- 变化率与导数
- 共3697题
(1)已知函数f(x)=x3-x,其图象记为曲线C,
(ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(ⅱ)证明:若对于任意非零实数x1,曲线C与其在点P1(x1,f(x1))处的切线交于另一点P2(x2,f(x2)),曲线C与其在点P2处的切线交于另一点P3(x3,f(x3)),线段P1P2,P2P3与曲线C所围成封闭图形的面积分别记为S1,S2,则为定值;
(Ⅱ)对于一般的三次函数g(x)=ax3+bx2+cx+d(a≠0),请给出类似于(1)(ⅱ)的正确命题,并予以证明。
正确答案
解:(1)(ⅰ)由f(x)=x3-x得f′(x)=3x2-1=,
当x∈时,f′(x)>0;
当x∈时,f′(x)<0;
因此,f(x)的单调递增区间为,
单调递减区间为。
(ⅱ)曲线C在点P1处的切线方程为y=(3x12-1)(x-x1)+x13-x1,
即y=(3x12-1)x-2x13,
由得x3-x=(3x12-1)x-2x13,
即(x-x1)2(x+2x1)=0,解得x=x1或x=-2x1,故x2=-2x1,
进而有
,
用x2代替x1,重复上述计算过程,
可得x3=-2x2和S2=;
又x2=-2x1≠0,
所以,
因此有。
(2)记函数g(x)=ax3+bx2+cx+d(a≠0)的图象为曲线C′,
类似于(Ⅰ)(ⅱ)的正确命题为:若对于任意不等于的实数x1,曲线C′与其在点P1(x1,g(x1))处的切线交于另一点P2(x2,g(x2)),曲线C′与其在点P2处的切线交于另一点P3(x3,g(x3)),线段P1P2,P2P3与曲线C′所围成封闭图形的面积分别别为S1,S2,则
为定值.
证明如下:因为平移变换不改变面积的大小,
故可将曲线y=g(x)的对称中心平移至坐标原点,
因而不妨设g(x)=ax3+hx,且x1≠0,
类似(1)(ⅱ)的计算可得,
故。
已知函数f(x)=ax2-(2a+1)x+2lnx(a∈R),
(Ⅰ)若曲线y=f(x)在x=1和x=3处的切线互相平行,求a的值;
(Ⅱ)求f(x)的单调区间;
(Ⅲ)设g(x)=x2-2x,若对任意x1∈(0,2],均存在x2∈(0,2],使得f(x1)<g(x2),求a的取值范围。
正确答案
解:,
(Ⅰ),解得
;
(Ⅱ),
①当a≤0时,,
在区间(0,2)上,f′(x)>0;在区间(2,+∞)上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是(0,2),单调递减区间是(2,+∞);
②当,
在区间(0,2)和上,f′(x)>0;在区间
上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是(0,2)和,单调递减区间是
;
③当,
故f(x)的单调递增区间是(0,+∞);
④当,
在区间和(2,+∞)上,f′(x)>0;在区间
上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是和(2,+∞),单调递减区间是
;
(Ⅲ)由已知,在(0,2]上有,
由已知,,
由(Ⅱ)可知,
①当时,f(x)在(0,2]上单调递增,
故,
所以,
故;
②当时,f(x)在
上单调递增,在
上单调递减,
故;
由,
所以,
综上所述,。
已知函数f(x)=x3+bx2-3x(b∈(-∞,0]),且函数f(x)在区间[1,+∞)上单调递增,
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若对于区间[-2,2]上任意两个自变量的值x1、x2,都有[f(x1)-f(x2)]≤c,求实数c的最小值;
(3)若过点M(2,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:(1)由题意得f′(x)=3x2+2bx-3,
因为函数f(x)在区间[1,+∞)上单调递增,
所以,对
x∈[1,+∞)恒成立,
所以对
x∈[1,+∞)恒成立,
令,则
,所以当
x∈[1,+∞)时,ψ′(x)<0恒成立,
所以函数ψ(x)是[1,+∞)上的单调减函数,
所以当x∈[1,+∞)时,函数ψ(x)的最大值是ψ(1)=0,
故2b≥0,即b≥0,又因为b∈(-∞,0],所以b=0,
∴f(x)=x3-3x。
(2)由(1)可得,f′(x)=3x2-3,由f′(x)=3x2-3=0解得x=±1,
∵f(-1)=2,f(1)=-2,
∴当x∈[-2,2]时,,
则对于区间[-2,2]上任意两个自变量的值x1,x2,都有,
所以c≥4,所以c的最小值为4。
(3)∵点M(2,m)(m≠2)不在曲线y=f(x)上,
∴设切点为(x0,y0),则,
,
∴切线的斜率为,则
,
即,
因为过点M(2,m)(m≠2),可作曲线y=f(x)的三条切线,
所以方程有三个不同的实数解.
即函数有三个不同的零点,
则g′(x)=6x2-12x,令g′(x)=0,解得x=0或x=2,
由题意可得g(0)>0,且g(2)<0,
所以6+m>0,且m-2<0,解得:-6<m<2,
所以所求实数m的取值范围是-6<m<2。
已知函数:f(x)=alnx-ax-3(a∈R),
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)若函数y=f(x)的图像在点(2,f(2))处的切线的倾斜角为45°,问:m在什么范围取值时,函数g(x)=x3+x2[+f′(x)]在区间(2,3)上总存在极值?
(3)求证:。
正确答案
解:(1),
当a>0时,f(x)的单调增区间为,减区间为
;
当a<0时,f(x)的单调增区间为,减区间为
;
当a=0时,f(x)不是单调函数;
(2)因为函数y=f(x)的图像在点(2,f(2))处的切线的倾斜角为45°,
所以f′(2)=1,
所以a=-2,,
,
,
要使函数在区间(2,3)上总存在极值,
所以只需,
解得;
(3)令a=-1,此时f(x)=-lnx+x-3,
所以f(1)=-2,
由(1)知f(x)=-lnx+x-3在(1,+∞)上单调递增,
∴当x∈(1,+∞)时,f(x)>f(1),
即-lnx+x-1>0,
∴lnx<x-1对一切x∈(1,+∞)成立,
∵n≥2,n∈N*,
则有0<lnn<n-1,
∴,
∴。
已知函数f(x)=ax3+bx2﹣3x(a,b∈R)在点(1,f(1))处的切线方程为y+2=0.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若对于区间[﹣2,2]上任意两个自变量的值x1,x2都有|f(x1)﹣f(x2)|≤c,求实数c的最小值;
(3)若过点M(2,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:(1)f'(x)=3ax2+2bx﹣3.
根据题意,得
即
解得
所以f(x)=x3﹣3x.
(2)令f'(x)=0,即3x2﹣3=0.得x=±1.
当x∈(﹣∞,﹣1)时,f′(x)>0,函数f(x)在此区间单调递增;
当x∈(﹣1,1)时,f′(x)<0,函数f(x)在此区间单调递减;
因为f(﹣1)=2,f(1)=﹣2,
所以当x∈[﹣2,2]时,f(x)max=2,f(x)min=﹣2.
则对于区间[﹣2,2]上任意两个自变量的值x1,x2,都有
|f(x1)﹣f(x2)|≤|f(x)max﹣f(x)min|=4,
所以c≥4.
所以c的最小值为4.
(3)因为点M(2,m)(m≠2)不在曲线y=f(x)上,
所以可设切点为(x0,y0).则
y0=x03﹣3x0.
因为f'(x0)=3x02﹣3,所以切线的斜率为3x02﹣3.
则3x02﹣3= ,
即2x03﹣6x02+6+m=0.
因为过点M(2,m)(m≠2)可作曲线y=f(x)的三条切线,
所以方程2x03﹣6x02+6+m=0有三个不同的实数解.
所以函数g(x)=2x3﹣6x2+6+m有三个不同的零点.
则g'(x)=6x2﹣12x.
令g'(x)=0,则x=0或x=2.
当x∈(﹣∞,0)时,g′(x)>0,函数g(x)在此区间单调递增;
当x∈(0,2)时,g′(x)<0,函数g(x)在此区间单调递增;
所以,函数g(x)在x=0处取极大值,在x=2处取极小值,
有方程与函数的关系知要满足题意必须满足: ,
即 ,
解得﹣6<m<2.
已知函数f(x)=x3-x2+ax+b的图象在点P(0,f(0))处的切线方程为y=3x-2。
(I)求实数a,b的值;
(Ⅱ)设g(x)=f(x)+是[2,+∞)上的增函数。
(i)求实数m的最大值;
(ii)当m取最大值时,是否存在点Q,使得过点Q的直线若能与曲线y=g(x)围成两个封闭图形,则这两个封闭图形的面积总相等?若存在,求出点Q 的坐标;若不存在,说明理由。
正确答案
解:(Ⅰ)由,f′(x)=x2-2x+a及题设得
即;
(Ⅱ)(i)由得
∵g(x)是[2,+∞)上的增函数
∴g'(x)≥0在[2,+∞)上恒成立
即在
恒成立
设(x-1)2=t
∵x∈[2,+∞)
∵t∈[1,+∞)
即不等式在
恒成立
所以m≤t2+2t在[1,+∞)上恒成立
令y=t2+2t,t∈[1,+∞)
可得ymin=3,故m≤3,即m的最大值为3;
(ii)由(i)得
将函数g(x)的图像向左平移1个长度单位,再向下平移个长度单位,所得图像相应的函数解析式为
x∈(-∞,0)(0,+∞)
由于φ(-x)=-φ(x),所以φ(x)为奇函数,故φ(x)的图象关于坐标原点成中心对称,由此即得,函数g(x)的图象关于点成中心对称
这也就表明,存在点使得过点Q的直线若能与函数g(x)的图象围成两个封闭图形,则这两个封闭图形的面积总相等。
曲线y=4x+x2在点(-1,-3)处的切线方程是( )。
正确答案
2x-y-1=0
已知函数f(x)=lnx-ax2+(a-1)x(a∈R且a≠0),
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)记函数y=F(x)的图象为曲线C。设点A(x1,y1),B(x2,y2)是曲线C上的不同两点。如果在曲线C上存在点M(x0,y0),使得:①;②曲线C在点M处的切线平行于直线AB,则称函数F(x)存在“中值相依切线”。试问:函数f(x)是否存在“中值相依切线”,请说明理由。
正确答案
解:(Ⅰ)显然函数f(x)的定义域是(0,+∞),
由已知得,,
(1)当时,
令,解得
;
令,解得
,
所以函数f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减;
(2)当时,
①当时,即
时,
令,解得
或
;
令,解得
,
所以,函数f(x)在和
上单调递增,在
上单调递减;
②当时,即a=-1时, 显然,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
③当时,即
时,
令,解得
或
;
令,解得
,
所以,函数f(x)在(0,1)和上单调递增,在
上单调递减;
综上所述,(1)当时,函数f(x)在(0,1)上单调递增,
在(1,+∞)上单调递减;
(2)当时,函数f(x)在
和(1,+∞)上单调递增,在
上单调递减;
(3)当时,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
(4)当时,函数f(x)在(0,1)和
上单调递增,
在上单调递减;
(Ⅱ)假设函数f(x)存在“中值相依切线”,
设,
是曲线y=f(x)上的不同两点,且
,
则,
,
,
曲线在点处的切线斜率
,
依题意得:,
化简可得: ,
即=
,
设(t>1),上式化为:
,
即,
令,
,
因为,显然g′(t)>0,所以g(t)在(1,+∞)上递增,
显然有g(t)>2恒成立;
所以在(1,+∞)内不存在t,使得成立;
综上所述,假设不成立,所以,函数f(x)不存在“中值相依切线”。
已知函数f(x)=ax2-(2a+1)x+2lnx(a∈R),
(Ⅰ)若曲线y=f(x)在x=1和x=3处的切线互相平行,求a的值;
(Ⅱ)求f(x)的单调区间;
(Ⅲ)设g(x)=x2-2x,若对任意x1∈(0,2],均存在x2∈(0,2],使得f(x1)<g(x2),求a的取值范围。
正确答案
解:,
(Ⅰ),解得
;
(Ⅱ),
①当a≤0时,,
在区间(0,2)上,f′(x)>0;在区间(2,+∞)上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是(0,2),单调递减区间是(2,+∞);
②当,
在区间(0,2)和上,f′(x)>0;在区间
上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是(0,2)和,单调递减区间是
;
③当,
故f(x)的单调递增区间是(0,+∞);
④当,
在区间和(2,+∞)上,f′(x)>0;在区间
上f′(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是和(2,+∞),单调递减区间是
;
(Ⅲ)由已知,在(0,2]上有,
由已知,,
由(Ⅱ)可知,
①当时,f(x)在(0,2]上单调递增,
故,
所以,
故;
②当时,f(x)在
上单调递增,在
上单调递减,
故;
由,
所以,
综上所述,。
已知函数g(x)=aex-1-x2+bln(x+1),a,b∈R,
(Ⅰ)若a=0,b=1,求函数g(x)的单调区间;
(Ⅱ)若g(x)的图象在(0,g(0))处与直线x-ey+1=0相切,
(ⅰ)求a、b的值;
(ⅱ)求证:x∈(-1,1),g(x)<。
正确答案
解:(Ⅰ)依题意,有,
令,解得
;令
,解得
,
所以增区间是,减区间是
;
(Ⅱ)(ⅰ)由切线方程可知:切点(0,),切线斜率为
,
所以,
因为,
所以,
综上,a=1,b=0;
(ⅱ)证明:,记
,
在(-1,1)上,<0,
所以是减函数,即函数
在(-1,1)上是减函数,
因为,
所以在(-1,1)内恰有一根,记为x0,
在上,
,g(x)是增函数;在
上,
,g(x)是减函数,
所以是极大值,也是最大值,
只需证明,
因为,
所以,
所以,
。
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