C函数在某点取得极值的条件(7)

2019-04-22 11:47

(Ⅱ)由(Ⅰ)可知f′(x)=3x2-12x+9, 依题意可知,切线的斜率为-3. 令f′(x)=-3, 可得x=2, 即f′(2)=-3. 又f(2)=4,

所以切线过点(2,4).

从而切线方程为3x+y-10=0.

173已知a∈R,函数f(x)=x2(x-a).

(1)若函数f(x)在区间 (0,23)内是减函数,求实数a的取值范围; (2)求函数f(x)在区间[1,2]上的最小值h(a); (3)对(2)中的h(a),若关于a的方程 h(a)=m(a+12)有两个不相等的实数解,求实数m的取值范围.

答:

(1)解:∵f(x)=x3-ax2,∴f′(x)=3x2-2ax.

∵函数f(x)在区间 (0,23)内是减函数, ∴f′(x)=3x2-2ax≤0在 (0,23)上恒成立. 即 a≥3x2在 (0,23)上恒成立, ∵ 3x2<32×23=1,∴a≥1. 故实数a的取值范围为[1,+∞);

(2)解:∵ f′(x)=3x(x-23a), 令f′(x)=0得 x=0或23a.

①若a≤0,则当1≤x≤2时,f′(x)>0, 所以f(x)在区间[1,2]上是增函数, 所以h(a)=f(1)=1-a.

②若 0<a<32,即 0<23a<1, 则当1≤x≤2时,f′(x)>0,

所以f(x)在区间[1,2]上是增函数, 所以h(a)=f(1)=1-a.

③若 32≤a<3,即 1≤23a<2, 则当 1<x<23a时,f′(x)<0; 当 23a<x<2时,f′(x)>0.

所以f(x)在区间 [1,23a]上是减函数, 在区间 [23a,2]上是增函数. 所以 h(a)=f(23a)=-427a3

④若a≥3,即 23a≥2,则当1<x<2时,

f′(x)<0,所以f(x)在区间[1,2]上是减函数. 所以h(a)=f(2)=8-4a.

综上所述,函数f(x)在区间[1,2]的最小值 h(a)={1-a-427a38-4a,a≥3;

(3)解:由题意 h(a)=m(a+12)有两个不相等的实数解, 即(2)中函数h(a)的图象与直线 y=m(a+12)有两个 不同的交点.

而直线 y=m(a+12)恒过定点 (-12,0), 由如图知实数m的取值范围是(-4,-1).

174已知函数f(x)=ax+lnx,x∈(1,e),且f(x)有极值. (1)求实数a的取值范围; (2)求函数f(x)的值域;

(3)函数g(x)=x3-x-2,证明:?x1∈(1,e),?x0∈(1,e),使得g(x0)=f(x1)成立.

,且在两侧导函数正负相异求解.

(2)由(Ⅰ)可知f(x)的极大值为 f(-1a)=-1+ln(-1a),再求得端点值f(1)=a,f(e)=ae+1,比较后取最小值和最大值,从而求得值域. (3)证明:由:?x1∈(1,e),?x0∈(1,e),使得g(x0)=f(x1)f(x1)即研究:f(x)的值域是g(x)的值域的子集,所以分别求得两函数的值域即可. 解答:解:(1)由f(x)=ax+lnx求导可得: f′(x)=a+1x.(2分) 令 f′(x)=a+1x=0,可得 a=-1x ∵x∈(1,e),∴ -1x∈(-1,-1e)∴ a∈(-1,-1e)(3分) 又因为x∈(1,e)

所以,f(x)有极值所以,实数a的取值范围为 (-1,-1e).(4分) (2)由(Ⅰ)可知f(x)的极大值为 f(-1a)=-1+ln(-1a)(6分) 又∵f(1)=a,f(e)=ae+1

由a≥ae+1,解得 a≤11-e又∵ -1<11-e<-1e ∴当 -1<a≤11-e时,

函数f(x)的值域为(ae+1,-1+ln( -1a)](8分) 当 11-e<a<-1e时,

函数f(x)的值域为(a,-1+ln( -1a)].(10分)

(3)证明:由g(x)=x3-x-2求导可得g'(x)=3x2-1(11分) 令g'(x)=3x2-1=0,解得 x=±33

令g'(x)=3x2-1>0,解得 x<-33或 x>33 又∵ x∈(1,e)?(33,+∞)

∴g(x)在(1,e)上为单调递增函数(12分) ∵g(1)=-2,g(e)=e3-e-2

∴g(x)在x∈(1,e)的值域为(-2,e3-e-2)(14分) ∵ e3-e-2>-1+ln(-1a), -2<ae+1,-2<a

∴ (ae+1,-1+ln(-1a)]?(-2,e3-e-2), (a,-1+ln(-1a)]?(-2,e3-e-2) ∴?x1∈(1,e),?x0∈(1,e),使得g(x0)=f(x1)成立.(16分)

175已知函数f(x)=x3-ax3+bx+c(a,b,c∈R),若函数f(x)在x=-1和x=3时取得极值 (1)求a,b

(2)当x∈[-2,6]时,f(x)<2|c|恒成立,求c的取值范围. 答:解:(1)∵函数f(x)在x=-1和x=3时取极值,∴-1,3是方程3x2-2ax+b=0的两根, ∴ {-1+3=23a-1×3=b3,∴ {a=3b=-9

(2)f(x)=x3-3x2-9x+c,f′(x)=3x2-6x-9,当x变化时,有下表

x f’(x) f(x)

-1) -1 (-∞,+ ↗

0 Max

c+5

3 (-1,3)- ↘

0 Min c-27

+∞) (3,+ ↗

而f(-2)=c-2,f(6)=c+54,∴x∈[-2,6]时f(x)的最大值为c+54

要使f(x)<2|c|恒成立,只要c+54<2|c|即可

当c≥0时,c+54<2c,∴c>54,当c<0时,c+54<-2c,∴c<-18 ∴c∈(-∞,-18)∪(54,+∞)

176已知函数f(x)=4x-k(x2+2clnx)(c>1,k∈R)有一个极值点是1. (I)讨论函数f(x)的单调性;

(II)记f(x)的极大值为M,极小值为N,比较 M-12N与2c+1c+1的大小. 答:解:(I)由已知中k≠0 ∵f(x)=4x-k(x2+2clnx)(c>1,k∈R) ∴f′(x)=4-k(2x+ 2cx)= -2kx2-2ck+4xx ∵函数f(x)=有一个极值点是1. ∴f′(1)=0 ∴c= 2k-1

令f′(x)=0,即-2kx2-2ck+4x=0 ∵此方程的一个根为1, ∴另一个根为c ∵c>1,即0<k<1

∴函数f(x)在(1,c)上为增函数,在(0,1),(c,+∞)上为减函数 (II)由(I)知f(x)在x=c时取极大值,在x=1时取极小值 ∴M=f(c)=4c-k(c2+2clnc),N=f(1)=4-k,其中 2k-1=c ∴ M-12N=4c-4clncc+1-2+1c+1 ∴ M-12N-2c+1c+1=2c2-2-4clncc+1

令g(c)=c2-1-2clnc,则g′(c)=2c-(2lnc+2)=2(c-1-lnc) 再令h(c)=c-1-lnc,则h′(c)=1- 1c= c-1c

∵c>1,∴h′(c)>0

∴函数h(c)在(1,+∞)上为增函数 ∴h(c)>h(1)=0 ∴g′(c)>0,

∴函数g(c)在(1,+∞)上为增函数 ∴g(c)>g(1)=0 ∴ M-12N-2c+1c+1>0 ∴ M-12N>2c+1c+1

177已知函数f(x)=2x3+ax2+bx+3在x=-1和x=2处取得极值. (1)求f(x)的表达式和极值.

(2)若f(x)在区间[m,m+4]上是单调函数,试求m的取值范围. 答:解:(1)∵f′(x)=6x2+2ax+b

∴ {f′(-1)=0f′(2)=0即 {6-2a+b=024+4a+b=0 解得

{a=-3b=-12

∴f(x)=2x3-3x2-12x+3 f′(x)=6x2-6x-12

f′(x)>0解得x<-1或x>2 由f′(x)<0解得-1<x<2

故函数f(x)在(-∞,-1)和(2,+∞)递增,函数在(-1,2)递减 所以当x=-1时,有极大值10;当x=2时,有极小值-17

(2)由(1)知,若f(x)在区间[m,m+4]上是单调函数,需 m+4≤-1或 {m≥-1m+4≤2或m≥2 所以m≤-5或m≥2

178已知定义在R上的函数f(x)=ax3+bx2+cx+d(a,b,c,d,∈R)的图象关于原点对称,且x=1时,f(x)取极小值 -25. (Ⅰ)求f(x)的解析式;

(Ⅱ)当x∈[-1,1]时,图象上是否存在两点,使得在此两点处的切线互相垂直?证明你的结论. 答:解:(I)因为图象关于原点对称,所以f(x)为奇函数,所以b=0,d=0; 所以f(x)=ax3+cx,因此f'(x)=3ax2+c 由题意得 {f(1)=a+c=-25f′(1)=3a+c=0, 解得 a=15,c=-35

所以f(x)= 15x3-35x. (II)不存在.

证明:假设存在x1,x2,则f'(x1)?f'(x2)=-1 所以(x12-1)(x22-1)=-4

因为x1,x2∈[-1,1]所以x12-1,x22-1∈[-1,0] 因此(x12-1)(x22-1)≠-4 所以不存在.

179已知函数 f(x)=12x2+lnx

(1)若x=e为y=f(x)-2ex-ax的极值点,求实数a的值 (2)若x0是函数f(x)的一个零点,且x0∈(b,b+1),其中b∈N,则求b的值 (3)若当x≥1时 f(x)≥c(x-1)+12,求c的取值范围. 析式,又由进而求出其导函数的解析式,又由x=e为y=f(x)-2ex-ax的极值点,故y'x=e=0,由此构造关于a的方程,解方程即可求出实数a的值

(2)根据函数单调性的性质,我们易得函数 f(x)=12x2+lnx为增函数,若x0是函数f(x)的一个零点,利用二分法我们易得在区间( 1e,1)上存在函数唯一的零点,则( 1e,1)?(b,b+1),又由b∈N,即求出b的值

(3)构造函数 g(x)=f(x)-c(x-1)-12,则问题可转化为当x≥1时函数恒成立问题,分析函数的单调性,求出函数的最值,即可求出c的取值范围. 解答:解:(1) y′=x+1x-2e-a…(2分)

∵y在x=e处取得极值,∴y'x=e=0即 e+1e-2e-a=0解得 a=1e-e 经检验 a=1e-e符合题意,∴ a=1e-e…(4分) (2)∵ f′(x)=x+1x,(x>0),∴f'(x)>0 ∴f(x)在(0,+∞)上单调递增…(5分) 又∴ f(1e)=12e2+ln1e=12e2-1<0 且 f(1)=12+ln1=12>0

由二分法可得 x0∈(1e,1)…(7分) 又∵ (1e,1)?(0,1) ∴b=0…(8分)

(3)设 g(x)=f(x)-c(x-1)-12, g′(x)=x+1x-c,∵x≥1,∴ x+1x≥2 (ⅰ)若c≤2,当x≥1时, g′(x)=x+1x-c≥0恒成立 故g(x)在(0,+∞)上为增函数, 所以,x≥1时,g(x)≥g(1),即 f(x)≥c(x-1)+12.…(9分) 若c>2,方程g'(x)=0有2根

x1=c-c2-42或 x2=c+c2-42且x1<1<x2 此时若x∈(1,x2),则g'(x)<0, 故g(x)在该区间为减函数

所以x∈(1,x2)时,g(x)<g(1)=0即 f(x)<c(x-1)+12 与题设 f(x)≥c(x-1)+12矛盾

综上,满足条件的c的取值范围是(-∞,2]…(12分)

180已知函数f(x)=x3+bx2+cx+d有两个极值点x1=1,x2=2,且直线y=6x+1与曲线y=f(x)相切于P点. (1)求b和c

(2)求函数y=f(x)的解析式;

(3)在d为整数时,求过P点和y=f(x)相切于一异于P点的直线方程. 决问题.

(2)设切点为(x0,y0),根据题意可得f′(x0)=6,即x0=3或者x0=0,即可解出切点的坐标求出函数y=f(x)的解析式.

(3)由题意可得:设切点的坐标为(x1,y1),

所以 K切=y1-1x1= x13-92x12+6x1x1= x12-92x1+6…①.所以K切=3x12-9x1+6…②,所以


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