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第6讲 导数及其应用
(对应学生用书(文)、(理)17~20页)
1. 了解导数的实际背景(如瞬时速度、加速度、光滑曲线切线的斜率等),掌握函数在一点处的导数定义和导数几何意义,理解导函数的概念.
2. 熟记导数的基本公式,掌握两个函数和、差、积、商的求导法则,会求某些简单函数的导数.
3. 理解可导函数的单调性与其导数的关系,了解可导函数在某点取得极值时的必要条件和充分条件(导数在极值点两侧异号),能用导数解决一些实际问题(一般指单峰函数)的最大值和最小值等.
1. 已知m为实数,函数f(x)=x2(x-m),若f′(-1)=-1,则f(x)的单调递减区间为________.
答案:
解析:∵ f′(x)=3x2-2mx,f′(-1)=3+2m=-1,m=-2,∴ f′(x)=3x2+4x<0,-<x<0.
2. 已知某生产厂家的年利润y(万元)与年产量x(万件)的函数关系式为y=-x3+81x-234,则使该生产厂家获得最大年利润的年产量为________万件.
答案:9
解析:y′=-x2+81>0,解得0<x<9;令导数y′=-x2+81<0,解得x>9.所以函数y=-x3+81x-234在区间(0,9)上是增函数,在区间(9,+∞)上是减函数,所以在x=9处取极大值,也是最大值.
3. 若函数f(x)=2x2-lnx在其定义域内的一个子区间(k-1,k+1)内不是单调函数,则实数k的取值范围是________.
答案:
解析:因为f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=4x-,由f′(x)=0,得x=.据题意得解得1≤k<.
4. 若曲线f(x)=ax2+lnx存在垂直于y轴的切线,则实数a的取值范围是________.
答案:a<0
解析:由题意知该函数的定义域为(0,+∞),由f′(x)=2ax+.因为存在垂直于y轴的切线,故此时斜率为0,问题转化为在x>0范围内,导函数f′(x)=2ax+存在零点.等价于方程2ax+=0在(0,+∞)内有解,显然可得a=-∈(-∞,0).
题型一 利用导数求曲线的切线方程
例1 (2013·浙江卷)已知a∈R,函数f(x)=2x3-3(a+1)x2+6ax.
(1) 若a=1,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(2) 若|a|>1,求f(x)在闭区间[0,|2a|]上的最小值.
解:(1) 当a=1时,f(x)=2x3-6x2+6x,∴ f(2)=16-24+12=4.∵ f′(x)=6x2-12x+6,∴ f′(2)=24-24+6=6,∴ y=f(x)在(2,f(2))处的切线方程为y-4=6(x-2)6x-y-8=0.
(2) ∵ f′(x)=6x2-6(a+1)x+6a=6[x2-(a+1)x+a]=6(x-1)(x-a),
① 当a>1时,x∈(-∞,1]∪[a,+∞)时,y=f(x)递增,x∈(1,a)时,y=f(x)递减,∴ 当x∈[0,2|a|]时,且2|a|>2,x∈[0,1]∪[a,2|a|]时,y=f(x)递增,x∈(1,a)时,y=f(x)递减,∴ 最小值是f(a)=2a3-3(a+1)a2+6a2=3a2-a3;再比较f(0)=0与f(a)的大小,∴ 当a>3时,f(x)min=3a2-a3,当1<a≤3时,f(x)min=0.
② 当a<-1时,且2|a|>2,在x∈[0,2|a|]时,x∈(0,1)时,y=f(x)递减,x∈[1,2|a|]时,y=f(x)递增,∴ 最小值是f(1)=3a-1.
综上所述:f(x)在[0,|2a|]上的最小值g(a)=
已知函数f(x)=ax3+x2-ax,其中a∈R,x∈R.
(1) 当a=1时,求函数f(x)在x=1处的切线方程;
(2) 若函数f(x)在区间(1,2)上不是单调函数,试求a的取值范围;
(3) 已知b>-1,如果存在a∈(-∞,-1],使得函数h(x)=f(x)+f′(x)(x∈[-1,b])在x=-1处取得最小值,试求b的最大值.
解:(1) 当a=1时,f(x)=x3+x2-x,则f′(x)=3x2+2x-1,故k=f′(1)=4.
又切点为(1,1),故所求切线方程为y-1=4(x-1),即4x-y-3=0.
(2) 由题意知,f′(x)=3ax2+2x-a在区间(1,2)上有不重复的零点,
由f′(x)=3ax2+2x-a=0,得(3x2-1)a=-2x.
因为3x2-1≠0,所以a=-.
令y=-,则y′=>0,故y=-在区间(1,2)上是增函数,所以其值域为,
从而a的取值范围是.
(3) h(x)=f(x)+f′(x)=ax3+(3a+1)x2+(2-a)x-a,
由题意知h(x)≥h(-1)对x∈[-1,b]恒成立,
即ax3+(3a+1)x2+(2-a)x-a≥2a-1对x∈[-1,b]恒成立,
即(x+1)[ax2+(2a+1)x+(1-3a)]≥0 ①对x∈[-1,b]恒成立.
当x=-1时,①式显然成立;
当x∈(-1,b]时,①式可化为
ax2+(2a+1)x+(1-3a)≥0 ②,
令φ(x)=ax2+(2a+1)x+(1-3a),则其图象是开口向下的抛物线,
所以 即
其等价于≤- ③.
因为③在a∈(-∞,-1]时有解,所以≤=1,解得-1<b≤,从而b的最大值为.
题型二 利用导数研究函数的性质
例2 设函数f(x)=x(ex-1)-ax2.
(1) 若a=,求f(x)的单调区间;
(2) 若当x≥0时,f(x)≥0,求a的取值范围.
解:(1) a=时,f(x)=x(ex-1)-x2,
f′(x)=ex-1+xex-x=(ex-1)(x+1).
当x∈(-∞,-1)时,f′(x)>0;当x∈(-1,0)时,f′(x)<0;当x∈(0,+∞)时,f′(x)>0.
故f(x)在(-∞,-1),(0,+∞)上单调递增,在(-1,0)上单调递减.
(2) f(x)=x(ex-1-ax),令g(x)=ex-1-ax,g′(x)=ex-a.若a≤1,则当x∈(0,+∞)时,g′(x)>0,g(x)为增函数,而g(0)=0,从而当x≥0时,g(x)≥0,即f(x)≥0.
若a>1,则当x∈(0,ln a)时,g′(x)<0,g(x)为减函数,
而g(0)=0,从而当x∈(0,ln a)时,g(x)<0,即f(x)<0.
综上,a的取值范围为(-∞,1].
已知a>0,b∈R,函数f(x)=x3+ax,g(x)=x2+bx,f′(x)、g′(x)是f(x)、g(x)的导函数.若f′(x)g′(x)≥0在区间[-1,+∞)上恒成立.
(1) 求实数b的取值范围;
(2) 当b取最小值时,讨论函数h(x)=f(x)-g(x)在[-1,+∞)上的单调性.
解:(1) ∵ f(x)=x3+ax,g(x)=x2+bx,
∴ f′(x)=3x2+a,g′(x)=2x+b.x∈[-1,+∞),f′(x)g′(x)≥0,即x∈[-1,+∞),(3x2+a)(2x+b)≥0.∵ a>0,∴ 3x2+a>0,∴ x∈[-1,+∞),2x+b≥0,即x∈[-1,+∞),b≥-2x,∴ b≥2,故所求实数b的取值范围是[2,+∞).
(2) b的最小值为2,h(x)=x3-x2+ax-2x,
h′(x)=3x2-2x+a-2=3+a-.
当a≥时,h′(x)=3x2-2x+a-2≥0对x∈[-1,+∞)恒成立,h(x)在[-1,+∞)上单调递增;当0<a<时,由h′(x)=3x2-2x+a-2=0,得x=>-1,
∴ h(x)在[-1,]上单调递增,在[,]上单调递减,在上单调递增.
题型三 利用导数解应用题
例3 某单位决定对本单位职工实行年医疗费用报销制度,拟制定年医疗总费用在2万元至10万元(包括2万元和10万元)的报销方案,该方案要求同时具备下列三个条件:① 报销的医疗费用y(万元)随医疗总费用x(万元)增加而增加;② 报销的医疗费用不得低于医疗总费用的50%;③ 报销的医疗费用不得超过8万元.
(1) 请你分析该单位能否采用函数模型y=0.05(x2+4x+8)作为报销方案;
(2) 若该单位决定采用函数模型y=x-2lnx+a(a为常数)作为报销方案,请你确定整数a的值.(参考数据:ln2≈0.69,ln10≈2.3)
解:(1) 函数y=0.05(x2+4x+8)在[2,10]上是增函数,满足条件①;
当x=10时,y有最大值7.4万元,小于8万元,满足条件③;
但当x=3时,y=<,即y≥不恒成立,不满足条件②.
故该函数模型不符合该单位报销方案.
(2) 对于函数模型y=x-2lnx+a,设f(x)=x-2lnx+a,则f′(x)=1-=≥0.
∴ f(x)在[2,10]上是增函数,满足条件①,
由条件②,得x-2lnx+a≥,即a≥2lnx-在x∈[2,10]上恒成立,
令g(x)=2lnx-,则g′(x)=-=,
由g′(x)>0得x<4,
∴ g(x)在(0,4)上是增函数,在(4,10)上是减函数.
∴ a≥g(4)=2ln4-2=4ln2-2.
由条件③,得f(10)=10-2ln10+a≤8,
解得a≤2ln10-2.
另一方面,由x-2lnx+a≤x,得a≤2lnx在x∈[2,10]上恒成立,∴ a≤2ln2.
综上所述,a的取值范围为[4ln2-2,2ln2],
∴ 满足条件的整数a的值为1.
两县城A和B相距20 km,现计划在两县城外以AB为直径的半圆弧AB上选择一点C建造垃圾处理厂,其对城市的影响度与所选地点到城市的距离有关,对城A和城B的总影响度为城A与城B的影响度之和,记C点到城A的距离为x km,建在C处的垃圾处理厂对城A和城B的总影响度为y,统计调查表明:垃圾处理厂对城A的影响度与所选地点到城A的距离的平方成反比,比例系数为4;对城B的影响度与所选地点到城B的距离的平方成反比,比例系数为k,当垃圾处理厂建在弧AB的中点时,对城A和城B的总影响度为0.065.
(1) 将y表示成x的函数;
(2) 讨论(1)中函数的单调性,并判断弧AB上是否存在一点,使建在此处的垃圾处理厂对城A和城B的总影响度最小?若存在,求出该点到城A的距离;若不存在,说明理由.
解:(1) 如图,由题意知:AC⊥BC,BC2=400-x2,y=+(0<x<20),当垃圾处理厂建在弧AB的中点时,垃圾处理厂到A、B的距离都相等,且为10 km,
所以有0.065=+,解得k=9,
所以y=+(0<x<20).
(2)因为y′=′=-+=,令y′>0,得x4+640x2-128 000>0,解得x2>160,即x>4.又0<x<20,所以函数y=+在x∈(0,4)上是减函数,在x∈(4,20)上是增函数,所以当x=4时,y取得最小值,所以在弧AB上存在一点,且此点到城市A的距离为4 km,使建在此处的垃圾处理厂对城市A、B的总影响度最小.
题型四 导数的综合应用
例4 已知函数f(x)=-ax(x>0且x≠1).
(1) 若函数f(x)在(1,+∞)上为减函数,求实数a的最小值;
(2) 若x1、x2∈[e,e2],使f(x1)≤f′(x2)+a成立,求实数a的取值范围.
解:(1) 因为f(x)在(1,+∞)上为减函数,故f′(x)=-a≤0在(1,+∞)上恒成立,
所以当x∈(1,+∞)时,f′(x)max≤0.
又f′(x)=-a=-2+-a
=-2+-a,
故当=,即x=e2时,f′(x)max=-a.
所以-a≤0,于是a≥,故a的最小值为
(2) (解法1)命题“若x1、x2∈[e,e2],使f(x1)≤f′(x2)+a成立”等价于“当x∈[e,e2]时,有f(x)min≤f′(x)max+a”.
由(1),当x∈[e,e2]时,f′(x)max=-a,
∴ f′(x)max+a=.
问题等价于“当x∈[e,e2]时,有f(x)min≤”
① 当a≥时,由(1),f(x)在[e,e2]上为减函数,
则f(x)min=f(e2)=-ae2≤,故a≥-.
② 当a<时,由于f′(x)=-2+-a在[e,e2]上为增函数,
故f′(x)的值域为[f′(e),f′(e2)],即.
(i) 若-a≥0,即a≤0,f′(x)≥0在[e,e2]恒成立,故f(x)在[e,e2]上为增函数,
于是,f(x)min=f(e)=e-ae≥e>,不合题意.
(ii) 若-a<0,即0<a<,由f′(x)的单调性和值域知,唯一x0∈(e,e2),使f′(x0)=0,且满足:
当x∈(e,x0)时,f′(x)<0,f(x)为减函数;当x∈(x0,e2)时,f′(x)>0,f(x)为增函数;
所以,f(x)min=f(x0)=-ax0≤,x0∈(e,e2).
所以,a≥->->-=,与0<a<矛盾,不合题意.
综上,得a≥- .
(解法2)命题“若x1、x2∈[e,e2],使f(x1)≤f′(x2)+a成立”等价于“x1∈[e,e2],使f(x1)≤f′(x)max+a”.
由(1),当x∈[e,e2]时,f′(x)max=-a,于是f′(x)max+a=.
故x1∈[e,e2],使f(x1)=-ax1≤,即x1∈[e,e2],使a≥-.
所以当x∈[e,e2]时,a≥min.
记g(x)=-,x∈[e,e2],则g′(x)=+=.
因为x∈[e,e2],故4x∈[4e,4e2],(lnx)2∈[1,4],于是g′(x)<0,x∈[e,e2]恒成立.
所以,g(x)=-在[e,e2]上为减函数,
所以,g(x)min=-=-.
所以,a≥-.
已知函数f(x)=ax+x2-xlna(a>0,a≠1).
(1) 求函数f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
(2) 求函数f(x)的单调区间;
(3) 若存在x1,x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥e-1(e是自然对数的底数),求实数a的取值范围.
解:(1) 因为函数f(x)=ax+x2-xlna(a>0,a≠1),
所以f′(x)=axlna+2x-lna,f′(0)=0.
因为f(0)=1,所以函数f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=1.
(2) 由(1),f′(x)=axlna+2x-lna=2x+(ax-1)lna.
因为当a>0,a≠1时,总有f′(x)在R上是增函数,
又f′(0)=0,所以不等式f′(x)>0的解集为(0,+∞),
故函数f(x)的单调增区间为(0,+∞).
(3) 因为存在x1、x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥e-1成立, 而当x∈[-1,1]时,|f(x1)-f(x2)|≤f(x)max-f(x)min,
所以只要f(x)max-f(x)min≥e-1即可.
因为x,f′(x),f(x)的变化情况如下表所示:
x
(-∞,0)
0
(0,+∞)
f′(x)
-
0
+
f(x)
极小值
所以f(x)在[-1,0]上是减函数,在[0,1]上是增函数,所以当x∈[-1,1]时,f(x)的最小值f(x)min=f(0)=1,f(x)的最大值f(x)max为f(-1)和f(1)中的最大值.
因为f(1)-f(-1)=(a+1-lna)-=a--2lna,
令g(a)=a--2lna(a>0),
因为g′(a)=1+-=2>0,
所以g(a)=a--2lna在a∈(0,+∞)上是增函数.
而g(1)=0,故当a>1时,g(a)>0,即f(1)>f(-1);
当0<a<1时,g(a)<0,即f(1)<f(-1) .
所以,当a>1时,f(1)-f(0)≥e-1,即a-lna≥e-1,函数y=a-lna在a∈(1,+∞)上是增函数,解得a≥e;当0<a<1时,f(-1)-f(0)≥e-1,即+lna≥e-1,函数y=+lna在a∈(0,1)上是减函数,解得0<a≤.
综上可知,a的取值范围为a∈∪[e,+∞) .
1. (2013·广东卷)若曲线y=ax2-lnx在点(1,a)处的切线平行于x轴,则a=________.
答案:
解析:y′=2ax-,由题知,2a-1=0,a=.
2. (2013·江西卷)若曲线y=xα+1(α∈R)在点(1,2)处的切线经过坐标原点,则α=________.
答案:2
解析:y′=αxα-1,在点(1,2)处的切线方程为y-2=α(x-1),点(0,0)代入得-2=-α,α=2.
3. (2014·全国卷)若函数f(x)=kx-lnx在区间(1,+∞)上单调递增,则k的取值范围是________.
答案:[1,+∞)
解析:f′(x)=k-,由已知得f′(x)≥0在x∈(1,+∞)上恒成立,故k≥.因为x>1,所以0<<1,故k的取值范围是[1,+∞).
4. (2013·湖北卷)已知函数f(x)=x(lnx-ax)有两个极值点,则实数a的取值范围是________.
答案:
解析:由题知,x>0,f′(x)=lnx+1-2ax,由于f(x)有两个极值点,则f′(x)=0有两个不等的正根,即函数y=lnx+1与y=2ax(x>0)的图象有两个不同的交点,则a>0;设函数y=lnx+1图象上任一点(x0,1+lnx0)处的切线为l,则k=,当l过坐标原点时,=x0=1,令2a=1得a=,结合图形可知0<a<.
5. (2014·北京卷)已知函数f(x)=xcosx-sinx,x∈.
(1) 求证:f(x)≤0;
(2) 若a<<b在上恒成立,求a的最大值与b的最小值.
(1) 证明:由f(x)=xcosx-sinx得 f′(x)=cosx-xsinx-cosx=-xsinx.
因为在区间上f′(x)=-xsinx<0,所以f(x)在区间上单调递减.从而f(x)≤f(0)=0.
(2) 解:当x>0时,“>a”等价于“sinx-ax>0”“<b”等价于“sinx-bx<0”.
令g(x)=sinx-cx,则g′(x)=cosx-c,
当c≤0时,g(x)>0对任意x∈恒成立.
当c≥1时,因为对任意x∈,g′(x)=cosx-c<0,所以g(x)在区间上单调递减.从而g(x)<g(0)=0对任意x∈恒成立.
当0<c<1时,存在唯一的x0∈使得g′(x0)=cosx0-c=0.
g(x)与g′(x)在区间上的情况如下:
x
(0,x0)
x0
g′(x)
+
0
-
g(x)
极大值
因为g(x)在区间[0,x0]上是增函数,所以g(x0)>g(0)=0.进一步,“g(x)>0对任意x∈恒成立”当且仅当g=1-c≥0,即0<c≤.
综上所述,当且仅当c≤时,g(x)>0对任意x∈恒成立;当且仅当c≥1时,g(x)<0对任意x∈恒成立.
所以,若a<<b对任意x∈恒成立,则a的最大值为,b的最小值为1.
6. (2013·福建卷)已知函数f(x)=x-1+(a∈R,e为自然对数的底数).
(1) 若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线平行于x轴,求a的值;
(2) 求函数f(x)的极值;
(3) 当a=1时,若直线l:y=kx-1与曲线y=f(x)没有公共点,求k的最大值.
解:(1) 由f(x)=x-1+,得f′(x)=1-.
又曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线平行于x轴,
得f′(1)=0,即1-=0,解得a=e.
(2) f′(x)=1-,
① 当a≤0时,f′(x)>0,f(x)为(-∞,+∞)上的增函数,所以函数f(x)无极值.
② 当a>0时,令f′(x)=0,得ex=a,x=lna.
x∈(-∞,lna),f′(x)<0;x∈(lna,+∞),f′(x)>0.
所以f(x)在(-∞,lna)上单调递减,在(lna,+∞)上单调递增,故f(x)在x=lna处取得极小值,且极小值为f(lna)=lna,无极大值.
综上,当a≤0时,函数f(x)无极值;
当a>0时,f(x)在x=lna处取得极小值lna,无极大值.
(3) (解法1)当a=1时,f(x)=x-1+,
令g(x)=f(x)-(kx-1)=(1-k)x+,
则“直线l:y=kx-1与曲线y=f(x)没有公共点”等价于“方程g(x)=0在R上没有实数解”.
假设k>1,此时g(0)=1>0,g=-1+<0,
又函数g(x)的图象连续不断,由零点存在定理,可知g(x)=0在R上至少有一解,与“方程g(x)=0在R上没有实数解”矛盾,故k≤1.
又k=1时,g(x)=>0,知方程g(x)=0在R上没有实数解.
所以k的最大值为1.
(解法2) 当a=1时,f(x)=x-1+.
“直线l:y=kx-1与曲线y=f(x)没有公共点”等价于“关于x的方程kx-1=x-1+在R上没有实数解”,即“关于x的方程(k-1)x=(*)在R上没有实数解”.
① 当k=1时,方程(*)可化为=0,在R上没有实数解;
② 当k≠1时,方程(*)化为=xex.
令g(x)=xex,则有g′(x)=(1+x)ex.
令g′(x)=0,得x=-1,
当x变化时,g′(x)的变化情况如下表:
x
(-∞,-1)
-1
(-1,+∞)
g′(x)
-
0
+
g(x)
-
当x=-1时,g(x)min=-,同时当x趋于+∞时,g(x)趋于+∞,从而g(x)的取值范围为.
所以当∈时,方程(*)无实数解,解得k的取值范围是(1-e,1).
综上,得k的最大值为1.
(本题模拟高考评分标准,满分16分)
(2013·宿迁、徐州三模)已知函数f(x)=lnx-ax2-x,a∈R.
(1) 若函数y=f(x)在其定义域内是单调增函数,求a的取值范围;
(2) 设函数y=f(x)的图象被点P(2,f(2))分成的两部分为c1、c2(点P除外),该函数图象在点P处的切线为l,且c1、c2分别完全位于直线l的两侧,试求所有满足条件的a的值.
解:(1) f′(x)=-2ax-1=-(x>0),(2分)
只需要2ax2+x-1≤0,即2a≤-=-,
所以a≤-.(4分)
(2) 因为f′(x)=-2ax-1,所以切线l的方程为y=(x-2)+ln2-4a-2.
令g(x)=lnx-ax2-x-[(-4a-)(x-2)+ln2-4a-2],则g(2)=0.
g′(x)=-2ax+4a-=-.(6分)
若a=0,则g′(x)=,
当x∈(0,2)时,g′(x)>0;当x∈(2,+∞)时,g′(x)<0,
所以g(x)≥g(2)=0,c1、c2在直线l同侧,不合题意;(8分)
若a≠0,g′(x)=-,
若a=-,g′(x)=≥0,g(x)是单调增函数,
当x∈(2,+∞)时,g(x)>g(2)=0;当x∈(0,2)时,g(x)<g(2)=0,符合题意;(10分)
若a<-,当x∈时,g′(x)<0,g(x)>g(2)=0,
当x∈(2,+∞)时,g′(x)>0,g(x)>g(2)=0,不合题意;(12分)
若-<a<0,当x∈时,g′(x)<0,g(x)<g(2)=0,
当x∈(0,2)时,g′(x)>0,g(x)<g(2)=0,不合题意;(14分)
若a>0,当x∈(0,2)时,g′(x)>0,g(x)<g(2)=0,
当x∈(2,+∞)时,g′(x)<0,g(x)<g(2)=0,不合题意.
故只有a=-符合题意.(16分)
1. 函数f(x)=x3-15x2-33x+6的单调减区间为________.
答案:(-1,11)
解析: f′(x)=3x2-30x-33=3(x-11)(x+1),由(x-11)(x+1)<0得单调减区间为(-1,11).亦可填写闭区间或半开半闭区间.
2. 已知函数f(x)=ax3+bx2+x+3,其中a、b∈R,a≠0.
(1) 当a、b满足什么条件时,f(x)取得极值?
(2) 已知a>0,且f(x)在区间(0,1]上单调递增,试用a表示出b的取值范围.
解: (1)由已知得f′(x)=ax2+2bx+1,令f′(x)=0,得ax2+2bx+1=0,f(x)要取得极值,方程ax2+2bx+1=0必须有两个不同解,所以Δ=4b2-4a>0,即b2>a, 此时方程ax2+2bx+1=0的根为x1==,x2==,
所以f′(x)=a(x-x1)(x-x2).
当a>0时,
x
(-∞,x1)
x1
(x1,x2)
x2
(x2,+∞)
f′(x)
+
0
-
0
+
f(x)
极大值
极小值
所以f(x)在x1、x2处分别取得极大值和极小值.
当a<0时,
x
(-∞,x2)
x2
(x2,x1)
x1
(x1,+∞)
f′(x)
-
0
+
0
-
f (x)
极小值
极大值
所以f(x)在x1、x2处分别取得极大值和极小值.
综上,当a、b满足b2>a时,f(x)取得极值.
(2) 要使f(x)在区间(0,1]上单调递增,需使f′(x)=ax2+2bx+1≥0在(0,1]上恒成立,即b≥--,x∈(0,1]恒成立, 所以b≥.设g(x)=--,g′(x)=-+=,令g′(x)=0得x=或x=-(舍去),当a>1时,0<<1,当x∈时,g′(x)>0,g(x)=--单调递增;当x∈时,g′(x)<0,g(x)=--单调递减,所以当x=时,g(x)取得极大值g=-.所以b≥-.当0<a≤1时,≥1,此时g′(x)≥0在区间(0,1]上恒成立,所以g(x)=--在区间(0,1]上单调递增,当x=1时,g(x)最大,最大值为g(1)=-,所以b≥-.
综上,当a>1时,b≥-;当0<a≤1时,b≥-.
点评:本题为三次函数,利用求导的方法研究函数的极值、单调性和函数的最值,函数在区间上为单调函数,则导函数在该区间上的符号确定,从而转为不等式恒成立,再转为函数研究最值,运用函数与方程的思想、化归思想和分类讨论的思想解答问题.
3. 已知函数f(x)=x3-2x2+3x(x∈R)的图象为曲线C.
(1) 求过曲线C上任意一点的切线斜率的取值范围;
(2) 若在曲线C上存在两条相互垂直的切线,求其中一条切线与曲线C的切点的横坐标的取值范围.
解: (1) f′(x)=x2-4x+3,则f′(x)=(x-2)2-1≥-1,
即过曲线C上任意一点的切线斜率的取值范围是[-1,+∞).
(2) 由(1)可知解得-1≤k<0或k≥1,由-1≤x2-4x+3<0或x2-4x+3≥1,得x∈(-∞,2-]∪(1,3)∪[2+,+∞),即为所求取值范围.
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薄雾浓云愁永昼, 瑞脑消金兽。 佳节又重阳, 玉枕纱厨, 半夜凉初透。
东篱把酒黄昏后, 有暗香盈袖。 莫道不消魂, 帘卷西风, 人比黄花瘦。
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