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- 2021-05-14 发布
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高考二次求导
一.解答题(共40小题)
1.已知函数f(x)=ax2+lnx,g(x)=﹣bx,其中a,b∈R,设h(x)=f(x)﹣g(x),
(1)若f(x)在x=处取得极值,且f′(1)=g(﹣1)﹣2.求函数h(x)的单调区间;
(2)若a=0时,函数h(x)有两个不同的零点x1,x2
①求b的取值范围;
②求证:>1.
2.设a,b∈R,函数,g(x)=ex(e为自然对数的底数),且函数f(x)的图象与函数g(x)的图象在x=0处有公共的切线.
(Ⅰ)求b的值;
(Ⅱ)讨论函数f(x)的单调性;
(Ⅲ)若g(x)>f(x)在区间(﹣∞,0)内恒成立,求a的取值范围.
3.已知函数.
(1)若y=f(x)在(0,+∞)恒单调递减,求a的取值范围;
(2)若函数y=f(x)有两个极值点x1,x2(x1<x2),求a的取值范围并证明x1+x2>2.
4.已知函数.
(1)设G(x)=2f(x)+g(x),求G(x)的单调递增区间;
(2)证明:当x>0时,f(x+1)>g(x);
(3)证明:k<1时,存在x0>1,当x∈(1,x0)时,恒有.
5.已知函数.
(Ⅰ) 当a=0时,求曲线f (x)在x=1处的切线方程;
(Ⅱ) 设函数h(x)=alnx﹣x﹣f(x),求函数h (x)的极值;
(Ⅲ) 若g(x)=alnx﹣x在[1,e](e=2.718 28…)上存在一点x0,使得g(x0)≥f(x0)成立,求a的取值范围.
6.设函数f(x)=eax+λlnx,其中a<0,e是自然对数的底数
(Ⅰ)若f(x)是(0,+∞)上的单调函数,求λ的取值范围;
(Ⅱ)若0<λ<,证明:函数f(x)有两个极值点.
7.已知函数(a为常数,a≠0).
(Ⅰ)当a=1时,求函数f(x)在点(3,f(3))的切线方程
(Ⅱ)求f(x)的单调区间;
(Ⅲ)若f(x)在x0处取得极值,且,而f(x)≥0在[e+2,e3+2]上恒成立,求实数a的取值范围.(其中e为自然对数的底数)
8.已知函数.
(1)若g(x)在点(1,g(1))处的切线方程为8x﹣2y﹣3=0,求a,b的值;
(2)若b=a+1,x1,x2是函数g(x)的两个极值点,试比较﹣4与g(x1)+g(x2)的大小.
9.已知函数f(x)=x﹣alnx﹣1,,其中a为实数.
(Ⅰ)求函数g(x)的极值;
(Ⅱ)设a<0,若对任意的x1、x2∈[3,4](x1≠x2),恒成立,求实数a的最小值.
10.已知函数f(x)=xlnx﹣k(x﹣1)
(1)求f(x)的单调区间;并证明lnx+≥2(e为自然对数的底数)恒成立;
(2)若函数f(x)的一个零点为x1(x1>1),f'(x)的一个零点为x0,是否存在实数k,使=k,若存在,求出所有满足条件的k的值;若不存在,说明理由.
11.已知函数f(x)=(x﹣2)ex+a(x﹣1)2.
(Ⅰ)讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)若f(x)有两个零点,求a的取值范围.
12.设函数f(x)=ax2﹣a﹣lnx,g(x)=﹣,其中a∈R,e=2.718…为自然对数的底数.
(Ⅰ)讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)证明:当x>1时,g(x)>0;
(Ⅲ)确定a的所有可能取值,使得f(x)>g(x)在区间(1,+∞)内恒成立.
13.设函数f(x)=(x﹣1)3﹣ax﹣b,x∈R,其中a,b∈R.
(1)求f(x)的单调区间;
(2)若f(x)存在极值点x0,且f(x1)=f(x0),其中x1≠x0,求证:x1+2x0=3;
(3)设a>0,函数g(x)=|f(x)|,求证:g(x)在区间[0,2]上的最大值不小于.
14.设函数f(x)=acos2x+(a﹣1)(cosx+1),其中a>0,记|f(x)|的最大值为A.
(Ⅰ)求f′(x);
(Ⅱ)求A;
(Ⅲ)证明:|f′(x)|≤2A.
15.设函数f(x)=x3﹣ax﹣b,x∈R,其中a,b∈R.
(1)求f(x)的单调区间;
(2)若f(x)存在极值点x0,且f(x1)=f(x0),其中x1≠x0,求证:x1+2x0=0;
(3)设a>0,函数g(x)=|f(x)|,求证:g(x)在区间[﹣1,1]上的最大值不小于.
16.已知函数f(x)=(x﹣2)ex+a(x﹣1)2有两个零点.
(Ⅰ)求a的取值范围;
(Ⅱ)设x1,x2是f(x)的两个零点,证明:x1+x2<2.
17.已知f(x)=a(x﹣lnx)+,a∈R.
(I)讨论f(x)的单调性;
(II)当a=1时,证明f(x)>f′(x)+对于任意的x∈[1,2]成立.
18.已知函数f(x)=lnx+x2.
(Ⅰ)若函数g(x)=f(x)﹣ax在其定义域内为增函数,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)在(Ⅰ)的条件下,若a>1,h(x)=e3x﹣3aexx∈[0,ln2],求h(x)的极小值;
(Ⅲ)设F(x)=2f(x)﹣3x2﹣kx(k∈R),若函数F(x)存在两个零点m,n(0<m<n),且2x0=m+n.问:函数F(x)在点(x0,F(x0))处的切线能否平行于x轴?若能,求出该切线方程;若不能,请说明理由.
19.g(x)=2lnx﹣x2﹣mx,x∈R,如果g(x)的图象与x轴交于A(x1,0),B(x2,0)(x1<x2),AB中点为C(x0,0),求证g′(x0)≠0.
20.已知函数f(x)=alnx﹣ax﹣3(a∈R).
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)若函数y=f(x)的图象在点(2,f(2))处的切线的倾斜角为45°,对于任意的t∈[1,2],函数g(x)=x3+x2(f'(x)+)在区间(t,3)上总不是单调函数,求m的取值范围;
(Ⅲ)求证:×××…×<(n≥2,n∈N*).
21.设函数f(x)=(1+x)2﹣2ln(1+x)
(1)若关于x的不等式f(x)﹣m≥0在[0,e﹣1]有实数解,求实数m的取值范围.
(2)设g(x)=f(x)﹣x2﹣1,若关于x的方程g(x)=p至少有一个解,求p的最小值.
(3)证明不等式:(n∈N*).
22.已知函数,f(x)=alnx﹣ax﹣3(a∈R).
(1 )当a=1时,求函数f(x)的单调区间;
(2)若函数y=f(x)的图象在点(2,f(2))处的切线的倾斜角为45°,问:m在什么范围取值时,对于任意的t[1,2],函数在区间(t,3)上总存在极值?
23.已知函数f(x)=x3+x2+ax+b(a,b为常数),其图象是曲线C.
(1)当a=﹣2时,求函数f(x)的单调减区间;
(2)设函数f(x)的导函数为f′(x),若存在唯一的实数x0,使得f(x0)=x0与f′(x0)=0同时成立,求实数b的取值范围;
(3)已知点A为曲线C上的动点,在点A处作曲线C的切线l1与曲线C交于另一点B,在点B处作曲线C的切线l2,设切线l1,l2的斜率分别为k1,k2.问:是否存在常数λ,使得k2=λk1?若存在,求出λ的值;若不存在,请说明理由.
24.已知函数f(x)=alnx﹣ax﹣3(a≠0).
(Ⅰ)讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)若f(x)+(a+1)x+4﹣e≤0对任意x∈[e,e2]恒成立,求实数a的取值范围(e为自然常数);
(Ⅲ)求证ln(22+1)+ln(32+1)+ln(42+1)+…+ln(n2+1)<1+2lnn!(n≥2,n∈N*)(n!=1×2×3×…×n).
25.已知函数f(x)=lnx﹣x﹣lna,a为常数.
(1)若函数f(x)有两个零点x1,x2,且x1<x2,求a的取值范围;
(2)在(1)的条件下,证明:的值随a的值增大而增大.
26.已知函数f(x)=e1﹣x(﹣a+cosx),a∈R.
(Ⅰ)若函数f(x)存在单调减区间,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)若a=0,证明:,总有f(﹣x﹣1)+2f′(x)•cos(x+1)>
0.
27.已知函数f(x)=(e为自然对数的底数).
(1)若a=,求函数f(x)的单调区间;
(2)若f(1)=1,且方程f(x)=1在(0,1)内有解,求实数a的取值范围.
28.已知函数f(x)=,g(x)=ln(x+1),曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程是5x﹣4y+1=0
(1)求a,b的值;
(2)若当x∈[0,+∞)时,恒有f(x)≥kg(x)成立,求k的取值范围;
(3)若=22361,试估计ln的值(精确到0.001)
29.设a∈R,函数f(x)=lnx﹣ax.
(Ⅰ)求f(x)的单调递增区间;
(Ⅱ)设F(x)=f(x)+ax2+ax,问F(x)是否存在极值,若存在,请求出极值;若不存在,请说明理由;
(Ⅲ)设A(x1,y1),B(x2,y2)是函数g(x)=f(x)+ax图象上任意不同的两点,线段AB的中点为C(x0,y0),直线AB的斜率为为k.证明:k>g′(x0).
30.已知函数f(x)=x3+(1﹣a)x2﹣a(a+2)x(a∈R),f′(x)为f(x)的导数.
(Ⅰ)当a=﹣3时证明y=f(x)在区间(﹣1,1)上不是单调函数.
(Ⅱ)设,是否存在实数a,对于任意的x1∈[﹣1,1]存在x2∈[0,2],使得f′(x1)+2ax1=g(x2)成立?若存在求出a的取值范围;若不存在说明理由.
31.已知函数f(x)=x2﹣(a+2)x+alnx,其中常数a>0.
(Ⅰ)当a>2时,求函数f(x)的单调递增区间;
(Ⅱ)设定义在D上的函数y=h(x)在点P(x0,h(x0
))处的切线方程为l:y=g(x),若>0在D内恒成立,则称P为函数y=h(x)的“类对称点”.当a=4时,试问y=f(x)是否存在“类对称点”,若存在,请至少求出一个“类对称点”的横坐标;若不存在,请说明理由.
32.已知函数f(x)=2ex+2ax﹣a2,a∈R.
(1)当a=1时,求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x≥0时,f(x)≥x2﹣3恒成立,求实数a的取值范围.
33.已知a∈R,函数f(x)=ex﹣a(x+1)的图象与x轴相切.
(Ⅰ)求f(x)的单调区间;
(Ⅱ)若x>0时,f(x)>mx2,求实数m的取值范围.
34.已知函数h(x)=﹣ax2+1,设f(x)=h'(x)﹣2alnx,g(x)=ln2x+2a2,其中x>0,a∈R.
(1)若f(x)在区间(2,+∞)上单调递增,求实数a的取值范围;
(2)记F(x)=f(x)+g(x),求证:F(x)≥.
35.已知函数f(x)=lnx﹣x+1,函数g(x)=axex﹣4x,其中a为大于零的常数.
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)求证:g(x)﹣2f(x)≥2(lna﹣ln2).
36.已知x∈(1,+∞),函数f(x)=ex+2ax(a∈R),函数g(x)=|﹣lnx|+lnx,其中e为自然对数的底数.
(1)若a=﹣,求函数f(x)的单调区间;
(2)证明:当a∈(2,+∞)时,f′(x﹣1)>g(x)+a.
37.已知函数f(x)=x2+mlnx+x
(1)求f(x)的单调区间;
(2)令g(x)=f(x)﹣x2
,试问过点P(1,3)存在多少条直线与曲线y=g(x)相切?并说明理由.
38.已知函数.
(Ⅰ)若f(x)在点(2,f(2))处的切线与直线x﹣2y+1=0垂直,求实数a的值;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅲ)讨论函数f(x)在区间[1,e2]上零点的个数.
39.已知函数f(x)=(2﹣a)lnx++2ax(a≥0)
(1)当a=0时,求f(x)的极值;
(2)当a<0时,讨论f(x)的单调性;
(3)若对于任意的x1,x2∈[1,3],a∈(﹣∞,﹣2)都有|f(x1)﹣f(x2)|<(m+ln3)a﹣2ln3,求实数m的取值范围.
40.已知函数f(x)=lnx﹣ax.
(Ⅰ)若函数f(x)在(1,+∞)上单调递减,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)当a=1时,函数有两个零点x1,x2,且x1<x2.求证:x1+x2>1.
2017年02月13日数学的高中数学组卷
参考答案与试题解析
一.解答题(共40小题)
1.(2017•南京一模)已知函数f(x)=ax2+lnx,g(x)=﹣bx,其中a,b∈R,设h(x)=f(x)﹣g(x),
(1)若f(x)在x=处取得极值,且f′(1)=g(﹣1)﹣2.求函数h(x)的单调区间;
(2)若a=0时,函数h(x)有两个不同的零点x1,x2
①求b的取值范围;
②求证:>1.
解:(1)由已知得f,(x>0),
所以,所以a=﹣2.
由f′(1)=g(﹣1)﹣2,
得a+1=b﹣2,
所以b=1.
所以h(x)=﹣x2+lnx+x,(x>0).
则,(x>0),
由h′(x)>0得0<x<1,h′(x)<0得x>1.
所以h(x)的减区间为(1,+∞),增区间为(0,1).
(2)①由已知h(x)=lnx+bx,(x>0).
所以h,(x>0),
当b≥0时,显然h′(x)>
0恒成立,此时函数h(x)在定义域内递增,h(x)至多有一个零点,不合题意.
当b<0时,令h′(x)=0得x=>0,令h′(x)>0得;令h′(x)<0得.
所以h(x)极大=h()=﹣ln(﹣b)﹣1>0,解得.
且x→0时,lnx<0,x→+∞时,lnx<0.
所以当时,h(x)有两个零点.
②证明:由题意得,即,
①×②得.
因为x1,x2>0,
所以﹣b(x1+x2)>0,
所以,
因为0<﹣b<,
所以e﹣b>1,
所以x1x2>>>e2,
所以>1.
2.(2017•四川模拟)设a,b∈R,函数,g(x)=ex(e为自然对数的底数),且函数f(x)的图象与函数g(x)的图象在x=0处有公共的切线.
(Ⅰ)求b的值;
(Ⅱ)讨论函数f(x)的单调性;
(Ⅲ)若g(x)>f(x)在区间(﹣∞,0)内恒成立,求a的取值范围.
(Ⅰ)f'(x)=x2+2ax+b,g'(x)=ex,
由f'(0)=b=g'(0)=1,得b=1.…(2分)
(Ⅱ)f'(x)=x2+2ax+1=(x+a)2+1﹣a2,
当a2≤1时,即﹣1≤a≤1时,f'(x)≥0,从而函数f(x)在定义域内单调递增,
当a2>1时,,此时
若,f'(x)>0,则函数f(x)单调递增;
若,f'(x)<0,则函数f(x)单调递减;
若时,f'(x)>0,则函数f(x)单调递增.…(6分)
(Ⅲ)令h(x)=g'(x)﹣f'(x)=ex﹣x2﹣2ax﹣1,则h(0)=e0﹣1=0.h'(x)=ex﹣2x﹣2a,令u(x)=h'(x)=ex﹣2x﹣2a,则u'(x)=ex﹣2.
当x≤0时,u'(x)<0,从而h'(x)单调递减,
令u(0)=h'(0)=1﹣2a=0,得.
先考虑的情况,此时,h'(0)=u(0)≥0;
又当x∈(﹣∞,0)时,h'(x)单调递减,所以h'(x)>0;
故当x∈(﹣∞,0)时,h(x)单调递增;
又因为h(0)=0,故当x<0时,h(x)<0,
从而函数g(x)﹣f(x)在区间(﹣∞,0)内单调递减;
又因为g(0)﹣f(0)=0,所以g(x)>f(x)在区间(﹣∞,0)恒成立.
接下来考虑的情况,此时,h'(0)<0,
令x=﹣a,则h'(﹣a)=e﹣a>0.
由零点存在定理,存在x0∈(﹣a,0)使得h'(x0)=0,
当x∈(x0,0)时,由h'(x)单调递减可知h'(x)<0,所以h(x)单调递减,
又因为h(0)=0,故当x∈(x0,0)时h(x)>0.
从而函数g(x)﹣f(x)在区间(x0,0)单调递增;
又因为g(0)﹣f(0)=0,所以当x∈(x0,0),g(x)<f(x).
综上所述,若g(x)>f(x)在区间(﹣∞,0)恒成立,则a的取值范围是.…(14分)
3.(2017•达州模拟)已知函数.
(1)若y=f(x)在(0,+∞)恒单调递减,求a的取值范围;
(2)若函数y=f(x)有两个极值点x1,x2(x1<x2),求a的取值范围并证明x1+x2>2.
解:(1)因为f'(x)=lnx﹣ax+1(x>0),
所以由f'(x)≤0在(0,+∞)上恒成立得,
令,易知g(x)在(0,1)单调递增(1,+∞)单调递减,
所以a≥g(1)=1,
即得:a≥1…(5分)
(2)函数y=f(x)有两个极值点x1,x2(x1<x2),
即y=f'(x)有两个不同的零点,且均为正,f'(x)=lnx﹣ax+1(x>0),
令F(x)=f'(x)=lnx﹣ax+1,由可知
1)a≤0时,函数y=f(x)在(0,+∞)上是增函数,不可能有两个零点.
2)a>0时,y=F(x)在是增函数在是减函数,
此时为函数的极大值,也是最大值.
当时,最多有一个零点,所以才可能有两个零点,
得:0<a<1…(7分)
此时又因为,,,
令
,φ(a)在(0,1)上单调递增,
所以φ(a)<φ(1)=3﹣e2,即
综上,所以a的取值范围是(0,1)…(8分)
下面证明x1+x2>2
由于y=F(x)在是增函数在是减函数,,可构造出
构造函数
则,故m(x)在区间上单调减.又由于,
则,即有m(x1)>0在上恒成立,即有成立.
由于,,y=F(x)在是减函数,所以
所以成立 …(12分)
4.(2017•大理州一模)已知函数.
(1)设G(x)=2f(x)+g(x),求G(x)的单调递增区间;
(2)证明:当x>0时,f(x+1)>g(x);
(3)证明:k<1时,存在x0>1,当x∈(1,x0)时,恒有.
解:(1)由题意知,…(1分)
从而…(2分)
令G'(x)>0得0<x<2…(3分)
所以函数G(x)的单调递增区间为(0,2)…(4分)
(2)令…(5分)
从而…(6分)
因为x>0,所以H'(x)>0,故H(x)在(0,+∞)上单调递增…(7分)
所以,当x>0时,H(x)>H(0)=0,
即f(x+1)>g(x)…(8分)
(3)当k<1时,
令…(9分)
则有…(10分)
由F'(x)=0得﹣x2+(1﹣k)x+1=0,
解之得,,
…(11分)
从而存在x0=x2>1,当x∈(1,x0)时,F'(x)>0,
故F(x)在[1,x0)上单调递增,从而当x∈(1,x0)时,F(x)>F(1)=0,
即…(12分)
5.(2017•茂名一模)已知函数.
(Ⅰ) 当a=0时,求曲线f (x)在x=1处的切线方程;
(Ⅱ) 设函数h(x)=alnx﹣x﹣f(x),求函数h (x)的极值;
(Ⅲ) 若g(x)=alnx﹣x在[1,e](e=2.718 28…)上存在一点x0,使得g(x0)≥f(x0)成立,求a的取值范围.
解:(Ⅰ) 当a=0时,f (x)=,f (1)=1,则切点为(1,1),…(1分)
∵,∴切线的斜率为k=f'(1)=﹣1,…(2分)
∴曲线f (x)在点(1,1)处的切线方程为y﹣1=﹣( x﹣1),即x+y﹣2=0 …(3分)
(Ⅱ)依题意,定义域为(0,+∞),
∴,…(4分)
①当a+1>0,即a>﹣1时,令h'(x)>0,∵x>0,∴0<x<1+a,
此时,h(x) 在区间(0,a+1)上单调递增,
令h'(x)<0,得 x>1+a.
此时,h(x)在区间(a+1,+∞)上单调递减.…(5分)
②当a+1≤0,即a≤﹣1时,h'(x)<0恒成立,h(x)在区间(0,+∞)上单调递减.…(6分)
综上,当a>﹣1时,h(x)在x=1+a处取得极大值h(1+a)=aln(1+a)﹣a﹣2,无极小值;
当a≤﹣1时,h(x)在区间(0,+∞)上无极值.…(7分)
(Ⅲ) 依题意知,在[1,e]上存在一点x0,使得g(x0)≥f(x0)成立,
即在[1,e]上存在一点x0,使得h(x0)≥0,
故函数在[1,e]上,有h(x)max≥0.…(8分)
由(Ⅱ)可知,①当a+1≥e,即a≥e﹣1时,h(x)在[1,e]上单调递增,
∴,∴,
∵,∴.…(9分)
②当0<a+1≤1,或a≤﹣1,即a≤0时,h(x)在[1,e]上单调递减,
∴h(x)max=h(1)=﹣1﹣1﹣a≥0,∴a≤﹣2.…(10分)
③当1<a+1<e,即0<a<e﹣1时,
由(Ⅱ)可知,h(x)在x=1+a处取得极大值也是区间(0,+∞)上的最大值,
即h(x)max=h(1+a)=aln(1+a)﹣a﹣2=a[ln(1+a)﹣1]﹣2,
∵0<ln(a+1)<1,∴h(1+a)<0在[1,e]上恒成立,
此时不存在x0使h(x0)≥0成立.…(11分)
综上可得,所求a的取值范围是或a≤﹣2.…(12分)
6.(2017•佛山一模)设函数f(x)=eax+λlnx,其中a<0,e是自然对数的底数
(Ⅰ)若f(x)是(0,+∞)上的单调函数,求λ的取值范围;
(Ⅱ)若0<λ<,证明:函数f(x)有两个极值点.
解:(Ⅰ)f′(x)=aeax+=,(x>0),
①若λ≤0,则f′(x)<0,则f(x)在(0,+∞)递减,
②若λ>0,令g(x)=axeax+λ,其中a<0,x>0,
则g′(x)=aeax(1+ax),
令g′(x)=0,解得:x=﹣,
故x∈(0,﹣)时,g′(x)<0,g(x)递减,
x∈(﹣,+∞)时,g′(x)>0,g(x)递增,
故x=﹣时,g(x)取极小值也是最小值g(﹣)=λ﹣,
故λ﹣≥0即λ≥时,g(x)≥0,
此时f′(x)≥0,f(x)在(0,+∞)递增,
综上,所求λ的范围是(﹣∞,0]∪[,+∞);
(Ⅱ)f′(x)=aeax+=,(x>0),
令g(x)=axeax+λ,其中a<0,x>0,
求导得:g′(x)=aeax(1+ax),
令g′(x)=0,解得:x=﹣,
x∈(0,﹣)时,g′(x)<0,g(x)递减,
x∈(﹣,+∞)时,g′(x)>0,g(x)递增,
x=﹣时,g(x)取得极小值,也是最小值g(﹣)=λ﹣,
∵0<λ<,∴g(﹣)=λ﹣<0,又g(0)=λ>0,
∴g(﹣)g(0)<0,
∴函数f(x)有两个极值点.
7.(2017•南充模拟)已知函数(a为常数,a≠0).
(Ⅰ)当a=1时,求函数f(x)在点(3,f(3))的切线方程
(Ⅱ)求f(x)的单调区间;
(Ⅲ)若f(x)在x0处取得极值,且,而f(x)≥0在[e+2,e3+2]上恒成立,求实数a的取值范围.(其中e为自然对数的底数)
解:(x>2)
(Ⅰ)当a=1时,,f'(3)=﹣2.,
所以,函数f(x)在点(3,f(3))处的切线方程为:
,即4x+2y﹣3=0.…(3分)
(Ⅱ)=,
因为x>2,所以x﹣2>0,
①当a<0时,(x﹣1)2﹣(a+1)=x(x﹣2)﹣a>0在x>2上成立,
所以f'(x)当x>2恒大于0,
故f(x)在(2,+∞)上是增函数.…(5分)
②当a>0时,,
因为x>2,
所以,a(x﹣2)>0,
当时,f'(x)≤0,f(x)为减函数;
当时,f'(x)≥0,f(x)为增函数.…(7分)
综上:当a<0时,f(x)在(2,+∞)上为增函数;
当a>0时,f(x)在上为增函数,在上为减函数.…(8分)
(Ⅲ)由(Ⅱ)知x0处有极值,故a>0,且,
因为且e+2>2,
所以f(x)在[e+2,e3+2]上单调.…(10分)
当[e+2,e3+2]为增区间时,f(x)≥0恒成立,则有.
当[e+2,e3+2]为减区间时,f(x)≥0恒成立,则有解集为空集.
综上:当a>e6+2e3时满足条件.…(12分)
8.(2017•本溪模拟)已知函数.
(1)若g(x)在点(1,g(1))处的切线方程为8x﹣2y﹣3=0,求a,b的值;
(2)若b=a+1,x1,x2是函数g(x)的两个极值点,试比较﹣4与g(x1)+g(x2)的大小.
(1)根据题意可求得切点,由题意可得,,
∴,即,解得a=1,b=﹣1.…(3分)
(2)证明:∵b=a+1,∴,则.
根据题意可得x2﹣ax+a=0在(0,+∞)上有两个不同的根x1,x2.
即,解得a>4,且x1+x2=a,x1x2=a.…(5分)
∴.…(6分)
令,则f'(x)=lnx+1﹣x﹣1=lnx﹣x,
令h(x)=lnx﹣x,则当x>4时,,
∴h(x)在(4,+∞)上为减函数,即h(x)<h(4)=ln4﹣4<0,f'(x)<0,
∴f(x)在(4,+∞)上为减函数,即f(x)<f(4)=8lnx﹣12,
∴g(x1)+g(x2)<8ln2﹣12,…(10分)
又∵,,
∴,即,
∴g(x1)+g(x2)<﹣4.…(12分)
9.(2017•本溪模拟)已知函数f(x)=x﹣alnx﹣1,,其中a为实数.
(Ⅰ)求函数g(x)的极值;
(Ⅱ)设a<0,若对任意的x1、x2∈[3,4](x1≠x2),恒成立,求实数a的最小值.
解:(Ⅰ),令g'(x)=0,得x=1,列表如下:
x
(﹣∞,1)
1
(1,+∞)
g'(x)
+
0
﹣
g(x)
↗
极大值
↘
∴当x=1时,g(x)取得极大值g(1)=1,无极小值;…(4分)
(Ⅱ)当m=1时,a<0时,f(x)=x﹣alnx﹣1,x∈(0,+∞),
∵在[3,4]恒成立,∴f(x)在[3,4]上为增函数,
设,∵在[3,4]上恒成立,
∴h(x)在[3,4]上为增函数,
不妨设x2>x1,则等价于:f(x2)﹣f(x1)<h(x2)﹣h(x1),即f(x2)﹣h(x2)<f(x1)﹣h(x1),…(6分)
设,则u(x)在[3,4]上为减函数,
∴在[3,4]上恒成立,
∴恒成立,∴,x∈[3,4],…(8分)
设,∵,
∴,∴v'(x)>0,v(x)为减函数,
∴v(x)在[3,4]上的最大值,∴,
∴a的最小值为.…(12分)
10.(2017•泸州模拟)已知函数f(x)=xlnx﹣k(x﹣1)
(1)求f(x)的单调区间;并证明lnx+≥2(e为自然对数的底数)恒成立;
(2)若函数f(x)的一个零点为x1(x1>1),f'(x)的一个零点为x0,是否存在实数k,使=k,若存在,求出所有满足条件的k的值;若不存在,说明理由.
解:(1)∵f′(x)=lnx+1﹣k,
x∈(0,ek﹣1)时,f′(x)<0,此时h(x)递减,
x∈(ek﹣1,+∞)时,f′(x)>0,此时h(x)递增,
令k=2,则f(x)=xlnx﹣2(x﹣1),
故x=e时,f(x)有最小值是f(e),
故f(x)=xlnx﹣2(x﹣1)≥f(e)=2﹣e,
即lnx+≥2恒成立;
(2)由题意得:x1lnx1﹣k(x1﹣1)=0,
lnx0+1﹣k=0,
假设存在k,使得=k,(k>0)成立,
消元得:ek﹣1lnk﹣ek﹣1+1=0,
设m(k)=ek﹣1lnk﹣ek﹣1+1,
则m′(k)=ek﹣1(lnk+﹣1),
设F(k)=lnk+﹣1,
则F′(x)=﹣,
k∈(0,1)时,F′(x)<0,即此时函数F(k)递减,
k∈(1,+∞)时,F′(x)>0,此时函数F(k)递增,
∴F(k)≥F(1)=0,
∴m′(k)>0,
故函数m(k)在(0,+∞)递增,
∵m(1)=0,∴k=1,
但k=1时,x1=ek1k=1,与已知x1>1矛盾,
故k不存在.
11.(2016•新课标Ⅰ)已知函数f(x)=(x﹣2)ex+a(x﹣1)2.
(Ⅰ)讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)若f(x)有两个零点,求a的取值范围.
解:(Ⅰ)由f(x)=(x﹣2)ex+a(x﹣1)2,
可得f′(x)=(x﹣1)ex+2a(x﹣1)=(x﹣1)(ex+2a),
①当a≥0时,由f′(x)>0,可得x>1;由f′(x)<0,可得x<1,
即有f(x)在(﹣∞,1)递减;在(1,+∞)递增;
②当a<0时,若a=﹣,则f′(x)≥0恒成立,即有f(x)在R上递增;
若a<﹣时,由f′(x)>0,可得x<1或x>ln(﹣2a);
由f′(x)<0,可得1<x<ln(﹣2a).
即有f(x)在(﹣∞,1),(ln(﹣2a),+∞)递增;
在(1,ln(﹣2a))递减;
若﹣<a<0,由f′(x)>0,可得x<ln(﹣2a)或x>1;
由f′(x)<0,可得ln(﹣2a)<x<1.
即有f(x)在(﹣∞,ln(﹣2a)),(1,+∞)递增;
在(ln(﹣2a),1)递减;
(Ⅱ)
①由(Ⅰ)可得当a>0时,f(x)在(﹣∞,1)递减;在(1,+∞)递增,
且f(1)=﹣e<0,x→+∞,f(x)→+∞;x→﹣∞,f(x)→+∞.f(x)有两个零点;
②当a=0时,f(x)=(x﹣2)ex,所以f(x)只有一个零点x=2;
③当a<0时,
若a<﹣时,f(x)在(1,ln(﹣2a))递减,在(﹣∞,1),(ln(﹣2a),+∞)递增,
又当x≤1时,f(x)<0,所以f(x)不存在两个零点;
当a≥﹣时,f(x)在(1,+∞)单调递增,又x≤1时,f(x)<0,所以f(x)不存在两个零点.
综上可得,f(x)有两个零点时,a的取值范围为(0,+∞).
12.(2016•四川)设函数f(x)=ax2﹣a﹣lnx,g(x)=﹣,其中a∈R,e=2.718…为自然对数的底数.
(Ⅰ)讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)证明:当x>1时,g(x)>0;
(Ⅲ)确定a的所有可能取值,使得f(x)>g(x)在区间(1,+∞)内恒成立.
(Ⅰ)解:由f(x)=ax2﹣a﹣lnx,得f′(x)=2ax﹣=(x>0),
当a≤0时,f′(x)<0在(0,+∞)成立,则f(x)为(0,+∞)上的减函数;
当a>0时,由f′(x)=0,得x==,
∴当x∈(0,)时,f′(x)<0,当x∈(,+∞)时,f′(x)>0,
则f(x)在(0,)上为减函数,在(,+∞)上为增函数;
综上,当a≤0时,f(x)为(0,+∞)上的减函数,当a>0时,f(x)在(0,)上为减函数,在(,+∞)上为增函数;
(Ⅱ)证明:要证g(x)>0(x>1),即﹣>0,
即证,也就是证,
令h(x)=,则h′(x)=,
∴h(x)在(1,+∞)上单调递增,则h(x)min=h(1)=e,
即当x>1时,h(x)>e,∴当x>1时,g(x)>0;
(Ⅲ)解:由f(x)>g(x),得,
设t(x)=,
由题意知,t(x)>0在(1,+∞)内恒成立,
∵t(1)=0,
∴有t′(x)=2ax=≥0在(1,+∞)内恒成立,
令φ(x)=,
则φ′(x)=2a=,
当x≥2时,φ′(x)>0,
令h(x)=,h′(x)=,函数在[1,2)上单调递增,∴h(x)min=h(1)=﹣1.
又2a≥1,e1﹣x>0,∴1<x<2,φ′(x)>0,
综上所述,x>1,φ′(x)>0,φ(x)在区间(1,+∞)单调递增,
∴t′(x)>t′(1)≥0,即t(x)在区间(1,+∞)单调递增,
∴a≥.
13.(2016•天津)设函数f(x)=(x﹣1)3﹣ax﹣b,x∈R,其中a,b∈R.
(1)求f(x)的单调区间;
(2)若f(x)存在极值点x0,且f(x1)=f(x0),其中x1≠x0,求证:x1+2x0=3;
(3)设a>0,函数g(x)=|f(x)|,求证:g(x)在区间[0,2]上的最大值不小于.
解:(1)函数f(x)=(x﹣1)3﹣ax﹣b的导数为
f′(x)=3(x﹣1)2﹣a,
当a≤0时,f′(x)≥0,f(x)在R上递增;
当a>0时,当x>1+或x<1﹣时,f′(x)>0,
当1﹣<x<1+,f′(x)<0,
可得f(x)的增区间为(﹣∞,1﹣),(1+,+∞),减区间为(1﹣,1+);
(2)证明:f′(x0)=0,可得3(x0﹣1)2=a,
由f(x0)=(x0﹣1)3﹣3x0(x0﹣1)2﹣b=(x0﹣1)2(﹣2x0﹣1)﹣b,
f(3﹣2x0)=(2﹣2x0)3﹣3(3﹣2x0)(x0﹣1)2﹣b
=(x0﹣1)2(8﹣8x0﹣9+6x0)﹣b=(x0﹣1)2(﹣2x0﹣1)﹣b,
即为f(3﹣2x0)=f(x0)=f(x1),
即有3﹣2x0=x1,即为x1+2x0=3;
(3)证明:要证g(x)在区间[0,2]上的最大值不小于,
即证在[0,2]上存在x1,x2,使得f(x1)﹣f(x2)≥.
当a≥3时,f(x)在[0,2]递减,f(2)=1﹣2a﹣b,f(0)=﹣1﹣b,
f(0)﹣f(2)=2a﹣2≥4>,递减,成立;
当0<a<3时,f(1﹣)=(﹣)3﹣a(1﹣)﹣b=﹣﹣a+a﹣b
=﹣a﹣b,
f(1+)=()3﹣a(1+)﹣b=﹣a﹣a﹣b
=﹣﹣a﹣b,
f(2)=1﹣2a﹣b,f(0)=﹣1﹣b,
f(2)﹣f(0)=2﹣2a,
若0<a≤时,f(2)﹣f(0)=2﹣2a≥成立;
若a>时,f(1﹣)﹣f(1+)=>成立.
综上可得,g(x)在区间[0,2]上的最大值不小于.
14.(2016•新课标Ⅲ)设函数f(x)=acos2x+(a﹣1)(cosx+1),其中a>0,记|f(x)|的最大值为A.
(Ⅰ)求f′(x);
(Ⅱ)求A;
(Ⅲ)证明:|f′(x)|≤2A.
(I)解:f′(x)=﹣2asin2x﹣(a﹣1)sinx.
(II)当a≥1时,|f(x)|=|acos2x+(a﹣1)(cosx+1)|≤a|cos2x|+(a﹣1)|(cosx+1)|≤a|cos2x|+(a﹣1)(|cosx|+1)|≤a+2(a﹣1)=3a﹣2=f(0),因此A=3a﹣2.
当0<a<1时,f(x)等价为f(x)=acos2x+(a﹣1)(cosx+1)=2acos2x+(a﹣1)cosx﹣1,
令g(t)=2at2+(a﹣1)t﹣1,
则A是|g(t)|在[﹣1,1]上的最大值,g(﹣1)=a,g(1)=3a﹣2,
且当t=时,g(t)取得极小值,极小值为g()=﹣﹣1=﹣,(二次函数在对称轴处取得极值)
令﹣1<<1,得a<(舍)或a>.因此A=3a﹣2
①当0<a≤时,g(t)在(﹣1,1)内无极值点,|g(﹣1)|=a,|g(1)|=2﹣3a,|g(﹣1)|<|g(1)|,
∴A=2﹣3a,
②当<a<1时,由g(﹣1)﹣g(1)=2(1﹣a)>0,得g(﹣1)>g(1)>
g(),
又|g()﹣g(﹣1)|=>0,
∴A=|g()|=,
综上,A=.
(III)证明:由(I)可得:|f′(x)|=|﹣2asin2x﹣(a﹣1)sinx|≤2a+|a﹣1|,
当0<a≤时,|f′(x)|≤1+a≤2﹣4a<2(2﹣3a)=2A,
当<a<1时,A==++≥1,
∴|f′(x)|≤1+a≤2A,
当a≥1时,|f′(x)|≤3a﹣1≤6a﹣4=2A,
综上:|f′(x)|≤2A.
15.(2016•天津)设函数f(x)=x3﹣ax﹣b,x∈R,其中a,b∈R.
(1)求f(x)的单调区间;
(2)若f(x)存在极值点x0,且f(x1)=f(x0),其中x1≠x0,求证:x1+2x0=0;
(3)设a>0,函数g(x)=|f(x)|,求证:g(x)在区间[﹣1,1]上的最大值不小于.
解:(1)若f(x)=x3﹣ax﹣b,则f′(x)=3x2﹣a,
分两种情况讨论:
①、当a≤0时,有f′(x)=3x2﹣a≥0恒成立,
此时f(x)的单调递增区间为(﹣∞,+∞),
②、当a>0时,令f′(x)=3x2﹣a=0,解得x=或x=,
当x>或x<﹣时,f′(x)=3x2﹣a>0,f(x)为增函数,
当﹣<x<时,f′(x)=3x2﹣a<0,f(x)为减函数,
故f(x)的增区间为(﹣∞,﹣),(,+∞),减区间为(﹣,);
(2)若f(x)存在极值点x0,则必有a>0,且x0≠0,
由题意可得,f′(x)=3x2﹣a,则x02=,
进而f(x0)=x03﹣ax0﹣b=﹣x0﹣b,
又f(﹣2x0)=﹣8x03+2ax0﹣b=﹣x0+2ax0﹣b=f(x0),
由题意及(Ⅰ)可得:存在唯一的实数x1,满足f(x1)=f(x0),其中x1≠x0,
则有x1=﹣2x0,故有x1+2x0=0;
(Ⅲ)设g(x)在区间[﹣1,1]上的最大值M,max{x,y}表示x、y两个数的最大值,
下面分三种情况讨论:
①当a≥3时,﹣≤﹣1<1≤,
由(I)知f(x)在区间[﹣1,1]上单调递减,
所以f(x)在区间[﹣1,1]上的取值范围是[f(1),f(﹣1)],
因此M=max{|f(1)|,|f(﹣1)|}=max{|1﹣a﹣b|,|﹣1+a﹣b|}
=max{|a﹣1+b|,|a﹣1﹣b|}=,
所以M=a﹣1+|b|≥2
②当a<3时,,
由(Ⅰ)、(Ⅱ)知,f(﹣1)≥=f(),f(1)≤=,
所以f(x)在区间[﹣1,1]上的取值范围是[f(),f(﹣)],
因此M=max{|f()|,|f(﹣)|}=max{||,||}
=max{||,||}=,
③当0<a<时,,
由(Ⅰ)、(Ⅱ)知,f(﹣1)<=f(),f(1)>=,
所以f(x)在区间[﹣1,1]上的取值范围是[f(﹣1),f(1)],
因此M=max{|f(﹣1)|,|f(1)|}=max{|﹣1+a﹣b|,|1﹣a﹣b|}
=max{|1﹣a+b|,|1﹣a﹣b|}=1﹣a+|b|>,
综上所述,当a>0时,g(x)在区间[﹣1,1]上的最大值不小于.
16.(2016•新课标Ⅰ)已知函数f(x)=(x﹣2)ex+a(x﹣1)2有两个零点.
(Ⅰ)求a的取值范围;
(Ⅱ)设x1,x2是f(x)的两个零点,证明:x1+x2<2.
解:(Ⅰ)∵函数f(x)=(x﹣2)ex+a(x﹣1)2,
∴f′(x)=(x﹣1)ex+2a(x﹣1)=(x﹣1)(ex+2a),
①若a=0,那么f(x)=0⇔(x﹣2)ex=0⇔x=2,
函数f(x)只有唯一的零点2,不合题意;
②若a>0,那么ex+2a>0恒成立,
当x<1时,f′(x)<0,此时函数为减函数;
当x>1时,f′(x)>0,此时函数为增函数;
此时当x=1时,函数f(x)取极小值﹣e,
由f(2)=a>0,可得:函数f(x)在x>1存在一个零点;
当x<1时,ex<e,x﹣2<﹣1<0,
∴f(x)=(x﹣2)ex+a(x﹣1)2>(x﹣2)e+a(x﹣1)2=a(x﹣1)2+
e(x﹣1)﹣e,
令a(x﹣1)2+e(x﹣1)﹣e=0的两根为t1,t2,且t1<t2,
则当x<t1,或x>t2时,f(x)>a(x﹣1)2+e(x﹣1)﹣e>0,
故函数f(x)在x<1存在一个零点;
即函数f(x)在R是存在两个零点,满足题意;
③若﹣<a<0,则ln(﹣2a)<lne=1,
当x<ln(﹣2a)时,x﹣1<ln(﹣2a)﹣1<lne﹣1=0,
ex+2a<eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)>0恒成立,故f(x)单调递增,
当ln(﹣2a)<x<1时,x﹣1<0,ex+2a>eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)<0恒成立,故f(x)单调递减,
当x>1时,x﹣1>0,ex+2a>eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)>0恒成立,故f(x)单调递增,
故当x=ln(﹣2a)时,函数取极大值,
由f(ln(﹣2a))=[ln(﹣2a)﹣2](﹣2a)+a[ln(﹣2a)﹣1]2=a{[ln(﹣2a)﹣2]2+1}<0得:
函数f(x)在R上至多存在一个零点,不合题意;
④若a=﹣,则ln(﹣2a)=1,
当x<1=ln(﹣2a)时,x﹣1<0,ex+2a<eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)>0恒成立,故f(x)单调递增,
当x>1时,x﹣1>0,ex+2a>eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)>0恒成立,故f(x)单调递增,
故函数f(x)在R上单调递增,
函数f(x)在R上至多存在一个零点,不合题意;
⑤若a<﹣,则ln(﹣2a)>lne=1,
当x<1时,x﹣1<0,ex+2a<eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)>0恒成立,故f(x)单调递增,
当1<x<ln(﹣2a)时,x﹣1>0,ex+2a<eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)<0恒成立,故f(x)单调递减,
当x>ln(﹣2a)时,x﹣1>0,ex+2a>eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)>0恒成立,故f(x)单调递增,
故当x=1时,函数取极大值,
由f(1)=﹣e<0得:
函数f(x)在R上至多存在一个零点,不合题意;
综上所述,a的取值范围为(0,+∞)
证明:(Ⅱ)∵x1,x2是f(x)的两个零点,
∴f(x1)=f(x2)=0,且x1≠1,且x2≠1,
∴﹣a==,
令g(x)=,则g(x1)=g(x2)=﹣a,
∵g′(x)=,
∴当x<1时,g′(x)<0,g(x)单调递减;
当x>1时,g′(x)>0,g(x)单调递增;
设m>0,则g(1+m)﹣g(1﹣m)=﹣=,
设h(m)=,m>0,
则h′(m)=>0恒成立,
即h(m)在(0,+∞)上为增函数,
h(m)>h(0)=0恒成立,
即g(1+m)>g(1﹣m)恒成立,
令m=1﹣x1>0,
则g(1+1﹣x1)>g(1﹣1+x1)⇔g(2﹣x1)>g(x1)=g(x2)⇔2﹣x1>x2,
即x1+x2<2.
17.(2016•山东)已知f(x)=a(x﹣lnx)+,a∈R.
(I)讨论f(x)的单调性;
(II)当a=1时,证明f(x)>f′(x)+对于任意的x∈[1,2]成立.
(Ⅰ)解:由f(x)=a(x﹣lnx)+,
得f′(x)=a(1﹣)+
==(x>0).
若a≤0,则ax2﹣2<0恒成立,
∴当x∈(0,1)时,f′(x)>0,f(x)为增函数,
当x∈(1,+∞)时,f′(x)<0,f(x)为减函数;
当a>0,若0<a<2,当x∈(0,1)和(,+∞)时,f′(x)>0,f(x)为增函数,
当x∈(1,)时,f′(x)<0,f(x)为减函数;
若a=2,f′(x)≥0恒成立,f(x)在(0,+∞)上为增函数;
若a>2,当x∈(0,)和(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)为增函数,
当x∈(,1)时,f′(x)<0,f(x)为减函数;
(Ⅱ)解:∵a=1,
令F(x)=f(x)﹣f′(x)=x﹣lnx﹣1=x﹣lnx+.
令g(x)=x﹣lnx,h(x)=.
则F(x)=f(x)﹣f′(x)=g(x)+h(x),
由,可得g(x)≥g(1)=1,当且仅当x=1时取等号;
又,
设φ(x)=﹣3x2﹣2x+6,则φ(x)在[1,2]上单调递减,
且φ(1)=1,φ(2)=﹣10,
∴在[1,2]上存在x0,使得x∈(1,x0) 时φ(x0)>0,x∈(x0,2)时,φ(x0)<0,
∴函数h(x)在(1,x0)上单调递增;在(x0,2)上单调递减,
由于h(1)=1,h(2)=,因此h(x)≥h(2)=,当且仅当x=2取等号,
∴f(x)﹣f′(x)=g(x)+h(x)>g(1)+h(2)=,
∴F(x)>恒成立.
即f(x)>f′(x)+对于任意的x∈[1,2]成立.
18.(2016•离石区二模)已知函数f(x)=lnx+x2.
(Ⅰ)若函数g(x)=f(x)﹣ax在其定义域内为增函数,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)在(Ⅰ)的条件下,若a>1,h(x)=e3x﹣3aexx∈[0,ln2],求h(x)的极小值;
(Ⅲ)设F(x)=2f(x)﹣3x2﹣kx(k∈R),若函数F(x)存在两个零点m,n(0<m<n),且2x0=m+n.问:函数F(x)在点(x0,F(x0))处的切线能否平行于x轴?若能,求出该切线方程;若不能,请说明理由.
解:(Ⅰ)g(x)=f(x)﹣ax=lnx+x2﹣ax,
由题意知,g′(x)≥0,对任意的x∈(0,+∞)恒成立,即
又∵x>0,,当且仅当时等号成立
∴,可得
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,,令t=ex,则t∈[1,2],则
h(t)=t3﹣3at,
由h′(t)=0,得或(舍去),
∵,∴
若,则h′(t)<0,h(t)单调递减;若,则h′(t)>0,h(t)单调递增
∴当时,h(t)取得极小值,极小值为
(Ⅲ)设F(x)在(x0,F(x0))的切线平行于x轴,其中F(x)=2lnx﹣x2﹣kx
结合题意,有
①﹣②得
所以,由④得
所以
设,⑤式变为
设,
所以函数在(0,1)上单调递增,
因此,y<y|u=1=0,即,也就是此式与⑤矛盾
所以F(x)在(x0,F(x0))的切线不能平行于x轴
19.(2016•衡水模拟)g(x)=2lnx﹣x2﹣mx,x∈R,如果g(x)的图象与x轴交于A(x1,0),B(x2,0)(x1<x2),AB中点为C(x0,0),求证g′(x0)≠0.
解:根据题意,得;
②﹣①得,2ln﹣(x2﹣x1)(x2+x1)﹣m(x2﹣x1)=0,
∴2ln=(x2﹣x1)(x2+x1+m);(整理式子,向题意靠拢)
假设g′(x0)=0,
即g′(x0)==﹣(x1+x2)﹣m=0,(中点坐标公式2x0=x1+x2)
∴x1+x2+m=,
上下同除以x,另t=>1,
∴lnt=(t>1);
令g(t)=lnt﹣,
在g′(t)=>0,
∴g(t)>g(1)=0,
∴lnt≠,
即g'(x0)≠0.
20.(2016•商丘三模)已知函数f(x)=alnx﹣ax﹣3(a∈R).
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)若函数y=f(x)的图象在点(2,f(2))处的切线的倾斜角为45°,对于任意的t∈[1,2],函数g(x)=x3+x2(f'(x)+)在区间(t,3)上总不是单调函数,求m的取值范围;
(Ⅲ)求证:×××…×<(n≥2,n∈N*).
解:(Ⅰ)(2分)
当a>0时,f(x)的单调增区间为(0,1],减区间为[1,+∞);
当a<0时,f(x)的单调增区间为[1,+∞),减区间为(0,1];
当a=0时,f(x)不是单调函数(4分)
(Ⅱ)得a=﹣2,f(x)=﹣2lnx+2x﹣3
∴,
∴g'(x)=3x2+(m+4)x﹣2(6分)
∵g(x)在区间(t,3)上总不是单调函数,且g′(0)=﹣2
∴
由题意知:对于任意的t∈[1,2],g′(t)<0恒成立,
所以有:,∴(10分)
(Ⅲ)令a=﹣1此时f(x)=﹣lnx+x﹣3,所以f(1)=﹣2,
由(Ⅰ)知f(x)=﹣lnx+x﹣3在(1,+∞)上单调递增,
∴当x∈(1,+∞)时f(x)>f(1),即﹣lnx+x﹣1>0,
∴lnx<x﹣1对一切x∈(1,+∞)成立,(12分)
∵n≥2,n∈N*,则有0<lnn<n﹣1,
∴
∴
21.(2016•湖南模拟)设函数f(x)=(1+x)2﹣2ln(1+x)
(1)若关于x的不等式f(x)﹣m≥0在[0,e﹣1]有实数解,求实数m的取值范围.
(2)设g(x)=f(x)﹣x2﹣1,若关于x的方程g(x)=p至少有一个解,求p的最小值.
(3)证明不等式:(n∈N*).
(1)解:依题意得f(x)max≥m,x∈[0,e﹣1]
∵,而函数f(x)的定义域为(﹣1,+∞)
∴f(x)在(﹣1,0)上为减函数,在(0,+∞)上为增函数,
∴f(x)在[0,e﹣1]上为增函数,∴
∴实数m的取值范围为m≤e2﹣2
(2)解:g(x)=f(x)﹣x2﹣1=2x﹣2ln(1+x)=2[x﹣ln(1+x)],∴
显然,函数g(x)在(﹣1,0)上为减函数,在(0,+∞)上为增函数
∴函数g(x)的最小值为g(0)=0
∴要使方程g(x)=p至少有一个解,则p≥0,即p的最小值为0
(3)证明:由(2)可知:g(x)=2[x﹣ln(1+x)]≥0在(﹣1,+∞)上恒成立
所以ln(1+x)≤x,当且仅当x=0时等号成立
令,则x∈(0,1)代入上面不等式得:
即,即
所以ln2﹣ln1<1,,,…,
将以上n个等式相加即可得到:
22.(2016•江门模拟)已知函数,f(x)=alnx﹣ax﹣3(a∈R).
(1 )当a=1时,求函数f(x)的单调区间;
(2)若函数y=f(x)的图象在点(2,f(2))处的切线的倾斜角为45°,问:m在什么范围取值时,对于任意的t[1,2],函数在区间(t,3)上总存在极值?
解:(Ⅰ) ,
当a=1时,
令导数大于0,可解得0<x<1,令导数小于0,可解得x<0(舍)或x>1
故函数的单调增区间为(0,1),单调减区间是(1,+∞)
(Ⅱ) 得a=﹣2,f(x)=﹣2lnx+2x﹣3
∴,
∴g'(x)=3x2+(m+4)x﹣2
∵g(x)在区间(t,3)上总不是单调函数,且g′(0)=﹣2
∴,
由题意知:对于任意的t∈[1,2],g′(t)<0恒成立,
所以有:,
∴.
23.(2016•鹰潭校级模拟)已知函数f(x)=x3+x2+ax+b(a,b为常数),其图象是曲线C.
(1)当a=﹣2时,求函数f(x)的单调减区间;
(2)设函数f(x)的导函数为f′(x),若存在唯一的实数x0,使得f(x0)=x0与f′(x0)=0同时成立,求实数b的取值范围;
(3)已知点A为曲线C上的动点,在点A处作曲线C的切线l1与曲线C交于另一点B,在点B处作曲线C的切线l2,设切线l1,l2的斜率分别为k1,k2.问:是否存在常数λ,使得k2=λk1?若存在,求出λ的值;若不存在,请说明理由.
解:(1)当a=﹣2时,函数f(x)=x3+x2﹣2x+b
则f′(x)=3x2+5x﹣2=(3x﹣1)(x+2)
令f′(x)<0,解得﹣2<x<,
所以f(x)的单调递减区间为(﹣2,);
(2)函数f(x)的导函数为由于存在唯一的实数x0,使得f(x0)=x0与f′(x0)=0同时成立,
则即x3+x2+(﹣3x2﹣5x﹣1)x+b=0存在唯一的实数根x0,
故b=2x3+x2+x存在唯一的实数根x0,
令y=2x3+x2+x,则y′=6x2+5x+1=(2x+1)(3x+1)=0,故x=﹣或x=﹣,
则函数y=2x3+x2+x在(﹣∞,),(﹣,+∞)上是增函数,在(
,﹣)上是减函数,
由于x=﹣时,y=﹣;x=﹣时,y=﹣;
故实数b的取值范围为:(﹣∞,﹣)∪(﹣,+∞);
(3)设点A(x0,f(x0)),则在点A处的切线l1的切线方程为y﹣f(x0)=f′(x0)(x﹣x0),
与曲线C联立得到f(x)﹣f(x0)=f′(x0)(x﹣x0),
即(x3+x2+ax+b)﹣(x03+x02+ax0+b)=(3x02+5x0+a)(x﹣x0),
整理得到(x﹣x0)2[x+(2x0+)]=0,
故点B的横坐标为xB=﹣(2x0+)
由题意知,切线l1的斜率为k1=f′(x0)=3x02+5x0+a,
l2的斜率为k2=f′(﹣(2x0+))=12x02+20x0++a,
若存在常数λ,使得k2=λk1,则12x02+20x0++a=λ(3x02+5x0+a),
即存在常数λ,使得(4﹣λ)(3x02+5x0)=(λ﹣1)a﹣,
故,解得λ=4,a=,
故a=时,存在常数λ=4,使得k2=4k1;a≠时,不存在常数,使得k2=4k1.
24.(2016•宜春校级模拟)已知函数f(x)=alnx﹣ax﹣3(a≠0).
(Ⅰ)讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)若f(x)+(a+1)x+4﹣e≤0对任意x∈[e,e2]恒成立,求实数a的取值范围(e为自然常数);
(Ⅲ)求证ln(22+1)+ln(32+1)+ln(42+1)+…+ln(n2+1)<1+2lnn!(n≥2,n∈N*)(n!=1×2×3×…×n).
解:(Ⅰ)f′(x)=(x>0),
当a>0时,f(x)的单调增区间为(0,1],单调减区间为[1,+∞);
当a<0时,f(x)的单调增区间为[1,+∞),单调减区间为(0,1];
(Ⅱ)令F(x)=alnx﹣ax﹣3+(a+1)x+4﹣e=alnx+x+1﹣e,则F′(x)=,
若﹣a≤e,即a≥﹣e,
F(x)在[e,e2]上是增函数,
F(x)max=F(e2)=2a+e2﹣e+1≤0,
a≤,无解.
若e<﹣a≤e2,即﹣e2≤a<﹣e,
F(x)在[e,﹣a]上是减函数;在[﹣a,e2]上是增函数,
F(e)=a+1≤0,即a≤﹣1.
F(e2)=2a+e2﹣e+1≤0,即a≤,
∴﹣e2≤a≤.
若﹣a>e2,即a<﹣e2,
F(x)在[e,e2]上是减函数,
F(x)max=F(e)=a+1≤0,即a≤﹣1,
∴a<﹣e2,
综上所述,a≤.
(Ⅲ)证明:令a=﹣1,此时f(x)=﹣lnx+x﹣3,所以f(1)=﹣2,
由(Ⅰ)知f(x)=﹣lnx+x﹣3在(1,+∞)上单调递增,
∴当x∈(1,+∞)时,f(x)>f(1),即﹣lnx+x﹣1>0,
∴lnx<x﹣1对一切x∈(1,+∞)成立,
∵n≥2,n∈N*,则有ln(+1)<<=﹣,
要证ln(22+1)+ln(32+1)+ln(42+1)+…+ln(n2+1)<1+2lnn!(n≥2,n∈N*),
只需证ln(+1)+ln(+1)+…+ln(+1)<1(n≥2,n∈N*);
ln(+1)+ln(+1)+…+ln(+1)
<(1﹣)+(﹣)+…+(﹣)=1﹣<1;
所以原不等式成立.
25.(2016•延安校级模拟)已知函数f(x)=lnx﹣x﹣lna,a为常数.
(1)若函数f(x)有两个零点x1,x2,且x1<x2,求a的取值范围;
(2)在(1)的条件下,证明:的值随a的值增大而增大.
解:(1)f(x)的定义域为(0,+∞).,
由f'(x)>0得:0<x<1;由f'(x)<0得:x>1.
故f(x)在(0,1)上递增,在(1,+∞)上递减.
要使f(x)有两个零点,则f(1)>0,解得:.…(5分)
(2)∵x1,x2是f(x)的两个零点,∴lnx1﹣x1=lna,lnx2﹣x2=lna,则,.
设,,所以g(x)在(0,1)上递增,在(1,+∞)上递减,故对任意,函数g(x)图象与直线y=a都有两个交点.横坐标分别为x1,x2,且x1∈(0,1),x2∈(1,+∞),如下图:
…(9分)
任取,设a1<a2,则有g(ξ1)=g(ξ2)=a1,0<ξ1<1<ξ2,g(η1)=g(η2)=a2,0<η1<1<η2,由a1<a2得:g(ξ1)<g(η1),∵g(x)在(0,1)上递增,∴ξ1<η1,同理得:ξ2>η2,所以,
故的值随a的值增大而增大.…(12分)
26.(2016•南昌三模)已知函数f(x)=e1﹣x(﹣a+cosx),a∈R.
(Ⅰ)若函数f(x)存在单调减区间,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)若a=0,证明:,总有f(﹣x﹣1)+2f′(x)•cos(x+1)>0.
解:(I)由已知,得f'(x)=﹣e1﹣x(﹣a+cosx)﹣e1﹣xsinx=e1﹣x(a﹣(sinx+cosx))(2分)
因为函数f(x)存在单调减区间,所以方程f'(x)<0有解.
而e1﹣x>0恒成立,即a﹣(sinx+cosx)<0有解,所以a<(sinx+cosx)max.
又,所以,.(5分)
(II)因为a=0,所以f(x)=e1﹣x•cosx,
所以f(﹣x﹣1)=ex+2•cos(﹣x﹣1)=ex+2•cos(x+1).
因为2f'(x)•cos(x+1)=﹣2e1﹣x(sinx+cosx)•cos(x+1),
所以f(﹣x﹣1)+2f'(x)•cos(x+1)=cos(x+1)[ex+2﹣2e1﹣x(sinx+cosx)],
又对于任意,cos(x+1)>0.(6分)
要证原不等式成立,只要证ex+2﹣2e1﹣x(sinx+cosx)>0,
只要证,对于任意上恒成立.(8分)
设函数,,
则=,
当x∈[﹣1,0]时,g'(x)≤0,即g(x)在[﹣1,0]上是减函数,
当时,g'(x)>0,即g(x)在上是增函数,
所以,在上,g(x)min=g(0)=0,所以g(x)≥0.
所以,,(当且仅当x=0时上式取等号)①(10分)
设函数h(x)=e2x+1﹣(2x+2),,则h'(x)=2e2x+1﹣2=2(e2x+1﹣1),
当时,h'(x)≤0,即h(x)在上是减函数,
当时,h'(x)>0,即h(x)在上是增函数,
所以在上,,所以h(x)≥0,
即e2x+1≥2x+2,(当且仅当时上式取等号)②.
综上所述,,
因为①②不可能同时取等号
所以,在上恒成立,
所以,总有f(﹣x﹣1)+2f'(x)•cos(x+1)>0成立.(12分)
27.(2016•包头校级三模)已知函数f(x)=(e为自然对数的底数).
(1)若a=,求函数f(x)的单调区间;
(2)若f(1)=1,且方程f(x)=1在(0,1)内有解,求实数a的取值范围.
解:(1)若a=,f(x)=(x2+bx+1)e﹣x,
则f′(x)=(2x+b)e﹣x﹣(x2+bx+1)e﹣x=﹣[x2+(b﹣2)x+1﹣b]e﹣x=﹣(x﹣1)[x﹣(1﹣b)]e﹣x,
由f′(x)=0得﹣(x﹣1)[x﹣(1﹣b)]=0,即x=1或x=1﹣b,
①若1﹣b=1,即b=0时,f′(x)=﹣(x﹣1)2e﹣x≤0,此时函数单调递减,单调递减区间为(﹣∞,+∞).
②若1﹣b>1,即b<0时,由f′(x)=﹣(x﹣1)[x﹣(1﹣b)]e﹣x>0得(x﹣1)[x﹣(1﹣b)]<0,即1<x<1﹣b,
此时函数单调递增,单调递增区间为(1,1﹣b),
由f′(x)=﹣(x﹣1)[x﹣(1﹣b)]e﹣x<0得(x﹣1)[x﹣(1﹣b)]>0,即x<1,或x>1﹣b,
此时函数单调递减,单调递减区间为(﹣∞,1),(1﹣b,+∞),
③若1﹣b<1,即b>0时,由f′(x)=﹣(x﹣1)[x﹣(1﹣b)]e﹣x>0得(x﹣1)[x﹣(1﹣b)]<0,即1﹣b<x<1,
此时函数单调递增,单调递增区间为(1﹣b,1),
由f′(x)=﹣(x﹣1)[x﹣(1﹣b)]e﹣x<0得(x﹣1)[x﹣(1﹣b)]>0,即x<1﹣b,或x>1,
此时函数单调递减,单调递减区间为(﹣∞,1﹣b),(1,+∞).
(2)若f(1)=1,则f(1)=(2a+b+1)e﹣1=1,
即2a+b+1=e,则b=e﹣1﹣2a,
若方程f(x)=1在(0,1)内有解,
即方程f(x)=(2ax2+bx+1)e﹣x=1在(0,1)内有解,
即2ax2+bx+1=ex在(0,1)内有解,
即ex﹣2ax2﹣bx﹣1=0,
设g(x)=ex﹣2ax2﹣bx﹣1,
则g(x)在(0,1)内有零点,
设x0是g(x)在(0,1)内的一个零点,
则g(0)=0,g(1)=0,知函数g(x)在(0,x0)和(x0,1)上不可能单调递增,也不可能单调递减,
设h(x)=g′(x),
则h(x)在(0,x0)和(x0,1)上存在零点,
即h(x)在(0,1)上至少有两个零点,
g′(x)=ex﹣4ax﹣b,h′(x)=ex﹣4a,
当a≤时,h′(x)>0,h(x)在(0,1)上递增,h(x)不可能有两个及以上零点,
当a≥时,h′(x)<0,h(x)在(0,1)上递减,h(x)不可能有两个及以上零点,
当<a<时,令h′(x)=0,得x=ln(4a)∈(0,1),
则h(x)在(0,ln(4a))上递减,在(ln(4a),1)上递增,h(x)在(0,1)上存在最小值h(ln(4a)).
若h(x)有两个零点,则有h(ln(4a))<0,h(0)>0,h(1)>0,
h(ln(4a))=4a﹣4aln(4a)﹣b=6a﹣4aln(4a)+1﹣e,<a<,
设φ(x)=x﹣xlnx+1﹣x,(1<x<e),
则φ′(x)=﹣lnx,
令φ′(x)=﹣lnx=0,得x=,
当1<x<时,φ′(x)>0,此时函数φ(x)递增,
当<x<e时,φ′(x)<0,此时函数φ(x)递减,
则φ(x)max=φ()=+1﹣e<0,
则h(ln(4a))<0恒成立,
由h(0)=1﹣b=2a﹣e+2>0,h(1)=e﹣4a﹣b>0,
得<a<,
当<a<时,设h(x)的两个零点为x1,x2,则g(x)在(0,x1)递增,
在(x1,x2)上递减,在(x2,1)递增,
则g(x1)>g(0)=0,
g(x2)<g(1)=0,
则g(x)在(x1,x2)内有零点,
综上,实数a的取值范围是(,).
28.(2016•葫芦岛一模)已知函数f(x)=,g(x)=ln(x+1),曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程是5x﹣4y+1=0
(1)求a,b的值;
(2)若当x∈[0,+∞)时,恒有f(x)≥kg(x)成立,求k的取值范围;
(3)若=22361,试估计ln的值(精确到0.001)
解(1)f′(x)=,由题意:f′(1)== f(1)== 解得:a=1,b=2…(3分)
(2):由(1)知:f(x)=,由题意:﹣kln(1+x)≥0
令F(x)=﹣kln(1+x),则F′(x)=1+﹣…(5分)
解法一:F′(x)=1+﹣=
令△=(2﹣k)2﹣4(2﹣k)=(k﹣2)(k+2),
①当△≤0即﹣2≤k≤2时,x2+(2﹣k)x+2﹣k≥0恒成立,
∴F′(x)≥0
∴F(x)在x∈[0,+∞)上单调递增,
∴F(x)≥F(0)=0恒成立,
即f(x)≥kg(x) 恒成立,
∴﹣2≤k≤2时合题意
②当△>0即k<﹣2或k>2时,方程x2+(2﹣k)x+2﹣k=0有两解x1=,x2=
此时x1+x2=k﹣2,x1x2=2﹣k
(i)当k<﹣2时,x1x2=2﹣k>0,x1+x2=k﹣2<0,
∴x1<0,x2<0,
∴F′(x)=>0
∴F(x)在x∈[0,+∞)上单调递增,
∴F(x)≥F(0)=0恒成立
即f(x)≥kg(x) 恒成立
∴k<﹣2时合题意
(ii)当k>2时,x1x2=2﹣k<0,
∴x1<0,x2>0
∴F′(x)=
∴当x∈(0,x2)时,F′(x )<0,
∴F(x)在x∈(0,x2)上单调递减
∴当x∈(0,x2)时,F(x)<F(0)=0
这与F(x)≥0矛盾,
∴k>2时不合题意
综上所述,k的取值范围是(﹣∞,2]…(8分)
解法二:F′(x)=1+﹣=(1+x+﹣k)
①∵1+x+≥2,
∴当k≤2时,F′(x)≥0
∴F(x)在x∈[0,+∞)上单调递增,
∴F(x)≥F(0)=0恒成立,
即f(x)≥kg(x) 恒成立,
∴k≤2时合题意,
②当k>2时,令F′(x)=0得x1<0<x2,结合图象可知,当x∈(0,x2)时,F′(x )<0,
∴F(x)在x∈(0,x2)上单调递减(其中x2=)
∴当x∈(0,x2)时,F(x)<F(0)=0
这与F(x)≥0矛盾,
∴k>2时不合题意
综上所述,k的取值范围是(﹣∞,2]…(8分)
(3)由(2)知:当k≤2时,≥kln(1+x)在x≥0时恒成立
取k=2,则≥2ln(1+x) 即:≥2ln(1+x)
令x=﹣1>0得:2ln<,
∴ln<≈0.2236…(10分)
由(2)知:当k>2时,<kln(1+x)在(0,)时恒成立
令=﹣1,解得:k=
∴<ln(1+x)在x∈(0,)上恒成立
取x=﹣1得:<ln,
∴ln>≈0.2222,
∴ln==0.2229
∵精确到0.001,
∴取ln=0.223…(12分)
29.(2016•南通模拟)设a∈R,函数f(x)=lnx﹣ax.
(Ⅰ)求f(x)的单调递增区间;
(Ⅱ)设F(x)=f(x)+ax2+ax,问F(x)是否存在极值,若存在,请求出极值;若不存在,请说明理由;
(Ⅲ)设A(x1,y1),B(x2,y2)是函数g(x)=f(x)+ax图象上任意不同的两点,线段AB的中点为C(x0,y0),直线AB的斜率为为k.证明:k>g′(x0).
(Ⅰ)解:在区间(0,+∞)上,.
(1)当a≤0时,∵x>0,∴f′(x)>0恒成立,f(x)的单调增区间为(0,+∞);
(2)当a>0时,令f′(x)>0,即,得.
∴f(x)的单调增区间为(0,);
综上所述:
当a≤0时,f(x)的单调增区间为(0,+∞),
当a>0时,f(x)的单调增区间为(0,);
(Ⅱ)由F(x)=f(x)+ax2+ax=lnx﹣ax+ax2+ax=lnx+ax2
得 ( x>0),
当a≥0时,恒有F′(x)>0,
∴F(x)在(0,+∞)上无极值;
当a<0时,令F′(x)=0,得,
x∈(0,),F′(x)>0,F′(x)单调递增,
x∈(,+∞),F′(x)<0,F′(x)单调递减.
∴.
F(x)无极小值.
综上所述:
a≥0时,F(x)无极值,
a<0时,F(x)有极大值,无极小值;
(Ⅲ)证明:,
又,
∴g′(x0)=,
要证k>g′(x0),即证,
不妨设0<x1<x2,即证,即证,
设,即证:,
也就是要证:,其中t∈(1,+∞),
事实上:设 t∈(1,+∞),
则=,
∴k(t)在(1,+∞)上单调递增,因此k(t)>k(1)=0,即结论成立.
30.(2016•佛山模拟)已知函数f(x)=x3+(1﹣a)x2﹣a(a+2)x(a∈R),f′(x)为f(x)的导数.
(Ⅰ)当a=﹣3时证明y=f(x)在区间(﹣1,1)上不是单调函数.
(Ⅱ)设,是否存在实数a,对于任意的x1∈[﹣1,1]存在x2∈[0,2],使得f′(x1)+2ax1=g(x2)成立?若存在求出a的取值范围;若不存在说明理由.
解:(Ⅰ)当a=﹣3时,f(x)=x3+4x2﹣3x,f′(x)=3x2+8x﹣3,由f′(x)=0,即3x2+8x﹣3=0,得x1=﹣3,,
当时,f′(x)<0,所以f(x)在(﹣1,)上为减函数,在(,1)上导数为正,函数为增函数,
所以,f(x)在(﹣1,1)上不是单调函数.
(Ⅱ)因为g(x)=在[0,2]上为增函数,所以g(x)∈[﹣,6].
令F(x)=f′(x)+2ax=3x2+2(1﹣a)x﹣a(a+2)+2ax=3x2+2x﹣a2﹣2a
若存在实数a,对于任意的x1∈[﹣1,1]存在x2∈[0,2],使得f'(x1)+2ax1=g(x2)成立,则对任意x∈[﹣1,1],有,F(x)max≤6.
对于函数F(x)=3x2+2x﹣a2﹣2a,==,F(x)max=5﹣a2﹣2a.
联立解得:﹣2≤a≤0.
31.(2016•广东模拟)已知函数f(x)=x2﹣(a+2)x+alnx,其中常数a>0.
(Ⅰ)当a>2时,求函数f(x)的单调递增区间;
(Ⅱ)设定义在D上的函数y=h(x)在点P(x0,h(x0))处的切线方程为l:y=g(x),若>0在D内恒成立,则称P为函数y=h(x)的“类对称点”.当a=4时,试问y=f(x)是否存在“类对称点”,若存在,请至少求出一个“类对称点”的横坐标;若不存在,请说明理由.
解:(Ⅰ)函数f(x)的定义域为(0,+∞),
∵,
∴…(1分)
∵a>2,∴,
令f′(x)>0,即,
∵x>0,∴0<x<1或,…(2分)
所以函数f(x)的单调递增区间是(0,1),…(3分)
(Ⅱ)解法一:当a=4时,
所以在点P处的切线方程为…(4分)
若函数存在“类对称点”P(x0,f(x0)),
则等价于当0<x<x0时,f(x)<g(x),
当x>x0时,f(x)>g(x)恒成立.…(5分)
①当0<x<x0时,f(x)<g(x)恒成立,
等价于恒成立,
即当0<x<x0时,恒成立,
令,则φ(x0)=0,…(7分)
要使φ(x0)<0在0<x<x0恒成立,只要φ(x)在(0,x0)单调递增即可.
又∵,…(8分)
∴,即.…(9分)
②当x>x0时,f(x)>g(x)恒成立时,.…(10分)
∴.…(11分)
所以y=f(x)存在“类对称点”,其中一个“类对称点”的横坐标为.…(12分)
(Ⅱ)解法二:
猜想y=f(x)存在“类对称点”,其中一个“类对称点”的横坐标为.…(4分)下面加以证明:
当时,…(5分)
①当时,f(x)<g(x)恒成立,
等价于恒成立,
令…(7分)
∵,∴函数φ(x)在上单调递增,
从而当时,恒成立,
即当时,f(x)<g(x)恒成立.…(9分)
②同理当时,f(x)>g(x)恒成立.…(10分)
综上知y=f(x)存在“类对称点”,其中一个“类对称点”的横坐标为.…(12分)
32.(2016•株洲一模)已知函数f(x)=2ex+2ax﹣a2,a∈R.
(1)当a=1时,求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x≥0时,f(x)≥x2﹣3恒成立,求实数a的取值范围.
解:(1)当a=1时,f(x)=2ex+2x﹣1,
∴f′(x)=2ex+2,f(0)=2e0﹣1=1
∴k=f′(0)=2e0+2=4,
∴f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y﹣1=4x,即4x﹣y+1=0,
(2)∵f′(x)=2ex+2a,
当a≥0时,f′(x)>0恒成立,
∴f(x)在R上单调递增,
当a<0时,当f′(x)>0,即x>ln(﹣a)时,函数单调递增,
当f′(x)<0,即x<ln(﹣a)时,函数单调递减,
综上所述:当a≥0时,f(x)在R上单调递增,
当a<0时,f(x)在(﹣∞,﹣ln(﹣a))上单调递减,在(ln(﹣a),+∞)单调递增,
(3)令g(x)=f(x)﹣x2+3=2ex﹣(x﹣a)2+3,x≥0,
∴g′(x)=2(ex﹣x+a),
再令h(x)=2(ex﹣1)≥0,
∴h(x)在[0,+∞)单调递增,且h(0)=2(a+1),
当a≥﹣1时,g′(x)≥0,即函数g(x)在[0,+∞)单调递增,
从而须满足g(0)=5﹣a2≥0,
解得﹣≤a≤,
又a≥﹣1,
∴﹣1≤a≤,
当a<﹣1时,则∃x0>0,使h(x0)=0,且x∈(0,x0)时,h(x)<0,
即g′(x)<0,即g(x)单调递减,
x∈(x0,+∞)时,h(x)>0,即g′(x)>0,即g(x)单调递增,
g(x)min=g(x0)=﹣(x0﹣a)2+3≥0,
又h(x0)=2(﹣x0﹣a)=0,
从而=x0﹣a,即a=x0﹣,
令M(x)=x﹣ex,0<x≤ln3,
∴M′(x)=1﹣ex<0,
∴M(x)在(0,ln3]上单调递减,
则M(x)≥M(ln3)=ln3﹣3,
又M(x)<M(0)=1,
∴ln3﹣3≤a<﹣1,
综上所述ln3﹣3≤a≤
33.(2016•福州模拟)已知a∈R,函数f(x)=ex﹣a(x+1)的图象与x轴相切.
(Ⅰ)求f(x)的单调区间;
(Ⅱ)若x>0时,f(x)>mx2,求实数m的取值范围.
解:(Ⅰ)f′(x)=ex﹣a,依题意,设切点为(b,0),(1分)
则即,
解得(3分)
所以f′(x)=ex﹣1,
所以,当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(0,+∞).(5分)
(Ⅱ)令g(x)=f(x)﹣mx2,
则g′(x)=ex﹣2mx﹣1,
令h(x)=g′(x),则h′(x)=ex﹣2m,(7分)
(ⅰ)若m≤,
因为当x>0时,ex>1,所以h′(x)>0,
所以h(x)即g′(x)在(0,+∞)上单调递增.
又因为g′(0)=0,所以当x>0时,g′(x)>g′(0)=0,
从而g(x)在(0,+∞)上单调递增,
而g(0)=0,所以g(x)>g(0)=0,即f(x)>mx2成立.(9分)
(ⅱ)若m>,
令h′(x)=0,解得x=ln(2m)>0,
当x∈(0,ln(2m)),h′(x)<0,所以h(x)即g′(x)在(0,ln(2m))上单调递减,
又因为g′(0)=0,所以当x∈(0,ln(2m))时,g′(x)<0,
从而g(x)在(0,ln(2m))上单调递减,
而g(0)=0,所以当x∈(0,ln(2m)),时,g(x)<g(0)=0,即f(x)>mx2不成立.
综上所述,m的取值范围是(﹣∞,].(12分)
34.(2016•河南模拟)已知函数h(x)=﹣ax2+1,设f(x)=h'(x)﹣2alnx,g(x)=ln2x+2a2,其中x>0,a∈R.
(1)若f(x)在区间(2,+∞)上单调递增,求实数a的取值范围;
(2)记F(x)=f(x)+g(x),求证:F(x)≥.
解:(1)函数,h'(x)=x2﹣2ax,
函数f(x)=h'(x)﹣2alnx,
∴f(x)=x2﹣2ax﹣2alnx,
∵f(x)在区间(2,+∞)上单调递增,
∴在区间(2,+∞)上恒成立,
∴在x∈(2,+∞)上恒成立.
令,则,
当x∈(2,+∞)时,M'(x)>0,所以,
∴实数a的取值范围为.
(2)证明:,
令,
则.
令Q(x)=x﹣lnx,则,
显然Q(x)在区间(0,1)上单调递减,在区间[1,+∞)上单调递增,则Q(x)min=Q(1)=1,
则,故.
35.(2016•哈尔滨校级二模)已知函数f(x)=lnx﹣x+1,函数g(x)=axex﹣4x,其中a为大于零的常数.
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)求证:g(x)﹣2f(x)≥2(lna﹣ln2).
(Ⅰ)解:,﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣(1分)
令f'(x)>0得0<x<1,则f(x)在(0,1)上单调递增;
令f'(x)<0得x>1,则f(x)在(1,+∞)上单调递减.﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣(3分)
(Ⅱ)证明:g(x)﹣2f(x)=axex﹣2x﹣2lnx﹣2.
令F(x)=axex﹣2lnx﹣2x﹣2,﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣(4分)
则,
令G(x)=axex﹣2,
则G'(x)=a(x+1)ex>0,故G(x)在(0,+∞)上单调递增.﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣(6分)
而G(0)=﹣2<0,,故存在,使得G(x0)=0,
即.﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣(8分)
则x∈(0,x0)时,G'(x)<0,故F'(x)<0;x∈(x0,+∞)时,G'(x)>0,故F'(x)>0.
则F(x)在(0,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增,﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣(10分)
故=.
故g(x)﹣2f(x)>2(lna﹣ln2).﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣(12分)
36.(2016秋•沈河区校级期中)已知x∈(1,+∞),函数f(x)=ex+2ax(a∈R),函数g(x)=|﹣lnx|+lnx,其中e为自然对数的底数.
(1)若a=﹣,求函数f(x)的单调区间;
(2)证明:当a∈(2,+∞)时,f′(x﹣1)>g(x)+a.
解:(1)当a=﹣,f(x)=ex﹣e2x,x∈(1,+∞),
f′(x)=ex﹣e2,
当x∈(1,2)时,f′(x)<0,f(x)在(1,2)上单调递减;
当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)在(2,+∞)上单调递增;
证明:(2)x∈(1,+∞),f′(x﹣1)=ex﹣1+2a,
g(x)=|﹣lnx|+lnx=,
①1<x<e时,证明当a∈(2,+∞)时,f′(x﹣1)>g(x)+a,
即证明:ex﹣1+2a>+a,a>2,
即a>﹣ex﹣1,
只需证明h(x)=﹣ex﹣1≤2在(1,e)恒成立即可,
h′(x)=﹣﹣ex﹣1<0,h(x)在(1,e)递减,
h(x)最大值=h(1)=e﹣1<2,
∴a>﹣ex﹣1,
∴1<x<e时,当a∈(2,+∞)时,f′(x﹣1)>g(x)+a;
②x≥e时,证明当a∈(2,+∞)时,f′(x﹣1)>g(x)+a,
即证明:ex﹣1+2a>2lnx﹣+a,a>2,
令m(x)=ex﹣1﹣2lnx++a,(a>0,x≥e),
m′(x)=﹣﹣+ex﹣1,显然m′(x)在[e,+∞)递增,
而m′(e)=≈0,m′(3)≈6,
近似看成m(x)在[e,+∞)递增,
∴m(x)>m(x0)≈m(e)=ee﹣1+a﹣1>ee﹣1+1>0,
综上,当a∈(2,+∞)时,f′(x﹣1)>g(x)+a.
37.(2016•泰安二模)已知函数f(x)=x2+mlnx+x
(1)求f(x)的单调区间;
(2)令g(x)=f(x)﹣x2,试问过点P(1,3)存在多少条直线与曲线y=g(x)相切?并说明理由.
解:(1)f(x)=x2+mlnx+x,(x>0),
f′(x)=x++1==,
①m≥0时,f′(x)>0,函数在(0,+∞)递增,
②m<0时,令f′(x)>0,解得:x>,
令f′(x)<0,解得:x<,
∴f(x)在(0,)递减,在(,+∞)递增;
(2)设切点为(x0,x0+mlnx0),则切线斜率k=1+,
切线方程为y﹣(x0+alnx0)=(1+)(x﹣x0).
因为切线过点P(1,3),则3﹣(x0+alnx0)=(1+)(1﹣x0).
即m(lnx0+﹣1)﹣2=0. …①
令g(x)=m(lnx+﹣1)﹣2(x>0),则 g′(x)=m(﹣)=,
①当m<0时,在区间(0,1)上,g′(x)>0,g(x)单调递增;
在区间(1,+∞)上,g′(x)<0,g(x)单调递减,
所以函数g(x)的最大值为g(1)=﹣2<0.
故方程g(x)=0无解,即不存在x0满足①式.
因此当m<0时,切线的条数为0.
②当m>0时,在区间(0,1)上,g′(x)<0,g(x)单调递减,
在区间(1,+∞)上,g′(x)>0,g(x)单调递增,
所以函数g(x)的最小值为g(1)=﹣2<0.
取x1=e1+>e,则g(x1)=a(1++e﹣1﹣﹣1)﹣2=ae﹣1﹣>0.
故g(x)在(1,+∞)上存在唯一零点.
取x2=e﹣1﹣<,则g(x2)=m(﹣1﹣+e1+﹣1)﹣2=me1+﹣2m﹣4=m[e1+﹣2(1+)].
设t=1+(t>1),u(t)=et﹣2t,则u′(t)=et﹣2.
当t>1时,u′(t)=et﹣2>e﹣2>0恒成立.
所以u(t)在(1,+∞)单调递增,u(t)>u(1)=e﹣2>0恒成立,
所以g(x2)>0.
故g(x)在(0,1)上存在唯一零点.
因此当m>0时,过点P(1,3)存在两条切线.
③当m=0时,f(x)=x,显然不存在过点P(1,3)的切线.
综上所述,当m>0时,过点P(1,3)存在两条切线;
当m≤0时,不存在过点P(1,3)的切线.
38.(2016•济宁一模)已知函数.
(Ⅰ)若f(x)在点(2,f(2))处的切线与直线x﹣2y+1=0垂直,求实数a的值;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅲ)讨论函数f(x)在区间[1,e2]上零点的个数.
解:(Ⅰ)f(x)的定义域是(0,+∞),
∵f(x)=lnx﹣ax2,
∴f′(x)=﹣ax=,
∵只需x﹣2y+1=0的斜率是,
∴×=﹣1,
∴a=;
(Ⅱ)由(Ⅰ)得f′(x)=,
当a≤0时,f′(x)>0,∴f(x)在(0,+∞)递增,
a>0时,由f′(x)>0,得x<,由f′(x)<0,解得:x>,
∴f(x)在(0,)递增,在(,+∞)等价,
综上,当a≤0时,函数f(x)的递增区间是(0,+∞),
a>0时,函数f(x)的递增区间是(0,),递减区间是(,+∞),
(Ⅲ)法一:由f(x)=0,得a=,
令g(x)=,则g′(x)=,
由g′(x)>0得,1<x<,由g′(x)<0,得<x<e2,
∴g(x)在区间[1,]递增,在区间[,e2]递减,
又∵g(1)=0,g()=,g(e2)=,
∴当0≤a<或a=时,f(x)在[1,e2]上有一个零点,
当≤a<时,f(x)在[1,e2]上有2个零点,
当a<0或a>时,f(x)在[1,e2]上没有零点;
法二:由(Ⅱ)可知:
当a<0时,f(x)在[1,e2]递增,∵f(1)=﹣a>0,
∴f(x)在[1,e2]上有一个零点,
当a>0时,
①若≤1,即a≥1时,f(x)在[1,e2]递减,
∵f(1)=﹣a<0,∴f(x)在[1,e2]上没有零点;
②若1<<e2,即<a<1时,f(x)在[1,]上递增,在[,e2]递减,
∵f(1)=﹣a<0,f()=﹣lna﹣,f(e2)=2﹣ae4,
若﹣lna﹣<0,即a>时,f(x)在[1,e2]上没有零点,
若﹣lna﹣=0,即a=时,f(x)在[1,e2]上有一个零点,
若lna﹣>0,即a<时,由f(e2)=2﹣ae4>0得a<,此时f(x)在[1,e2]有一个零点,
由f(e2)=2﹣ae4≤0,得a≥,此时在[1,e2]上有2个零点,
③若≥e2,即0<a≤时,f(x)在[1,e2]单调递增,
∵f(1)=﹣a<0,f(e2)=2﹣ae4>0,
∴f(x)在[1,e2]上有1个零点,
综上,当0≤a<或a=时,f(x)在[1,e2]上有1个零点;
当≤a<时,f(x)在[1,e2]上有2个零点,
当a<0或a>时,f(x)在[1,e2]没有零点,
(法三:本题还可以转化为lnx=ax2,再转化为y=lnx与y=ax2
的图象的交点个数问题,
可用数形结合的方法求解).
39.(2016•山东三模)已知函数f(x)=(2﹣a)lnx++2ax(a≥0)
(1)当a=0时,求f(x)的极值;
(2)当a<0时,讨论f(x)的单调性;
(3)若对于任意的x1,x2∈[1,3],a∈(﹣∞,﹣2)都有|f(x1)﹣f(x2)|<(m+ln3)a﹣2ln3,求实数m的取值范围.
解:(1)依题意知f(x)的定义域为(0,+∞),
当a=0时,f(x)=2lnx+,f′(x)=,
令f′(x)=0,解得x=,
当0<x<时,f′(x)<0;
当x≥时,f′(x)>0
又∵f()=2ln+2=2﹣2ln2
∴f(x)的极小值为2﹣2ln2,无极大值.
(2)f′(x)=﹣+2a=,
当a<﹣2时,﹣<,
令f′(x)<0 得 0<x<﹣或x>,
令f′(x)>0 得﹣<x<;
当﹣2<a<0时,得﹣>,
令f′(x)<0 得 0<x<或x>﹣,
令f′(x)>0 得<x<﹣;
当a=﹣2时,f′(x)=﹣≤0,
综上所述,当a<﹣2时f(x),的递减区间为(0,﹣)和(,+∞),递增区间为(﹣,);
当a=﹣2时,f(x)在(0,+∞)单调递减;
当﹣2<a<0时,f(x)的递减区间为(0,)和(﹣,+∞),递增区间为(,﹣).
(3)由(Ⅱ)可知,当a∈(﹣∞,﹣2)时,f(x)在区间[1,3]上单调递减,
当x=1时,f(x)取最大值;
当x=3时,f(x)取最小值;
|f(x1)﹣f(x2)|≤f(1)﹣f(3)=(1+2a)﹣[(2﹣a)ln3++6a]=﹣4a+(a﹣2)ln3,
∵(m+ln3)a﹣ln3>|f(x1)﹣f(x2)|恒成立,
∴(m+ln3)a﹣2ln3>﹣4a+(a﹣2)ln3
整理得ma>﹣4a,
∵a<0,∴m<﹣4恒成立,
∵﹣3<a<﹣2,∴﹣<﹣4<﹣,
∴m≤﹣.
40.(2016•宁城县模拟)已知函数f(x)=lnx﹣ax.
(Ⅰ)若函数f(x)在(1,+∞)上单调递减,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)当a=1时,函数有两个零点x1,x2,且x1<x2.求证:x1+x2>1.
解:(I)因为f(x)=lnx﹣ax,则,
若函数f(x)=lnx﹣ax在(1,+∞)上单调递减,
则1﹣ax≤0在(1,+∞)上恒成立,
即当x>1时恒成立,所以a≥1.(5分)
(II)证明:根据题意,,
因为x1,x2是函数的两个零点,
所以,.
两式相减,可得,(7分)
即,故.
那么,.
令,其中0<t<1,
则.
构造函数,(10分)
则.因为0<t<1,所以h'(t)>0恒成立,
故h(t)<h(1),即.
可知,故x1+x2>1.(12分)