導(dǎo)數(shù)壓軸題特輯1
一.選擇題(共3小題)
1.設(shè)f'(x)是函數(shù)f(x)的導(dǎo)函數(shù),若f'(x)>0,且?x1,x2∈R(x1≠x2),f(x1)+f(x2)<2f(),則下列各項(xiàng)中不一定正確的是()
A.f(2)<f(e)<f(π)
B.f′(π)<f′(e)<f′(2)
C.f(2)<f′(2)﹣f′(3)<f(3)
D.f′(3)<f(3)﹣f(2)<f′(2)
2.設(shè)函數(shù)f(x)=x2(x﹣a)(a>0),其導(dǎo)函數(shù)為y=f′(x),若兩兩不相同實(shí)數(shù)x1,x2,x3,x4滿足f(x1)=f′(x2)=f′(x3)=f(x4),則下列說法正確的是()
A.x1+x4<2(x2+x3)
B.x1+x4>2(x2+x3)
C.x1+x3<x2+x4
D.x1+x3≥x2+x4
3.已知函數(shù)f(x)的定義域?yàn)镽,且滿足f(4)=1,f′(x)為f(x)的導(dǎo)函數(shù),又知y=f′(x)的圖象如圖,若兩個(gè)正數(shù)a,b滿足f(2a+b)<1,則的取值范圍是()
A.[,]
B.(,)
C.[,2]
D.(,2)
二.多選題(共1小題)
4.對于定義域?yàn)镽的函數(shù)f(x),若滿足:①f(0)=0;②當(dāng)x∈R且x≠0時(shí),都有xf′(x)>0;③當(dāng)x1<0<x2且|x1|<|x2|時(shí),都有f(x1)<f(x2),則稱f(x)為“偏對稱函數(shù)”下列函數(shù)是“偏對稱函數(shù)”的是()
A.f1(x)=﹣x3+x2
B.f2(x)=ex﹣x﹣1
C.f3(x)=xsinx
D.f4(x)=
三.解答題(共36小題)
5.已知函數(shù)f(x)=ex(sinx﹣ax2+2a﹣e),其中a∈R,e=2.71828…為自然數(shù)的底數(shù).
(1)當(dāng)a=0時(shí),討論函數(shù)f(x)的單調(diào)性;
(2)當(dāng)≤a≤1時(shí),求證:對任意的x∈[0,+∞),f(x)<0.
6.(1)已知函數(shù)是奇函數(shù),又f(1)=2,f(2)<3,且f(x)在[1,+∞)上遞增.
①求a,b,c的值;
②當(dāng)x<0時(shí),討論f(x)的單調(diào)性.
(2)已知二次函數(shù)f(x)的圖象開口向下,且對于任意實(shí)數(shù)x都有f(2﹣x)=f(2+x)求不等式:f[(x2+x+)]<f[(2x2﹣x+)]的解.
7.已知函數(shù)f(x)=aex﹣1﹣lnx+lna.
(1)當(dāng)a=e時(shí),求曲線y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線與兩坐標(biāo)軸圍成的三角形的面積;
(2)若f(x)≥1,求a的取值范圍.
8.已知函數(shù)f(x)=(eax﹣1)lnx(a>0).
(1)當(dāng)a=1時(shí),求曲線y=f(x)在(1,f(1))處的切線與兩坐標(biāo)軸圍成的三角形的面積;
(2)若關(guān)于x的方程f(x)=ax2﹣ax在[1,+∞)上恰有三個(gè)不同的實(shí)數(shù)解,求a的取值范圍.
9.已知函數(shù)f(x)=ax,g(x)=logax,其中a>1.
(Ⅰ)求函數(shù)h(x)=f(x)﹣xlna的單調(diào)區(qū)間;
(Ⅱ)若曲線y=f(x)在點(diǎn)(x1,f(x1))處的切線與曲線y=g(x)在點(diǎn)(x2,g(x2))處的切線平行,證明x1+g(x2)=﹣;
(Ⅲ)證明當(dāng)a≥時(shí),存在直線l,使l是曲線y=f(x)的切線,也是曲線y=g(x)的切線.
10.已知函數(shù)(e為自然對數(shù)的底數(shù)).
(1)若曲線y=f(x)在點(diǎn)(0,f(0))處的切線與曲線y=g(x)在點(diǎn)(0,g(0))處的切線互相垂直,求
函數(shù)在區(qū)間[﹣1,1]上的最大值;
(2)設(shè)函數(shù),試討論函數(shù)h(x)零點(diǎn)的個(gè)數(shù).
11.已知函數(shù)f(x)=eax,g(x)=﹣x2+bx+c(a,b,c∈R),且曲線y=f(x)與曲線y=g(x)在它們的交點(diǎn)(0,c)處具有公共切線.設(shè)h(x)=f(x)﹣g(x).
(Ⅰ)求c的值,及a,b的關(guān)系式;
(Ⅱ)求函數(shù)h(x)的單調(diào)區(qū)間;
(Ⅲ)設(shè)a≥0,若對于任意x1,x2∈[0,1],都有|h(x1)﹣h(x2)|≤e﹣1,求a的取值范圍.
12.設(shè)函數(shù)f(x)=ln(1+ax)+bx,g(x)=f(x)﹣bx2.
(Ⅰ)若a=1,b=﹣1,求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(Ⅱ)若曲線y=g(x)在點(diǎn)(1,ln3)處的切線與直線11x﹣3y=0平行.
(i)求a,b的值;
(ii)求實(shí)數(shù)k(k≤3)的取值范圍,使得g(x)>k(x2﹣x)對x∈(0,+∞)恒成立.
13.已知函數(shù)f(x)=x3﹣3ax+e,g(x)=1﹣lnx,其中e為自然對數(shù)的底數(shù).
(Ⅰ)若曲線y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線與直線l:x+2y=0垂直,求實(shí)數(shù)a的值;
(Ⅱ)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(Ⅲ)用max{m,n}表示m,n中的較大者,記函數(shù)h(x)=max{f(x),g(x)}(x>0).若函數(shù)h(x)在(0,+∞)內(nèi)恰有2個(gè)零點(diǎn),求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
14.已知函數(shù)
f(x)=lnx,g(x)=ex
(1)若函數(shù)h(x)=f(x)﹣,求函數(shù)h(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)設(shè)直線l為函數(shù)f(x)的圖象上的一點(diǎn)
A(x0,f(x0))處的切線,證明:在區(qū)間(0,+∞)
上存在唯一的x0,使得直線l
與曲線y=g(x)
相切.
15.已知函數(shù)f(x)=lnx,g(x)=ex
(1)求函數(shù)h(x)=g(x)f′(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)設(shè)直線l為函數(shù)f(x)圖象上一點(diǎn)A(x0,lnx0)處的切線,證明:在區(qū)間(1,+∞)上存在唯一的x0,使得直線l與曲線y=g(x)相切.
16.已知函數(shù)f(x)=x+,g(x)=x﹣lnx,其中a∈R且a≠0.
(Ⅰ)求曲線y=g(x)在點(diǎn)(1,g(1))處的切線方程;
(II)當(dāng)a=1時(shí),求函數(shù)h(x)=f(x)+g(x)的單調(diào)區(qū)間;
(III)設(shè)函數(shù)u(x)=若u(x)=f(x)對任意x∈[1,e]均成立,求a的取值范圍.
17.已知函數(shù)f(x)=x2+2ax(x>0),g(x)=3alnx+a,其中a>0.
(1)當(dāng)a=1時(shí),求函數(shù)h(x)=f(x)﹣g(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)是否存在常數(shù)a,使兩曲線y=f(x),y=g(x)有公共點(diǎn),且在該點(diǎn)處的切線相同?若存在,請求出實(shí)數(shù)a的值;若不存在,請說明理由.
18.已知函數(shù)f(x)=x3﹣x2+x,g(x)=﹣(m﹣1)x,m∈R.
(Ⅰ)若f(x)在x=1取得極值,求曲線y=f(x)在點(diǎn)(2,f(2))處的切線方程;
(Ⅱ)若f(x)在區(qū)間(,+∞)上為增函數(shù),求m的取值范圍;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的條件下,求函數(shù)h(x)=f(x)﹣g(x)的單調(diào)區(qū)間和極值.
19.已知函數(shù)f(x)=ax2+1,g(x)=x3+bx,其中a>0,b>0.
(Ⅰ)若曲線y=f(x)與曲線y=g(x)在它們的交點(diǎn)P(2,m)處有相同的切線(P為切點(diǎn)),求a,b的值;
(Ⅱ)令h(x)=f(x)+g(x),若函數(shù)h(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為[﹣,﹣],(1)求函數(shù)h(x)在區(qū)間(﹣∞,﹣1]上的最大值t(a);
(2)若|h(x)|≤3在x∈[﹣2,0]上恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
20.已知函數(shù)f(x)=ax2+1,g(x)=x3+bx,其中a>0,b>0.
(1)若曲線y=f(x)與曲線y=g(x)在它們的交點(diǎn)P(2,c)處有相同的切線(P為切點(diǎn)),求a,b的值;
(2)令h(x)=f(x)+g(x),若函數(shù)h(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為[﹣,﹣],求函數(shù)h(x)在區(qū)間(﹣∞,﹣1]上的最大值M(a)
21.已知函數(shù)f(x)=ax2+1,g(x)=x3+bx,其中a>0,b>0.
(1)若曲線y=f(x)與曲線y=g(x)在它們的交點(diǎn)p(2,c)處有相同的切線(p為切點(diǎn)),求實(shí)數(shù)a,b的值.
(2)令h(x)=f(x)+g(x),若函數(shù)h(x)的單調(diào)減區(qū)間為[﹣,﹣];
①求函數(shù)h(x)在區(qū)間(﹣∞,﹣1]上的最大值M(a).
②若|h(x)|≤3在x∈[﹣2,0]上恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
22.已知函數(shù)f(x)=ex+x2﹣x,g(x)=x2+ax+b,a,b∈R.
(1)當(dāng)a=1時(shí),求函數(shù)F(x)=f(x)﹣g(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)若曲線y=f(x)在點(diǎn)(0,1)處的切線l與曲線y=g(x)切于點(diǎn)(1,c),求a,b,c的值;
(3)若f(x)≥g(x)恒成立,求a+b的最大值.
23.函數(shù)y=lnx關(guān)于直線x=1對稱的函數(shù)為f(x),又函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)為g(x),記h(x)=f(x)+g(x).
(1)設(shè)曲線y=h(x)在點(diǎn)(1,h(1))處的切線為l,l與圓(x+1)2+y2=1相切,求a的值;
(2)求函數(shù)h(x)的單調(diào)區(qū)間;
(3)求函數(shù)h(x)在[0,1]上的最大值.
24.(文)已知函數(shù)f(x)=lnx與g(x)=kx+b(k,b∈R)的圖象交于P,Q兩點(diǎn),曲線y=f(x)在P,Q兩點(diǎn)處的切線交于點(diǎn)A.
(1)當(dāng)k=e,b=﹣3時(shí),求函數(shù)h(x)=f(x)﹣g(x)的單調(diào)區(qū)間;(e為自然常數(shù))
(2)若A(,),求實(shí)數(shù)k,b的值.
25.已知函數(shù)f(x)=x3﹣3ax+e,g(x)=1﹣lnx,其中e為自然對數(shù)的底數(shù).
(Ⅰ)當(dāng)時(shí),求曲線y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線方程;
(Ⅱ)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(Ⅲ)用max{m,n}表示m,n中的較大者,記函數(shù)h(x)=max{f(x),g(x)}(x>0).若函數(shù)h(x)在(0,+∞)內(nèi)恰有2個(gè)零點(diǎn),求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
26.設(shè)a∈R,函數(shù)f(x)=alnx﹣x.
(1)若f(x)無零點(diǎn),求實(shí)數(shù)a的取值范圍;
(2)當(dāng)a=1時(shí),關(guān)于x的方程2x﹣f(x)=x2+b在[,2]上恰有兩個(gè)不相等的實(shí)數(shù)根,求實(shí)數(shù)b的取值范圍.;
(3)求證:當(dāng)n≥2,n∈N*時(shí)(1+)(1+)…(1+)<e.
27.已知函數(shù)f(x)=xlnx.
(1)求f(x)的單調(diào)區(qū)間與極值;
(2)若不等式對任意x∈[1,3]恒成立,求正實(shí)數(shù)λ的取值范圍.
28.已知函數(shù)(a∈R).
(1)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)當(dāng)函數(shù)f(x)與函數(shù)g(x)=lnx圖象的公切線l經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí),求實(shí)數(shù)a的取值集合;
(3)證明:當(dāng)a∈(0,)時(shí),函數(shù)h(x)=f(x)﹣ax有兩個(gè)零點(diǎn)x1,x2,且滿足.
29.已知函數(shù)f(x)=.
(1)若對任意x>0,f(x)<0恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍;
(2)若函數(shù)f(x)有兩個(gè)不同的零點(diǎn)x1,x2(x1<x2),證明:+>2.
30.已知a為常數(shù),函數(shù)f(x)=x2+ax﹣lnx,g(x)=ex(其中e是自然數(shù)對數(shù)的底數(shù)).
(1)過坐標(biāo)原點(diǎn)O作曲線y=f(x)的切線,設(shè)切點(diǎn)P(x0,y0)為,求x0的值;
(2)令,若函數(shù)F(x)在區(qū)間(0,1]上是單調(diào)函數(shù),求a的取值范圍.
31.設(shè)函數(shù),m∈R.
(1)當(dāng)m=e(e為自然對數(shù)的底數(shù))時(shí),求f(x)的最小值;
(2)討論函數(shù)零點(diǎn)的個(gè)數(shù).
32.已知函數(shù)f(x)=lnx﹣.
(1)若a=4,求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)若函數(shù)f(x)在區(qū)間(0,1]內(nèi)單調(diào)遞增,求實(shí)數(shù)a的取值范圍;
(3)若x1、x2∈R+,且x1≤x2,求證:(lnx1﹣lnx2)(x1+2x2)≤3(x1﹣x2).
33.設(shè)a>0,函數(shù)f(x)=x2﹣2ax﹣2alnx
(1)當(dāng)a=1時(shí),求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)若函數(shù)y=f(x)在區(qū)間(0,+∞)上有唯一零點(diǎn),試求a的值.
34.已知函數(shù).
(1)當(dāng)a=0時(shí),求曲線y=f(x)在(1,f(1))處的切線方程;
(2)令g(x)=f(x)﹣ax+1,求函數(shù)g(x)的極大值;
(3)若a=﹣2,正實(shí)數(shù)x1,x2滿足f(x1)+f(x2)+x1x2=0,證明:.
35.已知函數(shù)f(x)=x﹣alnx,g(x)=﹣(a>0)
(1)若a=l,求f(x)的極值;
(2)若存在x0∈[1,e],使得f(x0)<g(x0)成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
36.已知函數(shù)f(x)=alnx+x2+bx+1在點(diǎn)(1,f(1))處的切線方程為4x﹣y﹣12=0.
(1)求函數(shù)f(x)的解析式;
(2)求f(x)的單調(diào)區(qū)間和極值.
37.已知函數(shù)f(x)=alnx+﹣(a+1)x,a∈R.
(Ⅰ)若函數(shù)f(x)在區(qū)間(1,3)上單調(diào)遞減,求a的取值范圍;
(Ⅱ)當(dāng)a=﹣1時(shí),證明f(x)≥.
38.已知函數(shù)f(x)=x2﹣(a﹣2)x﹣alnx(a∈R).
(Ⅰ)求函數(shù)y=f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(Ⅱ)當(dāng)a=1時(shí),證明:對任意的x>0,f(x)+ex>x2+x+2.
39.已知函數(shù)f(x)=xlnx.
(Ⅰ)求函數(shù)f(x)在[1,3]上的最小值;
(Ⅱ)若存在使不等式2f(x)≥﹣x2+ax﹣3成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
40.已知函數(shù)f(x)=ax2﹣alnx+x.
(1)討論函數(shù)f(x)的單調(diào)性;
(2)若a<0,設(shè)g(x)=f(x)﹣x,h(x)=﹣2xlnx+2x,若對任意x1,x2∈[1,+∞)(x1≠x2),|g(x2)﹣g(x1)|≥|h(x2)﹣h(x1)|恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
導(dǎo)數(shù)壓軸題特輯1
參考答案與試題解析
一.選擇題(共3小題)
1.設(shè)f'(x)是函數(shù)f(x)的導(dǎo)函數(shù),若f'(x)>0,且?x1,x2∈R(x1≠x2),f(x1)+f(x2)<2f(),則下列各項(xiàng)中不一定正確的是()
A.f(2)<f(e)<f(π)
B.f′(π)<f′(e)<f′(2)
C.f(2)<f′(2)﹣f′(3)<f(3)
D.f′(3)<f(3)﹣f(2)<f′(2)
【分析】f′(x)>0,∴f(x)在R上單調(diào)遞增,由,可得<,可得y=f(x)的圖象如圖所示,圖象是向上凸.進(jìn)而判斷出正誤.
【解答】解:∵f′(x)>0,∴f(x)在R上單調(diào)遞增,∵,∴<,∴y=f(x)的圖象如圖所示,圖象是向上凸.
∴f(2)<f(e)<f(π),f′(π)<f′(e)<f′(2),可知:A,B正確.
∵f(3)﹣f(2)=,表示點(diǎn)A(2,f(2)),B(3,f(3))的連線的斜率.
由圖可知:f′(3)<kAB<f′(2),故D正確.
C項(xiàng)無法推出,故選:C.
【點(diǎn)評】本題考查了利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性、切線的斜率、數(shù)形結(jié)合方法,考查了推理能力與計(jì)算能力,屬于難題.
2.設(shè)函數(shù)f(x)=x2(x﹣a)(a>0),其導(dǎo)函數(shù)為y=f′(x),若兩兩不相同實(shí)數(shù)x1,x2,x3,x4滿足f(x1)=f′(x2)=f′(x3)=f(x4),則下列說法正確的是()
A.x1+x4<2(x2+x3)
B.x1+x4>2(x2+x3)
C.x1+x3<x2+x4
D.x1+x3≥x2+x4
【分析】f(x)=x2(x﹣a)(a>0),令f(x)=x2(x﹣a)=0,解得x.f′(x)=2x(x﹣a)+x2=3x(x﹣)=3﹣.畫出圖象.根據(jù):兩兩不相同實(shí)數(shù)x1,x2,x3,x4滿足f(x1)=f′(x2)=f′(x3)=f(x4),可得x2+x3=.由f(x1)=f(x4),可得:﹣a=﹣a,可得x1+x4<a,即可判斷出結(jié)論.
【解答】解:f(x)=x2(x﹣a)(a>0),令f(x)=x2(x﹣a)=0,解得x=0,或a.可得0,a是函數(shù)f(x)的零點(diǎn).
f′(x)=2x(x﹣a)+x2=3x(x﹣)=3﹣.
可得0是函數(shù)f(x)的極大值點(diǎn),a是函數(shù)f(x)的極小值點(diǎn).
可得0,a是函數(shù)f′(x)的零點(diǎn).
f(0)=f′(0)==f(a),=﹣,=﹣.
畫出圖象.
兩兩不相同實(shí)數(shù)x1,x2,x3,x4滿足f(x1)=f′(x2)=f′(x3)
=f(x4),∴x2+x3=.
由f(x1)=f(x4),可得:﹣a=﹣a,化為:﹣a(x1+x4)=x1x4<,化為:(x1+x4)(x1+x4﹣a)<0.
x1+x4>0,(≤0不成立).
∴x1+x4<a=2(x2+x3).
∴x1+x4<2(x2+x3)正確.B不正確.
結(jié)合圖象可得:CD不正確.
故選:A.
【點(diǎn)評】本題考查了利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性極值、函數(shù)的零點(diǎn)、方程與不等式的解法,考查了推理能力與計(jì)算能力,屬于中檔題.
3.已知函數(shù)f(x)的定義域?yàn)镽,且滿足f(4)=1,f′(x)為f(x)的導(dǎo)函數(shù),又知y=f′(x)的圖象如圖,若兩個(gè)正數(shù)a,b滿足f(2a+b)<1,則的取值范圍是()
A.[,]
B.(,)
C.[,2]
D.(,2)
【分析】由y=f′(x)的圖象如圖,可得:函數(shù)f(x)的單調(diào)性.可得兩個(gè)正數(shù)a,b滿足f(2a+b)<1=f(4),可得2a+b<4,如圖所示,由于表示點(diǎn)Q(a,b)與點(diǎn)P(﹣2,﹣3)連線的斜率.即可得出.
【解答】解:由y=f′(x)的圖象如圖,可得:函數(shù)f(x)在(﹣∞,0)上單調(diào)遞減,在(0,+∞)上單調(diào)遞增.
∵兩個(gè)正數(shù)a,b滿足f(2a+b)<1=f(4),∴2a+b<4,如圖所示,則表示點(diǎn)Q(a,b)與點(diǎn)P(﹣2,﹣3)連線的斜率.
kAP==,kPB==.
∴斜率的取值范圍是(,).
故選:B.
【點(diǎn)評】本題考查了利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性、斜率計(jì)算公式、線性規(guī)劃問題,考查了推理能力與計(jì)算能力,屬于中檔題.
二.多選題(共1小題)
4.對于定義域?yàn)镽的函數(shù)f(x),若滿足:①f(0)=0;②當(dāng)x∈R且x≠0時(shí),都有xf′(x)>0;③當(dāng)x1<0<x2且|x1|<|x2|時(shí),都有f(x1)<f(x2),則稱f(x)為“偏對稱函數(shù)”下列函數(shù)是“偏對稱函數(shù)”的是()
A.f1(x)=﹣x3+x2
B.f2(x)=ex﹣x﹣1
C.f3(x)=xsinx
D.f4(x)=
【分析】運(yùn)用新定義,分別討論四個(gè)函數(shù)是否滿足三個(gè)條件,結(jié)合奇偶性和單調(diào)性,以及對稱性,即可得到所求結(jié)論.
【解答】解:經(jīng)驗(yàn)證,f1(x),f2(x),f3(x),f4(x)
都滿足條件①,∵當(dāng)x∈R且x≠0時(shí),都有xf′(x)>0
∴或,即條件②等價(jià)于函數(shù)
f(x)
在區(qū)間
(﹣∞,0)上單調(diào)遞減,在區(qū)間
(0,+∞)
上單調(diào)遞增,當(dāng)
x1<0<x2且|x1|<|x2|時(shí),等價(jià)于﹣x2<x1<0<﹣x1<x2,A
中,f1(x)=﹣x3+x2,f1′(x)=﹣3x2+2x,則當(dāng)
x≠0
時(shí),由xf1′(x)=﹣3x3+2x2=x2(2﹣3x)≤0,得x≥,不符合條件②,故
f1(x)
不是“偏對稱函數(shù)”;
B
中,f2(x)=ex﹣x﹣1,f2′(x)=ex﹣1,當(dāng)
x>0
時(shí),ex>1,f2′(x)>0,當(dāng)
x<0
時(shí),0<ex<1,f2′(x)<0,則當(dāng)
x≠0
時(shí),都有
xf2′(x)>0,符合條件②,∴函數(shù)f2(x)=ex﹣x﹣1
在(﹣∞,0)上單調(diào)遞減,在(0,+∞)
上單調(diào)遞增,由
f2(x)的單調(diào)性知,當(dāng)﹣x2<x1<0<﹣x1<x2時(shí),f2(x1)<f2(﹣x2),∴f2(x1)﹣f2(x2)<f2(﹣x2)﹣f2(x2)=﹣++2x2,令F(x)=﹣ex+e﹣x+2x,x>0,F(xiàn)′(x)=﹣ex﹣e﹣x+2≤﹣2+2=0,當(dāng)且僅當(dāng)
ex=e﹣x即
x=0
時(shí),“=“成立,∴F(x)
在[0,+∞)
上是減函數(shù),∴F(x2)<F(0)=0,即
f2(x1)<f2(x2),符合條件③,故
f2(x)
是“偏對稱函數(shù)”;
C
中,f3(x)=xsinx,則
f3(﹣x)=﹣xsin(﹣x)=f3(x),則
f3(x)
是偶函數(shù),而f3′(x)=sinx+xcosx=sin(x+φ)(tanφ=x),則根據(jù)三角函數(shù)的性質(zhì)可知,當(dāng)
x>0
時(shí),f3′(x)的符號(hào)有正有負(fù),不符合條件②,故
f3(x)
不是“偏對稱函數(shù)”;
D
中,由函數(shù)
f4(x)=,當(dāng)
x<0
時(shí),f4′(x)=<0,當(dāng)
x>0
時(shí),f3′(x)=2>0,符合條件②,∴函數(shù)
f4(x)
在(﹣∞,0)上單調(diào)遞減,在(0,+∞)
上單調(diào)遞增,由單調(diào)性知,當(dāng)﹣x2<x1<0<﹣x1<x2時(shí),f4(x1)<f4(﹣x2),∴f4(x1)﹣f4(x2)<f4(﹣x2)﹣f4(x2)=ln(x2+1)﹣2x2,設(shè)
F(x)=ln(x+1)﹣2x,x>0,則
F′(x)=﹣2<0,F(xiàn)(x)
在(0,+∞)
上是減函數(shù),可得
F(x)<F(0)=0,∴F(x2)<0,即
f(x1)<f(x2),符合條件③,故
f4(x)
是“偏對稱函數(shù)”,故選:BD.
【點(diǎn)評】本題主要考查在新定義下利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性與最值,考查計(jì)算能力,考查轉(zhuǎn)化與劃歸思想,屬于難題.
三.解答題(共36小題)
5.已知函數(shù)f(x)=ex(sinx﹣ax2+2a﹣e),其中a∈R,e=2.71828…為自然數(shù)的底數(shù).
(1)當(dāng)a=0時(shí),討論函數(shù)f(x)的單調(diào)性;
(2)當(dāng)≤a≤1時(shí),求證:對任意的x∈[0,+∞),f(x)<0.
【分析】(1)求函數(shù)的導(dǎo)數(shù),利用函數(shù)單調(diào)性和導(dǎo)數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行討論即可.
(2)對任意的x∈[0,+∞),f(x)<0轉(zhuǎn)化為證明對任意的x∈[0,+∞),sinx﹣ax2+2a﹣e<0,即可,構(gòu)造函數(shù),求函數(shù)的導(dǎo)數(shù),利用導(dǎo)數(shù)進(jìn)行研究即可.
【解答】解:(1)當(dāng)a=0時(shí),f(x)=ex(sinx﹣e),則f′(x)=ex(sinx﹣e)+excosx=ex(sinx﹣e+cosx),∵sinx+cosx=sin(x+)≤<e,∴sinx+cosx﹣e<0
故f′(x)<0
則f(x)在R上單調(diào)遞減.
(2)當(dāng)x≥0時(shí),y=ex≥1,要證明對任意的x∈[0,+∞),f(x)<0.
則只需要證明對任意的x∈[0,+∞),sinx﹣ax2+2a﹣e<0.
設(shè)g(a)=sinx﹣ax2+2a﹣e=(﹣x2+2)a+sinx﹣e,看作以a為變量的一次函數(shù),要使sinx﹣ax2+2a﹣e<0,則,即,∵sinx+1﹣e<0恒成立,∴①恒成立,對于②,令h(x)=sinx﹣x2+2﹣e,則h′(x)=cosx﹣2x,設(shè)x=t時(shí),h′(x)=0,即cost﹣2t=0.
∴t=,sint<sin,∴h(x)在(0,t)上,h′(x)>0,h(x)單調(diào)遞增,在(t,+∞)上,h′(x)<0,h(x)單調(diào)遞減,則當(dāng)x=t時(shí),函數(shù)h(x)取得最大值h(t)=sint﹣t2+2﹣e=sint﹣()2+2﹣e
=sint﹣+2﹣e=sin2t+sint+﹣e=(+1)2+﹣e≤()2+﹣e=﹣e<0,故④式成立,綜上對任意的x∈[0,+∞),f(x)<0.
【點(diǎn)評】本題主要考查函數(shù)單調(diào)性與導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用,求函數(shù)的導(dǎo)數(shù),構(gòu)造函數(shù),利用導(dǎo)數(shù)是解決本題的關(guān)鍵.綜合性較強(qiáng),難度較大.
6.(1)已知函數(shù)是奇函數(shù),又f(1)=2,f(2)<3,且f(x)在[1,+∞)上遞增.
①求a,b,c的值;
②當(dāng)x<0時(shí),討論f(x)的單調(diào)性.
(2)已知二次函數(shù)f(x)的圖象開口向下,且對于任意實(shí)數(shù)x都有f(2﹣x)=f(2+x)求不等式:f[(x2+x+)]<f[(2x2﹣x+)]的解.
【分析】A、(1)求三個(gè)未知數(shù),需要三個(gè)條件,一是定義域要關(guān)于原點(diǎn)對稱,二是f(1)=2,三是f(2)<3,f(x)在[1,+∞)上單調(diào)遞增可解.
(2)用單調(diào)性定義來探討,先在給定的區(qū)間上任取兩個(gè)變量,且界定大小,再作差變形,在與0比較中出現(xiàn)討論,再進(jìn)一步細(xì)化區(qū)間,確定后即為所求的單調(diào)區(qū)間.
B、由題設(shè)二次函數(shù)f(x)的圖象開口向下,又對于任意實(shí)數(shù)x,都有f(2﹣x)=f(x+2),知其對稱軸方程為x=2,由二次函數(shù)的這些特征即可研究出其單調(diào)性,分析(x2+x+),(2x2﹣x+)的范圍,利用二次函數(shù)的單調(diào)性轉(zhuǎn)化不等式為(x2+x+)<(2x2﹣x+),利用對數(shù)函數(shù)的單調(diào)性把不等式轉(zhuǎn)化為x2+x+>2x2﹣x+,解此不等式即可求得結(jié)果.
【解答】A、解:(1)∵f(x)為奇函數(shù),故f(x)的定義域關(guān)于原點(diǎn)對稱
又f(x)的定義域?yàn)?/p>
(顯然b≠0,否則f(x)為偶函數(shù))
∴,即c=0
于是得,且,∴
∴,又b∈Z
∴b=1
∴a=1
故a=b=1,c=0,符合f(x)在[1,+∞)上單調(diào)遞增
(2)由(1)知,=
①當(dāng)﹣1<x1<x2<0時(shí),顯然x1﹣x2<0,0<x1x2<1,x1x2﹣1<0
∴f(x1)﹣f(x2)>0
∴f(x)為減函數(shù)
②當(dāng)x1<x2<﹣1時(shí),顯然x1﹣x2<0,x1x2>1,x1x2﹣1>0
∴f(x1)﹣f(x2)<0
∴f(x)為增函數(shù)
綜上所述,f(x)在(﹣∞,﹣1]上是增函數(shù),在[﹣1,0)上是減函數(shù).
B、解:由題意二次函數(shù)f(x)圖象開口向下,故在對稱軸兩邊的圖象是左降右升
又對于任意實(shí)數(shù)x,都有f(2﹣x)=f(x+2),故此函數(shù)的對稱軸方程是x=2
由此知,函數(shù)f(x)在(﹣∞,2]上是增函數(shù),在(2,+∞)是減函數(shù),而x2+x+=(x+)2+≥,2x2﹣x+=2(x﹣)2+≥,∴(x2+x+)≤=2,(2x2﹣x+)≤=1,∵f[(x2+x+)]<f[(2x2﹣x+)]
∴(x2+x+)<(2x2﹣x+),∴x2+x+>2x2﹣x+,解得,∴不等式的解集為.
【點(diǎn)評】A、此題是中檔題.本題主要考查函數(shù)利用奇偶性和函數(shù)值,單間性來求解析式,在研究單調(diào)性中分類討論的思想應(yīng)用.
B、本題主要考查二次函數(shù)的單調(diào)性和對稱性,還考查了利用對數(shù)函數(shù)的單調(diào)性解對數(shù)不等式和一元二次不等式的解法,特別注意對數(shù)不等式的求解時(shí)的定義域.
7.已知函數(shù)f(x)=aex﹣1﹣lnx+lna.
(1)當(dāng)a=e時(shí),求曲線y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線與兩坐標(biāo)軸圍成的三角形的面積;
(2)若f(x)≥1,求a的取值范圍.
【分析】(1)根據(jù)導(dǎo)數(shù)的幾何意義即可求出切線方程,可得三角形的面積;
(2)方法一:不等式等價(jià)于ex﹣1+lna+lna+x﹣1≥lnx+x=elnx+lnx,令g(t)=et+t,根據(jù)函數(shù)單調(diào)性可得lna>lnx﹣x+1,再構(gòu)造函數(shù)h(x)=lnx﹣x+1,利用導(dǎo)數(shù)求出函數(shù)的最值,即可求出a的范圍;
方法二:構(gòu)造兩個(gè)基本不等式ex>x﹣1,x﹣1≥lnx,則原不等式轉(zhuǎn)化為x(a﹣1)≥﹣lna,再分類討論即可求出a的取值范圍,方法三:利用分類討論的思想,當(dāng)0<a<1,此時(shí)不符合題意,當(dāng)a≥1時(shí),f(x)≥ex﹣1﹣lnx,令g(x)=ex﹣1﹣lnx,再根據(jù)導(dǎo)數(shù)和函數(shù)最值的關(guān)系即可證明,方法四:先根據(jù)導(dǎo)數(shù)和函數(shù)的最值的關(guān)系求出f(x)≥f(x0)=﹣2lnx0+1﹣x0≥1,lna=1﹣x0﹣lnx0,再求出x0的范圍,再利用導(dǎo)數(shù)求1﹣x0﹣lnx0的范圍,即可求出a的范圍.
方法五:f(x)≥1等價(jià)于aex﹣1﹣lnx+lna≥1,構(gòu)造函數(shù)hg(a)=a+lna﹣1,利用導(dǎo)數(shù)求出函數(shù)的最值,即可求出a的范圍.
【解答】解:(1)當(dāng)a=e時(shí),f(x)=ex﹣lnx+1,∴f′(x)=ex﹣,∴f′(1)=e﹣1,∵f(1)=e+1,∴曲線y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線方程為y﹣(e+1)=(e﹣1)(x﹣1),當(dāng)x=0時(shí),y=2,當(dāng)y=0時(shí),x=,∴曲線y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線與兩坐標(biāo)軸圍成的三角形的面積S=×2×=.
(2)方法一:由f(x)≥1,可得aex﹣1﹣lnx+lna≥1,即ex﹣1+lna﹣lnx+lna≥1,即ex﹣1+lna+lna+x﹣1≥lnx+x=elnx+lnx,令g(t)=et+t,則g′(t)=et+1>0,∴g(t)在R上單調(diào)遞增,∵g(lna+x﹣1)≥g(lnx)
∴l(xiāng)na+x﹣1≥lnx,即lna≥lnx﹣x+1,令h(x)=lnx﹣x+1,∴h′(x)=﹣1=,當(dāng)0<x<1時(shí),h′(x)>0,函數(shù)h(x)單調(diào)遞增,當(dāng)x>1時(shí),h′(x)<0,函數(shù)h(x)單調(diào)遞減,∴h(x)≤h(1)=0,∴l(xiāng)na≥0,∴a≥1,故a的范圍為[1,+∞).
方法二:由f(x)≥1可得aex﹣1﹣lnx+lna≥1,x>0,a>0,即aex﹣1﹣1≥lnx﹣lna,設(shè)g(x)=ex﹣x﹣1,∴g′(x)=ex﹣1>0恒成立,∴g(x)在(0,+∞)單調(diào)遞增,∴g(x)>g(0)=1﹣0﹣1=0,∴ex﹣x﹣1>0,即ex>x+1,再設(shè)h(x)=x﹣1﹣lnx,∴h′(x)=1﹣=,當(dāng)0<x<1時(shí),h′(x)<0,函數(shù)h(x)單調(diào)遞減,當(dāng)x>1時(shí),h′(x)>0,函數(shù)h(x)單調(diào)遞增,∴h(x)≥h(1)=0,∴x﹣1﹣lnx≥0,即x﹣1≥lnx
∴ex﹣1≥x,則aex﹣1≥ax,此時(shí)只需要證ax≥x﹣lna,即證x(a﹣1)≥﹣lna,當(dāng)a≥1時(shí),∴x(a﹣1)>0>﹣lna恒成立,當(dāng)0<a<1時(shí),x(a﹣1)<0<﹣lna,此時(shí)x(a﹣1)≥﹣lna不成立,綜上所述a的取值范圍為[1,+∞).
方法三:由題意可得x∈(0,+∞),a∈(0,+∞),∴f′(x)=aex﹣1﹣,易知f′(x)在(0,+∞)上為增函數(shù),①當(dāng)0<a<1時(shí),f′(1)=a﹣1<0,f′()=a﹣a=a(﹣1)>0,∴存在x0∈(1,)使得f′(x0)=0,當(dāng)x∈(1,x0)時(shí),f′(x)<0,函數(shù)f(x)單調(diào)遞減,∴f(x)<f(1)=a+lna<a<1,不滿足題意,②當(dāng)a≥1時(shí),ex﹣1>0,lna>0,∴f(x)≥ex﹣1﹣lnx,令g(x)=ex﹣1﹣lnx,∴g′(x)=ex﹣1﹣,易知g′(x)在(0,+∞)上為增函數(shù),∵g′(1)=0,∴當(dāng)x∈(0,1)時(shí),g′(x)<0,函數(shù)g(x)單調(diào)遞減,當(dāng)x∈(1,+∞)時(shí),g′(x)>0,函數(shù)g(x)單調(diào)遞增,∴g(x)≥g(1)=1,即f(x)≥1,綜上所述a的取值范圍為[1,+∞).
方法四:∵f(x)=aex﹣1﹣lnx+lna,x>0,a>0,∴f′(x)=aex﹣1﹣,易知f′(x)在(0,+∞)上為增函數(shù),∵y=aex﹣1在(0,+∞)上為增函數(shù),y=在0,+∞)上為減函數(shù),∴y=aex﹣1與y=在0,+∞)上有交點(diǎn),∴存在x0∈(0,+∞),使得f′(x0)=a﹣=0,則a=,則lna+x0﹣1=﹣lnx0,即lna=1﹣x0﹣lnx0,當(dāng)x∈(0,x0)時(shí),f′(x)<0,函數(shù)f(x)單調(diào)遞減,當(dāng)x∈(x0,+∞)時(shí),f′(x)>0,函數(shù)f(x)單調(diào)遞增,∴f(x)≥f(x0)=a﹣lnx0+lna
=﹣lnx0+1﹣x0﹣lnx0=﹣2lnx0+1﹣x0≥1
∴﹣2lnx0﹣x0≥0
設(shè)g(x)=﹣2lnx﹣x,易知函數(shù)g(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞減,且g(1)=1﹣0﹣1=0,∴當(dāng)x∈(0,1]時(shí),g(x)≥0,∴x0∈(0,1]時(shí),﹣2lnx0﹣x0≥0,設(shè)h(x)=1﹣x﹣lnx,x∈(0,1],∴h′(x)=﹣1﹣<0恒成立,∴h(x)在(0,1]上單調(diào)遞減,∴h(x)≥h(1)=1﹣1﹣ln1=0,當(dāng)x→0時(shí),h(x)→+∞,∴l(xiāng)na≥0=ln1,∴a≥1.
方法五:f(x)≥1等價(jià)于aex﹣1﹣lnx+lna≥1,該不等式恒成立.
當(dāng)x=1時(shí),有a+lna≥1,其中a>0.
設(shè)g(a)=a+lna﹣1,則g'(a)=1+>0,則g(a)單調(diào)增,且g(1)=0.
所以若a+lna≥1成立,則必有a≥1.
∴下面證明當(dāng)a≥1時(shí),f(x)≥1成立.
∵ex≥x+1,把x換成x﹣1得到ex﹣1≥x,∵x﹣1≥lnx,∴x﹣lnx≥1.
∴f(x)=aex﹣1﹣lnx+lna≥ex﹣1﹣lnx≥x﹣lnx≥1.
綜上,a≥1.
【點(diǎn)評】本題考查了導(dǎo)數(shù)的幾何意義,以及導(dǎo)數(shù)和函數(shù)的最值的關(guān)系,考查了運(yùn)算求解能力,轉(zhuǎn)化與化歸能力,屬于難題.
8.已知函數(shù)f(x)=(eax﹣1)lnx(a>0).
(1)當(dāng)a=1時(shí),求曲線y=f(x)在(1,f(1))處的切線與兩坐標(biāo)軸圍成的三角形的面積;
(2)若關(guān)于x的方程f(x)=ax2﹣ax在[1,+∞)上恰有三個(gè)不同的實(shí)數(shù)解,求a的取值范圍.
【分析】(1)求得a=1時(shí),f(x)的導(dǎo)數(shù),可得切線的斜率和方程,可得切線與x,y軸的交點(diǎn),由三角形的面積公式,可得所求值;
(2)顯然x=1為方程f(x)=ax2﹣ax的根,當(dāng)x>0且x≠1時(shí),原方程等價(jià)于==,構(gòu)造函數(shù)g(x)=(x>0),求得導(dǎo)數(shù),判斷單調(diào)性,可得原方程即為ax=lnx,由參數(shù)分離和構(gòu)造新函數(shù),求得導(dǎo)數(shù)和最值,即可得到所求范圍.
【解答】解:(1)當(dāng)a=1時(shí),f(x)=(ex﹣1)lnx,可得f(1)=0,f(x)的導(dǎo)數(shù)f′(x)=exlnx+,所以切線的斜率為k=f′(1)=e﹣1,則切線的方程為y=(e﹣1)(x﹣1),該切線與x軸的交點(diǎn)為(1,0),與y軸的交點(diǎn)為(0,1﹣e),所以所求三角形的面積為×1×(e﹣1)=;
(2)顯然x=1為方程f(x)=ax2﹣ax的根,當(dāng)x>0且x≠1時(shí),原方程等價(jià)于==,設(shè)g(x)=(x>0),g′(x)=,設(shè)h(x)=1+(x﹣1)ex(x>0),h′(x)=xex>0,可得h(x)在(0,+∞)遞增,則h(x)>h((0)=0,即g′(x)>0,g(x)在(0,+∞)遞增,原方程等價(jià)于g(ax)=g(lnx),只需ax=lnx在(1,+∞)上有兩個(gè)不等實(shí)根.
故只需ax=lnx在(1,+∞)上有兩個(gè)不等的實(shí)根.
則a=(x>1),設(shè)k(x)=(x>1),k′(x)=,可得k(x)在(1,e)遞增,在(e,+∞)遞減,則k(x)的最大值為k(e)=,又k(1)=0,所以a的范圍是(0,).
【點(diǎn)評】本題考查導(dǎo)數(shù)的運(yùn)用:求切線的方程和單調(diào)性、最值,考查方程思想和構(gòu)造函數(shù)法、化簡運(yùn)算能力和推理能力,屬于中檔題.
9.已知函數(shù)f(x)=ax,g(x)=logax,其中a>1.
(Ⅰ)求函數(shù)h(x)=f(x)﹣xlna的單調(diào)區(qū)間;
(Ⅱ)若曲線y=f(x)在點(diǎn)(x1,f(x1))處的切線與曲線y=g(x)在點(diǎn)(x2,g(x2))處的切線平行,證明x1+g(x2)=﹣;
(Ⅲ)證明當(dāng)a≥時(shí),存在直線l,使l是曲線y=f(x)的切線,也是曲線y=g(x)的切線.
【分析】(Ⅰ)把f(x)的解析式代入函數(shù)h(x)=f(x)﹣xlna,求其導(dǎo)函數(shù),由導(dǎo)函數(shù)的零點(diǎn)對定義域分段,由導(dǎo)函數(shù)在各區(qū)間段內(nèi)的符號(hào)可得原函數(shù)的單調(diào)區(qū)間;
(Ⅱ)分別求出函數(shù)y=f(x)在點(diǎn)(x1,f(x1))處與y=g(x)在點(diǎn)(x2,g(x2))處的切線的斜率,由斜率相等,兩邊取對數(shù)可得結(jié)論;
(Ⅲ)分別求出曲線y=f(x)在點(diǎn)()處的切線與曲線y=g(x)在點(diǎn)(x2,logax2)處的切線方程,把問題轉(zhuǎn)化為證明當(dāng)a≥時(shí),存在x1∈(﹣∞,+∞),x2∈(0,+∞)使得l1與l2重合,進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為證明當(dāng)a≥時(shí),方程存在實(shí)數(shù)解.然后利用導(dǎo)數(shù)證明即可.
【解答】(Ⅰ)解:由已知,h(x)=ax﹣xlna,有h′(x)=axlna﹣lna,令h′(x)=0,解得x=0.
由a>1,可知當(dāng)x變化時(shí),h′(x),h(x)的變化情況如下表:
x
(﹣∞,0)
0
(0,+∞)
h′(x)
﹣
0
+
h(x)
↓
極小值
↑
∴函數(shù)h(x)的單調(diào)減區(qū)間為(﹣∞,0),單調(diào)遞增區(qū)間為(0,+∞);
(Ⅱ)證明:由f′(x)=axlna,可得曲線y=f(x)在點(diǎn)(x1,f(x1))處的切線的斜率為lna.
由g′(x)=,可得曲線y=g(x)在點(diǎn)(x2,g(x2))處的切線的斜率為.
∵這兩條切線平行,故有,即,兩邊取以a為底數(shù)的對數(shù),得logax2+x1+2logalna=0,∴x1+g(x2)=﹣;
(Ⅲ)證明:曲線y=f(x)在點(diǎn)()處的切線l1:,曲線y=g(x)在點(diǎn)(x2,logax2)處的切線l2:.
要證明當(dāng)a≥時(shí),存在直線l,使l是曲線y=f(x)的切線,也是曲線y=g(x)的切線,只需證明當(dāng)a≥時(shí),存在x1∈(﹣∞,+∞),x2∈(0,+∞)使得l1與l2重合,即只需證明當(dāng)a≥時(shí),方程組
由①得,代入②得:,③
因此,只需證明當(dāng)a≥時(shí),關(guān)于x1的方程③存在實(shí)數(shù)解.
設(shè)函數(shù)u(x)=,既要證明當(dāng)a≥時(shí),函數(shù)y=u(x)存在零點(diǎn).
u′(x)=1﹣(lna)2xax,可知x∈(﹣∞,0)時(shí),u′(x)>0;x∈(0,+∞)時(shí),u′(x)單調(diào)遞減,又u′(0)=1>0,u′=<0,故存在唯一的x0,且x0>0,使得u′(x0)=0,即.
由此可得,u(x)在(﹣∞,x0)上單調(diào)遞增,在(x0,+∞)上單調(diào)遞減,u(x)在x=x0處取得極大值u(x0).
∵,故lnlna≥﹣1.
∴=.
下面證明存在實(shí)數(shù)t,使得u(t)<0,由(Ⅰ)可得ax≥1+xlna,當(dāng)時(shí),有
u(x)≤=.
∴存在實(shí)數(shù)t,使得u(t)<0.
因此,當(dāng)a≥時(shí),存在x1∈(﹣∞,+∞),使得u(x1)=0.
∴當(dāng)a≥時(shí),存在直線l,使l是曲線y=f(x)的切線,也是曲線y=g(x)的切線.
【點(diǎn)評】本題考查導(dǎo)數(shù)的運(yùn)算,導(dǎo)數(shù)的幾何意義,運(yùn)用導(dǎo)數(shù)研究指數(shù)函數(shù)與對數(shù)公式的性質(zhì)等基礎(chǔ)知識(shí)和方法,考查函數(shù)與方程思想,化歸思想,考查抽象概括能力,綜合分析問題和解決問題的能力,是難題.
10.已知函數(shù)(e為自然對數(shù)的底數(shù)).
(1)若曲線y=f(x)在點(diǎn)(0,f(0))處的切線與曲線y=g(x)在點(diǎn)(0,g(0))處的切線互相垂直,求
函數(shù)在區(qū)間[﹣1,1]上的最大值;
(2)設(shè)函數(shù),試討論函數(shù)h(x)零點(diǎn)的個(gè)數(shù).
【分析】(1)分別求出y=f(x)與y=g(x)在x=0處的導(dǎo)數(shù),利用斜率之積等于﹣1求得a,得到f(x)解析式,再由導(dǎo)數(shù)判斷f(x)在區(qū)間[﹣1,1]上單調(diào)遞減,從而求得最大值;
(2)函數(shù)g(x)=ex﹣e在R上單調(diào)遞增,僅在x=1處有一個(gè)零點(diǎn),且x<1時(shí),g(x)<0,再由導(dǎo)數(shù)分類判定f(x)的零點(diǎn)情況,則答案可求.
【解答】解:(1)∵f′(x)=﹣3x2+a,g′(x)=ex,∴f′(0)=a,g′(0)=1,由題意知,a=﹣1,f′(x)=﹣3x2﹣1≤0,f(x)在區(qū)間[﹣1,1]上單調(diào)遞減,∴;
(2)函數(shù)g(x)=ex﹣e在R上單調(diào)遞增,僅在x=1處有一個(gè)零點(diǎn),且x<1時(shí),g(x)<0,又f′(x)=﹣3x2+a.
①當(dāng)a≤0時(shí),f′(x)≤0,f(x)在R上單調(diào)遞減,且過點(diǎn)(0,﹣),f(﹣1)=>0.
即f(x)在x≤0時(shí),必有一個(gè)零點(diǎn),此時(shí)y=h(x)有兩個(gè)零點(diǎn);
②當(dāng)a>0時(shí),令f′(x)=﹣3x2+a=0,解得<0,>0.
則是函數(shù)f(x)的一個(gè)極小值點(diǎn),是函數(shù)f(x)的一個(gè)極大值點(diǎn).
而f(﹣)=<0,現(xiàn)在討論極大值的情況:
f()=.
當(dāng)f()<0,即a<時(shí),函數(shù)f(x)在(0,+∞)上恒小于0,此時(shí)y=h(x)有兩個(gè)零點(diǎn);
當(dāng)f()=0,即a=時(shí),函數(shù)f(x)在(0,+∞)上有一個(gè)零點(diǎn),此時(shí)y=h(x)有三個(gè)零點(diǎn);
當(dāng)f()>0,即a>時(shí),函數(shù)f(x)在(0,+∞)上有兩個(gè)零點(diǎn),一個(gè)零點(diǎn)小于,一個(gè)零點(diǎn)大于.
若f(1)=a﹣<0,即a<時(shí),y=h(x)有四個(gè)零點(diǎn);
f(1)=a﹣=0,即a=時(shí),y=h(x)有三個(gè)零點(diǎn);
f(1)=a﹣>0,即a>時(shí),y=h(x)有兩個(gè)零點(diǎn).
綜上所述,當(dāng)a<或a>時(shí),y=h(x)有兩個(gè)零點(diǎn);當(dāng)a=或a=時(shí),y=h(x)有三個(gè)零點(diǎn);當(dāng)<a<時(shí),y=h(x)有四個(gè)零點(diǎn).
【點(diǎn)評】本題考查利用導(dǎo)數(shù)研究過曲線上某點(diǎn)處的切線方程,考查函數(shù)零點(diǎn)的判定,體現(xiàn)了分類討論的數(shù)學(xué)思想方法,屬難題.
11.已知函數(shù)f(x)=eax,g(x)=﹣x2+bx+c(a,b,c∈R),且曲線y=f(x)與曲線y=g(x)在它們的交點(diǎn)(0,c)處具有公共切線.設(shè)h(x)=f(x)﹣g(x).
(Ⅰ)求c的值,及a,b的關(guān)系式;
(Ⅱ)求函數(shù)h(x)的單調(diào)區(qū)間;
(Ⅲ)設(shè)a≥0,若對于任意x1,x2∈[0,1],都有|h(x1)﹣h(x2)|≤e﹣1,求a的取值范圍.
【分析】(Ⅰ)分別求得f(x)和g(x)的導(dǎo)數(shù),由題意可知:即可求得c的值及a、b的關(guān)系;
(Ⅱ)寫出h(x)的表達(dá)式,求導(dǎo),構(gòu)造輔助函數(shù)F(x)=h′(x),由?a∈R,F(xiàn)′(x)>0,即可判斷h′(x)的單調(diào)性,求得h′(x)的零點(diǎn),并根據(jù)h′(x)判斷出h(x)的單調(diào)性;
(Ⅲ)由(II)知當(dāng)x∈[0,1]時(shí),h(x)是增函數(shù),將問題轉(zhuǎn)化為:h(x)max﹣h(x)min=ea﹣a≤e﹣1,即當(dāng)a≥0時(shí),G(a)=ea﹣a﹣(e﹣1)≤0,求得函數(shù)的單調(diào)性,求得a的取值范圍.
【解答】解:(I)∵函數(shù)f(x)=eax,g(x)=﹣x2+bx+c,∴函數(shù)f′(x)=aeax,g′(x)=﹣2x+b.
曲線y=f(x)與曲線y=g(x)在它們的交點(diǎn)(0,c)處具有公共切線,∴,即,∴c=1,a=b;…(4分)
(II)由已知,h(x)=f(x)﹣g(x)=eax+x2﹣ax﹣1.
∴h′(x)=aeax+2x﹣a,設(shè)F(x)=aeax+2x﹣a,所以F′(x)=a2eax+2,?a∈R,F(xiàn)′(x)>0,所以h′(x)在(﹣∞,+∞)上為單調(diào)遞增函數(shù).…(6分)
由(I)得,f′(0)=g′(0)所以h′(0)=f′(0)﹣g′(0)=0,即0是h′(x)的零點(diǎn).
所以,函數(shù)h(x)的導(dǎo)函數(shù)h′(x)有且只有一個(gè)零點(diǎn)0.…(7分)
所以h′(x)及h(x)符號(hào)變化如下,x
(﹣∞,0)
0
(0,+∞)
h(x)
﹣
0
+
h′(x)
↘
極小值
↗
所以函數(shù)h′(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為(﹣∞,0),單調(diào)遞增區(qū)間為(0,+∞).…(9分)
(III)由(II)知當(dāng)x∈[0,1]時(shí),h(x)是增函數(shù).
對于任意x1,x2∈[0,1],都有|h(x1)﹣h(x2)|≤e﹣1,等價(jià)于h(x)max﹣h(x)min=h(1)﹣h(0)=ea﹣a≤e﹣1,等價(jià)于當(dāng)a≥0時(shí),G(a)=ea﹣a﹣(e﹣1)≤0,∵G′(a)=ea﹣1≥0,∴G(a)在[0,+∞)上是增函數(shù),又G(1)=0,所以a∈[0,1].…(13分)
【點(diǎn)評】本題考查了利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性極值與最值、恒成立問題的等價(jià)轉(zhuǎn)化方法,考查了計(jì)算能力和分析問題的能力,屬于難題.
12.設(shè)函數(shù)f(x)=ln(1+ax)+bx,g(x)=f(x)﹣bx2.
(Ⅰ)若a=1,b=﹣1,求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(Ⅱ)若曲線y=g(x)在點(diǎn)(1,ln3)處的切線與直線11x﹣3y=0平行.
(i)求a,b的值;
(ii)求實(shí)數(shù)k(k≤3)的取值范圍,使得g(x)>k(x2﹣x)對x∈(0,+∞)恒成立.
【分析】(Ⅰ)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),通過解關(guān)于導(dǎo)函數(shù)的不等式,求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間即可;
(Ⅱ)(i)求出g(x)的導(dǎo)數(shù),得到關(guān)于a,b的方程組,解出即可;
(ii)問題轉(zhuǎn)化為g(x)﹣k(x2﹣x)>0對x∈(0,+∞)恒成立.令F(x)=g(x)﹣k(x2﹣x),求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),通過討論k的范圍,求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,從而確定k的范圍即可.
【解答】解:(Ⅰ)當(dāng)a=1,b=﹣1時(shí),f(x)=ln(1+x)﹣x,(x>﹣1),則.
當(dāng)f'(x)>0時(shí),﹣1<x<0;
當(dāng)f'(x)<0時(shí),x>0;
所以f(x)的單調(diào)增區(qū)間為(﹣1,0),單調(diào)減區(qū)間為(0,+∞).…(4分)
(Ⅱ)(i)因?yàn)間(x)=f(x)﹣bx2=ln(1+ax)+b(x﹣x2),所以.
依題設(shè)有即
解得.…(8分)
(ii))所以.
g(x)>k(x2﹣x)對x∈(0,+∞)恒成立,即g(x)﹣k(x2﹣x)>0對x∈(0,+∞)恒成立.
令F(x)=g(x)﹣k(x2﹣x).
則有.
①當(dāng)1≤k≤3時(shí),當(dāng)x∈(0,+∞)時(shí),F(xiàn)'(x)>0,所以F(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增.
所以F(x)>F(0)=0,即當(dāng)x∈(0,+∞)時(shí),g(x)>k(x2﹣x);
②當(dāng)k<1時(shí),當(dāng)時(shí),F(xiàn)'(x)<0,所以F(x)在上單調(diào)遞減,故當(dāng)時(shí),F(xiàn)(x)<F(0)=0,即當(dāng)x∈(0,+∞)時(shí),g(x)>k(x2﹣x)不恒成立.
綜上,k∈[1,3].
…(13分)
【點(diǎn)評】本題考查了函數(shù)的單調(diào)性、最值問題,考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用以及分類討論思想,是一道中檔題.
13.已知函數(shù)f(x)=x3﹣3ax+e,g(x)=1﹣lnx,其中e為自然對數(shù)的底數(shù).
(Ⅰ)若曲線y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線與直線l:x+2y=0垂直,求實(shí)數(shù)a的值;
(Ⅱ)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(Ⅲ)用max{m,n}表示m,n中的較大者,記函數(shù)h(x)=max{f(x),g(x)}(x>0).若函數(shù)h(x)在(0,+∞)內(nèi)恰有2個(gè)零點(diǎn),求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
【分析】(I)先對函數(shù)求導(dǎo),結(jié)合導(dǎo)數(shù)的幾何意義可求
(II)由題意可得,f'(x)=3x2﹣3a,結(jié)合a的范圍判斷f'(x)的正負(fù),即可求解,(III)結(jié)合導(dǎo)數(shù)及函數(shù)的零點(diǎn)的判定定理,分類討論進(jìn)行求解
【解答】解:(I)f'(x)=3x2﹣3a.
曲線y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線與直線l:x+2y=0垂直,f′(1)=3﹣3a=2,∴;
(II)由題意可得,f'(x)=3x2﹣3a.
(1)當(dāng)a≤0時(shí),f'(x)≥0,∴函數(shù)(﹣∞,+∞)在(﹣∞,+∞)內(nèi)單調(diào)遞增..…….……(6分)
(2)當(dāng)a>0時(shí),令,解得或.
由,解得或,由,解得,.…….……(8分)
∴函數(shù)的單調(diào)遞增區(qū)間為和,單調(diào)遞減區(qū)間為..…….……(9分)
(III)(1)當(dāng)x∈(0,e)時(shí),g(x)>0,由題意可得,h(x)≥g(x)>0,不滿足題意,(2)當(dāng)x=e時(shí),g(e)=0,f(e)=e3﹣3ae+e,①若f(e)≤0即a,則e是h(x)的一個(gè)零點(diǎn);
②若f(e)>0即a,則e不是h(x)的一個(gè)零點(diǎn);
(3)當(dāng)x∈(e,+∞)時(shí),g(x)<0,此時(shí)只需要考慮函數(shù)f(x)在(e,+∞)上零點(diǎn)的情況,∵f′(x)=3x2﹣3a>3e2﹣3a,∴①當(dāng)a≤e2時(shí),f′(x)>0,f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增,又f(e)=e3﹣3ae+e,∴(i)當(dāng)a,f(e)≥0,f(x)在(e,+∞)上單調(diào)遞增,(ii)時(shí),f(e)<0,又f(2e)=8e3﹣6ae+e≥8e3﹣6e3+e>0,f(x)在(e,+∞)上恰有一個(gè)零點(diǎn),②當(dāng)a>e2,令f′(x)=0可得x=,由f′(x)<0可得e<x<,由f′(x)>0可得x>,∴f(x)在(e,)上單調(diào)遞減,()上單調(diào)遞增,∵f(e)=e3﹣3ae+e<e3﹣3e3+e<0,f(2,a)=8a2﹣6a2+e≥2a2+e>0,∴此時(shí)函數(shù)h(x)在(0,+∞)內(nèi)恰有一個(gè)零點(diǎn),綜上,實(shí)數(shù)a的取值范圍是.
【點(diǎn)評】本題主要考查了函數(shù)的導(dǎo)數(shù)與單調(diào)性,極值之間關(guān)系的應(yīng)用,還考查了邏輯思維能力,試題較難
14.已知函數(shù)
f(x)=lnx,g(x)=ex
(1)若函數(shù)h(x)=f(x)﹣,求函數(shù)h(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)設(shè)直線l為函數(shù)f(x)的圖象上的一點(diǎn)
A(x0,f(x0))處的切線,證明:在區(qū)間(0,+∞)
上存在唯一的x0,使得直線l
與曲線y=g(x)
相切.
【分析】(1)求出函數(shù)h(x)的導(dǎo)函數(shù),由導(dǎo)函數(shù)的符號(hào)直接判斷函數(shù)h(x)的單調(diào)性;
(2)求出函數(shù)f(x)和g(x)的導(dǎo)函數(shù),根據(jù)函數(shù)特點(diǎn)分別在兩函數(shù)圖象上找到點(diǎn)和點(diǎn),求出兩個(gè)函數(shù)圖象分別在點(diǎn)和點(diǎn)處的切線方程,由兩切線的截距相等能夠說明在區(qū)間
(0,+∞)
上存在唯一的x0,使得兩切線為同一直線,則問題得證.
【解答】解:(1)h(x)=f(x)﹣=lnx﹣,定義域:{x|x>0,且x≠1}.
=.
由于x>0且x≠1,故其在區(qū)間(0,1),(1,+∞)內(nèi),恒有h′(x)>0,所以函數(shù)h(x)的單調(diào)增區(qū)間為(0,1),(1,+∞);
(2)由f(x)=lnx,所以,當(dāng)x=(n>0)時(shí),故y=f(x)上存在一點(diǎn),過該點(diǎn)的切線方程為
①
g(x)=ex,g′(x)=ex,當(dāng)x=﹣時(shí),故過y=g(x)上的點(diǎn)的切線方程為
②
兩條切線①和②的斜率相同,只要它們在y軸上的截距相等,它們就是同一條切線,為此令:,得n﹣e=,即③
由于③的左邊是關(guān)于n的增函數(shù);而其右邊,當(dāng)n≥3以后,是一個(gè)正的假分?jǐn)?shù),因此是關(guān)于n的減函數(shù),故在區(qū)間[3,+∞)內(nèi)必存在一個(gè)實(shí)數(shù)n,使得③式成立.
這就證明了“在區(qū)間(0,+∞)上存在唯一的x0,使得直線l與曲線y=g(x)相切”.
【點(diǎn)評】本題考查了利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性,考查了利用導(dǎo)數(shù)研究曲線上某點(diǎn)處的切線方程,解答的關(guān)鍵是能夠在兩個(gè)曲線上找到符合題意的點(diǎn),屬中高檔題.
15.已知函數(shù)f(x)=lnx,g(x)=ex
(1)求函數(shù)h(x)=g(x)f′(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)設(shè)直線l為函數(shù)f(x)圖象上一點(diǎn)A(x0,lnx0)處的切線,證明:在區(qū)間(1,+∞)上存在唯一的x0,使得直線l與曲線y=g(x)相切.
【分析】(1)求導(dǎo)函數(shù),再由導(dǎo)數(shù)大于0和小于0,求出函數(shù)h(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)先求直線l為函數(shù)圖象上一點(diǎn)A(x0,f
(x0))處的切線方程,設(shè)直線l與曲線y=g(x)相切于點(diǎn)(x1,ex1),進(jìn)而可得lnx0=,再證明在區(qū)間(1,+∞)上x0存在且唯一即可.
【解答】解:(1)∵函數(shù)f(x)=lnx,g(x)=ex,∴h(x)=g(x)f′(x)=,∴,由>0,得x>1;由<0,得x<1.
∴函數(shù)h(x)的增區(qū)間是(1,+∞);減區(qū)間是(﹣∞,1).
(2)證明:∵f′(x)=,∴f′(x0)=,∴切線l的方程為y﹣lnx0=(x﹣x0),即y=x+lnx0﹣1,①(6分)
設(shè)直線l與曲線y=g(x)相切于點(diǎn)(x1,ex1),∵g'(x)=ex,∴ex1=,∴x1=﹣lnx0.(8分)
∴直線l也為y﹣=(x+lnx0),即y=x++,②(9分)
由①②得
lnx0﹣1=+,∴l(xiāng)nx0=.(11分)
下證:在區(qū)間(1,+∞)上x0存在且唯一.
設(shè)φ(x)=f(x)﹣,φ′(x)=+=.(2分)
∵x>0且x≠1,∴φ′(x)>0
∴函數(shù)φ(x)在區(qū)間(1,+∞)上遞增.
又φ(e)=lne﹣=<0,φ(e2)=lne2﹣=>0,(13分)
結(jié)合零點(diǎn)存在性定理,方程φ(x)=0必在區(qū)間(e,e2)上有唯一的根,這個(gè)根就是所求的唯一x0.
故在區(qū)間(1,+∞)上存在唯一的x0,使得直線l與曲線y=g(x)相切.
【點(diǎn)評】本題以函數(shù)為載體,考查導(dǎo)數(shù)知識(shí)的運(yùn)用,考查函數(shù)的單調(diào)性,考查曲線的切線,同時(shí)考查零點(diǎn)存在性定理,綜合性比較強(qiáng).
16.已知函數(shù)f(x)=x+,g(x)=x﹣lnx,其中a∈R且a≠0.
(Ⅰ)求曲線y=g(x)在點(diǎn)(1,g(1))處的切線方程;
(II)當(dāng)a=1時(shí),求函數(shù)h(x)=f(x)+g(x)的單調(diào)區(qū)間;
(III)設(shè)函數(shù)u(x)=若u(x)=f(x)對任意x∈[1,e]均成立,求a的取值范圍.
【分析】(Ⅰ)求出導(dǎo)數(shù),求得切線的斜率和切點(diǎn),可得切線方程;
(II)求出當(dāng)a=1時(shí)的函數(shù)的導(dǎo)數(shù),令導(dǎo)數(shù)大于0,求得增區(qū)間,令導(dǎo)數(shù)小于0,可得減區(qū)間,注意定義域;
(III)由題意可得f(x)≥g(x)對任意x∈[1,e]均成立,即為x+≥x﹣lnx,運(yùn)用參數(shù)分離,由導(dǎo)數(shù)判斷單調(diào)性,求得右邊函數(shù)的最大值,即可得到a的范圍.
【解答】解:(Ⅰ)g(x)=x﹣lnx的導(dǎo)數(shù)為g′(x)=1﹣,曲線y=g(x)在點(diǎn)(1,g(1))處的切線斜率為k=g′(1)=0,切點(diǎn)為(1,1),則曲線y=g(x)在點(diǎn)(1,g(1))處的切線方程為y=1;
(II)當(dāng)a=1時(shí),函數(shù)h(x)=f(x)+g(x)=2x﹣lnx+,導(dǎo)數(shù)h′(x)=2﹣﹣=,由h′(x)>0可得x>1;由h′(x)<0可得0<x<1.
則h(x)的增區(qū)間為(1,+∞),減區(qū)間為(0,1);
(III)由題意可得f(x)≥g(x)對任意x∈[1,e]均成立,即為x+≥x﹣lnx,即有a≥﹣xlnx,令y=﹣xlnx,x∈[1,e],則y′=﹣(1+lnx)<0,即有y=﹣xlnx在[1,e]遞減,則y=﹣xlnx的最大值為0,則a≥0,由a∈R且a≠0.
即有a>0.
則a的取值范圍是(0,+∞).
【點(diǎn)評】本題考查導(dǎo)數(shù)的運(yùn)用:求切線方程和單調(diào)區(qū)間,同時(shí)考查不等式恒成立問題,注意運(yùn)用參數(shù)分離,函數(shù)的單調(diào)性,屬于中檔題.
17.已知函數(shù)f(x)=x2+2ax(x>0),g(x)=3alnx+a,其中a>0.
(1)當(dāng)a=1時(shí),求函數(shù)h(x)=f(x)﹣g(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)是否存在常數(shù)a,使兩曲線y=f(x),y=g(x)有公共點(diǎn),且在該點(diǎn)處的切線相同?若存在,請求出實(shí)數(shù)a的值;若不存在,請說明理由.
【分析】(1)a=1時(shí),求出h(x),然后求導(dǎo)數(shù),根據(jù)導(dǎo)數(shù)符號(hào)即可判斷函數(shù)h(x)的單調(diào)性,從而得出其單調(diào)區(qū)間;
(2)可假設(shè)存在公共點(diǎn)(x0,y0),該點(diǎn)在f(x),g(x)的圖象上,且在該點(diǎn)處的切線相同,從而可出f(x),g(x)在該點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)值相等,這樣便可得出關(guān)于x0的方程組,可整理得到x0﹣1=2lnx0,從而得出x0=1,帶入前面的式子又可以求出a,這樣便得出存在常數(shù)a,使兩曲線y=f(x),y=g(x)有公共點(diǎn),且在該點(diǎn)處的切線相同.
【解答】解:(1)a=1時(shí),h(x)=,;
解x2+2x﹣3=0得,x=﹣3,或1;
∴x∈(0,1)時(shí),h′(x)<0,x∈(1,+∞)時(shí),h′(x)>0;
∴h(x)的單調(diào)減區(qū)間為(0,1),增區(qū)間為[1,+∞);
(2)假設(shè)存在,設(shè)公共點(diǎn)為(x0,y0),則:;
∴f′(x)=x+2a,∴k=x0+2a;,∴;
∴;
∴;
將②代入①:3a+2ax0=6alnx0+5a;
∴x0﹣1=3lnx0;
x0=1,帶入②得,a=1;
∴存在常數(shù)a,使兩曲線y=f(x),y=g(x)有公共點(diǎn),且在該點(diǎn)處的切線相同,且a=1.
【點(diǎn)評】考查根據(jù)導(dǎo)數(shù)符號(hào)判斷函數(shù)單調(diào)性及求單調(diào)區(qū)間的方法,二次函數(shù)的符號(hào)和對應(yīng)一元二次方程根的關(guān)系,以及函數(shù)在切點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)和切線斜率的關(guān)系.
18.已知函數(shù)f(x)=x3﹣x2+x,g(x)=﹣(m﹣1)x,m∈R.
(Ⅰ)若f(x)在x=1取得極值,求曲線y=f(x)在點(diǎn)(2,f(2))處的切線方程;
(Ⅱ)若f(x)在區(qū)間(,+∞)上為增函數(shù),求m的取值范圍;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的條件下,求函數(shù)h(x)=f(x)﹣g(x)的單調(diào)區(qū)間和極值.
【分析】(Ⅰ)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),假設(shè)f(2),f′(2),求出切線方程即可;
(Ⅱ)問題轉(zhuǎn)化為在區(qū)間上恒成立,求出x+的最小值,解關(guān)于m的不等式即可求出m的范圍;
(Ⅲ)求出h(x)的導(dǎo)數(shù),得到h(x)的單調(diào)區(qū)間,從而求出函數(shù)的極值即可.
【解答】解:(Ⅰ)
f'(x)=x2﹣(m+1)x+1,又∵函數(shù)f(x)在x=1處取得極值,∴f'(1)=1﹣(m+1)+1=0,∴m=1,∴,f'(2)=1,∴曲線y=f(x)在(2,f(2))處的切線方程為:,即:3x﹣3y﹣4=0;
(Ⅱ)
f'(x)=x2﹣(m+1)x+1,∵f(x)在區(qū)間上為增函數(shù),∴x2﹣(m+1)x+1≥0,∴在區(qū)間上恒成立,∵當(dāng)時(shí),當(dāng)且僅當(dāng)x=1時(shí)取得最小值,∴m+1≤2,即m≤1;
(Ⅲ),∴h'(x)=x2﹣(m+1)x+m=(x﹣1)(x﹣m),令h'(x)=0,得x=m或x=1,當(dāng)m=1時(shí),h'(x)=(x﹣1)2≥0,∴h(x)在R上是增函數(shù),無極值,當(dāng)m<1時(shí),h(x),h'(x)隨x的變化情況如下表:
x
(﹣∞,m)
m
(m,1)
(1,+∞)
h'(x)
+
0
﹣
0
+
h(x)
↗
極大值
↘
極小值
↗
∴函數(shù)h(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為(﹣∞,m)和(1,+∞);單調(diào)遞減區(qū)間為(m,1),故當(dāng)x=m時(shí),函數(shù)h(x)取得極大值,極大值為;
當(dāng)x=1時(shí),函數(shù)h(x)取得極小值,極小值為.
【點(diǎn)評】本題考查了函數(shù)的單調(diào)性、最值、極值問題,考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用以及函數(shù)恒成立問題,是一道中檔題.
19.已知函數(shù)f(x)=ax2+1,g(x)=x3+bx,其中a>0,b>0.
(Ⅰ)若曲線y=f(x)與曲線y=g(x)在它們的交點(diǎn)P(2,m)處有相同的切線(P為切點(diǎn)),求a,b的值;
(Ⅱ)令h(x)=f(x)+g(x),若函數(shù)h(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為[﹣,﹣],(1)求函數(shù)h(x)在區(qū)間(﹣∞,﹣1]上的最大值t(a);
(2)若|h(x)|≤3在x∈[﹣2,0]上恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
【分析】(Ⅰ)根據(jù)曲線y=f(x)與曲線y=g(x)在它們的交點(diǎn)(2,m)處具有公共切線,可知切點(diǎn)處的函數(shù)值相等,切點(diǎn)處的斜率相等,故可求a、b的值;
(Ⅱ)(1)根據(jù)函數(shù)h(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為[﹣,﹣]得出a2=4b,構(gòu)建函數(shù)h(x)=f(x)+g(x)=x3+ax2+a2x+1,求導(dǎo)函數(shù),利用導(dǎo)數(shù)的正負(fù),可確定函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,進(jìn)而分類討論,確定函數(shù)在區(qū)間(﹣∞,﹣1]上的最大值.
(2)由(1)知,函數(shù)h(x)在(﹣∞,﹣)單調(diào)遞增,在(﹣,﹣)單調(diào)遞減,在(﹣,+∞)上單調(diào)遞增,從而得出其極大值、極小值,再根據(jù)|h(x)|≤3,在x∈[﹣2,0]上恒成立,建立關(guān)于a的不等關(guān)系,解得a的取值范圍即可.
【解答】解:(Ⅰ)f(x)=ax2+1(a>0),則f′(x)=2ax,k1=4a,g(x)=x3+bx,則f′(x)=3x2+b,k2=12+b,由(2,m)為公共切點(diǎn),可得:4a=12+b,又f(2)=4a+1,g(2)=8+2b,∴4a+1=8+2b,與4a=12+b聯(lián)立可得:a=,b=5.
(Ⅱ)由h(x)=f(x)+g(x)=x3+ax2+bx+1,則h′(x)=3x2+2ax+b,∵函數(shù)h(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為[﹣,﹣],∴當(dāng)x∈[﹣,﹣]時(shí),3x2+2ax+b≤0恒成立,此時(shí),x=﹣是方程3x2+2ax+b=0的一個(gè)根,得3()2+2a(﹣)+b=0,得a2=4b,∴h(x)=x3+ax2+a2x+1
令h′(x)=0,解得:x1=﹣,x2=﹣;
∵a>0,∴﹣<﹣,列表如下:
x
(﹣∞,﹣)
﹣
(﹣,﹣)
﹣
(﹣,+∞)
h′(x)
+
﹣
+
h(x)
極大值
極小值
∴原函數(shù)在(﹣∞,﹣)單調(diào)遞增,在(﹣,﹣)單調(diào)遞減,在(﹣,+∞)上單調(diào)遞增.
①若﹣1≤﹣,即a≤2時(shí),最大值為t(﹣1)=a﹣;
②若﹣<﹣1<﹣,即2<a<6時(shí),最大值為t(﹣)=1
③若﹣1≥﹣時(shí),即a≥6時(shí),最大值為t(﹣)=1.
綜上所述:當(dāng)a∈(0,2]時(shí),最大值為t(﹣1)=a﹣;
當(dāng)a∈(2,+∞)時(shí),最大值為t(﹣)=1.
(2)由(1)知,函數(shù)h(x)在(﹣∞,﹣)單調(diào)遞增,在(﹣,﹣)單調(diào)遞減,在(﹣,+∞)上單調(diào)遞增,故h(﹣)為極大值,h(﹣)=1;h(﹣)為極小值,h(﹣)=﹣+1;
∵|h(x)|≤3,在x∈[﹣2,0]上恒成立,又h(0)=1.
∴,即,解得,∴a的取值范圍:4﹣2≤a≤6.
【點(diǎn)評】本題考查導(dǎo)數(shù)知識(shí)的運(yùn)用,考查導(dǎo)數(shù)的幾何意義,考查函數(shù)的單調(diào)性與最值,解題的關(guān)鍵是正確求出導(dǎo)函數(shù)和應(yīng)用分類討論的方法,屬難題.
20.已知函數(shù)f(x)=ax2+1,g(x)=x3+bx,其中a>0,b>0.
(1)若曲線y=f(x)與曲線y=g(x)在它們的交點(diǎn)P(2,c)處有相同的切線(P為切點(diǎn)),求a,b的值;
(2)令h(x)=f(x)+g(x),若函數(shù)h(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為[﹣,﹣],求函數(shù)h(x)在區(qū)間(﹣∞,﹣1]上的最大值M(a)
【分析】(1)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),得到關(guān)于a,b的方程組,解出即可;
(2)求出h(x)的導(dǎo)數(shù),根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性得到x=﹣是方程3x2+2ax+b=0的一個(gè)根,求出a,b的關(guān)系,通過討論a的范圍,求出M(a)即可.
【解答】解:(1)由p(2,c)為公共切點(diǎn)可得:f(x)=ax2+1(a>0),則f′(x)=2ax,k1=4a,g(x)=x3+bx,則g′(x)=3x2+b,k2=12+b,又f(2)=4a+1,g(2)=8+2b,∴,解得:a=,b=5;
(2)h(x)=f(x)+g(x)=x3+ax2+bx+1,∴h′(x)=3x2+2ax+b,∵h(yuǎn)(x)的單調(diào)減區(qū)間為[﹣,﹣],∴x∈[﹣,﹣]時(shí),有3x2+2ax+b≤0恒成立,此時(shí)x=﹣是方程3x2+2ax+b=0的一個(gè)根,∴a2=4b,∴h(x)=x3+ax2+a2x+1,又∵h(yuǎn)(x)在(﹣∞,﹣)單調(diào)遞增,在(﹣,﹣)單調(diào)遞減,在(﹣,+∞)上單調(diào)遞增,若﹣1≤﹣,即a≤2時(shí),最大值為h(﹣1)=a﹣;
若﹣<﹣1<﹣,即2<a<6時(shí),最大值為h(﹣)=1;
若﹣1≥﹣,即a≥6時(shí),∵h(yuǎn)(﹣)=1,h(﹣1)=a﹣<h(﹣)=1,∴最大值為1,綜上,M(a)=.
【點(diǎn)評】本題考查了切線方程問題,考查函數(shù)的單調(diào)性、最值問題,考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用,是一道綜合題.
21.已知函數(shù)f(x)=ax2+1,g(x)=x3+bx,其中a>0,b>0.
(1)若曲線y=f(x)與曲線y=g(x)在它們的交點(diǎn)p(2,c)處有相同的切線(p為切點(diǎn)),求實(shí)數(shù)a,b的值.
(2)令h(x)=f(x)+g(x),若函數(shù)h(x)的單調(diào)減區(qū)間為[﹣,﹣];
①求函數(shù)h(x)在區(qū)間(﹣∞,﹣1]上的最大值M(a).
②若|h(x)|≤3在x∈[﹣2,0]上恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
【分析】(1)根據(jù)曲線y=f(x)與曲線y=g(x)在它們的交點(diǎn)(2,c)處具有公共切線,可知切點(diǎn)處的函數(shù)值相等,切點(diǎn)處的斜率相等,故可求a、b的值;
(2)①根據(jù)函數(shù)h(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為[﹣,﹣]得出a2=4b,構(gòu)建函數(shù)h(x)=f(x)+g(x)=x3+ax2+a2x+1,求導(dǎo)函數(shù),利用導(dǎo)數(shù)的正負(fù),可確定函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,進(jìn)而分類討論,確定函數(shù)在區(qū)間(﹣∞,﹣1)上的最大值.
②由①知,函數(shù)h(x)在(﹣∞,﹣)單調(diào)遞增,在(﹣,﹣)單調(diào)遞減,在(﹣,+∞)上單調(diào)遞增,從而得出其極大值、極小值,再根據(jù)|h(x)|≤3,在x∈[﹣2,0]上恒成立,建立關(guān)于a的不等關(guān)系,解得a的取值范圍即可.
【解答】解:(1)f(x)=ax2+1(a>0),則f′(x)=2ax,k1=4a,g(x)=x3+bx,則f′(x)=3x2+b,k2=12+b,由(2,c)為公共切點(diǎn),可得:4a=12+b;
又f(2)=4a+1,g(2)=8+2b,∴4a+1=8+2b,與4a=12+b聯(lián)立可得:a=,b=5;
(2)①由h(x)=f(x)+g(x)=x3+ax2+bx+1,則h′(x)=3x2+2ax+b,因函數(shù)h(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為[﹣,﹣],∴當(dāng)x∈[﹣,﹣]時(shí),3x2+2ax+b≤0恒成立,此時(shí),x=﹣是方程3x2+2ax+b=0的一個(gè)根,得3(﹣)2+2a(﹣)+b=0,得a2=4b,∴h(x)=x3+ax2+a2x+1;
令h′(x)=0,解得:x1=﹣,x2=﹣;
∵a>0,∴﹣<﹣,列表如下:
x
(﹣∞,﹣)
﹣
(﹣,﹣)
﹣
(﹣,+∞)
h′(x)
+
﹣
+
h(x)
極大值
極小值
∴原函數(shù)在(﹣∞,﹣)單調(diào)遞增,在(﹣,﹣)單調(diào)遞減,在(﹣,+∞)上單調(diào)遞增;
若﹣1≤﹣,即a≤2時(shí),最大值為h(﹣1)=a﹣;
若﹣<﹣1<﹣,即2<a<6時(shí),最大值為h(﹣)=1;
若﹣1≥﹣時(shí),即a≥6時(shí),最大值為h(﹣)=1.
綜上所述:當(dāng)a∈(0,2]時(shí),最大值為h(﹣1)=a﹣;當(dāng)a∈(2,+∞)時(shí),最大值為h(﹣)=1.
②由①知,函數(shù)h(x)在(﹣∞,﹣)單調(diào)遞增,在(﹣,﹣)單調(diào)遞減,在(﹣,+∞)上單調(diào)遞增;
故h(﹣)為極大值,h(﹣)=1;h(﹣)為極小值,h(﹣)=﹣+1;
∵|h(x)|≤3,在x∈[﹣2,0]上恒成立,又h(0)=1.
∴,∴a的取值范圍:4﹣2≤a≤6.
【點(diǎn)評】本題考查導(dǎo)數(shù)知識(shí)的運(yùn)用,考查導(dǎo)數(shù)的幾何意義,考查函數(shù)的單調(diào)性與最值,解題的關(guān)鍵是正確求出導(dǎo)函數(shù)和應(yīng)用分類討論的方法.
22.已知函數(shù)f(x)=ex+x2﹣x,g(x)=x2+ax+b,a,b∈R.
(1)當(dāng)a=1時(shí),求函數(shù)F(x)=f(x)﹣g(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)若曲線y=f(x)在點(diǎn)(0,1)處的切線l與曲線y=g(x)切于點(diǎn)(1,c),求a,b,c的值;
(3)若f(x)≥g(x)恒成立,求a+b的最大值.
【分析】(Ⅰ)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),解關(guān)于導(dǎo)函數(shù)的不等式,求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間即可;
(Ⅱ)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),根據(jù)切線方程求出a,b,c的值即可;
(Ⅲ)設(shè)h(x)=f(x)﹣g(x),求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),通過討論a的范圍,問題轉(zhuǎn)化為b≤(a+1)﹣(a+1)ln(a+1),得到a+b≤2(a+1)﹣(a+1)ln(a+1)﹣1,令G(x)=2x﹣xlnx﹣1,x>0,根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性求出a+b的最大值即可.
【解答】解:(Ⅰ)F(x)=ex﹣2x﹣b,則F'(x)=ex﹣2.
令F'(x)=ex﹣2>0,得x>ln2,所以F(x)在(ln2,+∞)上單調(diào)遞增.
令F'(x)=ex﹣2<0,得x<ln2,所以F(x)在(﹣∞,ln2)上單調(diào)遞減.…(4分)
(Ⅱ)因?yàn)閒'(x)=ex+2x﹣1,所以f'(0)=0,所以l的方程為y=1.
依題意,c=1.
于是l與拋物線g(x)=x2﹣2x+b切于點(diǎn)(1,1),由12﹣2+b=1得b=2.
所以a=﹣2,b=2,c=1.…(8分)
(Ⅲ)設(shè)h(x)=f(x)﹣g(x)=ex﹣(a+1)x﹣b,則h(x)≥0恒成立.
易得h'(x)=ex﹣(a+1).
(1)當(dāng)a+1≤0時(shí),因?yàn)閔'(x)>0,所以此時(shí)h(x)在(﹣∞,+∞)上單調(diào)遞增.
①若a+1=0,則當(dāng)b≤0時(shí)滿足條件,此時(shí)a+b≤﹣1;
②若a+1<0,取x0<0且,此時(shí),所以h(x)≥0不恒成立.
不滿足條件;
(2)當(dāng)a+1>0時(shí),令h'(x)=0,得x=ln(a+1).由h'(x)>0,得x>ln(a+1);
由h'(x)<0,得x<ln(a+1).
所以h(x)在(﹣∞,ln(a+1))上單調(diào)遞減,在(ln(a+1),+∞)上單調(diào)遞增.
要使得“h(x)=ex﹣(a+1)x﹣b≥0恒成立”,必須有:
“當(dāng)x=ln(a+1)時(shí),h(x)min=(a+1)﹣(a+1)ln(a+1)﹣b≥0”成立.
所以b≤(a+1)﹣(a+1)ln(a+1).則a+b≤2(a+1)﹣(a+1)ln(a+1)﹣1.
令G(x)=2x﹣xlnx﹣1,x>0,則G'(x)=1﹣lnx.
令G'(x)=0,得x=e.由G'(x)>0,得0<x<e;
由G'(x)<0,得x>e.所以G(x)在(0,e)上單調(diào)遞增,在(e,+∞)上單調(diào)遞減,所以,當(dāng)x=e時(shí),G(x)max=e﹣1.
從而,當(dāng)a=e﹣1,b=0時(shí),a+b的最大值為e﹣1.
綜上,a+b的最大值為e﹣1.…(14分)
【點(diǎn)評】本題考查了函數(shù)的單調(diào)性、最值問題,考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用以及分類討論思想,轉(zhuǎn)化思想,是一道綜合題.
23.函數(shù)y=lnx關(guān)于直線x=1對稱的函數(shù)為f(x),又函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)為g(x),記h(x)=f(x)+g(x).
(1)設(shè)曲線y=h(x)在點(diǎn)(1,h(1))處的切線為l,l與圓(x+1)2+y2=1相切,求a的值;
(2)求函數(shù)h(x)的單調(diào)區(qū)間;
(3)求函數(shù)h(x)在[0,1]上的最大值.
【分析】(1)先求過(1,h(1))點(diǎn)的切線方程,根據(jù)l與圓(x+1)2+y2=1相切,利用點(diǎn)線距離等于半徑可求a的值;
(2)先求導(dǎo)函數(shù),結(jié)合函數(shù)的定義域,利用導(dǎo)數(shù)大于0的函數(shù)的單調(diào)增區(qū)間,導(dǎo)數(shù)小于0得函數(shù)的單調(diào)減區(qū)間
(3)根據(jù)(2)中函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,結(jié)合區(qū)間[0,1]進(jìn)行分類討論,從而可求h(x)的最大值.
【解答】解:(1)由題意得f(x)=ln(2﹣x),g(x)=ax,∴h(x)=ln(2﹣x)+ax.
∴,過(1,h(1))點(diǎn)的直線的斜率為a﹣1,∴過(1,h(1))點(diǎn)的直線方程為y﹣a=(a﹣1)(x﹣1).
又已知圓心為(﹣1,0),半徑為1,由題意得,解得a=1.
(2).
∵a>0,∴.
令h′(x)>0,∴;
令h′(x)<0,∴,所以,是h(x)的增區(qū)間,是h(x)的減區(qū)間.
(3)①當(dāng),即時(shí),h(x)在[0,1]上是減函數(shù),∴h(x)的最大值為h(0)=ln2.
②當(dāng),即時(shí),h(x)在上是增函數(shù),在上是減函數(shù),∴當(dāng)時(shí),h(x)的最大值為.
③當(dāng),即a≥1時(shí),h(x)在[0,1]上是增函數(shù),∴h(x)的最大值為h(1)=a.
綜上,當(dāng)時(shí),h(x)的最大值為ln2;
當(dāng)時(shí),h(x)的最大值為2a﹣1﹣lna;
當(dāng)a≥1時(shí),h(x)的最大值為a.
【點(diǎn)評】本題以函數(shù)為載體,考查導(dǎo)數(shù)的幾何意義,考查利用導(dǎo)數(shù)求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間與最值,分類討論是解題的關(guān)鍵與難點(diǎn).
24.(文)已知函數(shù)f(x)=lnx與g(x)=kx+b(k,b∈R)的圖象交于P,Q兩點(diǎn),曲線y=f(x)在P,Q兩點(diǎn)處的切線交于點(diǎn)A.
(1)當(dāng)k=e,b=﹣3時(shí),求函數(shù)h(x)=f(x)﹣g(x)的單調(diào)區(qū)間;(e為自然常數(shù))
(2)若A(,),求實(shí)數(shù)k,b的值.
【分析】(1)構(gòu)建新函數(shù),求導(dǎo)函數(shù),利用導(dǎo)數(shù)確定函數(shù)的單調(diào)性,從而可求函數(shù)的最大值;
(2)先求出切線方程,代入A的坐標(biāo),進(jìn)而求出P,Q的坐標(biāo),即可求實(shí)數(shù)k,b的值.
【解答】解:(1)設(shè)h(x)=f(x)﹣g(x)=lnx﹣ex+3(x>0),則h(x)=﹣e當(dāng)0<x<時(shí),h′(x)>0,此時(shí)函數(shù)h(x)為增函數(shù);
當(dāng)x>時(shí),h′(x)<0,此時(shí)函數(shù)h(x)為減函數(shù).
所以函數(shù)h(x)的增區(qū)間為(0,),減區(qū)間為(,+∞).
(2)設(shè)過點(diǎn)A的直線l與函數(shù)f(x)=lnx切于點(diǎn)(x0,lnx0),則其斜率k=,故切線l:y﹣lnx0=(x﹣x0),將點(diǎn)A代入直線l方程得:﹣lnx0=(﹣x0),即lnx0+﹣1=0,設(shè)v(x)=lnx+﹣1,則v′(x)=(x﹣),當(dāng)0<x<時(shí),v′(x)<0,函數(shù)v(x)為減函數(shù);
當(dāng)x>時(shí),v′(x)>0,函數(shù)v(x)為增函數(shù).
故方程v(x)=0至多有兩個(gè)實(shí)根,又v(1)=v(e)=0,所以方程v(x)=0的兩個(gè)實(shí)根為1和e,故P(1,0),Q(e,1),所以k=,b=為所求.
【點(diǎn)評】本題考查導(dǎo)數(shù)知識(shí)的運(yùn)用,考查函數(shù)的單調(diào)性與最值,考查導(dǎo)數(shù)的幾何意義,解題的關(guān)鍵是構(gòu)建函數(shù),正確運(yùn)用導(dǎo)數(shù)知識(shí).
25.已知函數(shù)f(x)=x3﹣3ax+e,g(x)=1﹣lnx,其中e為自然對數(shù)的底數(shù).
(Ⅰ)當(dāng)時(shí),求曲線y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線方程;
(Ⅱ)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(Ⅲ)用max{m,n}表示m,n中的較大者,記函數(shù)h(x)=max{f(x),g(x)}(x>0).若函數(shù)h(x)在(0,+∞)內(nèi)恰有2個(gè)零點(diǎn),求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
【分析】(I)根據(jù)導(dǎo)數(shù)求出切線斜率,根據(jù)點(diǎn)斜式方程得出切線方程;
(II)討論a的范圍,令f′(x)>0得出增區(qū)間,令f′(x)<0得出減區(qū)間;
(III)通過討論a的范圍求出函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間,結(jié)合函數(shù)的單調(diào)性以及函數(shù)的零點(diǎn)個(gè)數(shù)確定a的范圍即可.
【解答】解:(Ⅰ)當(dāng)a=時(shí),f(x)=x3﹣x+e,∴f'(x)=3x2﹣1.
∵f(1)=e,f′(1)=2,∴曲線y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線方程為y﹣e=2(x﹣1),即2x﹣y﹣2+e=0.
(Ⅱ)f'(x)=3x2﹣3a.
(1)當(dāng)a≤0時(shí),f'(x)≥0,∴函數(shù)在(﹣∞,+∞)內(nèi)單調(diào)遞增.
(2)當(dāng)a>0時(shí),令f′(x)=0,解得x=﹣或x=.
由f′(x)>0,解得x<﹣或,由f′(x)<0,解得,∴函數(shù)f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為和,單調(diào)遞減區(qū)間為.
(Ⅲ)∵函數(shù)g(x)的定義域?yàn)椋?,+∞),∴.
∴函數(shù)g(x)在(0,+∞)內(nèi)單調(diào)遞減.
(1)當(dāng)x∈(0,e)時(shí),g(x)>g(e)=0,依題意,h(x)≥g(x)>0,不滿足條件;
(2)當(dāng)x=e時(shí),g(e)=0,f(e)=e3﹣3ae+e,①若f(e)=e3﹣3ae+e≤0,即a≥,則e是h(x)的一個(gè)零點(diǎn);
②若f(e)=e3﹣3ae+e>0,即a<,則e不是h(x)的零點(diǎn);
(3)當(dāng)x∈(e,+∞)時(shí),g(x)<0,所以此時(shí)只需考慮函數(shù)f(x)在(e,+∞)上零點(diǎn)的情況.
f'(x)=3x2﹣3a>3e2﹣3a,①當(dāng)a≤e2時(shí),f'(x)>0,f(x)在(e,+∞)上單調(diào)遞增.
又f(e)=e3﹣3ae+e,(i)當(dāng)a≤時(shí),f(e)≥0,f(x)在(e,+∞)上無零點(diǎn);
(ii)當(dāng)<a≤e2時(shí),f(e)<0,又f(2e)=8e3﹣6ae+e≥8e3﹣6e3+e>0,所以此時(shí)f(x)在(e,+∞)上恰有一個(gè)零點(diǎn);
②當(dāng)a>e2時(shí),令f'(x)=0,得x=±.
由f'(x)<0,得e<x<;
由f'(x)>0,得x>;
所以f(x)在(e,)上單調(diào)遞減,在(,+∞)上單調(diào)遞增.
因?yàn)閒(e)=e3﹣3ae+e<e3﹣3e3+e<0,f(2a)=8a3﹣6a2+e>8a2﹣6a2+e=2a2+e>0,所以此時(shí)f(x)在(e,+∞)上恰有一個(gè)零點(diǎn);
綜上,a>,故實(shí)數(shù)a的取值范圍是.
【點(diǎn)評】本題考查了函數(shù)的單調(diào)性、最值問題,考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用以及分類討論思想,轉(zhuǎn)化思想,是一道綜合題.
26.設(shè)a∈R,函數(shù)f(x)=alnx﹣x.
(1)若f(x)無零點(diǎn),求實(shí)數(shù)a的取值范圍;
(2)當(dāng)a=1時(shí),關(guān)于x的方程2x﹣f(x)=x2+b在[,2]上恰有兩個(gè)不相等的實(shí)數(shù)根,求實(shí)數(shù)b的取值范圍.;
(3)求證:當(dāng)n≥2,n∈N*時(shí)(1+)(1+)…(1+)<e.
【分析】(1)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),通過討論a的范圍,求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,確定滿足條件的a的范圍即可;
(2)令g(x)=x2﹣3x+lnx+b,(x∈[,2]),結(jié)合二次函數(shù)的性質(zhì)以及函數(shù)的單調(diào)性求出b的范圍即可;
(3)根據(jù)x>1時(shí),lnx<x﹣1,令x=1+(n≥2,n∈N*),累加即可證明.
【解答】解:(1)f(x)的定義域是(0,+∞),f′(x)=﹣1=,當(dāng)a<0時(shí),f′(x)<0,f(x)在(0,+∞)遞減,x→0時(shí),f(x)→+∞,而f(1)=﹣1,故a<0時(shí),f(x)存在零點(diǎn),a=0時(shí),f(x)=﹣x,(x>0),顯然無零點(diǎn),a>0時(shí),令f′(x)=0,解得:x=a,故f(x)在(0,a)遞增,在(a,+∞)遞減,故f(x)max=f(a)=a(lna﹣1),若f(x)無零點(diǎn),只需a(lna﹣1)<0,解得:a<e,綜上,0≤a<e時(shí),f(x)無零點(diǎn);
(2)a=1時(shí),f(x)=lnx﹣x,關(guān)于x的方程2x﹣f(x)=x2+b化為x2﹣3x+lnx+b=0,令g(x)=x2﹣3x+lnx+b,(x∈[,2]),∴g′(x)=2x﹣3+=,令g′(x)=0,解得x=或1,令g′(x)>0,解得1<x≤2,此時(shí)函數(shù)g(x)單調(diào)遞增,令g′(x)<0,解得≤x<1,此時(shí)函數(shù)g(x)單調(diào)遞減,∵關(guān)于x的方程2x﹣f(x)=x2+b在[,2]上恰有兩個(gè)不相等的實(shí)數(shù)根,則,即,解得:+ln2≤b<2,∴實(shí)數(shù)b的取值范圍是[+ln2,2)
證明(3)當(dāng)a=1時(shí),f(x)=lnx﹣x,而f(1)=﹣1,f(x)﹣f(1)=lnx﹣x﹣1,由y=lnx﹣x﹣1,得y′=,令y′=0,解得:x=1,故y=lnx﹣x﹣1在(0,1)遞增,在(1,+∞)遞減,故x=1時(shí),y最大,故f(x)﹣f(1)≤0,即lnx≤x﹣1,∴當(dāng)x>1時(shí),lnx<x﹣1,令x=1+(n≥2,n∈N*).
則ln(1+)≤依次取n=2,3,…,n.
累加求和可得ln(1+)+ln(1+)+…+ln(1+)<++…+,當(dāng)n≥2時(shí),<=﹣,∴++…+<++…+=1﹣+﹣+…+﹣=1﹣<1,∴l(xiāng)n(1+)+ln(1+)+…+ln(1+)<1=lne,∴當(dāng)n≥2,n∈N*時(shí)(1+)(1+)…(1+)<e.
【點(diǎn)評】本題考查了利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性極值與最值、“累加求和”、對數(shù)的運(yùn)算性質(zhì)、放縮、“裂項(xiàng)求和”等基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能方法,考查了等價(jià)問題轉(zhuǎn)化方法,考查了推理能力和計(jì)算能力,屬于難題.
27.已知函數(shù)f(x)=xlnx.
(1)求f(x)的單調(diào)區(qū)間與極值;
(2)若不等式對任意x∈[1,3]恒成立,求正實(shí)數(shù)λ的取值范圍.
【分析】(1)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),解關(guān)于導(dǎo)函數(shù)的不等式,求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,求出函數(shù)的極值即可;
(2)分離參數(shù),問題轉(zhuǎn)化為λ≤,令h(x)=,根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性求出正實(shí)數(shù)λ的取值范圍即可.
【解答】解:(1)∵f(x)=xlnx,∴f′(x)=1+lnx,定義域?yàn)椋?,+∞),又由f′(x)>0,解得:x>,f′(x)<0,解得:0<x<.
∴f(x)的單減區(qū)間為(0,),f(x)的單增區(qū)間為(,+∞),∴f(x)極小值=f()=﹣,無極大值.
(2)∵,故x2+x>0,將化簡可得:(x2+x>)ln(x2+x)≥λx?eλx,∴f(x2+x)≥f(eλx),∵x2+x≥2,eλx>e0=1,由(1)知f(x)在(,+∞)上單增,故x2+x)≥eλx,∴λx≤ln(x2+x),即λ≤.
令h(x)=,則h′(x)=,令k(x)=﹣ln(x2+x),則k′(x)=?<0,∴k(x)在[1,3]上單減,而k(1)=﹣ln>0,k(3)=﹣ln<0,∴?x0∈(1,3),使得k(x0)=0且在(1,x0)上,k(x)>0,h′(x)>0,h(x)單增,在(x0,3)上,k(x)<0,h′(x)<0,h(x)單減.
∴h(x)min=h(1)或h(3),而h(1)=ln>h(3)==ln,∴λ≤ln.
【點(diǎn)評】本題考查了函數(shù)的單調(diào)性,極值問題,考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用以及函數(shù)恒成立問題,是一道綜合題.
28.已知函數(shù)(a∈R).
(1)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)當(dāng)函數(shù)f(x)與函數(shù)g(x)=lnx圖象的公切線l經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí),求實(shí)數(shù)a的取值集合;
(3)證明:當(dāng)a∈(0,)時(shí),函數(shù)h(x)=f(x)﹣ax有兩個(gè)零點(diǎn)x1,x2,且滿足.
【分析】(1)問利用導(dǎo)數(shù)求解單調(diào)性.
(2)問先求出公切線l的方程,再探討a的取值范圍.
(3)問先利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)h(x)的單調(diào)性,證明零點(diǎn)個(gè)數(shù).再使用函數(shù)思想,構(gòu)造函數(shù),利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)單調(diào)性解決不等式問題.
【解答】解:(1)對求導(dǎo),得,令f′(x)=0,解得x=e1﹣a,當(dāng)x∈(0,e1﹣a)時(shí),f′(x)>0,f(x)單調(diào)遞增.
當(dāng)x∈(e1﹣a,+∞)時(shí),f′(x)<0,f(x)單調(diào)遞減.
(2)設(shè)公切線l與函數(shù)g(x)=lnx的切點(diǎn)為(x0,y0),則公切線l的斜率k=g′(x0)=,公切線l的方程為:,將原點(diǎn)坐標(biāo)(0,0)代入,得y0=1,解得x0=e.
公切線l的方程為:,將它與聯(lián)立,整理得.
令,對之求導(dǎo)得:,令m′(x)=0,解得.
當(dāng)時(shí),m′(x)<0,m(x)單調(diào)遞減,值域?yàn)?,?dāng)時(shí),m′(x)>0,m(x)單調(diào)遞增,值域?yàn)?,由于直線l與函數(shù)f(x)相切,即只有一個(gè)公共點(diǎn),因此.
故實(shí)數(shù)a的取值集合為{}.
(3)證明:,要證h(x)有兩個(gè)零點(diǎn),只要證k(x)=ax2﹣lnx﹣a有兩個(gè)零點(diǎn)即可.k(1)=0,即x=1時(shí)函數(shù)k(x)的一個(gè)零點(diǎn).
對k(x)求導(dǎo)得:,令k′(x)=0,解得
.當(dāng)時(shí),k′(x)>0,k(x)單調(diào)遞增;
當(dāng)0<x<時(shí),k′(x)<0,k(x)單調(diào)遞減.當(dāng)x=時(shí),k(x)取最小值,k(x)=ax2﹣lnx﹣a>ax2﹣(x﹣1)﹣a=ax2﹣x+1﹣a>ax2﹣x+,必定存在使得二次函數(shù),即k(x0)>u(x0)>0.因此在區(qū)間上必定存在k(x)的一個(gè)零點(diǎn).
綜上所述,h(x)有兩個(gè)零點(diǎn),一個(gè)是x=1,另一個(gè)在區(qū)間上.
下面證明.
由上面步驟知h(x)有兩個(gè)零點(diǎn),一個(gè)是x=1,另一個(gè)在區(qū)間上.
不妨設(shè)x1=1,x2>則,下面證明即可.
令,對之求導(dǎo)得,故v(a)在定義域內(nèi)單調(diào)遞減,即.
證明完畢.
【點(diǎn)評】本題考察知識(shí)點(diǎn)眾多,利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)單調(diào)性,切線與導(dǎo)數(shù)的關(guān)系,利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的零點(diǎn)個(gè)數(shù),利用導(dǎo)數(shù)構(gòu)造函數(shù)來證明不等式,對學(xué)生的思維能力和思維品質(zhì)要求極高,屬于難題.
29.已知函數(shù)f(x)=.
(1)若對任意x>0,f(x)<0恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍;
(2)若函數(shù)f(x)有兩個(gè)不同的零點(diǎn)x1,x2(x1<x2),證明:+>2.
【分析】(1)求出導(dǎo)函數(shù),根據(jù)導(dǎo)函數(shù)判斷函數(shù)的單調(diào)性,得出函數(shù)的最值,進(jìn)而求出a的范圍;
(2)求出導(dǎo)函數(shù),根據(jù)極值點(diǎn)判斷函數(shù)的零點(diǎn)位置,對零點(diǎn)分類討論,構(gòu)造函數(shù),利用放縮法,均值定理證明結(jié)論成立.
【解答】解:(1)f(x)==+a+.
f''(x)=﹣,∴f(x)在(0,l)上遞增,(1,+∞)上遞減,∴f(x)≤f(1)=a+1,∴a+1<0,∴a<﹣1;
(2)證明:由(1)知,兩個(gè)不同零點(diǎn)x1∈(0,1),x2∈(1,+∞),若x2∈(1,2),則2﹣x2∈(0,1),設(shè)g(x)=f(x)﹣f(2﹣x)=+﹣﹣,則當(dāng)x∈(0,1)時(shí),g'(x)=﹣﹣>﹣﹣=﹣>0,∴g(x)在(0,1)上遞增,∴g(x)<g(1)=0,∴f(x)<f(2﹣x),∴f(2﹣x1)>f(x1)=f(x2),∴(2﹣x1)<x2,∴2<x1+x2,若x2∈(2,+∞),可知2<x1+x2,顯然成立,又+x2≥2=2x1,同理可得+x1≥2x2,以上兩式相加得:++x1+x2≥2(x1+x2),故:+≥(x1+x2)>2.
【點(diǎn)評】本題考查了導(dǎo)函數(shù)的應(yīng)用,最值問題的轉(zhuǎn)化思想,難點(diǎn)是對參數(shù)的分類討論和均值定理的應(yīng)用.
30.已知a為常數(shù),函數(shù)f(x)=x2+ax﹣lnx,g(x)=ex(其中e是自然數(shù)對數(shù)的底數(shù)).
(1)過坐標(biāo)原點(diǎn)O作曲線y=f(x)的切線,設(shè)切點(diǎn)P(x0,y0)為,求x0的值;
(2)令,若函數(shù)F(x)在區(qū)間(0,1]上是單調(diào)函數(shù),求a的取值范圍.
【分析】(1)先對函數(shù)求導(dǎo),f′(x)=2x+a﹣,可得切線的斜率k=2x0+a﹣==,即x02+lnx0﹣1=0,由x0=1是方程的解,且y=x2+lnx﹣1在(0,+∞)上是增函數(shù),可證
(2)由F(x)==,求出函數(shù)F(x)的導(dǎo)數(shù),通過研究2﹣a的正負(fù)可判斷h(x)的單調(diào)性,進(jìn)而可得函數(shù)F(x)的單調(diào)性,可求a的范圍.
【解答】解:(1)f′(x)=2x+a﹣(x>0),過切點(diǎn)P(x0,y0)的切線的斜率k=2x0+a﹣==,整理得x02+lnx0﹣1=0,顯然,x0=1是這個(gè)方程的解,又因?yàn)閥=x2+lnx﹣1在(0,+∞)上是增函數(shù),所以方程x2+lnx﹣1=0有唯一實(shí)數(shù)解.故x0=1;
(2)F(x)==,F(xiàn)′(x)=,設(shè)h(x)=﹣x2+(2﹣a)x+a﹣+lnx,則h′(x)=﹣2x+++2﹣a,易知h'(x)在(0,1]上是減函數(shù),從而h'(x)≥h'(1)=2﹣a;
①當(dāng)2﹣a≥0,即a≤2時(shí),h'(x)≥0,h(x)在區(qū)間(0,1)上是增函數(shù).
∵h(yuǎn)(1)=0,∴h(x)≤0在(0,1]上恒成立,即F'(x)≤0在(0,1]上恒成立.
∴F(x)在區(qū)間(0,1]上是減函數(shù).
所以,a≤2滿足題意;
②當(dāng)2﹣a<0,即a>2時(shí),設(shè)函數(shù)h'(x)的唯一零點(diǎn)為x0,則h(x)在(0,x0)上遞增,在(x0,1)上遞減;
又∵h(yuǎn)(1)=0,∴h(x0)>0.
又∵h(yuǎn)(e﹣a)=﹣e﹣2a+(2﹣a)e﹣a+a﹣ea+lne﹣a<0,∴h(x)在(0,1)內(nèi)有唯一一個(gè)零點(diǎn)x',當(dāng)x∈(0,x')時(shí),h(x)<0,當(dāng)x∈(x',1)時(shí),h(x)>0.
從而F(x)在(0,x')遞減,在(x',1)遞增,與在區(qū)間(0,1]上是單調(diào)函數(shù)矛盾.
∴a>2不合題意.
綜合①②得,a≤2.
【點(diǎn)評】考查學(xué)生利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)能力,函數(shù)單調(diào)性的判定,以及導(dǎo)數(shù)的運(yùn)算,試題具有一定的綜合性.
31.設(shè)函數(shù),m∈R.
(1)當(dāng)m=e(e為自然對數(shù)的底數(shù))時(shí),求f(x)的最小值;
(2)討論函數(shù)零點(diǎn)的個(gè)數(shù).
【分析】(1)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),解關(guān)于導(dǎo)函數(shù)的不等式,求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,從而求出函數(shù)的最小值即可;
(2)令g(x)=0,得到;設(shè),通過討論m的范圍根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性集合函數(shù)的草圖求出函數(shù)的零點(diǎn)個(gè)數(shù)即可.
【解答】解:(1)當(dāng)m=e時(shí),∴
當(dāng)x∈(0,e)時(shí),f′(x)<0,f(x)在x∈(0,e)上是減函數(shù);
當(dāng)x∈(e,+∞)時(shí),f′(x)>0,f(x)在x∈(e,+∞)上是增函;
∴當(dāng)x=e時(shí),f(x)取最小值.
(2)∵函數(shù),令g(x)=0,得;
設(shè),則φ′(x)=﹣x2+1=﹣(x﹣1)(x+1)
當(dāng)x∈(0,1)時(shí),φ′(x)>0,φ(x)在x∈(0,1)上是增函數(shù);
當(dāng)x∈(1,+∞)時(shí),φ′(x)<0,φ(x)在x∈(1,+∞)上是減函數(shù);
當(dāng)x=1是φ(x)的極值點(diǎn),且是唯一極大值點(diǎn),∴x=1是φ(x)的最大值點(diǎn);
∴φ(x)的最大值為,又φ(0)=0結(jié)合y=φ(x)的圖象,可知:①當(dāng)時(shí),函數(shù)g(x)無零點(diǎn);
②當(dāng)時(shí),函數(shù)g(x)有且只有一個(gè)零點(diǎn);
③當(dāng)時(shí),函數(shù)g(x)有兩個(gè)零點(diǎn);
④當(dāng)m≤0時(shí),函數(shù)g(x)有且只有一個(gè)零點(diǎn);
綜上:當(dāng)時(shí),函數(shù)g(x)無零點(diǎn);
當(dāng)或m≤0時(shí),函數(shù)g(x)有且只有一個(gè)零點(diǎn);
當(dāng)時(shí),函數(shù)g(x)有且只有兩個(gè)零點(diǎn);
【點(diǎn)評】本題考查了函數(shù)的單調(diào)性、最值問題,考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用以及分類討論思想,考查函數(shù)的零點(diǎn)個(gè)數(shù)問題,是一道中檔題.
32.已知函數(shù)f(x)=lnx﹣.
(1)若a=4,求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)若函數(shù)f(x)在區(qū)間(0,1]內(nèi)單調(diào)遞增,求實(shí)數(shù)a的取值范圍;
(3)若x1、x2∈R+,且x1≤x2,求證:(lnx1﹣lnx2)(x1+2x2)≤3(x1﹣x2).
【分析】(1)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),解關(guān)于導(dǎo)函數(shù)的不等式,求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間即可;
(2)問題轉(zhuǎn)化為3a≤+x+4恒成立,根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性求出a的范圍即可;
(3)問題轉(zhuǎn)化為ln≤=成立即可,令t=∈(0,1),故只要lnt﹣≤0即可,根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性證明即可.
【解答】解:(1)f(x)的定義域是(0,+∞),f′(x)=﹣=,a=4時(shí),f′(x)=,由f′(x)>0,解得:0<x<4﹣2或x>4+2,由f′(x)<0,解得:4﹣2<x<4+2,故f(x)在(0,4﹣2)遞增,在(4﹣2,4+2)遞減,在(4+2,+∞)遞增;
(2)由(1)得:f′(x)=,若函數(shù)f(x)在區(qū)間(0,1]遞增,則有x2+(4﹣3a)x+4≥0在(0,1]內(nèi)恒成立,即3a≤+x+4恒成立,又函數(shù)y=+x+4在x=1時(shí)取得最小值9,故a≤3;
(3)證明:當(dāng)x1=x2時(shí),不等式顯然成立,當(dāng)x1≠x2時(shí),∵x1,x2∈R+,∴要原不等式成立,只要ln≤=成立即可,令t=∈(0,1),故只要lnt﹣≤0即可,由(2)可知函數(shù)f(x)在(0,1]遞增,故f(x)<f(1)=0,故lnt﹣≤0成立,故原不等式成立.
【點(diǎn)評】本題考查了函數(shù)的單調(diào)性、最值問題,考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用以及函數(shù)恒成立問題,考查不等式的證明,轉(zhuǎn)化思想,是一道綜合題.
33.設(shè)a>0,函數(shù)f(x)=x2﹣2ax﹣2alnx
(1)當(dāng)a=1時(shí),求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)若函數(shù)y=f(x)在區(qū)間(0,+∞)上有唯一零點(diǎn),試求a的值.
【分析】(1)求出a=1時(shí)f(x),利用導(dǎo)數(shù)f′(x)判斷f(x)的單調(diào)性,并求出單調(diào)區(qū)間;
(2)求f(x)的導(dǎo)數(shù)f′(x),利用導(dǎo)數(shù)判斷f(x)的單調(diào)性,求出最值,利用最值等于0,求出a的值.
【解答】解:(1)函數(shù)f(x)=x2﹣2ax﹣2alnx,當(dāng)a=1時(shí),f(x)=x2﹣2x﹣2lnx,(其中x>0);
∴f′(x)=2x﹣2﹣=,令f′(x)=0,即x2﹣x﹣1=0,解得x=或x=(小于0,應(yīng)舍去);
∴x∈(0,)時(shí),f′(x)<0,x∈(,+∞)時(shí),f′(x)>0;
∴f(x)的單調(diào)減區(qū)間是(0,),單調(diào)增區(qū)間是(,+∞);
(2)f(x)=x2﹣2ax﹣2alnx,則f′(x)=2x﹣2a﹣=,令f′(x)=0,得x2﹣ax﹣a=0,∵a>0,∴△=a2+4a>0,∴方程是解為x1=<0,x2=>0;
∴函數(shù)f(x)在(0,x2)上單調(diào)遞減,在(x2,+∞)上單調(diào)遞增,∴f(x)的大致圖象如圖所示,求f(x)min=f(x2),若函數(shù)y=f(x)在區(qū)間(0,+∞)上有唯一零點(diǎn),則f(x2)=0,而x2滿足x22=ax2+a
∴f(x2)=ax2+a﹣2ax2﹣2alnx2=a(x2+1﹣2x2﹣2lnx2)=0
得1﹣x2﹣2lnx2=0
∵g(x)=2lnx+x﹣1是單調(diào)增的,∴g(x)至多只有一個(gè)零點(diǎn),而g(1)=0,∴用x2=1代入x22﹣ax2﹣a=0,得1﹣a﹣a=0,即得a=.
【點(diǎn)評】本題考查了利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性,也考查了函數(shù)零點(diǎn)以及不等式的應(yīng)用問題,是較難的題目.
34.已知函數(shù).
(1)當(dāng)a=0時(shí),求曲線y=f(x)在(1,f(1))處的切線方程;
(2)令g(x)=f(x)﹣ax+1,求函數(shù)g(x)的極大值;
(3)若a=﹣2,正實(shí)數(shù)x1,x2滿足f(x1)+f(x2)+x1x2=0,證明:.
【分析】(1)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),計(jì)算f(1),f′(1)的值,從而求出切線方程即可;
(2)求導(dǎo)數(shù),然后通過研究不等式的解集確定原函數(shù)的單調(diào)性;求出函數(shù)的極大值即可;
(3)結(jié)合已知條件構(gòu)造函數(shù),然后結(jié)合函數(shù)單調(diào)性得到要證的結(jié)論.
【解答】解:(1)a=0時(shí),f(x)=lnx+x,f′(x)=+1,故f(1)=1,f′(1)=2,故切線方程是:y﹣1=2(x﹣1),整理得:2x﹣y﹣1=0;
(2)g(x)=f(x)﹣(ax﹣1)=lnx﹣ax2+(1﹣a)x+1,所以g′(x)=﹣ax+(1﹣a)=,當(dāng)a≤0時(shí),因?yàn)閤>0,所以g′(x)>0.
所以g(x)在(0,+∞)上是遞增函數(shù),當(dāng)a>0時(shí),g′(x)=,令g′(x)=0,得x=,所以當(dāng)x∈(0,)時(shí),g′(x)>0;當(dāng)x∈(,+∞)時(shí),g′(x)<0,因此函數(shù)g(x)在x∈(0,)是增函數(shù),在(,+∞)是減函數(shù).
綜上,當(dāng)a≤0時(shí),函數(shù)g(x)的遞增區(qū)間是(0,+∞),無遞減區(qū)間,無極大值;
當(dāng)a>0時(shí),函數(shù)g(x)的遞增區(qū)間是(0,),遞減區(qū)間是(,+∞);
故g(x)極大值=g()=﹣lna;
證明:(3)由f(x1)+f(x2)+x1x2=0,即lnx1+x12+x1+lnx2+x22+x2+x1x2=0,從而(x1+x2)2+(x1+x2)=x1x2﹣ln(x1x2),令t=x1x2,則由φ(t)=t﹣lnt,由x1>0,x2>0,即x1+x2>0.
φ′(t)=,(t>0),可知,φ(t)在區(qū)間(0,1)上單調(diào)遞減,在區(qū)間(1,+∞)上單調(diào)遞增.
所以φ(t)≥φ(1)=1,所以(x1+x2)2+(x1+x2)≥1,解得x1+x2≥或x1+x2≤,又因?yàn)閤1>0,x2>0,因此x1+x2≥成立.
【點(diǎn)評】本題難度較大,屬于利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性、最值,以及利用導(dǎo)數(shù)證明單調(diào)性進(jìn)一步研究不等式問題的題型.
35.已知函數(shù)f(x)=x﹣alnx,g(x)=﹣(a>0)
(1)若a=l,求f(x)的極值;
(2)若存在x0∈[1,e],使得f(x0)<g(x0)成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
【分析】(1)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),解關(guān)于導(dǎo)函數(shù)的不等式,求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,從而求出函數(shù)的極值即可;
(2)問題轉(zhuǎn)化為[f(x)﹣g(x)]min<0,(x∈[1,e])成立,設(shè)h(x)=f(x)﹣g(x)=x﹣alnx+,根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性求出a的范圍即可.
【解答】解:(1)a=1時(shí),f(x)=x﹣lnx,函數(shù)f(x)的定義域是(0,+∞),f′(x)=1﹣=,令f′(x)>0,解得:x>1,令f′(x)<0,解得:0<x<1,故f(x)在(0,1)遞減,在(1,+∞)遞增,故f(x)的極小值是f(1)=1,無極大值;
(2)存在x0∈[1,e],使得f(x0)<g(x0)成立,等價(jià)于[f(x)﹣g(x)]min<0,(x∈[1,e])成立,設(shè)h(x)=f(x)﹣g(x)=x﹣alnx+,則h′(x)=,令h′(x)=0,解得:x=﹣1(舍),x=1+a;
①當(dāng)1+a≥e,h(x)在[1,e]遞減,∴h(x)min=h(e)=e2﹣ea+1+a,令h(x)min<0,解得:a>;
②當(dāng)1+a<e時(shí),h(x)在(1,a+1)遞減,在(a+1,e)遞增,∴h(x)min=h(1+a)=a[1﹣ln(a+1)]+2>2與h(x)min<0矛盾,綜上,a>.
【點(diǎn)評】本題考查了函數(shù)的單調(diào)性、極值問題,考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用以及分類討論思想,是一道中檔題.
36.已知函數(shù)f(x)=alnx+x2+bx+1在點(diǎn)(1,f(1))處的切線方程為4x﹣y﹣12=0.
(1)求函數(shù)f(x)的解析式;
(2)求f(x)的單調(diào)區(qū)間和極值.
【分析】(1)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),計(jì)算f′(1),f(1),得到關(guān)于a,b的方程組,求出a,b的值,從而求出f(x)的解析式即可;
(2)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),解關(guān)于導(dǎo)函數(shù)的不等式,求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,從而求出函數(shù)的極值即可.
【解答】解:(1)求導(dǎo)f′(x)=+2x+b,由題意得:
f′(1)=4,f(1)=﹣8,則,解得,所以f(x)=12lnx+x2﹣10x+1;
(2)f(x)定義域?yàn)椋?,+∞),f′(x)=,令f′(x)>0,解得:x<2或x>3,所以f(x)在(0,2)遞增,在(2,3)遞減,在(3,+∞)遞增,故f(x)極大值=f(2)=12ln2﹣15,f(x)極小值=f(3)=12ln3﹣20.
【點(diǎn)評】本題考查了函數(shù)的單調(diào)性、極值問題,考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用,是一道中檔題.
37.已知函數(shù)f(x)=alnx+﹣(a+1)x,a∈R.
(Ⅰ)若函數(shù)f(x)在區(qū)間(1,3)上單調(diào)遞減,求a的取值范圍;
(Ⅱ)當(dāng)a=﹣1時(shí),證明f(x)≥.
【分析】(Ⅰ)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性求出a的范圍即可;
(Ⅱ)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),解關(guān)于導(dǎo)函數(shù)的不等式,求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,從而求出函數(shù)的最小值即可.
【解答】解:(I)函數(shù)的定義域?yàn)椋?,+∞).
因?yàn)椋?/p>
又因?yàn)楹瘮?shù)f(x)在(1,3)單調(diào)減,所以不等式(x﹣1)(x﹣a)≤0在(1,3)上成立.
設(shè)g(x)=(x﹣1)(x﹣a),則g(3)≤0,即9﹣3(a+1)+a≤0即可,解得a≥3.
所以a的取值范圍是[3,+∞).…(7分)
(Ⅱ)當(dāng)a=﹣1時(shí),f(x)=﹣lnx+,f′(x)=,令f'(x)=0,得x=1或x=﹣1(舍).
當(dāng)x變化時(shí),f(x),f'(x)變化情況如下表:
x
(0,1)
(1,+∞)
f'(x)
﹣
0
+
f(x)
↘
極小值
↗
所以x=1時(shí),函數(shù)f(x)的最小值為f(1)=,所以成立.…(13分)
【點(diǎn)評】本題考查了函數(shù)的單調(diào)性、最值問題,考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用以及轉(zhuǎn)化思想,是一道中檔題.
38.已知函數(shù)f(x)=x2﹣(a﹣2)x﹣alnx(a∈R).
(Ⅰ)求函數(shù)y=f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(Ⅱ)當(dāng)a=1時(shí),證明:對任意的x>0,f(x)+ex>x2+x+2.
【分析】(Ⅰ)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),通過討論a的范圍,求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間即可;
(Ⅱ)問題轉(zhuǎn)化為證明ex﹣lnx﹣2>0,設(shè)g(x)=ex﹣lnx﹣2,求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性證明即可.
【解答】解:(Ⅰ)函數(shù)f(x)的定義域是(0,+∞),f′(x)=2x﹣(a﹣2)﹣=…(2分)
當(dāng)a≤0時(shí),f′(x)>0對任意x∈(0,+∞)恒成立,所以,函數(shù)f(x)在區(qū)間(0,+∞)單調(diào)遞增;…(4分)
當(dāng)a>0時(shí),由f′(x)>0得x>,由f′(x)<0,得0<x<,所以,函數(shù)在區(qū)間(,+∞)上單調(diào)遞增,在區(qū)間(0,)上單調(diào)遞減;
(Ⅱ)當(dāng)a=1時(shí),f(x)=x2+x﹣lnx,要證明f(x)+ex>x2+x+2,只需證明ex﹣lnx﹣2>0,設(shè)g(x)=ex﹣lnx﹣2,則問題轉(zhuǎn)化為證明對任意的x>0,g(x)>0,令g′(x)=ex﹣=0,得ex=,容易知道該方程有唯一解,不妨設(shè)為x0,則x0滿足=,當(dāng)x變化時(shí),g′(x)和g(x)變化情況如下表
x
(0,x0)
x0
(x0,+∞)
g′(x)
﹣
0
+
g(x)
遞減
遞增
g(x)min=g(x0)=﹣lnx0﹣2=+x0﹣2,因?yàn)閤0>0,且x0≠1,所以g(x)min>2﹣2=0,因此不等式得證.
【點(diǎn)評】本題考查了函數(shù)的單調(diào)性、最值問題,考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用以及分類討論思想,是一道中檔題.
39.已知函數(shù)f(x)=xlnx.
(Ⅰ)求函數(shù)f(x)在[1,3]上的最小值;
(Ⅱ)若存在使不等式2f(x)≥﹣x2+ax﹣3成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
【分析】(Ⅰ)先求出函數(shù)的導(dǎo)函數(shù),研究出原函數(shù)在[1,3]上的單調(diào)性即可求出函數(shù)f(x)在[1,3]上的最小值;
(Ⅱ)先把不等式2f(x)≥﹣x2+ax﹣3成立轉(zhuǎn)化為a≤2lnx+x+成立,設(shè)h(x)=2lnx+x+(x>0),利用導(dǎo)函數(shù)求出h(x)在x∈[,e]上的最大值即可求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
【解答】解:(Ⅰ)由f(x)=xlnx,可得f'(x)=lnx+1,當(dāng)x∈(0,)時(shí),f'(x)<0,f(x)單調(diào)遞減;
當(dāng)x∈(,+∞)時(shí),f'(x)>0,f(x)單調(diào)遞增.
所以函數(shù)f(x)在[1,3]上單調(diào)遞增.
又f(1)=ln1=0,所以函數(shù)f(x)在[1,3]上的最小值為0.
(Ⅱ)由題意知,2xlnx≥﹣x2+ax﹣3,則a≤2lnx+x+.
若存在x∈[,e]使不等式2f(x)≥﹣x2+ax﹣3成立,只需a小于或等于2lnx+x+的最大值.
設(shè)h(x)=2lnx+x+(x>0),則h′(x)=+1﹣=.
當(dāng)x∈[,1)時(shí),h'(x)<0,h(x)單調(diào)遞減;
當(dāng)x∈(1,e]時(shí),h'(x)>0,h(x)單調(diào)遞增.
由h()=﹣2++3e,h(e)=2+e+,h()﹣h(e)=2e﹣﹣4>0,可得h()>h(e).
所以,當(dāng)x∈[,e]時(shí),h(x)的最大值為h()=﹣2++3e,故a≤﹣2++3e.
【點(diǎn)評】本題主要研究利用導(dǎo)數(shù)求閉區(qū)間上函數(shù)的最值以及函數(shù)恒成立問題.當(dāng)a≥h(x)恒成立時(shí),只需要求h(x)的最大值;當(dāng)a≤h(x)恒成立時(shí),只需要求h(x)的最小值.
40.已知函數(shù)f(x)=ax2﹣alnx+x.
(1)討論函數(shù)f(x)的單調(diào)性;
(2)若a<0,設(shè)g(x)=f(x)﹣x,h(x)=﹣2xlnx+2x,若對任意x1,x2∈[1,+∞)(x1≠x2),|g(x2)﹣g(x1)|≥|h(x2)﹣h(x1)|恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
【分析】(1)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),解關(guān)于導(dǎo)函數(shù)的方程,求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間即可;
(2)求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),令F(x)=g(x)﹣h(x)=ax2﹣alnx+2xlnx﹣2x,求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),令G(x)=ax﹣+2lnx,根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性求出a的范圍即可.
【解答】解:(1),令t(x)=ax2+x﹣a,①當(dāng)a=0時(shí),t(x)=x>0?f'(x)>0,所以f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增;
②當(dāng)a<0時(shí),令,所以f(x)在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減;
③當(dāng)a>0時(shí),令,所以f(x)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增.
(2)g′(x)=ax﹣=,因?yàn)閍<0,當(dāng)x≥1時(shí),g′(x)≤0,g(x)在[1,+∞)單調(diào)減;
h′(x)=﹣2lnx,當(dāng)x≥1時(shí),h′(x)≤0,h(x)在[1,+∞)單調(diào)減.
因?yàn)閷θ我鈞1,x2∈[1,+∞),|g(x2)﹣g(x1)|≥|h(x2)﹣h(x1)|,不防設(shè)x1<x2,則由兩函數(shù)的單調(diào)性可得:
g(x1)﹣g(x2)≥h(x1)﹣h(x2),所以:g(x1)﹣h(x1)≥g(x2)﹣h(x2)對任意x1<x2∈[1,+∞)恒成立;
令F(x)=g(x)﹣h(x)=ax2﹣alnx+2xlnx﹣2x,則F(x1)≥F(x2)對任意x1<x2∈[1,+∞)恒成立;
即:y=F(x)在x∈[1,+∞)上單調(diào)減,即:F′(x)=ax﹣+2lnx≤0在x∈[1,+∞)上恒成立,令G(x)=ax﹣+2lnx,G′(x)=,當(dāng)a≤﹣1時(shí),ax2+2x+a≤0在x∈[1,+∞)恒成立,所以G′(x)≤0,G(x)在[1,+∞)單調(diào)減,所以G(x)≤G(1)=0,滿足題意,當(dāng)﹣1<a<0時(shí),G(x)有兩個(gè)極值點(diǎn)x1,x2且x1=>1,x2=<1,所以在(1,x1)上,G(x)單調(diào)增,即:G(x)>G(1)=0對任意x∈(1,x1)上恒成立,不滿足題意,舍!
綜上,當(dāng)a≤﹣1時(shí),不等式|g(x2)﹣g(x1)|≥|h(x2)﹣h(x1)|在x1,x2∈[1,+∞)恒成立.
【點(diǎn)評】本題考查了函數(shù)的單調(diào)性、最值問題,考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用以及分類討論思想,是一道綜合題.
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日期:2021/2/9
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