- 导数的概念及其几何意义
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已知函数f(x)=ex+ax2-ex,a∈R。
(1)若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线平行于x轴,求函数f(x)的单调区间;
(2)试确定a的取值范围,使得曲线y=f(x)上存在唯一的点P,曲线在该点处的切线与曲线只有一个公共点P。
正确答案
解:(1)求导函数,可得f′(x)=ex+2ax-e
∵曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线平行于x轴,
∴k=2a=0,
∴a=0
∴f(x)=ex-ex,
f′(x)=ex-e
令f′(x)=ex-e<0,可得x<1;
令f′(x)>0,可得x>1;
∴函数f(x)的单调减区间为(-∞,1),单调增区间为(1,+∞)。
(2)设点P(x0,f(x0)),曲线y=f(x)在点P处的切线方程为y=f′(x0)(x-x0)+f(x0)令g(x)=f(x)-f′(x0)(x-x0)+f(x0)
∵曲线在该点处的切线与曲线只有一个公共点P,
∴g(x)有唯一零点
∵g(x0)=0,g′(x)=
①若a≥0,当x>x0时,g′(x)>0,
∴x>x0时,g(x)>g(x0)=0
当x<x0时,g′(x)<0,
∴x<x0时,g(x)>g(x0)=0,
故g(x)只有唯一零点x=x0,
由P的任意性a≥0不合题意;
②若a<0,令h(x)= ,则h(x0)=0,
h′(x)=ex+2a 令h′(x)=0,则x=ln(-2a),
∴x∈(-∞,ln(-2a)),
h′(x)<0,函数单调递减;x∈(ln(-2a),+∞),h′(x)>0,函数单调递增;
(i)若x0=ln(-2a),由x∈(-∞,ln(-2a)),g′(x)>0;
x∈(ln(-2a),+∞),g′(x)>0,
∴g(x)在R上单调递增
∴g(x)只有唯一零点x=x0;
(ii)若x0>ln(-2a),由x∈(ln(-2a),+∞),h(x)单调递增,且h(x0)=0,
则当x∈(ln(-2a),x0),g′(x)<0,g(x)> g(x0)=0
任取x1∈(ln(-2a),x0),g(x1)>0,
∵x∈(-∞,x1),
∴g(x)<ax2+bx+c,其中b=-e+f′(x0)
c=
∵a<0,
∴必存在x2<x1,使得
∴g(x2)<0,故g(x)在(x2,x1)内存在零点,即g(x)在R上至少有两个零点;
(iii)若x0<ln(-2a),同理利用 ,可得g(x)在R上至少有两个零点;
综上所述,a<0,曲线y=f(x)上存在唯一的点P,曲线在该点处的切线与曲线只有一个公共点P(ln(-2a),f(ln(-2a)))。
已知函数f(x)=lnx-ax+-1 (a∈R ),
(1)当a=-1时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(2)当时,讨论f(x)的单调性。
正确答案
解:(1)当时,
,
,
所以切线方程为y=x+ln2。
(2)因为,
所以,
令
(Ⅰ)当a=0时,,
所以当时g(x)>0,此时
,函数
单调递减;
(Ⅱ)当时,
由,解得:
,
①若时,函数f(x)在
上单调递减;
②若,在
单调递减,在
上单调递增;
③ 当a<0时,由于1/a-1<0,
x∈(0,1)时,g(x)>0,此时f(x)<0,函数f(x)单调递减;
x∈(1,+∞)时,g(x)<0,此时函数f(x)单调递增。
综上所述:当a≤0时,函数f(x)在(0,1)上单调递减,函数f(x)在(1,+∞)上单调递增;
当时,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;
当时,函数f(x)在
上单调递减,函数f(x)在
上单调递增。
已知函数f(x)=2x3+3(1-2a)x2+6a(a-1)x(a∈R)。
(1)求y=f(x)的单调区间;
(2)若关于x的方程f(x)=0有且仅有一个实数根,求实数a的取值范围;
(3)是否存在这样的常数a∈(-∞,]使得直线y=1与y=f(x)相切,如果存在,求出a,否则请说明理由。
正确答案
解:(1)由求导数得到
f'(x)=6x2+6(1-2a)x+6a(a-1)=6(x-a)(x-a+1)
∴y=f(x)在(-∞,a-1]上为增函数;在[a-1,a]上为减函数;在[a,+∞)上为增函数。
(2)由
对于关于x的二次方程
无实根或仅有零根,仅有零根不可能,
则判别式Δ=[3(1-2a)]2-4×2×6a(a-1)
=3(-2a+3)(2a+1)<0
∴或
故所求a的取值范围为。
(3)设y=1与y=f(x)相切于点(x0,y0)
则
在x0=a时,则
∴
而当
恒成立
∴2a3-3a2=1不可能成立,
在x0=a-1时,则
化简为,则a=0或
符合
因此所求符合条件的a值分别为0或。
已知函数。
(I)当a=-1时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(Ⅱ)当时,讨论f(x)的单调性。
正确答案
解:(Ⅰ)当时,
所以
因此f'(2)=l
即曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线斜率为1
又f(2)=ln2+2
所以曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为y-(ln2+2)=x-2
即x-y+ln2=0;
(Ⅱ)因为
所以
令g(x)=ax2-x+l-a,x∈(0,+∞)
(1)当a=0时,g(x)=-x+1,x∈(0,+∞)
所以当x∈(0,1)时,g(x)>0,此时f'(x)<
已知函数f(x)=ax+lnx,x∈(l,e).
(Ⅰ)若函数f(x)的图象在x=2处的切线的斜率为1,求实数a的值;
(Ⅱ)若f(x)有极值,求实数a的取值范围和函数f(x)的值域;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,函数g(x)=x3﹣x﹣2,证明:x1∈(1,e),
x0∈(1,e),使得g(x0)=f(x1)成立.
正确答案
解:(Ⅰ)
∵函数f(x)的图象在x=2处的切线的斜率为1,
∴
∴
(Ⅱ)由,可得
∵x∈(1,e)∴∴
经检验时,f(x)有极值.
∴实数a的取值范围为.
列表
f(x)的极大值为
又∵f(1)=a,f(e)=ae+1
由a≥ae+1,解得
又∵
∴当时,函数f(x)的值域为
当时,函数f(x)的值域为
.
(Ⅲ)证明:∵当x∈(1,e)时,g'(x)=3x2﹣1>0,
∴g(x)在(1,e)上为单调递增函数
∵g(1)=﹣2,g(e)=e3﹣e﹣2
∴g(x)在(1,e)的值域为(﹣2,e3﹣e﹣2)
∵e3﹣e﹣2>,﹣2<ae+1,﹣2<a
∴(﹣2,e3﹣e﹣2),
(﹣2,e3﹣e﹣2)
∴x1∈(1,e),
x0∈(1,e),使得g(x0)=f(x1)成立.
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