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第11讲 导数在研究函数中的应用
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基础巩固题组
(建议用时:40分钟)
一、选择题
1.函数f(x)=(x-3)ex的单调递增区间是( ).
A.(-∞,2) B.(0,3)
C.(1,4) D.(2,+∞)
解析 f′(x)=ex(x-2),
令f′(x)>0得x>2.
∴f(x)的单调增区间是(2,+∞).
答案 D
2. (2013·浙江卷)已知函数y=f(x)的图像是下列四个图像之一,且其导函数y=f′(x)的图像如右图所示,则该函数的图像是( ).
解析 由y=f′(x)的图像知,y=f(x)的图像为增函数,且在区间(-1,0)上增长速度越来越快,而在区间(0,1)上增长速度越来越慢.
答案 B
3.(2014·宝鸡模拟)函数y=xex的最小值是( ).
A.-1 B.-e
C.- D.不存在
解析 y′=ex+xex=(1+x)ex,令y′=0,则x=-1,因为x<-1时,y′<0,x>-1时,y′>0,所以x=-1时,ymin=-.
答案 C
4.设a∈R,若函数y=ex+ax,x∈R有大于零的极值点,则( ).
A.a<-1 B.a>-1
C.a>- D.a<-
解析 ∵y=ex+ax,∴y′=ex+a.
∵函数y=ex+ax有大于零的极值点,
则方程y′=ex+a=0有大于零的解,
∵x>0时,-ex<-1,∴a=-ex<-1.
答案 A
5.(2013·福建卷)设函数f(x)的定义域为R,x0(x0≠0)是f(x)的极大值点,以下结论一定正确的是( ).
A.任意x∈R,f(x)≤f(x0)
B.-x0是f(-x)的极小值点
C.-x0是-f(x)的极小值点
D.-x0是-f(-x)的极小值点
解析 A错,因为极大值未必是最大值;B错,因为函数y=f(x)与函数y=f(-x)的图像关于y轴对称,-x0应是f(-x)的极大值点;C错,函数y=f(x)与函数y=-f(x)的图像关于x轴对称,x0应为-f(x)的极小值点;D正确,函数y=f(x)与y=-f(-x)的图像关于原点对称,-x0应为y=-f(-x)的极小值点.
答案 D
二、填空题
6.(2013·威海期末考试)函数y=ln x-x2的极值点为________.
解析 函数的定义域为(0,+∞),函数的导数为y′=-2x=,令y′==0,解得x=,当x>时,y′<0,当0<x<时,y′>0,所以当x=时,函数取得极大值,故函数的极值点为.
答案
7.已知函数f(x)=-x2+4x-3ln x在[t,t+1]上不单调,则t的取值范围是________.
解析 由题意知f′(x)=-x+4-=-,由f′(x)=0得函数f(x)的两个极值点为1和3,则只要这两个极值点有一个在区间(t,t+1)内,函数f(x)在区间[t,t+1]上就不单调,由t<1<t+1或t<3<t+1,得0<t<1或2<t<3.
答案 (0,1)∪(2,3)
8.(2014·南昌模拟)已知f(x)=x3+3ax2+bx+a2,在x=-1时有极值0,则a-b=________.
解析 由题意得f′(x)=3x2+6ax+b,则
解得或
经检验当a=1,b=3时,函数f(x)在x=-1处无法取得极值,而a=2,b=9满足题意,故a-b=-7.
答案 -7
三、解答题
9.(2014·绍兴模拟)已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c,曲线y=f(x)在点x=1处的切线为l:3x-y+1=0,若x=时,y=f(x)有极值.
(1)求a,b,c的值;
(2)求y=f(x)在[-3,1]上的最大值和最小值.
解 (1)由f(x)=x3+ax2+bx+c,得f′(x)=3x2+2ax+b.
当x=1时,切线l的斜率为3,可得2a+b=0.①
当x=时,y=f(x)有极值,
则f′=0,可得4a+3b+4=0.②
由①②,解得a=2,b=-4.
由于切点的横坐标为x=1,所以f(1)=4.
所以1+a+b+c=4,所以c=5.
(2)由(1),可得f(x)=x3+2x2-4x+5,
所以f′(x)=3x2+4x-4.
令f′(x)=0,解得x=-2或.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表所示:
x
-3
(-3,-2)
-2
1
f′(x)
+
0
-
0
+
f(x)
8
13
4
所以y=f(x)在[-3,1]上的最大值为13,最小值为.
10.(2013·宜川模拟)已知函数f(x)=(ax2+x-1)ex,其中e是自然对数的底数,a∈R.
(1)若a=1,求曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)若a<0,求f(x)的单调区间.
解 (1)当a=1时,f(x)=(x2+x-1)ex,
所以f′(x)=(2x+1)ex+(x2+x-1)ex=(x2+3x)ex,
所以曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线斜率为k=f′(1)=4e,又因为f(1)=e,所以所求切线方程为y-e=4e(x-1),即4ex-y-3e=0.
(2)f′(x)=(2ax+1)ex+(ax2+x-1)ex
=[ax2+(2a+1)x]ex,
①若-<a<0,当x<0或x>-时,f′(x)<0;
当0<x<-时,f′(x)>0.
所以f(x)的单调递减区间为(-∞,0],;单调递增区间为.
②若a=-,f′(x)=-x2ex≤0,所以f(x)的单调递减区间为(-∞,+∞).
③若a<-,当x<-或x>0时,f′(x)<0;
当-<x<0时,f′(x)>0.
所以f(x)的单调递减区间为,[0,+∞);
单调递增区间为.
能力提升题组
(建议用时:25分钟)
一、选择题
1.函数f(x)=x2-2ax+a在区间(-∞,1)上有最小值,则函数g(x)=在区间(1,+∞)上一定( ).
A.有最小值 B.有最大值
C.是减函数 D.是增函数
解析 由函数f(x)=x2-2ax+a在区间(-∞,1)上有最小值,可得a<1,又g(x)==x+-2a,则g′(x)=1-,易知在x∈(1,+∞)上g′(x)>0,所以g(x)在(1,+∞)上为增函数.
答案 D
2.(2013·临沂模拟)若a>0,b>0,且函数f(x)=4x3-ax2-2bx+2在x=1处有极值,则ab的最大值等于( ).
A.2 B.3
C.6 D.9
解析 ∵f′(x)=12x2-2ax-2b,
Δ=4a2+96b>0,又x=1是极值点,
∴f′(1)=12-2a-2b=0,即a+b=6,
∴ab≤=9,当且仅当a=b时“=”成立,所以ab的最大值为9.
答案 D
二、填空题
3.(2014·宁波调研)设函数f(x)=ln x-ax2-bx,若x=1是f(x)的极大值点,则a的取值范围为________.
解析 f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=-ax-b,由f′(1)=0,得b=1-a.
∴f′(x)=-ax+a-1=.
①若a≥0,当0<x<1时,f′(x)>0,此时f(x)单调递增;
当x>1时,f′(x)<0,此时f(x)单调递减;
所以x=1是f(x)的极大值点.
②若a<0,由f′(x)=0,得x=1或-.
因为x=1是f(x)的极大值点,所以->1,
解得-1<a<0.综合①②得a的取值范围是a>-1.
答案 (-1,+∞)
三、解答题
4.(2014·黄冈模拟)已知函数f(x)=x3-ax+1.
(1)当x=1时,f(x)取得极值,求a 的值;
(2)求f(x)在[0,1]上的最小值.
解 因为f′(x)=x2-a,
(1)当x=1时,f(x)取得极值,所以f′(1)=1-a=0,a=1,
又当x∈(-1,1)时,f′(x)<0;x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,
所以f(x)在x=1处取得极小值,即a=1时符合题意.
(2)①当a≤0时,f′(x)>0对x∈(0,1)恒成立,
所以f(x)在(0,1)上单调递增,f(x)在x=0处取得最小值f(0)=1.
②当a>0时,令f′(x)=x2-a=0,解得x=-或.
ⅰ.当0<a<1时,<1,
当x∈(0,)时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当x∈(,1)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,
所以f(x)在x=处取得最小值f()=1-.
ⅱ.当a≥1时,≥1.
x∈(0,1)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,
所以f(x)在x=1处取得最小值f(1)=-a.
综上所述,当a≤0时,f(x)在x=0处取得最小值f(0)=1,
当0<a<1时,f(x)在x=处取得最小值f()=1-,当a≥1时,f(x)在x=1处取得最小值f(1)=-a.
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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