- 变化率与导数
- 共3697题
位于函数y=3x+的图象上的一系列点P1(x1,y1),P2(x2,y2),…,Pn(xn,yn),…,这一系列点的横坐标构成以-
为首项,-1为公差的等差数列{xn}。
(1)求点Pn的坐标;
(2)设抛物线C1,C2,C3,…,Cn,…中的每一条的对称轴都垂直于x轴,对于n∈N*,第n条抛物线Cn的顶点为Pn,抛物线Cn过点Dn(0,n2+1),且在该点处的切线的斜率为kn,求证:
。
正确答案
解:(1)由于Pn的横坐标构成以为首项,-1为公差的等差数列{xn},故
又位于函数
的图象上
所以
所以点的坐标为
。
(2)由题意可设抛物线Cn的方程为
即
由抛物线Cn过点
于是有n2+1=
由此可得
故
所以(n≥2)
于是
故。
已知a是实数,函数f(x)=x2(x﹣a).
(Ⅰ)若f′(1)=3,求a的值及曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)求f(x)在区间[0,2]上的最大值.
正确答案
解:(I)f'(x)=3x2﹣2ax.因为f'(1)=3﹣2a=3,所以a=0.
又当a=0时,f(1)=1,f'(1)=3,
则切点坐标(1,1),斜率为3
所以曲线y=f(x)在(1,f(1))处的切线方程为y﹣1=3(x﹣1)
化简得3x﹣y﹣2=0.
(II)令f'(x)=0,解得.
当,即a≤0时,f(x)在[0,2]上单调递增,从而fmax=f(2)=8﹣4a.
当时,即a≥3时,f(x)在[0,2]上单调递减,从而fmax=f(0)=0.
当,即0<a<3,f(x)在
上单调递减,在
上单调递增,
从而
综上所述,
(Ⅰ)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(Ⅰ)(ⅱ)的正确命题,并予以证明.
正确答案
解:(Ⅰ)(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。
(Ⅱ)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(Ⅰ)(ⅱ)的计算可得,
故。
已知对任意的实数m,直线x+y+m=0都不与曲线f(x)=x3-3ax(a∈R)相切,
(Ⅰ)求实数a的取值范围;
(Ⅱ)当x∈[-1,1]时,函数y=f(x)的图象上是否存在一点P,使得点P到x轴的距离不小于,试证明你的结论。
正确答案
解:(Ⅰ)f′(x)=3x2-3a∈[-3a,+∞),
∵对任意m∈R,直线x+y+m=0都不与y=f(x)相切,
∴-1[-3a,+∞),-1<-3a,实数a的取值范围是
;
(Ⅱ)存在,
证明:问题等价于当x∈[-1,1]时,,
设g(x)=|f(x)|,则g(x)在x∈[-1,1]上是偶函数,
故只要证明当x∈[0,1]时,,
①当a≤0时,f′(x)≥0,f(x)在[0,1]上单调递增,且f(0)=0,
g(x)=f(x),g(x)max=f(1)=1-3a>1>;
②当时,f′(x)=3x2-3a=
,
列表:
f(x)在上递减,在
上递增,
注意到,且
,
∴时,g(x)=-f(x),
时,g(x)=f(x),
∴,
由,解得
,此时
成立,
∴,
由,解得
,此时
成立.
∴,
∴在x∈[-1,1]上至少存在一个x0,使得成立。
如图,P是抛物线C:y=x2上一点,直线l过点P且与抛物线C交于另一点Q,
(Ⅰ)若直线l与过点P的切线垂直,求线段PQ中点M的轨迹方程;
(Ⅱ)若直线l不过原点且与x轴交于点S,与y轴交于点T,试求的取值范围。
正确答案
解:(Ⅰ)设P(x1,y1),Q(x2,y2),M(x0,y0),
依题意x1≠0,y1>0,y2>0,
由y=x2, ①
得y′=x,
∴过点P的切线的斜率k切=x1,
∴直线l的斜率kl=,
∴直线l的方程为,
联立①②消去y,得,
∵M是PQ的中点,
∴,
消去x1,得,
∴PQ中点M的轨迹方程为;
(Ⅱ)设直线l:y=kx+b,
依题意k≠0,b≠0,则T(0,b),
分别过P、Q作PP′⊥x轴,QQ′⊥y轴,垂足分别为P′、Q′,
则,
由消去x,得y2-2(k2+b)y+b2=0, ③
则y1+y2=2(k2+b),y1y2=b2,
∴,
∵y1、y2可取一切不相等的正数,
∴的取值范围是(2,+∞)。
已知函数f(x)=,其中a为实数。
(1)当a=2时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(2)是否存在实数a,使得对任意x∈(0,1)∪(1,+∞),f(x)>恒成立?若不存在,请说明理由,若存在,求出a的值并加以证明。
正确答案
解:(1)时,
又
所以切线方程为。
(2)①当时,
则
令,
再令
当时,
∴在
上递减
∴当时,
∴
所以在
上递增
所以
②时,
则
由①知当时,
,h(x)在
上递增
当时,
,
所以在
上递增
∴
∴
由①及②知。
已知二次函数h(x)=ax2+bx+c(其中c<3),其导函数y=h'(x)的图象如图,f(x)=61nx+h(x)
(1)求函数f(x)在x=3处的切线斜率;
(2)若函数f(x)在区间(1,m+)上是单调函数,求实数m的取值范围;
(3)若函数y=-x,x∈(0,6]的图象总在函数y=f(x)图象的上方,求c的取值范围。
正确答案
解:(1)由已知,h'(x)=2ax+b,其图象为直线,且过(0,-8),(4,0)两点,
所以,h'(x)= 2x-8
则,解得
所以
所以
所以f'(3)=0,
即函数f(x)在点(3,f(3))处的切线斜率为0。
(2)由(1)知
因为x>0
所以x变化时,f'(x)、f(x)的变化情况如下表:
所以f(x)的单调增区间为(0,1)和(3,+∞),单调减区间为(1,3)
要使函数f(x)在区间上是单调函数,
则,解得
。
(3)由题意,-x≥f(x)在x∈(0,6]上恒成立
得
在x∈(0,6]上恒成立
即在x∈(0,6]上恒成立
设
则c≤g(x)min
因为x>0,
所以当时,g '(x)>0,g(x)为增函数
当或x∈(2,+∞)时,g'(x)<0,g(x)为减函数
所以g(x)的最小值为和g(6)中的较小者
因为
所以
又已知c<3
所以c≤6-6ln6。
已知函数
(1)当时,求函数
在
处的切线方程;
(2)函数是否存在零点?若存在,求出零点的个数;若不存在,说明理由.
正确答案
解:(Ⅰ),
,
.
当时,
.又
.
则在
处的切线方程为
.
(Ⅱ)函数的定义域为
.
当时,
,所以
.
即在区间
上没有零点.
当时,
,
令.
只要讨论的零点即可.
,
.
当时,
,
是减函数;
当时,
,
是增函数.
所以在区间
最小值为
.
显然,当时,
,所以
是
的唯一的零点;
当时,
,所以
没有零点;
当时,
,所以
有两个零点.
已知函数f(x)=x3-mx2+
mx(m>0),
(Ⅰ)当m=2时,求函数y=f(x)的图象在点(0,0)处的切线方程;
(Ⅱ)讨论函数y=f(x)的单调性;
(Ⅲ)若函数f(x)既有极大值,又有极小值,且当0≤x≤4m时,f(x)<mx2+恒成立,求m的取值范围。
正确答案
解:(Ⅰ)当m=2时,,
则f′(x)=x2-4x+3,
故f′(0)=3,函数y=f(x)的图象在点(0,0)处的切线方程为y=3x;
(Ⅱ)f′(x)=,
当,又m>0,即
时,f′(x)≥0,
则函数y=f(x)在(-∞,+∞)上是增函数;
当,又m>0,即
时,
由f′(x)>0,得,
由f′(x)<0,得,
故函数f(x)在区间上是增函数,
在区间上是减函数;
(Ⅲ)因为函数f(x)既有极大值,又有极小值,
则f′(x)==0有两个不同的根,
则有Δ=4m2-6m>0,
又m>0,∴,
令g(x)=f(x)-,
g′(x)=x2-4mx+3m2=0x=m,或x=3m,
∴g′(x)>0x<m或x>3m,g′(x)<0
m<x<3m,
∴g(x)在[0,m),(3m,4m]上为增函数,在(m,3m)上为减函数,
∴,g(3m)=0为g(x)的极值,
又g(0)=0,g(4m)=,
∴g(x)最大值为,
∴,
即m的取值范围为。
已知函数f(x)=a(x-)-lnx,
(Ⅰ)若a=1,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)若函数f(x)在其定义域内为增函数,求a的取值范围;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,设函数,若在[1,e]上至少存在一点x0,使得f(x0)≥g(x0)成立,求实数a的取值范围。
正确答案
解:(Ⅰ)当a=1时,函数,
f(1)=1-1-ln1=0,
f′(x)=,
曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率为f′(1)=1+1-1=1,
从而曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y-0=x-1,即y=x-1;
(Ⅱ)f′(x)=,
要使f(x)在定义域(0,+∞)内是增函数,只需f′(x)≥0在(0,+∞)内恒成立,
即ax2-x+a≥0,得恒成立,
由于,
∴,∴
,
∴f(x)在(0,+∞)内为增函数,实数a的取值范围是;
(Ⅲ)∵在[1,e]上是减函数,
∴x=e时,g(x)min=1;x=1时,g(x)max=e,即 g(x)∈[1,e],
f′(x)=,令h(x)=ax2-x+a,
当时,由(Ⅱ)知f(x)在[1,e]上是增函数,f(1)=0<1,
又g(x)在[1,e]上是减函数,
故只需f(x)max≥g(x)min,x∈[1,e],
而,g(x)min=1,
即,解得
,
所以实数a的取值范围是。
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