- 导数的概念及其几何意义
- 共3697题
设函数,其中a>0。曲线y=f(x)在点P(0,f(0))处的切线方程为y=1。
(Ⅰ)确定b,c的值;
(Ⅱ)设曲线y=f(x)在点(x1,f(x1))及(x2,f(x2))处的切线都过点(0,2)。 证明:当x1≠x2时,f′(x1)≠f′(x2)。
(Ⅲ)若过点(0,2)可作曲线y=f(x)的三条不同切线,求a的取值范围。
正确答案
解:(Ⅰ)由得
f(0)=c,f′(x)=x2-ax+b,f′(0)=b
又由曲线y=f(x)在点P(0,f(0))处的切线方程为y=1,
得f(0)=1,f′(0)=0,
故b=0,c=1。
(Ⅱ)
由于点(t,f(t))处的切线方程为y-f(t)=f′(t)(x-t),
而点(0,2)在切线上,所以2-f(t)=f'(x)(-t),
化简得
即t满足的方程为
下面用反证法证明,
假设f′(x1)=f′(x2),
由于曲线y=f(x)在点(x1,f(x1))及 (x2,f(x2))处的切线都过点(0,2),
则下列等式成立:
由(3)得x1+x2=a,由(1)-(2)得
又
故由(4)得,
此时与
矛盾
所以f′(x1)≠f′(x2);
(Ⅲ)由(Ⅱ0知,过点(0,2)可作y=f(x)的三条切线,
等价于方程2-f(t)=f'(t)(0-t)有三个相异的实根,
即等价于方程有三个相异的实根
设,
则
由于a>0,故有
由g(t)的单调性知:要使g(t)=0有三个相异的实根,
当且仅当,即
∴a的取值范围是。
已知函数f(x)=lnx,g(x)=(m+1)x2﹣x(m≠﹣1).
(I)若函数y=f(x)与y=g(x)的图象在公共点P处有相同的切线,求实数m的值和P的坐标;
(II)若函数y=f(x)与y=g(x)的图象有两个不同的交点M、N,求实数m的取值范围;
(III)在(II)的条件下,过线段MN的中点作x轴的垂线分别与f(x)的图象和g(x)的图象交于S、T点,以S点为切点作f(x)的切线l1,以T为切点作g(x)的切线l2,是否存在实数m,使得l1l2?如果存在,求出m的值;如果不存在,请说明理由.
正确答案
解:(I)设函数y=f(x)与y=g(x)图象的公共点为P(x0,y0),
则有lnx0=(m+1)x02﹣x0①,
又在点P处有共同的切线,
∴,②
②代入①,得.
设.
所以,函数h(x)最多只有1个零点,观察得x0=1是零点,
故m=0.
此时,点P(1,0);
(II)根据(I)知,当m=0时,两条曲线切于点P(1,0),
此时,变化的y=g(x)的图象的对称轴是x=,
而y=f(x)是固定不变的,如果继续让对称轴向右移动,即,
解得﹣1<m<0.
两条曲线有两个不同的交点,
当m<﹣1时,开口向下,只有一个交点,显然不合题意,所以,有﹣1<m<0;
(III)假设存在这样的m,不妨设M(x1,y1),N(x2,y2),且x1>x2,
则MN中点的坐标为.
以S为切线的切线l1的斜率,
以T为切点的切线l2的斜率.
如果存在m,使得ks=kT,即.③
而且有lnx1=(m+1)x12﹣x1和lnx2=(m+1)x22﹣x2.
如果将③的两边同乘以x1﹣x2,得
④,
即,
也就是.
设μ=,则有
.
令(μ>1),
则.
∵μ>1,
∴h'(μ)>0.因此,h(μ)在[1,+∞]上单调递增,
故h(μ)>h(1)=0.
∴⑤
∴④与⑤矛盾.
所以,不存在实数m使得l1l2.
已知函数f(x)=lnx,g(x)=(a>0),设F(x)=f(x)+g(x),
(Ⅰ)求函数F(x)的单调区间;
(Ⅱ)若以函数y=F(x)(x∈(0,3])图像上任意一点P(x0,y0)为切点的切线的斜率k≤恒成立,求实数a的最小值;
(Ⅲ)是否存在实数m,使得函数y=+m-1的图像与函数y=f(1+x2)的图像恰有四个不同的交点?若存在,求出实数m的取值范围;若不存在,说明理由。
正确答案
解:(Ⅰ),
∵a>0,由,
∴F(x)在(a,+∞)上单调递增;
由,
∴F(x)在(0,a)上单调递减,
∴F(x)的单调递减区间为(0,a),单调递增区间为(a,+∞);
(Ⅱ),
,
当时,
取得最大值
,
∴。
(Ⅲ)若的图象与
的图象恰有四个不同的交点,
即有四个不同的根,
亦即有四个不同的根,
令,
则,
当x变化时,G′(x)、G(x)的变化情况如下表:
由表格知:,
又∵可知,
当时,y=G(x)与y=m恰有四个不同的交点;
∴当时,
的图象与
的图象恰有四个不同的交点。
已知a ∈R,函数f(x)= +lnx-1,g(x)=(lnx-1)ex+x(其中e为自然对数的底数),
(1)判断函数f(x)在(0,e]上的单调性;
(2)是否存在实数x0∈(0,+∞),使曲线y=g(x)在点x=x0处的切线与y轴垂直? 若存在,求出x0的值;若不存在,请说明理由;
(3)若实数m,n满足m>0,n>0,求证:。
正确答案
解:(1 )∵,
,
∴,
①若,则
,
在
上单调递增;
②若,当
时,
,函数
在区间
上单调递减;
当时,
,函数
在区间
上单调递增;
③若,则
,函数
在区间
上单调递减。
(2)解:∵,
,
,
由(1)易知,当时,
在
上的最小值:
,
即时,
,
又,∴
,
曲线在点
处的切线与
轴垂直等价于方程
有实数解,
而,即方程
无实数解,
故不存在。
(3)证明:
,
由(2)知,
令得
。
已知函数f(x)= ,g(x)=alnx,a∈R.
(1)若曲线y=f(x)与曲线y=g(x)相交,且在交点处有相同的切线,求a的值及该切线的方程;
(2)设函数h(x)=f(x)﹣g(x),当h(x)存在最小值时,求其最小值φ(a)的解析式;
(3)对(2)中的φ(a),证明:当a∈(0,+∞)时,φ(a)≤1.
正确答案
解:(1)∵函数f(x)=,g(x)=alnx,a∈R.
f'(x)=,g'(x)=
(x>0),
由已知得解得
∴两条曲线交点的坐标为(e2,e).
切线的斜率为k=f'(e2)=,
∴切线的方程为y﹣e=(x﹣e2).
(2)由条件知h(x)=﹣alnx(x>0),
∴h'(x)=﹣
=
,
①当a>0时,令h'(x)=0,解得x=4a2.
∴当0<x<4a2时,h'(x)<0,h(x)在(0,4a2)上单调递减;
当x>4a2时,h'(x)>0,h(x)在(4a2,+∞)上单调递增.
∴x=4a2是h(x)在(0,+∞)上的惟一极值点,且是极小值点,
从而也是h(x)的最小值点.
∴最小值φ(a)=h(4a2)=2a﹣aln(4a2)=2a[1﹣ln (2a)].
②当a≤0时,h'(x)=>0,h(x)在(0,+∞)上单调递增,无最小值.
故h(x)的最小值φ(a)的解析式为φ(a)=2a[1﹣ln (2a)](a>0).
(3)证明:由(2)知φ(a)=2a(1﹣ln 2﹣ln a),则φ'(a)=﹣2ln (2a).
令φ'(a)=0,解得a=.
当0<a<时,φ'(a)>0,
∴φ(a)在(0,)上单调递增;
当a>时,φ'(a)<0,
∴φ(a)在(,+∞)上单调递减.
∴φ(a)在a=处取得极大值φ(
)=1.
∵φ(a)在(0,+∞)上有且只有一个极值点,
∴φ()=1也是φ(a)的最大值.
∴当a∈(0,+∞)时,总有φ(a)≤1.
扫码查看完整答案与解析