变量分离法求出
的取值范围.
(1),
,
,
函数
的图象在点
处的切线方程为
,
直线
与函数
的图象相切,由
,消去
得
,
则,解得
或
;
(2)当时,
,
,
当时,
,
在
上单调递减,
,
,
则,
,故满足条件的最大整数
;
(3)不妨设,
函数
在区间
上是增函数,
,
函数
图象的对称轴为
,且
,
函数
在区间
上是减函数,
,
等价于
,
即,
等价于在区间
上是增函数,
等价于在区间
上恒成立,
等价于在区间
上恒成立,
,又
,
.
据统计某种汽车的最高车速为120千米∕时,在匀速行驶时每小时的耗油量(升)与行驶速度
(千米∕时)之间有如下函数关系:
。已知甲、乙两地相距100千米。
(1)若汽车以40千米∕时的速度匀速行驶,则从甲地到乙地需耗油多少升?
(2)当汽车以多大的速度匀速行驶时,从甲地到乙地耗油最少?最少为多少升?
正确答案
(1),(2)当汽车以
千米∕时的速度行驶时,从甲地到乙地耗油最少,最少为
升
试题分析:(1)解实际问题应用题,需正确理解题目含义. 从甲地到乙地需耗油等于每小时的耗油量乘以行驶时间. 从甲地到乙地行驶了(小时),每小时的耗油量为,
,所以共需耗油
,(2)在(1)的基础上,将从甲地到乙地耗油表示为速度的函数关系式:
,利用导数求出其极小值,也是最小值.解题过程中需明确极值点是否在定义区间内.
试题解析:解:(1)当时,汽车从甲地到乙地行驶了
(小时),
需耗油(升)。
所以汽车以40千米∕时的速度匀速行驶,从甲地到乙地需耗油升 …4分.
(2)当汽车的行驶速度为千米∕时时,从甲地到乙地需行驶
小时.
设耗油量为升,依题意,得
,
.……7分
.
令 ,得
.
因为当时,
,
是减函数;当
时,
,
是增函数,所以当
时,
取得最小值
.
所以当汽车以千米∕时的速度行驶时,从甲地到乙地耗油最少,
最少为升。 12分
已知函数f(x)=m(x-1)2-2x+3+ln x,m≥1.
(1)当m=时,求函数f(x)在区间[1,3]上的极小值;
(2)求证:函数f(x)存在单调递减区间[a,b];
(3)是否存在实数m,使曲线C:y=f(x)在点P(1,1)处的切线l与曲线C有且只有一个公共点?若存在,求出实数m的值;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1) 极小值为f(2)=ln 2- (2)见解析 (3) 存在实数m=1使得曲线C:y=f(x)在点P(1,1)处的切线l与曲线C有且只有一个公共点
(1)f′(x)=m(x-1)-2+ (x>0).
当m=时,f′(x)=
,令f′(x)=0,得x1=2,x2=
.
f (x),f′(x)在x∈(0,+∞)上的变化情况如下表:
所以当x=2时,函数f(x)在x∈[1,3]上取到极小值,且极小值为f(2)=ln 2-.
(2)证明:令f′(x)=0,得mx2-(m+2)x+1=0.(*)
因为Δ= (m+2)2-4m=m2+4>0,所以方程(*)存在两个不等实根,记为a,b(a<b).
因为m≥1,所以,
所以a>0,b>0,即方程(*)有两个不等的正根,因此f′(x)<0的解为(a,b).
故函数f(x)存在单调递减区间[a,b].
(3)因为f′(1)=-1,所以曲线C:y=f(x)在点P(1,1)处的切线l的方程为y=-x+2.若切线l与曲线C有且只有一个公共点,则方程m(x-1)2-2x+3+ln x=-x+2有且只有一个实根.
显然x=1是该方程的一个根.
令g(x)=m(x-1)2-x+1+ln x,则g′(x)=m(x-1)-1+
=
.
当m=1时,有g′(x)≥0恒成立,所以g(x)在(0,+∞)上单调递增,所以x=1是方程的唯一解,m=1符合题意.
当m>1时,由g′(x)=0,得x1=1,x2=,则x2∈(0,1),易得g (x)在x1处取到极小值,在x2处取到极大值.
所以g(x2)>g(x1)=0,又当x趋近0时,g(x)趋近-∞,所以函数g(x)在内也有一个解,m>1不符合题意.
综上,存在实数m=1使得曲线C:y=f(x)在点P(1,1)处的切线l与曲线C有且只有一个公共点.
已知函数f(x)=x3-
x2+x+b,其中a,b∈R.
(1)若曲线y=f(x)在点P(2,f(2))处的切线方程为y=5x-4,求函数f(x)的解析式.
(2)当a>0时,讨论函数f(x)的单调性.
正确答案
(1) f(x)=x3-2x2+x+4
(2) 当0>1,函数f(x)在区间(-∞,1)及(
,+∞)上为增函数,在区间(1,
)上为减函数;
当a=1时,=1,函数f(x)在区间(-∞,+∞)上为增函数;
当a>1时,<1,函数f(x)在区间(-∞,
)及(1,+∞)上为增函数,在区间(
,1)上为减函数.
(1)f'(x)=ax2-(a+1)x+1.
由导数的几何意义得f'(2)=5,于是a=3.
由切点P(2,f(2))在直线y=5x-4上可知2+b=6,解得b=4.
所以函数f(x)的解析式为f(x)=x3-2x2+x+4.
(2)f'(x)=ax2-(a+1)x+1=a(x-)(x-1).
当0>1,函数f(x)在区间(-∞,1)及(
,+∞)上为增函数,在区间(1,
)上为减函数;
当a=1时,=1,函数f(x)在区间(-∞,+∞)上为增函数;
当a>1时,<1,函数f(x)在区间(-∞,
)及(1,+∞)上为增函数,在区间(
,1)上为减函数.
如图,矩形是一个观光区的平面示意图,建立平面直角坐标系,使顶点
在坐标原点
分别为
轴、
轴,
(百米),
(百米)(
)观光区中间叶形阴影部分
是一个人工湖,它的左下方边缘曲线是函数
的图象的一段.为了便于游客观光,拟在观光区铺设一条穿越该观光区的直路(宽度不计),要求其与人工湖左下方边缘曲线段
相切(切点记为
),并把该观光区分为两部分,且直线
左下部分建设为花圃.记点
到
的距离为
表示花圃的面积.
(1)求花圃面积的表达式;
(2)求的最小值.
正确答案
(1);(2)
试题分析:(1)为了求花圃的面积,首先判断直线左下部分花圃的形状,故先求过点
的求切线方程,根据横截距和纵截距的取值范围分为三类:①
;②
;③
,花圃形状分别为直角三角形、直角梯形、直角梯形,因其面积表达式不同,故分类三类,并以分段函数的形式给出;(2)分段函数是一个函数,故可分段来求最小值,再比较,哪个值最小,哪个即最小值.当
时,
,;利用导数来求最小值;当
时,
,利用二次函数的图象来求最小值.
(1)由题意可设,又因
,所以过点
的切线方程为
,即
,
切线与
轴交于点
,与
轴交于点
,
①当,即
时,切线左下方区域为直角三角形.
所以;
②当,即
时,切线左下方区域为直角梯形.
所以;
③当,即
时,切线左下方区域为直角梯形.
所以;
综上有, 7分
(2)①当时,
,当
时,
;
②当时,
,
所以在
上递减,所以
,
下面比较与
的大小,由于
,
所以可知即求. 13分
已知函数.
(1)若在
处的切线与直线
垂直,求
的单调区间;
(2)求在区间
上的最大值.
正确答案
(1) 参考解析;(2)参考解析
试题分析:(1)求出函数的导数,又因为
在
处的切线与直线
垂直,由
.再通过在定义域内导函数的正负,求得函数的单调区间,及为所求的结论.
(2)由函数的导数.令导函数为零即可求得零点
.由于是求
在区间
上的最大值.及讨论
与
的大小.从而得到结论.
(1)的定义域为
.
.
由在
处的切线与直线
垂直,则
. 2分
此时,
.令
得
.
与
的情况如下:
所以的单调递减区间是(
),单调递增区间是
. 5分
(2)由.由
及定义域为
,令
,得
.
①若,即
时,在
上,
,
单调递增,
. 7分
②若在
上,
,
单调递减;在
上,
,
单调递增,因此在
上,
.
,
,令
,解得
,
当时,
,所以
;
当时,
,所以
. 10分
③若,即
时,在
上,
,
在
上单调递减,
. 11分
综上,当时
;当
时,
. 12分
设 则
等于 .
正确答案
略
已知函数
(1)证明:曲线
(2)若求a的取值范围.
正确答案
(1)见解析 (2)
(1) 2分
由得曲线
在x=0处的切线方程为
由此知曲线在x=0处的切线过点(2,2) 6分
(2)由得
.
(i)当时,
没有极小值; 8分
(ii)当或
时,由
得
故.由题设知
,
当时,不等式
无解;
当时,解不等式
得
综合(i)(ii)得的取值范围是
12分
(本小题满分12分)
设函数
(Ⅰ)若函数
在其定义域内是增函数,求
的取值范围;
(Ⅱ)设,方程
有两根
,记
.试探究
值的符号,其中
是
的导函数.
正确答案
解:(Ⅰ)(解法1)的定义域是
.
………………2分
要使函数在定义域内是增函数,只要,在
恒成立,即
在
恒成立,
所以或
……………4分
解得.………………6分
解法(2)由解法1,只要在
恒成立,
即 在
恒成立,所以
.
(Ⅱ)的符号为正.
理由为:因为有两个零点
,则有
,两式相减得
即,………………8分
于是
………………10分
①当时,令
,则
,且
设,由(Ⅰ)知
在
上为增函数.而
,所以
,即
. 又因为
,所以
.
②当时,同理可得:
. 综上所述:
的符号为正.……12分
略
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