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专题38 导数的隐零点问题-2022年新高考数学高频考点 题型专项练习(新高考适用)
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专题38 导数的隐零点问题必刷100题
1.已知函数(其中,为自然对数的底数).
(1)讨论函数的单调性;
(2)当时,,求的取值范围.
【答案】
(1)答案见解析;
(2)
【分析】
(1)计算,分别讨论、、、时,解不等式和可得单调增区间和单调减区间即可求解;
(2)已知不等式可转化为对恒成立,分离可得,令,利用导数求的最大值即可求解.
(1)
由可得
,
当时,,当时,;当时,,
此时的单调递增区间为,单调递减区间为
当时,由得,,,
①若,即时,恒成立,故在上单调递增;
②若,即时,
由可得:或;令可得:
此时的单调递增区间为和,单调递减区间为;
③若,即时,
由可得:或;由可得:
此时的单调递增区间为和,单调递减区间为;
综上所述:
当时,的单调递增区间为,单调递减区间为;
当时,在上单调递增;
当时,的单调递增区间为和,
单调递减区间为;
当时,的单调递增区间为和,
单调递减区间为.
(2)
由可得对恒成立,
即对任意的恒成立,
令,
则,
令,则,则在上单调递减,
又,,故在上有唯一的实根,
不妨设该实根为,
故当时,,,单调递增;
当时,,,单调递减,
故,
又因为,所以,,,
所以,故的取值范围为.
2.已知函数.
(1)当时,求的极值;
(2)若不等式恒成立,求整数a的最小值.
【答案】(1),无极大值;(2)2.
【分析】
(1)将代入,求出导函数,利用导数与函数单调性之间的关系判断函数的单调性,进而求出极值.
(2)不等式等价于在上恒成立,设,利用导数求出的最大值即可求解.
【详解】
解:(1)当时,,
令得(或舍去),
∵当时,,单调递减,
当时,,单调递增,
∴,无极大值.
(2),即,
即,
∴,即,
∴原问题等价于在上恒成立,
设,则只需.
由,令,
∵,∴在上单调递增,
∵,
∴存在唯一的,使得,
∵当时,,则单调递增,
当时,,则单调递减,
∴,
∴即可.
∴,∴,故整数a的最小值为2
3.已知函数,.
(1)当时,求过点(0,0)且与曲线相切的直线方程;
(2)当时,不等式在上恒成立,求的最大值.
【答案】(1);(2)
【分析】
(1)求出函数的导函数,设切点坐标为,利用导数的几何意义得到切线方程,再根据切线过点,求出参数,再代入计算可得;
(2)依题意参变分离可得在恒成立,令,则,,利用导数研究函数的单调性与最小值,即可求出参数的取值范围,从而求出的最大值.
【详解】
解:(1)当时,,定义域为,,设切点坐标为,则切线的斜率,故切线方程为,因为切线过点,所以,即,所以,故切线方程为
(2)当时恒成立,即在时恒成立,因为,所以,所以在恒成立,令,,即,,
所以,令,,则,所以在上单调递增,由,,所以存在,使得,所以当时,当时,所以函数在上单调递减,在上单调递增,所以,又,即,即,所以,所以,因为,,所以,所以的最大值为;
4.已知函数.
(1)求的单调区间和极值;
(2)若存在实数,使得成立,求整数的最小值.
【答案】(1) 在上单调递减,在上单调递增, 当时,有极小值,无极大值. (2) 1
【分析】
(1) 求出,得到,从而可得在上单调递增,且,得出函数的单的区间和极值.
(2)由题意即存在实数,使得成立,设,即,求出函数的导数,得出其单调区间,结合隐零点的代换,可得答案.
【详解】
(1)由,可得
又恒成立,则在上单调递增,且
所以当时,,当时,
所以在上单调递减,在上单调递增.
所以当时,有极小值,无极大值.
(2) 存在实数,使得成立
即存在实数,使得,即成立
设,即
,
所以在上单调递增. ,
所以存在,使得,即,也即
所以当时,,单调递减.
当时,,单调递增.
所以
当时,
所以,由题意,
所以整数的最小值为1.
5.已知函数
(1)证明:在区间上存在唯一的零点
(2)证明:对任意,都有
【答案】(1)证明见解析;(2)证明见解析.
【分析】
(1)求出导函数,令,再求,确定的单调性后结合零点存在定理可证;
(2)题设不等式化为,令,求导函数,令,再求导得,利用确定的单调性结合零点存在定理确定在唯一零点,也是的最小值值点,说明这个最小值大于0,即证结论成立.
【详解】
证明:设,
,即
故在区间上单调递减
又
所以在区间上存在唯一零点
(2)要证,
即证
,所以存在唯一的
当,当
故
因为,综上所述对任意,都有.
6.已知函数,(为自然对数的底数).
(1)记,求函数在区间上的最大值与最小值;
(2)若,且对任意恒成立,求的最大值.
【答案】(1),;(2).
【分析】
(1)对函数求导,根据导数的方法研究其在上的单调性,进而可得出最值;
(2)先将不等式恒成立转化为对任意恒成立,令,根据导数的方法求出最值,即可得出结果.
【详解】
(1)∵,∴,
令,则,,
当时,,则函数在区间上单调递减;
当时,,则函数在区间上单调递增;
∴,
又,所以;
(2)∵对任意恒成立,
∴对任意恒成立,
∴对任意恒成立.
令,则.
由于,所以在上单调递增.
又,,,,
所以存在唯一的,使得,
且当时,,时,.
即在单调递减,在上单调递增.
∴.
又,即,∴.
∴.
∵,∴.
又∵对任意恒成立,∴,
又,∴.
7.已知函数.
(Ⅰ)若函数的图象在处的切线与轴平行,求的值;
(Ⅱ)若时,,求的取值范围.
【答案】(Ⅰ);(Ⅱ).
【分析】
(Ⅰ)根据导数的几何意义,曲线在处的切线方程的斜率就是,写出方程即可求得;
(Ⅱ),令因为,所以在内单调递增,,根据与分类讨论,当时,只需即可,解得;当时,存在唯一使得=0,有,分析函数在零点两侧的单调性知,要,只需,解得,又,得.
【详解】
(Ⅰ)
的图象在处的切线与轴平行,
,解得.
(Ⅱ),令,
则,
所以在内单调递增,,
(i)当时,即,
在内单调的增,要使,
只需要,解得,
从而
(ii)当时,即时,
由在内单调递增知,
存在唯一使得,
有,单调递减,
单调递增,
只需,即,解得
又,得,
综上,.
8.已知函数
(Ⅰ)求函数的极值;
(Ⅱ)若恒成立,求实数的取值范围.
【答案】(Ⅰ)取得极小值,无极大值;(Ⅱ).
【分析】
(Ⅰ)求得,利用导数分析函数单调性,即可求得函数极值;
(Ⅱ)根据不等式恒成立,分离参数,构造函数,利用导数研究的单调性,以及最值,即可求得参数范围.
【详解】
(Ⅰ)因为,
所以函数的定义域为,.
令,故可得在恒成立,
故在上单调递增,故,故.
所以当时,,当时,,
所以在上单调递减,在上单调递增.
所以当时,取得极小值,无极大值.
(Ⅱ)恒成立等价于恒成立.
因为,所以.
令,则.
令,则,
所以在上单调递增,
又,,
所以使得,即.
所以当时,,当时,,
所以在上单调递减,在上单调递增,
所以.
由可得,
而在上单调递增,所以,即,
所以,
所以.
9.函数,().
(Ⅰ)若,设,试证明存在唯一零点,并求的最大值;
(Ⅱ)若关于的不等式的解集中有且只有两个整数,求实数的取值范围.
【答案】(1)见解析(2)
【分析】
(1)先求函数导数,得函数单调递减,则零点至多一个;再根据零点存在定理说明至少一个零点,两者结合得结论,最后根据函数单调性求最值;
(2)先变量分离得,再利用导数研究函数单调性,结合图像可得有且只有两个整数的条件,即为实数的取值范围.
【详解】
(Ⅰ)证明:由题知,
于是,
令,则(),
∴在上单调递减.
又,,
所以存在,使得,
综上存在唯一零点.
当,,于是,在单调递增;
当,,于是,在单调递减.
故,
又,,,
故.
(Ⅱ)
令,则,
令,则在上单调递增.
又,,
∴存在,使得.
∴当,,即,在单调递减;
当,,即 ,在单调递增.
∵,,,
且当时,,
又,,,
故要使不等式式解集中有且只有两个整数,
的取值范围应为:.
10.已知函数,.
(1)若函数在处取得极值,求实数的值;
(2)若对任意的成立,求实数的取值范围.
【答案】(1);(2).
【分析】
(1)由即得,验证知,符合题设,即得解;
(2)由题得,令,求出,再分析得到,即得实数的取值范围.
【详解】
解:(1)因为,
所以
又因为函数在处取得极值,
所以,
解得.
验证知,符合题设,
故.
(2)据题意得,
所以
令,则.
令,则在区间上单调递增,
且当时,,,
所以存在,使得,
所以当时,,当时,,
即函数在区间上单调递减,在区间上单调递增,
所以当时,.
因为,
所以.
令,得.
又当时,,
所以,,
所以.
所以,即所求实数的取值范围是.
11.已知函数,,.
(1)讨论的单调区间;
(2)若,,且恒成立,求的最大值.
【答案】(1)答案不唯一,具体见解析(2)6
【分析】
(1)求导,通过讨论的范围,求出函数的单调区间即可;
(2)利用参数分离法,将问题转化为,,令,利用导数求的最小值,从而确定的最大值即可.
【详解】
(1)由,得,,
当时,即时,在上恒成立,
所以的单调递减区间是,无单调递增区间;
当时,即时,由,得,
由,得,
所以的单调递减区间是,单调递增区间是.
综上,当时,的单调递减区间是,无单调递增区间;
当时,的单调递减区间是,单调递增区间是.
(2),,,
由,得,,
令,,
则,,
令,,则,
所以,在递增,,,
存在,使,
且,,,单调递减,
,,,单调递增,
,
,所以,
所以,
令,,,
,,
又,,
综上,的最大值为6.
12.设函数.
(1)求的单调区间;
(2)当时,若对,都有()成立,求的最大值.
【答案】(1)答案不唯一,具体见解析(2)0
【分析】
(1),.对分类讨论,可得其单调区间.
(2)当时,对,都有恒成立, ,令,只需,利用导数研究其单调性即可得出.
【详解】
解:(1),.
当时,在恒成立,在是单减函数.
当时,令,解之得.
从而,当变化时,,随的变化情况如下表:
-
0
+
单调递减
单调递增
由上表中可知,在是单减函数,在是单增函数.
综上,当时,的单减区间为;
当时,的单减区间为,单增区间为.
(2)当,为整数,且当时,恒成立
.
令,只需;
又,
由(1)得在单调递增,且,
所以存在唯一的,使得,
当,即单调递减,
当,即单调递增,
所以时,取得极小值,也是最小值,当时,
而在为增函数,,
即.而Ü,
Ü,即所求的最大值为0.
13.已知函数.
(1)若是单调递增函数,求实数a的取值范围;
(2)若恒成立,求实数a的取值范围.
【答案】(1);(2)
【分析】
(1)求出函数的导数,问题转化为,根据函数的单调性求出的范围即可;
(2)令(),问题等价于.求导数,判断的单调性,求最值即可.
【详解】
(1)定义域,,
因为是单调递增函数,故对恒成立,
即对恒成立.
记,则,
由,令得,
当时,,当时,,
故在单调递减,在单调递增,
所以,
从而.
(2)令(),问题等价于.
由,,
∴函数在上是增函数,
容易证明时,,,
则,
由得,(舍负)
从而取,;
另外,容易证明,取正数x满足
从而取c满足,有.
(注:这里也可以这样处理:当时,,,
故;
当时,,,)
所以存在唯一的,使得,当时,;
当时,;
从而在区间上递减,在上递增,
,
由,得:,
∴,
∴,即.
设,则为增函数,
,,则有唯一零点,设为t,
则,则,即,
令,则单调递增,且,
则,即,
∵在为增函数,
则当时,a有最大值,,
∴,即a的取值范围是.
14.已知函数,其中,.
(1)求的单调区间;
(2)设当时,若对任意,不等式恒成立,求整数的最小值.
【答案】(1)答案见解析;(2).
【分析】
(1)首先求函数的导数,分和两种情况讨论函数的单调性;(2)不等式转化为,设函数,利用导数求函数的最大值,即可求得的取值范围.
【详解】
(1)由题意,可得.
因为,所以当时,
当时,,函数在上为单调递增函数;
当时,.函数在上为单调递减函数.
当时,
当时,,函数在上为单调递㖅函数;
当时,.函数在上为单调递增函数.
(2)由题意可得,
设.则,
当时,.
设,则,所以在上单调递增.
又,
所以,使得.即,.
当时,,;
当时,.
所以函数在上单调递增,住上单调递減,
所以,
因为函数在上单调递增,所以.
因为对任意的垣成立,且.
所以的最小值是.
15.已知函数,其中为常数.
(1)若曲线在处的切线在轴上的截距为,求值;
(2)若存在极大值点,求的取值范围,并比较与的大小.
【答案】(1);(2)的取值范围是,.
【分析】
(1)求导得,求解出和,根据导数的几何意义写出切线方程,再利用切线在轴上的截距为,得;
(2)求导,设,由题意可判断得是函数在区间内的一个变号零点,列不等式组求解的取值范围,表示出,设函数,求导判断单调性,从而得,即可判断得.
【详解】
解:(1),所以.
又,所以切线方程为,即.
由已知,,解得.
(2),设函数,
所以函数的减区间为,增区间为,
因为是极大值点,所以在的左右两侧,的值先正后负,
即 的值也是先正后负,故,所以是函数在区间内的一个变号零点.
于是.
解得,故所求的取值范围是.
因为是的极大值点,所以,于是,其中.
所以.
设函数,则.
所以在区间内单调递减,故.
又,所以,且,于是,
故.
16.已知函数,,直线分别与函数,的图象交于,两点,为坐标原点.
(1)求长度的最小值;
(2)求最大整数,使得对恒成立.
【答案】(1)1;(2)-1.
【分析】
(1)利用函数把AB的长度表示出来,借助函数导数求得最小值.
(2)把向量点积转化为函数问题,借助导数解决隐零点问题,求得最小值的函数表达式,再求得最小值函数的最小值即可.
【详解】
直线分别与函数,交于,两点,
则,.
(1),
记,,
当,,单调递减;当,,单调递增;
所以,即长度最小值为1;
(2)由,记,
所以,显然单调递增,
而,,
所以存在唯一,使得,即,
当,,单调递减;当,,单调递增;
时,,又,
所以,
又,所以,
所以要使得整数恒成立,只需即的最大整数为-1.
17.已知函数,.
(1)证明:;
(2)若时,恒成立,求实数a的取值范围;
(3)求的最小值.
【答案】(1)证明见解析;(2);(3)1.
【分析】
(1)由条件转化为证明,即证明,构造函数,利用导数证明恒成立;(2)不等式转化为,根据(1)可知时,不等式成立,当时,不成立,即不等式不恒成立,即可得结论;(3)先求,再设函数,利用导数,判断函数的单调性,求函数的最小值.
【详解】
(1)∵,∴证明即证明即证明.
设,∴,
∴时,单调递增;时,单调递减.
∴,
∴即成立.
(2)时,即,
由(1)知,当时,成立,
当时,显然时不成立,
综上,.
(3).
设,,
∴在上单调递增,
∵,,
∴存在使,且时即,递减;
时即,递增,
∴,
∵,∴,∴,
∴,
∵在是单调递增,
∴,
∴,
∴.
18.已知函数在点处的切线为.
(1)求函数的解析式;
(2)若,且存在,使得成立,求的最小值.
【答案】(1);(2)5.
【详解】
试题分析:(1)由已知可得,;(2)原不等式化为,令,,使得,则,.令,利用导数工具判断有一零点,进而求出是极小值点,从而求出 最小值为,又.的最小值为.
试题解析:解:(1)的定义域为,
,
.
(2)可化为,
令,,使得,
则,
.
令,则,
在上为增函数.
又,
故存在唯一的使得,即.
当时,,
,在上为减函数;
当时,,
,在上为增函数.
,
.
.
的最小值为5.
19.已知函数.
(1)求证:函数存在极小值点且;
(2)令,求的最小值.
【答案】
(1)证明见解析
(2)
【分析】
(1)求出函数导数,构造函数,利用导数判断的单调性,利用零点存在性定理可得;
(2)求出导数,构造函数,利用导数判断单调性,进一步得出的单调性可求解.
(1)
函数的定义域是,
,
令,则在上恒成立,
所以单调递增,即单调递增.
又,,
所以存在,使得,
且当时,;当时,;
故函数在上单调递减,在上单调递增,
故函数在处取得极小值,
即函数存在极小值点且;
(2)
,则,
令,则,
所以函数在上单调递增,
因为,,
所以存在使得,
当时,,当时,,
所以当时,,函数单调递减;
当时,,函数单调递增,
所以当时,,
因为,,即,
所以,
故令,,函数为的单调递增函数,
所以,所以,
故.
20.已知函数.
(1)当时,求函数的单调区间;
(2)若函数的最小值为,求参数a的值.
【答案】(1)单调减区间为,单调增区间为;(2).
【分析】
(1)对函数求导,然后说明每个区间导数的符号,进而求出函数的单调区间;
(2)求导,判断函数的单调性可知存在唯一根,进而知,即,结合已知,令,判断函数的单调性且,即可得解.
【详解】
(1)当时, ,求导
令,即,则(舍);.
∴当,,在区间单调递减;当,,在区间单调递增;
∴函数的单调减区间为,单调增区间为;
(2),求导得:,
令,则,且开口向上,,
∴存在,使得,
当,,在区间单调递减;当,,在区间单调递增;
,即,
又,两式相减得:,
令,求导,
∴函数在区间单调递增,且
∴函数有唯一解,
∴,解得.
21.已知函数,(其中为常数,是自然对数的底数).
(1)若,求函数在点处的切线方程;
(2)若恒成立,求的取值范围.
【答案】(1);(2).
【分析】
(1)根据导函数的几何意义,先求斜率,再带入化简整理即可;
(2)方法一:不等式恒成立可等价转化为,构造函数,然后通过函数单调性,求最值即可;
方法二: 恒成立,即,进行同构变形,则构造函数,利用函数单调性求解不等式,进而转化为,接下来参变分离即得出结果.
【详解】
(1)根据题意可知:
,,
所以,,
所求的直线方程为,
即.
(2)方法一:,,
故不等式恒成立可等价转化为:
在上恒成立,
记,,
当时,,不合题意;
当时,.
记,,
则,
所以在上是增函数,又,,
所以使得,即①,
则当时,,即,
当时,,即,
故在上单调递减,在上单调递增,
所以②,
由①式可得,,
代入②式得,
因为,即,
故,,即,
所以时,恒成立,故的取值范围为.
方法二:根据已知条件可得:,,
且恒成立;
故可等价转化为:恒成立.
设,则,单调递增,
因而恒成立,即恒成立.
令,则,
当时,,单调递增,
当时,,单调递减,
所以,从而即为所求.
22.已知函数.
(1)讨论的极值情况;
(2)若时,,求证:.
【答案】(1)答案见解析;(2)证明见解析.
【分析】
(1)求导,对参数分类讨论,根据导数与0的关系,判断函数的单调性,从而判断极值情况;
(2)先讨论a=0,然后a>0时,由(1)中的导数求得函数的最小值,使其大于等于0,从而找到参数a和b的关系,把问题转化为函数问题,构造新的函数,通过导数来研究函数的最值,从而证明结论.
【详解】
(1)定义域为,求导得,
①当时,,为上增函数,无极值,
②当时,,得,
时,,为减函数;时,,为增函数,
所以时,有极小值,无极大值.
(2)①当时,,使,则,,
此时成立,
②当时,由(1)得时,有最小值,
,则,解得,
所以,
设,则,
因为为上减函数,且,,
则存在唯一实数,使,,
当时,,为增函数,
当时,,为减函数,
当时有最大值,
为上增函数,时,,则,
所以,
综上所述,.
23.设函数,(e为自然对数的底数)
(1)若函数有两个极值点,求a的取值范围;
(2)设函数,其中为的导函数,求证:的极小值不大于1.
【答案】(1);(2)证明见解析.
【分析】
(1)求得,根据有两个极值点,转化为与的图象的交点有两个,利用导数求得函数的单调性与极值,即可求解.
(2)根据题意得到,求得,得到,进而求得的单调性与极值,再分和两种情况,结合函数的单调性和极值的运算,即可求解.
【详解】
(1)由题意,函数,可得,
因为有两个极值点,
即方程在有两个不同的解,
即与的图象的交点有两个.
由,当时,,单调递增;
当时,,单调递减,有极大值.
又因为时,;时,,
当时,即时有两个解,所以
(2)由函数
可得,则,所以在单调递增,
若时,
当时,.在上单调递减;
当时,.在上单调递增;
所以在处取得极小值
若,令,则;
令,则
所以在,有唯一解;
若,令,则,
令,则,所以在,有唯一解;
所以在有唯一解,
当时,,在单调递减;
当时,,在单调递增;
所以,
令,则,
由,可得,
当时,,在单调递增;
当时,,在单调递减,
所以,即的极小值不大于1.
24.已知函数
(1)当时,求函数的单调区间;
(2)若,函数的最小值为,求的值域.
【答案】(1)单调增区间为;无单调减区间;(2).
【分析】
(1)由题意对函数求导得,令,通过导数可证明,进而可得,即可得解;
(2)由题意结合导数可得且,令,由导数结合可得,进而可得,令,,结合导数求得的值域即可得解.
【详解】
(1)当时,函数,定义域为,
则,
令,则恒成立;
∴在上单调递增,,
∴恒成立,
故的单调增区间为;无单调减区间.
(2)∵,
令,显然在单调递增,
又,,
∴据零点存在定理,存在,使即,
∴当时,即,在上单调递减;
当时,即,在上单调递增;
∴①,
又,∴;
令,则,
∴当时,,在上单调递减;
又,∴即,
将代入①得
,
令,,
∴,
∴在上单调递减,
又,,
∴,故的值域为.
25.设函数,,
(1)当时,若函数在上单调递增,求的取值范围:
(2)若函数在定义城内不单调,求的取值范围:
(3)是否存在实数,使得对任意正实数恒成立?若存在,求出满足条件的实数;若不存在,请说明理由.
【答案】(1);(2);(3)存在,.
【分析】
(1)根据题意,得到,再由函数单调性,即可得出结果;
(2)先由题意,得到定义域,再对函数求导,根据其不单调,得到的最小值为负,进而可得出结果;
(3)先令,对其求导,用导数的方法求出最大值,再结合题中条件,即可得出结果.
【详解】
(1)当时,,
在上单调递增,
而函数可由平移后得到,函数单调递增,
所以只需,所以;
(2)易知函数的定义域为,而,
因为函数在定义城内不单调,
所以,只需的最小值为负,即,所以.
(3)令,其中,.
则,令,
则在上恒成立,
则在上单调递减,
又时,;时,;
所以在区间上必存在实根,
不妨设,即,
即,(*)
所以当时,;当时,,
即在区间上单调递增,在上单调递减,所以.
而,代人( * )式得.
根据题意知恒成立.
又根据不等式,当且仅当时等式成立,
所以,即,
将代入(*)式得,即,.
26.已知函数.
(1),求函数的单调区间:
(2)对于任意,不等式恒成立,求实数的取值范围.
【答案】(1)见解析(2)
【分析】
(1)求导后,按照、、与分类,分别解出不等式,即可得解;
(2)转化条件得对于任意,不等式恒成立,设,则,设,求导后可得在上单调递增,进而可得,使得,即,则,设,求导后可得在上单调递增,即可证,代入求出后,即可得解.
【详解】
(1)由题意,
则,
(i)当时,的解集为,则的单调增区间为和,单调减区间为;
(ii)当时,,则的单调增区间为,无单调减区间;
(iii)当时,的解集为,则的单调增区间为和,单调减区间为;
(iiii)当时,的解集为,则的单调增区间为,单调减区间为.
(2)由已知,问题等价于对于任意,不等式恒成立,
设,则,
设,则,
在上,,单调递增,
又,,所以,
所以,使得,即,
在上,,单调递减;
在上,,单调递增;
所以,
又有,
设,则有和,
所以在上,单调递增,所以,
所以,
故实数的取值范围为.
27.已知函数,.
(1)求曲线在点处的切线方程;
(2)若函数,求的单调区间;并证明:当时,;
(3)证明:当时,函数有最小值,设最小值为,求函数的值域.
【答案】(1);(2)的单调递增区间为,;证明见解析;(3)证明见解析;.
【分析】
(1)由导数的几何意义可得切线斜率为1,利用点斜式即可得解;
(2)由题意,求导后可得,即可得的单调区间;由时,即,即可得证;
(3)求出函数的导数,令,由(2)知的单调性,可得存在唯一实数使得,则,令,求导后即可得解.
【详解】
(1),,,
故所求直线方程为即;
(2)由题意,
则,
的单调递增区间为,;
当时,即,
由可得即,
,得证.
(3)由题意,
则,
设,
由(2)知,在上单调递增,
又,,存在唯一实数使得,
当时,,,函数单调递减;
当时,,,函数单调递增;
在上有最小值即,
又即,
,
令,
则,函数在上单调递增,
即,
函数的值域为.
28.已知函数.
(1)若是函数的极值点,求的单调区间;
(2)当时,证明:
【答案】(1)递减区间为(-1,0),递增区间为(2)见解析
【分析】
(1)根据函数解析式,先求得导函数,由是函数的极值点可求得参数.求得函数定义域,并根据导函数的符号即可判断单调区间.
(2)当时,.代入函数解析式放缩为,代入证明的不等式可化为,构造函数,并求得,由函数单调性及零点存在定理可知存在唯一的,使得成立,因而求得函数的最小值,由对数式变形化简可证明,即成立,原不等式得证.
【详解】
(1)函数
可求得,则
解得
所以,定义域为
,
在单调递增,而,
∴当时,,单调递减,
当时,,单调递增,
此时是函数的极小值点,
的递减区间为,递增区间为
(2)证明:当时,
,
因此要证当时,,
只需证明,
即
令,
则,
在是单调递增,
而,
∴存在唯一的,使得,
当,单调递减,当,单调递增,
因此当时,函数取得最小值,
,
,
故,
从而,即,结论成立.
29.已知函数
(1)若,,若的单调区间;
(2)当时,若存在唯一的零点,且,其中,求.
(参考数据:,)
【答案】(1)单调递减区间为,单调递增区间为;(2) .
【分析】
(1)将,代入函数解析式,求得并令,即可由导函数的符号判断单调区间.
(2)将代入函数解析式,求得.结合定义域及二次函数性质可知的单调区间,并根据零点意义代入方程和函数,可得零点的函数表达式.构造函数,并求得可证明的单调性,结合零点存在定理及所给参考数据,即可求得的值.
【详解】
(1)将,代入函数解析式可得,定义域为,
则
令,解得,(舍),
所以当时,;
当时,;
故的单调递减区间为;的单调递增区间为.
(2)将代入函数解析式可得,
则
因为,且对于来说,,
所以有两个不等式实数根,
且,
所以两根异号,不妨设则,
则由定义域为可得在内递减,在内递增,
因为,
要存在唯一的零点,且,则,
所以,化简可得.
令,
则
所以在时单调递减,
由题可知,,
而,
所以
即
30.已知函数.
(1)若在上存在极小值,求的取值范围;
(2)设(为的导函数),的最小值为,且,求的取值范围.
【答案】(1)(2)
【分析】
(1)对求导,研究单调性,求出极小值点为,依题意知,求解即可;
(2)对求导,令,二次求导可得,所以在上单调递增,所以是即的唯一实根, 由求解的取值范围即可.
【详解】
(1)函数的定义域为.
.
令,解得.
因为在上,;在上,.
所以在上单调递减,在上单调递增.
所以的极小值为.
依题意知,即,所以.
解得.
即的取值范围为.
(2),所以.
令,则,所以在上单调递增.
所以是即的唯一实根.
令,得,即.
所以
.
由题意得,解得.
所以的取值范围为.
31.已知函数,其图象的一条切线为.
(1)求实数的值;
(2)求证:若,则.
【答案】(1);(2)答案见解析
【分析】
(1)假设切点,根据曲线在某点处导数的几何意义,以及已知的切线方程,可得,然后研究可得,最后代值计算,可得结果.
(2)构建函数,计算,并利用二阶导判断的单调性,根据的值域来判断的单调性,进一步求得,可得结果.
【详解】
(1)函数定义域为
∵,∴.
由题可知:
在点处的切线为,
则且,
∴,即.
令,
则.
当时,
,在单调递增;
当时,
,在单调递减.
当时,;
当时,.
∴,.故实数的值为.
(2)令
即
则.
即
令,
则,
∵恒成立,
∴在单调递减,即在单调递减.
又,
,
∴,使得.
∴当时,;
当时,,
故在单调递增,在单调递减.
∴.
又,即,
∴,
.
令,.
则.
∵恒成立,
∴,故在单调递增.
∴,
故,
即.
∴当时,.
32.已知函数,.
(1)若不等式对恒成立,求的最小值;
(2)证明:.
(3)设方程的实根为.令若存在,,,使得,证明:.
【答案】(1)(2)证明见解析(3)证明见解析
【分析】
(1)由题意可得,,令,利用导数得在上单调递减,进而可得结论;
(2)不等式转化为,令,,利用导数得单调性即可得到答案;
(3)由题意可得,进而可将不等式转化为,再利用单调性可得,记,,再利用导数研究单调性可得在上单调递增,即,即,即可得到结论.
【详解】
(1),即,化简可得.
令,,因为,所以,.
所以,在上单调递减,.
所以的最小值为.
(2)要证,即.
两边同除以可得.
设,则.
在上,,所以在上单调递减.
在上,,所以在上单调递增,所以.
设,因为在上是减函数,所以.
所以,即.
(3)证明:方程在区间上的实根为,即,要证
,由可知,即要证.
当时,,,因而在上单调递增.
当时,,,因而在上单调递减.
因为,所以,要证.
即要证.
记,.
因为,所以,则.
.
设,,当时,.
时,,故.
且,故,因为,所以.
因此,即在上单调递增.
所以,即.
故得证.
33.已知函数,.
(1)讨论在区间上的单调性;
(2)若时,,求整数的最小值.
【答案】(1)详见解析(2)
【分析】
(1)分别在、和三种情况下,根据导函数的正负得到原函数的单调区间;
(2)将问题转化为在上恒成立,则,结合零点存在定理可确定的最大值为,,利用导数可求得其值域,进而得到整数的最小值.
【详解】
(1)由题意得:,
令,则,
当,即时,,,在上单调递增;
当,即或时,
令,解得:,,
当时,,
当时,;当时,,
在上单调递减,在上单调递增;
当时,,
当时,;当和时,,
在,上单调递增,在上单调递减;
综上所述:当时,在,上单调递增,在上单调递减;当时,在上单调递增;当时,在上单调递减,在上单调递增.
(2)由得:在上恒成立,
令,则,
令,则,,
,在区间上存在零点,
设零点为,则,
当时,;当时,,
在上单调递增,在上单调递减,
,,
设,则,
上单调递增,,即,
整数的最小值为.
34.已知函数.
(1)当时,求曲线在点处的切线方程;
(2)若当时,总有,求的最大值.
【答案】(1)(2)最大值为5.
【分析】
(1)对函数进行求导,根据导数的几何意义进行求解即可;
(2)对不等式进行常变量分离,构造新函数,求导,判断新函数的单调性,最后利用新函数的单调性进行求解即可.
【详解】
(1)当时,,,
则可知,
所以切线方程为,化简可得切线方程为;
(2)由题当时,恒成立,即在时恒成立,
即在时恒成立,
令,则,
令,则在时恒成立.
所以在上单调递增,又知,,
所以在上存在唯一实数,满足,即,
当时,,即;当时,,即.
所以函数在上单调递减;在上单调递增.
即.
由在时恒成立,
所以,又知,所以整数的最大值为5.
35.设,
(1)求的单调区间;
(2)设恒成立,求实数的取值范围.
【答案】(1)单调递增区间为,单调递减区间为;(2)
【分析】
(1),令,解不等式即可;
(2),令得,即,且的最小值为,令,结合即可解决.
【详解】
(1),
当时,,递增,
当时,,递减.
故的单调递增区间为,单调递减区间为.
(2),
,
,设的根为,即有可得,
,当时,,递减,
当时,,递增.
,
所以,
①当;
②当时,设,
递增,,所以.
综上,.
36.已知函数,.
(1)若在处的切线也是的切线,求的值;
(2)若,恒成立,求的最小整数值.
【答案】
(1)
(2)7
【分析】
(1)先用导数法求得在处的切线,再根据在处的切线也是的切线,将切线方程与联立,利用判别式法求解;
(2)令,将,恒成立,转化为,对恒成立,利用导数法求解.
(1)
因为函数,
所以,
则,
所以在处的切线方程为,
由,得,
因为在处的切线也是的切线,
所以,解得;
(2)
令,
因为,恒成立,
所以,对恒成立,
令,
则,
令,
则,
所以在上递减,
又,
所以存在,有,即,
因为在递增,在上递减,
所以,
又,
所以,
令,由,得,
所以,
所以
故的最小整数值是7.
37.已知函数.
(1)求函数的极值;
(2)设,若对都有成立,求a的最大值.
【答案】
(1)极大值为,无极小值
(2)1
【分析】
(1)求出函数的导函数,根据导函数的符号求出函数的单调区间,从而可得出答案;
(2)由题意知,,即对恒成立,令,求出函数的最小值,即可得出答案.
(1)
解:函数的定义域为,
因为,令,解得,
当时,;当时,,
所以函数在上单调递增,在上单调递减,
所以的极大值为,无极小值;
(2)
解:由题意知,,
即对恒成立,
令,
则,
令,则,
所以在上单调递增,
又因为,
所以在内必存在,使得,
当时,,所以在上单调递减;
当时,,所以在上单调递增;
所以,
因为,即,
所以,
因为在上单调递增,所以,
又因为,所以,所以,
所以a的最大值为1.
38.已知函数.
(1)求函数在处的切线方程
(2)证明:在区间内存在唯一的零点;
(3)若对于任意的,都有,求整数的最大值.
【答案】
(1)y=-1;
(2)见解析;
(3)3﹒
【分析】
(1)根据导数的几何意义即可切线;
(2)先利用导数证明在上单调递增,再结合零点存在定理,得证;
(3)参变分离得,令,原问题转化为求在上的最小值,结合(2)中结论和隐零点的思维,即可得解.
(1)
,
,,
,
在处的切线为;
(2)
证明:,
,
当时,,
在上单调递增,
(3),(4),
在区间内存在唯一的零点.
(3)
,且,
,
令,则,,
由(2)知,在上单调递增,且在区间内存在唯一的零点,
设该零点为,则,
故当时,,即,在上单调递减,
当,时,,即,在,上单调递增,
,
,
故整数的最大值为3.
39.已知函数,.
(1)讨论函数的单调性;
(2)若对任意的,都有恒成立,求的取值范围.
【答案】
(1)答案见解析
(2)
【分析】
(1)求出函数的导函数,分,讨论研究的正负情况即可;
(2)将原不等式转化为对任意的恒成立,令,利用导数的知识求出的最小值即可,这个过程中需要二次求导,估算的导函数的零点,求出的单调性,进而计算的最小值.
(1)
由已知
当时,恒成立,此时函数在上单调递增;
当时,令,得,
若,,若,,
此时函数在上单调递增,在上单调递减;
综合得:当时,函数在上单调递增;
当时,函数在上单调递增,在上单调递减;
(2)
,即
对任意的恒成立,
令
则
令,则
在上单调递增,
又,,
,使,
在上单调递减,在上单调递增,
由得
,
设,,
即在上单调递增,
由得,
,即有
,
.
40.已知函数.
(1)若对任意实数,都有恒成立,求实数a的取值范围;
(2)当时,若,求的最小值.
【答案】
(1)
(2)
【分析】
(1)已知当时,不满足;进而讨论当 时,存在唯一零点,当 时,单调递增,当 时, 单调递减,故,解得 ,最后利用求解;
(2)由题知,再令 得,故研究函数 性质得 在上有唯一的零点 ,且满足,进而得答案.
(1)
解:当时,,不满足对任意实数,都有恒成立;
当时,,
令,则
所以函数单调递减,
由于,,
所以存在唯一零点,使得 ,
所以当时,单调递增,当 时,单调递减,
所以
令, ,
故在定义域内是的单调函数,
由于,
所以的解集为 ,
所以,即实数a的取值范围是
(2)
解:当时,,
由,
所以,
所以,
令,则,即 ,
令
令
所以时,, 单调递减,时, , 单调递增,
由于,
所以在上有唯一的零点 ,且满足 ,
所以,
所以,当且仅当 时等号成立.
41.已知函数,.
(1)讨论在内的零点个数.
(2)若存在,使得成立,证明:.
【答案】(1)一个;(2)证明见解析.
【分析】
(1)分、两种情况讨论,在时,分析得出,可得出在上无零点,在时,利用导数分析函数的单调性,结合零点存在定理可得出结论;
(2)利用参变量分离法得出,构造函数,利用导数分析函数在上的单调性,分析得出,即可证得结论成立.
【详解】
(1)当时,,,此时函数无零点;
当时,,
令,其中,则,
所以,函数在单调递减,所以,,
所以,对任意的,,则,
所以,函数在上为减函数,
因为,,
所以,函数在上只有一个零点.
综上所述,函数在上只有一个零点;
(2)由得,
令,,,
令,则,
当时,,所以,函数在上单调递增,
当时,,此时,则函数在上单调递增,
当时,,则函数在上单调递减,
因为,,
所以,存在,使得,
变形可得,
当时,,当时,.
所以,函数在上单调递增,在上单调递减,
,其中,
对于函数,,,
所以在递减,则,
故,所以成立.
42.已知函数.
(1)当时,求函数的极值;
(2)若,当时,恒成立,且有且只有一个实数解,证明:.
【答案】(1)得极大值为,无极小值;(2)证明见解析.
【分析】
(1)先求出函数的定义域,对函数求导,再由导函数的正负求出函数的单调区间,从而可求出函数的极值,
(2)由,得,由,可得在上有唯一零点,再结函数的单调性可得,而恒成立,且有且只有一个实数解,所以可得消去并整理得,构造函数,利用导数可求得,而,从而可求出的范围
【详解】
的定义域为
(1)当时,,
则,()
所以当时,,
当时,
所以函数在区间上单调递增,在区间上单调递减.
所以当时,取得极大值为.无极小值.
(2)由题意可得,,令,
解得.
因为,所以,,
所以在上有唯一零点.
当时,在上单调递增;
当时,,在上单调递减.
所以.
因为在上恒成立,且有且只有一个实数解,
所以即
消去并整理得.
令,则,,
在上恒成立,所以在上单调递增,
又,,所以.
又,且函数在上单调递增,
所以.
43.已知,.
(1)讨论函数的单调性;
(2)当时,若对任意,恒成立,求的取值范围.
【答案】(1)答案见解析;(2).
【分析】
(1)求导以后,分和两种情况,然后分别解含参数不等式即可求出单调区间;
(2)当时,若对任意,恒成立等价于恒成立,进而构造函数,求出其最小值,进而解关于的不等式即可求出结果.
【详解】
(1)
①当时,恒成立,故函数在递增
②当时,令,解得;令,解得
函数在上单调递增,在上单调递减
综上可知:当时,在递增;
当时,在上单调递增,在上单调递减
(2)当且时,恒成立,即恒成立
设,,则在上是增函数
又当时,;当时,
在内有唯一零点
设的零点为,则
当时,,单调递减;当时,,单调递增
由得:,取对数得:
代入上式得:,当且仅当时取等号
当时必须且只需,解得
的取值范围为.
44.已知函数.
(1)当时,求函数的单调区间;
(2)若,求实数a的取值范围.
【答案】(1)在上单调递减,在上单调递增;(2).
【分析】
(1)求出函数的导函数,根据导函数的符号即可得出函数的单调区间;
(2)求得,易知,可得在上单调递增,设,判断函数的单调性,即可得出有唯一一个,使得,从而得出函数的单调区间,要使,只需即可,从而可得出答案.
【详解】
解:(1)函数的定义域为.
当时,,.
易知在上单调递增,且,
当时,;当时,,
在上单调递减,在上单调递增.
(2),
由题意,;易知在上单调递增,
由,得,
设,则,
在上单调递增,
则当时,有唯一一个,使得.
当时,;当时,,
总有唯一的极小值点,
由,得.
由,
得,
令,则,设,.
则,在上单调递减,又,.
,
.
45.已知函数f(x)=﹣αx2+(α﹣2)x+lnx.
(1)当α=1时,求函数f(x)的单调区间;
(2)若在当x∈(0,+∞)时恒成立,求实数α的取值范围.
【答案】(1)f(x)的增区间为,减区间为;(2)(﹣∞,1].
【分析】
(1)求出函数的定义域,再对函数求导,然后由导数的正负可求出函数的单调区间,
(2)在当x∈(0,+∞)时恒成立,得α⩽ex−−在 (0,+∞) 上恒成立,构造函数g(x)=ex−−,则,再构造函数h(x)=x2ex+lnx,利用导数可判断出h(x)在(0,+∞)上单调递增,再由零点存在性定理可得存在x0∈(,1),使得h(x0)=0,从而可判断出当x=x0时,g(x)取得极小值,也是最小值,进而可求出实数α的取值范围
【详解】
(1)函数f(x)的定义域是(0,+∞),
当α=1时,f(x)=﹣x2﹣x+lnx,=﹣2x﹣1+=,
令>0,解得:0<x<,令<0,解得:x>,
故f(x)在(0,)递增,在(,+∞)递减,
即f(x)的增区间为,减区间为;
(2)f(x)⩽x(ex−αx−2−)恒成立,
即xex﹣1⩾lnx+αx 在 (0,+∞) 上恒成立,
即α⩽ex−−在 (0,+∞) 上恒成立.
令g(x)=ex−−,则,
令h(x)=x2ex+lnx,则 h′(x)=2xex+x2ex+>0,
所以h(x)在(0,+∞)上单调递增,而h(1)=e>0,h()=−1<0,
故存在x0∈(,1),使得h(x0)=0,即ex0+lnx0=0,
所以x0ex0=−lnx0=ln=ln•,
令λ(x)=xex,x∈(0,+∞),λ′(x)=(x+1)ex>0,
所以λ(x)在(0,+∞)上单调递增,所以x0=ln=−lnx0,
当x∈(0,x0) 时,h(x)<0,即 g′(x)<0,故g(x)在(0,x0)上单调递减,
当x∈(x0,+∞) 时,h(x)>0,即 g′(x)>0,故 g(x) 在 (x0,+∞)上单调递增,
所以当x=x0时,g(x)取得极小值,也是最小值,
所以
故α⩽1,
所以α的取值范围为(﹣∞,1].
46.设函数.
(Ⅰ)若,求函数在处的切线方程;
(Ⅱ)求实数a的取值范围,使得对任意的,恒有成立.
【答案】(Ⅰ);(Ⅱ).
【分析】
(Ⅰ)利用导数的几何意义计算即可得出结果;
(Ⅱ)当时不等式成立;当时,对进行分区间讨论,求出的最大值,令最大值小于,解不等式求出的范围.
【详解】
解:(Ⅰ),,
,
切线方程为:;
(Ⅱ)①当时,对于任意的实数a,恒有成立
②当时,由题意,首先有,
解得
由(Ⅰ)知,
令,则,,且
又在内单调递增,
所以函数在内有唯一零点,记此零点为
则,,从而,当时,,
当时,,
当时,,即在内是增函数,
在内是减函数,在内是增函数.
所以要使得对任意的,恒有成立,
只要有
有得,
将它代入得
又,注意到函数在上是增函数故,
再由,及函数在上是增函数,可得,
由解得,
所以.
综上,a的取值范围为.
47.已知函数.
(1)求的单调区间;
(2)当时,若对任意的,都有恒成立,求的取值范围.
【答案】(1)函数的增区间为,减区间为;(2).
【分析】
(1)求得,分别解不等式、可得出函数的增区间和减区间;
(2)由参变量分离法可知,即在上恒成立,构造函数,利用导数求出函数的最小值,即可得出实数的取值范围.
【详解】
(1)因为,所以,
令,得,所以在单调递增,
令,得,所以在单调递减;
(2)由题意,对任意的,不等式恒成立,即在上恒成立,
令,则,
令,则,所以在上为增函数,
又因为,,
所以,使得,即,
当时,,可得,所以在上单调递减;
当时,,可得,所以在上单调递增,
所以,
由,可得,
令,则,又由,
所以在上单调递增,所以,可得,
所以,即,
所以,所以,
综上所述,满足条件的的取值范围是.
48.已知函数.
(1)证明:在区间内存在唯一的零点;
(2)若对于任意的,都有,求整数的最大值.
【答案】(1)证明见解析;(2)3.
【分析】
(1)先利用导数证明在上单调递增,再结合零点存在定理,得证;
(2)参变分离得,令,原问题转化为求在上的最小值,结合(1)中结论和隐零点的思维,即可得解.
【详解】
(1)证明:∵,
∴,
当时,,
∴在上单调递增,
∵,,
∴在区间内存在唯一的零点.
(2)解:∵,且,
∴,
令,则,,
由(1)知,在上单调递增,且在区间内存在唯一的零点,
设该零点为,则,
故当时,,即,在上单调递减,
当时,,即,在上单调递增,
∴,
∴,
故整数的最大值为3.
49.已知函数.
(1)若求的单调区间;
(2)若恒成立,求整数a的最大值.
【答案】(1)答案见解析;(2)-1.
【分析】
(1)求出函数导数,根据a分类讨论,即可求解;
(2)由原不等式恒成立,分离参数可得,利用导数求的最小值即可求解.
【详解】
(1)f(x)的定义域为,
,
①当-1<a<0时,,由,得0<x<1或,由,得,
∴f(x)的单调减区间为,单调增区间为(0,1)和;
②当a=-1时,在上恒成立,
∴f(x)的单调增区间为,无减区间;
③当a<-1时,,由,得或x>1,由,得,
∴f(x)的单调减区间为,单调增区间为和;
综上所述,当a<-1时,f(x)的单调减区间为,单调増区间为和;
当a=-1时,f(x)的单调增区间为,无减区间;
当-1<a<0时,f(x)的单调减区间为,单调增区间为(0,1)和.
(2),故,
设,则,
设,则恒成立,
∴h(x)在(0,+∞)上单调递增,
∵h(1)=-1<0,,
,使得,
时,,从而,
时,在上为减函数,
时,,从而,
时,在上为増函数,
,把代入得:
,
令,则p(x)为增函数,
,,,
整数a的最大值为-1.
50.已知函数.
(1)讨论在区间上的最小值;
(2)若在上恒成立,求的取值范围.(为自然对数的底)
【答案】(1);(2).
【分析】
(1)求导,分类讨论函数的单调区间,进而求出函数在上的最小值;
(2)由题意得到,构造函数, 利用导数研究函数的最值,由于导函数的正负不易判断,所以设设,通过研究函数的图象与性质,进而可以求出,从而可以求出结果.
【详解】
(1)
①当时,,在上单调递增,
所以,
②当时,,,单调递增;
,,单调递减,
故在上的最小值必在区间端点或处取得,
所以,
又,,,
当,,
当,,
当,,
综上知,.
(2),得到,
设,,
设,,
所以在上单调递增,
又,,
所以在上存在唯一零点,
且,
在区间上,,故,单调递减;
在区间上,,故,单调递增,
所以.
又,即,
设,因为在上单调递增,
故,即,,
所以,即.
51.已知函数.
(1)若函数在定义域上的最大值为,求实数的值;
(2)设函数,当时,对任意的恒成立,求满足条件的实数的最小整数值.
【答案】(1);(2).
【分析】
(1)求得,对实数的取值进行分类讨论,利用到导数分析函数在定义域上的单调性,可得出,结合已知条件可求得实数的值;
(2)当时,可得,分析可知不等式对任意的,利用导数求出函数在时的最大值,即可得出实数的最小整数值.
【详解】
(1)由题意,函数的定义域为,.
①当时,对任意的恒成立,
函数在区间上单调递增,
此时,函数在定义域上无最大值;
②当时,令,得,
由,得,由,得,
此时,函数的单调递增区间为,单调减区间为.
所以函数,得.
综上所述,;
(2)当时,,
由题意可知,对任意的恒成立.
,
,,,则单调递增,
,,
所以,存在唯一的,使得,即,,
且当时,,即,
当时,,即.
所以,函数在区间上单调递增,在区间上单调递减,
,
,设,则,
故函数在时单调递增,则,
即,则,因此的最小整数值为.
52.已知函数.
(1)当时,讨论在上的单调性;
(2)设,若当,且时,,求整数的最小值.
【答案】(1)答案见解析;(2)2.
【分析】
(1)求导,分,两种情况讨论导函数的符号,从而得函数的单调性;
(2)分和两种情况分别得出的范围,当时,构造函数,运用导函数可得出所构造的函数的单调性和范围,从而可得答案.
【详解】
(1),
①当时,因为,所以在上单调递减,
②当时,令,解得,令,解得;
即在上单调递减,在上单调递增;
(2),
当时,因为,由(1)知,所以(当时等号成立),所以.
当时,因为,所以,所以,
令,化为在上恒成立,
因为,令,则,
在上单调递减,又因为,
所以存在使得,
当时,在上单调递增;
当时,在上单调递减;
所以,
为,所以,
所以,
所以的最小整数值为
53..
(1)求的零点个数;
(2)使不等式对任意恒成立时最大的k记为c,求当时,的取值范围.
【答案】(1)1个;(2).
【分析】
(1)求导数确定函数的单调性与极值,结合零点存在定理可得零点个数;
(2)用分离参数法不等式变形为,引入新函数,转化为求新函数的最小值得参数的值,通过分类讨论新函数的导数值的最值的正负确定新函数最小值,最终可得出结论.
【详解】
(1)函数定义域是,
由题意,
当或时,,时,,
所以在和上递增,在上递减,
时,,时,,
极大值,极小值,
所以只在区间上有一个零点;
(2)因为,所以原不等式可变为
,
令,,
令,则,时,,递增,,,
①当,即时,在上,是增函数,
,,
②当,即时,,递减,
,;
③当时,在上递增,
存在唯一的实数,使得,,,
则当时,,,递减,
时,,,递增,
,
,
,令,,时,,递增,
所以时,,所以,
综上,.
54.已知函数(其中是自然对数的底数),曲线在点处的切线方程是.
(1)求,;
(2)设函数,若在上恒成立,求的取值范围.
【答案】(1),;(2).
【分析】
(1)先求导函数,利用和列方程,再解方程得,值即可;
(2)方法一:先分离参数,构造函数,使,再通过导数研究的单调性和最小值,即得参数范围;方法二
:先构造函数,利用导数证明,证得,再构造函数,利用解得恒成立,得到参数范围即可.
【详解】
解:(1),则,
所以,且,
解得,,;
(2)方法一:,整理得.
记,只需.
而.
令,则,故在单调递增.
又,,由零点存在性定理可知,存在唯一,使.
当时,,,单调递减;
当时,,,单调递增;
所以.
由得,所以,
所以,易见函数在上是单调递增的,由知,,即,且,
所以,
故所求的取值范围.
方法二:证明:
证明:构造函数,∴,
令得,所以函数在单调递增,
令得,所以函数在单调递减.
所以函数,
∴,即∴,∴,
设,
∴,
由在上恒成立,即知恒成立,
所以,故.
55.已知函数在处的切线方程为.
(1)求的值;
(2)当时,恒成立,求整数的最大值.
【答案】(1);(2)3
【分析】
(1)先求导,将代入导函数得切线斜率,将代入原函数得切点纵坐标,再运用点斜式求出切线方程;
(2)可知,先分离参数,构造新函数和,求出单调性,通过求出的最值,便得到的最大值.
【详解】
(1)∵,在处的切线方程为
∴∴
解得
(2)∵,由
∴
令,则
令,则
在上单调递增,,
∴,使得,即
∴
在上递减,在上递增
,∵∴
∴
∵,∴整数的最大值为3
56.已知函数(),.
(1)求函数的极值点;
(2)若恒成立,求的取值范围.
【答案】(1)当时,无极值点,当时,有极大值点,无极小值点,(2)
【分析】
(1)先求出函数的定义域,然后求出导函数,通过判断导函数的正负来判断函数的极点;
(2)将不等式恒成立转化为对恒成立,构造函数,利用导数研究函数的性质,求解的最值,即可得到的取值范围
【详解】
解:(1)函数的定义域为,
由,得,
当时,,所以在上单调递增,函数无极值点,
当时,由,得,
当时,,当时,,
所以在上单调递增,在上单调递减,
所以有极大值点,无极小值点,
综上,当时,无极值点,当时,有极大值点,无极小值点,
(2)因为恒成立,即恒成立,
所以对恒成立,
令,则,
令,则,
所以在上单调递减,
因为,
所以由零点存在性定理可知,存在唯一的零点,使得,
即,
两边取对数可得,即,
因为函数在上单调递增,所以,
所以当时,,当时,,
所以在上单调递增,在上单调递减,
所以,
所以,
所以的取值范围为
57.已知函数.
(1)若函数在定义域上的最大值为,求实数的值;
(2)设函数,当时,对任意的恒成立,求满足条件的实数的最小整数值.
【答案】(1);(2).
【分析】
(1)先对函数求导,得到,分别讨论 两种情况,判定函数单调性,根据函数的最大值,即可求出结果;
(2)先由题意,将问题转化为:得到,对任意的恒成立;设,求出其导数,得出存在,函数在区间上单调递增,在区间上单调递减,由隐零点的整体代换的处理方法可得出答案.
【详解】
(1)由题意,函数的定义域为,,
当时,,函数在区间上单调递增,
此时,函数在定义域上无最大值;
当时,令,得,
由,得,由,得,
此时,函数的单调递增区间为,单调减区间为.
所以当时,函数有最大值,即,即为所求;
(3)只需对任意的恒成立即可.
构造函数,
,
∵,∴,且单调递增,
∵,
∴一定存在唯一的,使得,即,
且当时,,即;
当时,,即.
所以,函数在区间上单调递增,在区间上单调递减,
∴,
则在上单调递增,
所以,
因此的最小整数值为.
58.已知函数.
(1)求在处的切线方程;
(2)若时,不等式恒成立,证明:.
【答案】(1);(2)证明见解析.
【分析】
(1)结合导数的几何意义求出切线的斜率,进而可求出切线方程;
(2)由题可将不等式,转化为在上恒成立,然后构造函数,利用导数研究函数的性质,求出,再构造函数,通过研究函数的图象与性质即可得出结果.
【详解】
(1)由题可知,
∴,又,
∴在处的切线方程为,即.
(2)由题可知不等式,即在上恒成立.
设,
则.
当时,.
令,则,
∴在上单调递增.
又,,
∴存在使得,即,∴.
故当时,,此时,
当时,,此时.
故在上单调递增,在上单调递减,
从而,
∴.
令,
则当时,,∴在上单调递增,
∴,∴.
59.设函数.
(1)若函数,求在上的最值;
(2)当时,若不等式恒成立,求实数的取值范围.
【答案】(1),;(2).
【分析】
(1)求导后可得,利用导数可确定的单调性,由此可得,,由此可求得最值;
(2)通过分离变量得到,利用导数可确定在上单调递减,上单调递增,且,由此可化简得到,从而得到的取值范围.
【详解】
(1)由题意得:,即,
,
当时,;当时,,
在上单调递减,在上单调递增,
,,
又,,;
综上所述:,;
(2)由题意得:,即,
令,则,
令,则,
在上单调递增,又,,
,使,即,
当时,;当时,,
在上单调递减,上单调递增,
,
,,,
;
在上单调递增,,即,
,,即实数的取值范围为.
60.设函数.
(1)若函数有两个不同的极值点,求实数的取值范围;
(2)若,,,当时,不等式恒成立,试求的最大值.
【答案】(1);(2)2.
【分析】
(1)求导,令,转化为,再令,转化为与函数的图象有两个不同的交点求解;
(2)将时,不等式恒成立,转化为时,恒成立求解.
【详解】
(1)由题意可知,的定义域为,.
令,可得.
令,则由题意可知与函数的图象有两个不同的交点.
,令得,
可知在上单调递增,在上单调递减.
所以,
又当时,,当时,,
所以,.
(2)当时,.
由得,
因为,所以.
设,则.
令,则,
所以在上单调递增,
又,,
所以在上有唯一的零点,即,
当时,,即,
当时,,即,
所以,
所以,又,
所以,又,
所以的最大值为2.
61.已知函数,为自然对数的底数,.
(1)讨论的单调性;
(2)若,且,求整数的最大值.
【答案】(1)答案见解析;(2)1.
【分析】
(1)求导,对参数分类讨论,求得单调区间;
(2),即,设,通过导数研究函数的最值,此时需要再次求导来判断导函数的单调性,来判断导函数与0的关系,从而求得原函数取最小值时满足的条件,此时存在一个隐零点,满足,将导数的隐零点代入化简得到.然后通过导数求得的取值范围,从而求得参数a的最大值.
【详解】
解:(1)的定义域为,,
当时,恒成立,在上单调递增;
当时,令,,单调递增,
令,,单调递减,
综上:当时,的单调递增区间为;
当时,的单调递增区间为,单调递减区间为.
(2)由题意:,即,
设,则,
设,由,
知在内为增函数,
,,
,,
则在内,为减函数;在内,为增函数,
,则,
,
因为函数在内为增函数(),
,,
则.
设,在(内为增函数,
,,
,则.
的取值范围是,
整数的最大值为.
62.已知函数.
(1)若,求的单调区间;
(2)若对于任意的,恒成立,求的最小值.
【答案】(1)单调速增区间是,单调递减区间是;(2)最小值为.
【分析】
(1)求出,进一步求出的解,即可得出结论;
(2)先由,得出,通过二次求导并结合隐零点方法,求出,转化为与隐零点的函数关系,再次用导数法,即可求解.
【详解】
解:(1)因为,
所以,.
令,得.
当时,;
当时,.
故的单调速增区间是,单调递减区间是.
(2).
因为,,
又,所以,则.
令,则在上单调递增.
因为当时,,
所以.
因为,
所以,使得.
且当时,,则,
当时,,则,
所以在上单调递增,在上单调递减.
故.
由,得.
由,得,
即.
结合,得,所以.
令.则,
所以在上单调递增,
所以,即.
故的最小值为.
63.已知函数.
(1)判断函数的单调性,并证明有且仅有一个零点:
(2)若,求的取值范围.
【答案】(1)在上单调递增;证明见解析;(2).
【分析】
(1)求导,易知,则在上单调递增.然后由零点存在定理证明;
(2)将,转化为,令,用导数法求得其最小值即可.
【详解】
(1),
由,可知有,
故在上单调递增.
因为,,
所以函数有唯一零点,且.
(2)由,整理得,
设,,
由(1)可知在上单调递增,
存在唯一零点,且
当时,,,单调递减,
当时,,,单调递增.
即为在定义域内的最小值,
所以,
因为,
所以①,
令,,
方程①等价于,
而在上恒大于零,所以在单调递增,
故等价于,,
故的最小值,
所以,
所以的取值范围为.
64.已知函数.
(1)讨论函数的单调性;
(2)若任意,总有成立,求a的取值范围.
【答案】(1)答案不唯一,具体见解析;(2).
【分析】
(1)先对函数求导,再对分类讨论得解;
(2)等价于在上恒成立,设,求出,等价于,设,令,得到,的取值范围为,即得解.
【详解】
(1)的定义域是R,.
①当,即时,在R上恒成立,则在上单调递增;
②当,即时,令,得,
令,得;则在上单调递减,在上单调递增.
(2)对一切,
即在上恒成立,
设,则,
易知在上单调递增,且当时,,
当时,,所以存在唯一零点,
令,则
且在上单调递减,在上单调递增,
∴,
即有,
设,令,
则单调递增,又,
故,得,
∴增函数值域为,
即的取值范围为,
故a的取值范围是.
65.函数
(1)求函数的单调区间;
(2)若在恒成立,求实数m的取值范围.
【答案】(1)答案见解析;(2).
【分析】
(1)求导,分别讨论和两种情况的正负,即可求得的单调区间.
(2)所求转化为求在恒成立问题,设,利用导数判断其单调性,并求得的最大值,可得关于m的不等式,即可得答案.
【详解】
(1)
当时,,所以在为增函数,
当时,令,解得;
当时,,为增函数,
当时,, 为减函数,
综上:当时,的单调增区间为,
当时,的单调增区间为,单调减区间为.
(2)因为在恒成立,
所以在恒成立,
设,则.
设
所以在单调递增,又,
因此存在唯一,使得,
所以当时,,
当时,
当时,,当时,
所以函数在递增,在递减,在递增
因此,
由得,则.
所以,
因为,则,所以,
因为,
所以当时,,
所以,解得
所以的取值范围是
66.已知函数在处取得极值.
(1)若对恒成立,求实数的取值范围;
(2)设,记函数在上的最大值为,证明:.
【答案】(1);(2)证明见解析.
【分析】
(1)由条件求出,然后由可得,然后用导数求出右边对应函数的最小值即可;
(2),令,然后可得存在使得,即,即,然后可得,然后判断出函数的单调性即可.
【详解】
(1)∵,,∴,
由已知,即,即对恒成立,
令,则,
易得在上单调递减,在上单调递增,
∴,即.
(2),
则.
当时,,令,
则,所以在上单调递增.
∵,,
∴存在使得,即,即.
∴当时,,此时;
当时,,此时;
即在上单调递增,在上单调递减,
则.
令,,则,
∴在上单调递增,则,,
∴.∴.
67.已知函数的图象在(为自然对数的底数)处的切线方程为.
(Ⅰ)求,的值;
(Ⅱ)当时,恒成立,求的最大值.
【答案】(Ⅰ),;(Ⅱ)3.
【分析】
(Ⅰ)利用导数的几何意义列方程组,解方程组即可求解.
(Ⅱ)设:,, 将问题转化为,利用导数得出,使得在递减,上递增,进而可得,再由,得出,代入即可求解.
【详解】
解(Ⅰ)由已知:
依题意:
解得:,
(Ⅱ)由(Ⅰ)知:
即:
设:,, 原问题转化为
令,
∵
∴在上递增.
又因为
∴存在唯一零点,设为,
,
∴,
∴在递减,上递增
∴
∵,∴,∴
∴,∴
∴的最大值为3,
68.已知函数f(x)=aex-2(a+1).
(1)讨论函数g(x)=f(x)-2.x的单调性;
(2)若不等式(a>0)在x∈(0,+∞)上恒成立,求实数a的取值范围.
【答案】(1)当时在上单调递减,当时,在上单调递减,在上单调递增;(2)
【分析】
(1)求出函数的导函数,对参数分类讨论,即可求出函数的单调区间;
(2)令,求出函数的导函数,令,利用导数说明的单调性,即可得到,从而求出的最小值, 即可求出参数的取值范围;
【详解】
解:(1),定义域为,,
当时,恒成立,所以在上单调递减,
当时,令,则,
所以时,,函数单调递减,
时,,函数单调递增;
综上可得:当时在上单调递减,
当时,在上单调递减,在上单调递增;
(2)令,,,
,
令,则,
所以在上单调递增,
又, 设,
恒成立,
单调递增,
恒成立,
,
所以,
所以存在,使得,
所以时,,即,
所以在上单调递减,
时,,即,
所以在上单调递增,
所以,
又,所以
所以,所以,
因为在上单调递增,
所以,即,
所以,解得,
即.
69.已知函数.
(1)若在上单调递增,求实数的取值范围;
(2)若,,,求的最大值.
【答案】(1);(2).
【分析】
(1)求导,由导数与函数单调性的关系可得在上恒成立,构造新函数求出即可得解;
(2)转化条件为对于任意恒成立,构造新函数,结合导数确定即可得解.
【详解】
(1)由题意,,
∵在上单调递增,∴在上恒成立,
即在上恒成立,
记,则,
∴在上单调递增,
∴,
∴,即的取值范围为.
(2)由题意得,对任意恒成立,
即对于任意恒成立.
令,则.
设,易知在上单调递增,
且,,
∴,使得,即,
易知在上单调递减,在上单调递增,
∴,
∵,∴,
又,∴的最大整数为,
∴的最大整数为.
70.已知函数.
(1)求的单调区间和极值;
(2)若存在实数,使得成立,求整数的最小值.
【答案】(1) 在上单调递减,在上单调递增, 当时,有极小值,无极大值. (2) 1
【分析】
(1) 求出,得到,从而可得在上单调递增,且,得出函数的单的区间和极值.
(2)由题意即存在实数,使得成立,设,即,求出函数的导数,得出其单调区间,结合隐零点的代换,可得答案.
【详解】
(1)由,可得
又恒成立,则在上单调递增,且
所以当时,,当时,
所以在上单调递减,在上单调递增.
所以当时,有极小值,无极大值.
(2) 存在实数,使得成立
即存在实数,使得,即成立
设,即
,
所以在上单调递增. ,
所以存在,使得,即,也即
所以当时,,单调递减.
当时,,单调递增.
所以
当时,
所以,由题意,
所以整数的最小值为1.
71.已知函数,.
(1)当时,求过点(0,0)且与曲线相切的直线方程;
(2)当时,不等式在上恒成立,求的最大值.
【答案】(1);(2)
【分析】
(1)求出函数的导函数,设切点坐标为,利用导数的几何意义得到切线方程,再根据切线过点,求出参数,再代入计算可得;
(2)依题意参变分离可得在恒成立,令,则,,利用导数研究函数的单调性与最小值,即可求出参数的取值范围,从而求出的最大值.
【详解】
解:(1)当时,,定义域为,,设切点坐标为,则切线的斜率,故切线方程为,因为切线过点,所以,即,所以,故切线方程为
(2)当时恒成立,即在时恒成立,因为,所以,所以在恒成立,令,,即,,
所以,令,,则,所以在上单调递增,由,,所以存在,使得,所以当时,当时,所以函数在上单调递减,在上单调递增,所以,又,即,即,所以,所以,因为,,所以,所以的最大值为;
72.已知函数.
(1)当时,求的极值;
(2)若不等式恒成立,求整数a的最小值.
【答案】(1),无极大值;(2)2.
【分析】
(1)将代入,求出导函数,利用导数与函数单调性之间的关系判断函数的单调性,进而求出极值.
(2)不等式等价于在上恒成立,设,利用导数求出的最大值即可求解.
【详解】
解:(1)当时,,
令得(或舍去),
∵当时,,单调递减,
当时,,单调递增,
∴,无极大值.
(2),即,
即,
∴,即,
∴原问题等价于在上恒成立,
设,则只需.
由,令,
∵,∴在上单调递增,
∵,
∴存在唯一的,使得,
∵当时,,则单调递增,
当时,,则单调递减,
∴,
∴即可.
∴,∴,故整数a的最小值为2
73.已知函数(,为自然对数的底数).
(1)讨论函数的单调性;
(2)若在恒成立,求实数的取值范围.
【答案】(1)答案不唯一,具体见解析;(2).
【分析】
(1)求出导函数,讨论、或,根据导数与函数单调性之间的关系即可求解.
(2)分离参数不等式等价于在恒成立,设,利用导数求出的最小值即可求解.
【详解】
解:(1),
由得:或.
①当,即,恒成立,在上单调增;
②当,即,则和时,时.
故在区间和上单调增,在区间上单调减;
③当,即,则和时,时.
故在区间和上单调增,在区间上单调减;
(2)恒成立,即在恒成立,
∴在恒成立,
设,则
令,则,,
因此在单调递减,又,
使即
当时,,单调递减,
当时,,单调递增,
,又由式得,
,因此即的取值范围为.
74.已知函数.
(1)当时,求的单调区间;
(2)若关于的不等式恒成立,求的取值范围.
【答案】(1)增区间为,减区间为;(2).
【分析】
(1)当时,,求导得,结合定义域由得递增区间,由得递减区间.
(2)依题意得恒成立,令,由导数的单调性可得,即对恒成立,进而可得的取值范围.
【详解】
(1)的定义域为,
当时,,,
由得,,的增区间为,
由得,,的减区间为.
(2)恒成立,即恒成立.
令,则,
令,则,
所以在内单调递增.
因为(),(),
所以,使,
所以,即,
当时,,单调递减;
当时,,单调递增.
所以,
即恒成立,
又因为,所以,所以,
当且仅当,时,等号成立,
所以的取值范围为.
75.已知函数,其中为自然对数的底数.
(1)若函数在处的切线与直线垂直,求函数在处的切线方程.
(2)若对任意的,恒成立,求实数的取值范围.
【答案】(1);(2).
【分析】
(1)由题意函数在处的切线的斜率为,根据导数的几何意义即,从而可得答案.
(2)根据题意即对恒成立,设即对恒成立,分三种情况分别求出的单调性,从而得出其最小值,从而得出答案.
【详解】
解:(1)因为,,所以,
又,所以,即.
(2)由,得对恒成立,
即对恒成立,即对恒成立,
设即对恒成立,
①当时,对恒成立,
②当时,,在上为增函数,
当时,,
,不合题意;
③当,设在上为增函数,
又,,
所以使即,
所以,当时,,,为减函数,
当时,,,为增函数,
则当时,
,
所以,因为,所以,
综上.
76.已知函数(),其中,为自然对数的底数.
(1)讨论的单调性;
(2)当时,,求的最小整数值.
【答案】(1)当时,在上单调递减;当时,在上单调递增,在上单调递减;(2)最小整数值为.
【分析】
(1)根据导数与单调性的关系,结合利用导数求解单调区间的步骤,按照和分类讨论即可解出;
(2)依题可知在上恒成立,设,即,由导函数的单调性以及零点存在性定理可知,存在唯一实数,使得在上单调递增,在上单调递减,从而求得,再利用函数的单调性可求出,即可求得的最小整数值.
【详解】
(1),令,得.
①当,即时,在上恒成立,所以在上单调递减.
②当,即时,由,得,由,得,所以在上单调递增,在上单调递减.
综上所述,当时,在上单调递减:当时,在上单调递增,在上单调递减.
(2),即,即在上恒成立.
设,,则,在上为减函数.
又,.因此存在唯一实数,此时在上单调递增,在上单调递减,所以.
因为,所以,.
所以.
因为,所以,即.
因此,即,所以的最小整数值为.
77.已知函数
(1)若函数在区间上为增函数,求的取值范围;
(2)求的单调区间;
(3)当且时,不等式在上恒成立,求的最大值.
【答案】(1)[﹣2,+∞);(2)答案见解析;(3)3.
【分析】
(1)函数在区间上为增函数,可得在区间上恒成立,参变分离转化为,即可得出.
(2)首先求出的解析式,在求出函数的导函数,最后对参数分类讨论,分别求出函数的单调区间;
(3)依题意不等式在上恒成立,参变分离可得,令,则求出函数的导函数,令.利用导数研究其单调性、函数零点即可得出.
【详解】
解:(1)因为定义域为,所以
∵函数在区间上为增函数,
∴在区间上恒成立,
所以在区间上恒成立,
因为在区间上单调递减,所以
∴.
∴a的取值范围是.
(2)因为,所以定义域为,
所以
当时恒成立,所以在上单调递增,即函数的增区间为,无减区间;
当时,令,解得,令,解得,所以函数的单调递增区间为,单调递减区间为
(3)时,,时,不等式在上恒成立,
,
令,则
令
则在上单调递增,
,
存在,使.
即当时即
时即
在上单调递减,在上单调递增.
令,即,
,且,
.
78.已知函数.
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)若恒成立,求a的取值范围.
【答案】(1)答案见解析;(2).
【分析】
(1)求出函数的定义域以及导数,再根据a≥0,-2<a<0,a=-2,a<-2分类讨论即可判断函数的单调性;
(2)由分离参数可得,在上恒成立,设,利用导数判断出函数的单调性,求出最小值,即可解出.
【详解】
(1)函数的定义域为,
当a≥0时,由,解得.
令,得,所以在上单调递增;
令,得,所以在上单调递减.
当-2<a<0时,由,解得或,且.
令,得,所以在上单调递增;
令,得,所以在上单调递减.
当a=-2时,,在上单调递増.
当a<-2时,由,解得或,且.
令,得,所以在上单调递增;
令,得,所以在上单调递减.
(2)恒成立,即在上恒成立,
即在上恒成立.
令,则.
令,则,
所以h(x)在上单调递增,而,
故存在,使得,即,
所以.
令,
所以在上单调递増,所以.
当时,h(x)<0,即,故g(x)在上单调递减;
当时,h(x)>0,即,故g(x)在上单调递增.
所以当时,g(x)取得极小值,也是最小值,
,故a≤1.
所以a的取值范围是.
79.已知函数.
(1)当时,求的单调区间;
(2)若对任意的,均有,求实数m的最小值.
【答案】(1)减区间为(0,1),增区间为;(2)1.
【分析】
(1)化简函数并求解导函数,进而确定单调区间即可;
(2)运用变量分离法构造新函数转化不等式恒成立问题,进而求解出参数的值.
【详解】
(1)的定义域为,
当时,,则,
当时,,在上 单调递减,
当时,,在上单调递增,
所以的减区间为(0,1),增区间为;
(2)因为对任意的,恒成立,即恒成立.
令,则,
令,则在上单调递增,
因为,,
所以存在,使得,
当时,,,单调递增;
当时,,,单调递减,
由,可得,则.
所以,又恒成立,
所以,故m的最小值为l.
80.设函数,.
(1)当时,求方程的根(其中为自然对数的底数);
(2)求函数的单调增区间;
(3)当时,记,是否存在整数,使得关于的不等式有解?若存在,请求出的最小值;若不存在,请说明理由.(参考数据:,)
【答案】(1)或;(2)答案见解析;(3)的最小值为0.
【分析】
(1)代入化简方程得,再根据二次方程和指对关系解方程;
(2)先求函数导数并明确函数定义域:,;再讨论导函数不变号情况:分和,以及三种情况,讨论函数的单调性.
(3)存在性问题,一般转化为对应函数最值问题:,利用导数先求函数最小值,利用导数,以及结合零点存在性定理求的最小值,即可求得的取值范围.
【详解】
解:(1)当时,方程即为,去分母,得
,解得或,
故所求方程的根为或.
(2)因为,
所以
①当时,由,解得;
②当时,由,解得;
③当时,由,解得;
④当时,由,解得;
⑤当时,由,解得.
综上所述,当时,的增区间为;当时,的增区间为;当时,的增区间为.
(3)当时,,,
所以,,,
所以存在唯一,使得,即,
当时,,当时,,
所以.
记函数,则在上单调递增,
所以,即,由,且为整数,得,
所以存在整数满足题意,且的最小值为0.
81.已知函数,,.
(1)若函数的图象与直:相切,求实数的值;
(2)若不等式恒成立,求整数的最大值.
【答案】(1);(2)
【分析】
(1)先通过求导,得到函数,再根据函数的图象与直:相切,利用导数的几何意义求解;
(2)将不等式恒成立,转化为,恒成立,令,用导数法求其最小值即可.
【详解】
(1)因为函数,,
所以,则,
所以,
因为函数的图象与直:相切,
所以,
解得,则,
解得.
(2)因为不等式恒成立,
所以,恒成立,
令,
则,
所以在上递增,
又因为,
所以存在唯一实数,使得,即,
所以在上递减,在上递增,
所以,
所以整数的最大值是2.
82.已知函数在处的切线与在处的切线平行.
(1)求;
(2)设,问是否存在,使在上恒成立,若存在,求的个数;若不存在,说明理由.
【答案】
(1)
(2)8
【分析】
(1)求出和的导函数,利用可得答案;
(2)将原不等式转化为在上恒成立,令,求出其导函数,再对其导函数再次求导,最终可得的单调性,求出最值,进而得出的范围即可.
(1)
由已知,,
则,
;
(2)
由(1)得
假设存在,使在上恒成立,
即在上恒成立
令,
,令
在上单调递增,
,
使,即
在上单调递减,在上单调递增
,又,
,,又,
的个数为8个.
83.已知函数,.
(1)当时,求曲线在点处的切线方程;
(2)若在区间上有唯一的极值点,求的取值范围,并证明:.
【答案】(1);(2);证明见解析.
【分析】
(1)利用导数的几何意义求切线的斜率,从而求切线方程;
(2)根据极值点的导数为0求出的取值范围;根据极值点得到,通过构造函数,,利用函数的单调性证明即可.
【详解】
(1)当时,,,
则,又,
曲线在点处的切线方程为,即.
(2),
令,
在区间上有唯一的极值点,
又,所以只需,解得,
由,得,即,
,.
令,,
,即在上单调递增,且,
,
.
84.已知,.
(1)判断的奇偶性,并加以证明;
(2)当时,判断的零点的个数,并证明你的结论.
【答案】(1)奇函数,证明见解析;(2)有个零点,证明见解析.
【分析】
(1)利用奇函数的定义直接判断即可;
(2)利用导数判断函数的单调性,结合零点存在性定理即可得出结论.
【详解】
(1)因为函数的定义域为,
且,,所以是奇函数.
(2)由(1)可知是的一个零点,且
令,记,则.
考虑函数,
当时有,因此在上有且只有一个实根.因此,是在上的唯一零点,且在上为减函数,上为增函数.
注意到当时,且,
因此在上有唯一零点.
结合为奇函数可知,在上也有且仅有一个零点.
综上所述,当时,有个零点.
85.已知函数.
(1)若,求曲线在处的切线方程;
(2)若恒成立,求实数a的取值范围.
【答案】(1);(2).
【分析】
(1)根据导数的几何意义即可求出切线方程;
(2)将原不等式变形为,设,构造函数
,即,根据导数研究函数m(t)的最小值和零点的存在性定理可得(当且仅当时“=”成立),求出即可.
【详解】
(1)因为,所以
因为,所以,
所以切线方程为
(2)由题意得,即,
因为,所以
设,
设.
考察函数,因为,
所以当时,,在单调递减;
当时,,在单调递增.
所以,所以.
所以,当且仅当时,“=”成立
以下证明:存在,使得.
因为在单调递增,,,
所以存在,使得,故,
当且仅当时,“=”成立
所以当时,.
又因为,所以当时,.
故a的取值范围是.
86.已知函数.
(1)当时,讨论函数的零点存在情况;
(2)当时,证明:当时,.
【答案】(1)两个零点;(2)证明见解析.
【分析】
(1)将代入可得,求出函数的导数,利用导数探讨函数的单调性并借助零点存在性定理即可求解;
(2)根据已知条件构造函数,证明在时恒成立即可得解.
【详解】
(1)当时,,显然,即1是的一个零点,
求导得,在上单调递增,且,
则在上存在唯一零点,当时,,当时,,
因此,函数在上单调递减,在上单调递增,而,,
从而得在上函数存在一个零点,
所以函数存在两个零点;
(2)令,,则,由(1)知在上单调递增,且在上存在唯一零点,即,
当时,单调递减,当时,单调递增,
因此,,即,则,
而,有,于是得,
所以当,时,.
87.已知函数.
(1)讨论函数的单调性;
(2)当时,恒成立,求整数k的最大值.
【答案】
(1)答案见解析;
(2)1.
【分析】
(1)求出函数导数后,分三种情况讨论,即可求解函数单调区间;
(2)分离参数可得对于恒成立,令,利用导数求出函数,分析出,即可求出整数k的最大值.
(1)
由得.
当时,,故在上单调递增;
当时,令,解得.
故在上单调递减,在上单调递增;
当时,,故在上单调递减.
(2)
原不等式等价于对于恒成立.
令,则.
令,则,所以在上单调递增.
又,,
所以存在,使得,
且在上单调递减,在上单调递增,
所以,
又,所以,
所以,所以,
经验证时,恒成立,所以整数k的最大值为1.
88.已知函数,曲线在点处的切线平行于直线.
(1)求函数的单调区间.
(2)设直线l为函数的图象在点处的切线,问:在区间上是否存在,使得直线l与函数的图象也相切?若存在,求出满足条件的个数;若不存在,请说明理由.
【答案】
(1)单调递增区间为和,无单调递减区间
(2)存在,满足条件的只有一个.
【分析】
(1)由题知,可得,代入导函数,分析正负即可;
(2)设直线与曲线相切于点,由斜率、截距分别相等,可得,构造,求导分析单调性,即可得有唯一零点.
(1)
∵函数(且),
∴.
∵曲线在点处的切线平行于直线,
∴,∴,
∴.
∵且,∴,
∴函数的单调递增区间为和,无单调递减区间.
(2)
在区间上存在唯一个满足条件的.
∵,∴,
∴切线的方程为,
即.①
设直线与曲线相切于点.
∵,∴,∴,
∴直线的方程也可以写成,
即.②
由①②得,∴.
下面证在区间上存在唯一一个满足条件的.
由(1)可知,在区间上单调递增,
又,,
结合零点存在定理,知方程在区间上有唯一的实数根,满足条件的只有一个.
89.己知函数.
(1)求的单调区间;
(2)设满足,证明:曲线在点处的切线也是曲线的切线.
【答案】
(1)函数的单调增区间是和
(2)证明过程见详解
【分析】
(1)对函数求导,结合定义域,判断函数的单调性;
(2)先求出曲线在处的切线,然后求出当曲线的切线的斜率与斜率相等时,证明曲线的切线在纵轴上的截距与在纵轴的截距相等即可.
(1)
函数的定义域为,
,
因为函数的定义域为,所以恒成立
因此函数的单调增区间是和
(2)
因为是的一个零点,所以
,所以曲线在处的切线的斜率,
故曲线在处的切线的方程为:
而,
所以的方程为,它在纵轴的截距为.
设曲线的切点为,
令在的切线为,,
所以在处的切线的斜率为,
因此切线的方程为,
当切线的斜率等于直线的斜率时,
即,
切线在纵轴的截距为,
而,所以,
直线的斜率相等,在纵轴上的截距也相等,因此直线重合,
故曲线在处的切线也是曲线的切线.
90.已知函数.
(1)若,求在处的切线方程;
(2)若是函数的极值点,且,求证:.
【答案】
(1)
(2)证明见解析
【分析】
(1)求导,可得,,即得解;
(2)求导可得导函数与同正负,分,两种情况讨论极值,当时,对求导,分析可得存在,使得,当时,函数的极小值,令,求导分析可得,利用导数分析可得,,代入即得解
(1)
若,则,
∴,
又,,
∴切线的方程为,
即;
(2)
,
∵函数的定义域为,∴,
令,,
①当时,,,在上单调递增,无极值,不符合题意;
②当时,,∴在上单调递增,
当时,,,
∴存在,使得,即,
当时,,,单调递减;
当时,,,单调递增.
∴当时,函数的极小值
,
令,则,
∴在上单调递减,又∵,
∴,
令,
故在单调递增,
故当,有
令,
故在单调递减,
故当,有
∴.
则.
91.已知函数.
(1)求函数的单调区间;
(2)若对任意都有,求实数a的取值范围.
【答案】
(1)单调递增区间单调递减区间
(2)
【分析】
(1)求出导函数,由得增区间,由得减区间;
(2)用分离参数法转化为求函数的最大值.引入新函数,求出导函数,对的一部分探究其零点,得函数的最大值点,从而得最大值.
(1)
函数定义域是,
由已知,
时,,时,,
所以单调递增区间,单调递减区间;
(2)
因为对任意都有,即恒成立.
令,则.
令,则在上单调递增,因为,
所以存在使得,
当时单调递增,
当时单调递减.
所以 ,
由于,可得.则,
所以,
又恒成立,所以.
综上所述实数a的取值范围为.
92.已知函数.
(1)求的单调区间;
(2)当时,证明:.
【答案】
(1)答案不唯一,见解析
(2)证明见解析
【分析】
(1)求出函数导数,根据导数分和两类讨论,即可求出函数单调区间;
(2)原不等式等价于,分析函数有唯一极值点,只需证明即可,结合零点可知,利用均值不等式可知最小值大于0,即可证明.
(1)
由题意知的定义域为.由已知得
当时,在上单调递增,无单调递减区间.
当时,令,得;令,得,
所以在上单调递减,在上单调递增.
综上,当时,的单调递增区间为,无单调递减区间;
当时,的单调递减区间为,单调递增区间为.
(2)
证明:原不等式等价于,则,
易知在上单调递增,且,
所以在上存在唯一零点,此时在上单调递减,在上单调递增,
要证即要证,由,得,,代入,得,
因为,
所以.
93.已知函数,.
(1)讨论函数的单调性;
(2)当时,求证:.
【答案】
(1)当时,在上单调递减;当时,在上单调递减,在上单调递增.
(2)答案见详解
【分析】
(1)对函数求导,并根据与0的大小、导数与0的大小分类讨论函数的单调性;
(2)令所证恒大于0的不等式为,对求导得,再求导得,因为恒大于0,可知单调递增,再根据零点存在定理,可知存在唯一零点使得取得极小值,也是最小值,再证得此最小值大于0即可.
(1)
∵,
当时,恒成立,单调递减.
当时,当,,时,单调递减;当时,单调递增.
∴函数的单调性为:当时,在上单调递减;当时,在上单调递减,在上单调递增.
(2)
当时,.
设,
则,
令
则,所以在上单调递增,
又∵,
∴存在唯一零点,且①
时,,即,单调递减,
时,,即,单调递增,
故在处取得极小值,也是最小值.
,将①式代入,
则
∵二次函数在上单调递减,
∴在时,有最小值
∴
∴
94.已知函数,,其中.
(1)若,在平面直角坐标系中,过坐标原点分别作函数与函数图象的切线和,求,的斜率之积;
(2)若对上,总有成立,试求实数的最小值.
【答案】
(1)
(2)
【分析】
(1)利用导数的运算法则和公式求得,.得到切线,的斜率,,根据两切线都经过原点,求得切点横坐标,进而求得两直线的斜率之积;
(2)设函数,通过研究函数的单调性,得出的最小值,根据的最小值大于等于零,构造出关于参数的不等式,从而得出答案.
(1)
依题意知,,,所以,.
设切线,的斜率分别为,,其切点分别为,,
则有解得;同理,有解得.
所以,即所求切线,的斜率之积为.
(2)
由于对上,总有成立,即对,有恒成立.
令(),则.
令(),则有(),
所以函数在区间上为单调递增函数.
因为,所以,,
所以,所以在区间上,存在唯一的实数,使得,
即. ①
所以当时,,此时函数单调递减;
当时,,此时函数单调递增,
所以函数在处取得极小值,即最小值,
即.②
又由①得,,所以,所以.则由②得,.
令,所以(),
所以函数在区间上为单调递减函数.
又,因此.所以.
由于,所以,即所求实数的最小值为.
95.已知函数.
(1)若在上单调递增,求实数的取值范围;
(2)若,求证:当时,.
【答案】
(1)
(2)证明见解析
【分析】
(1)求出在上恒成立,分离参数即可求解.
(2)求出,当时,在上单调递增,利用导数与函数单调性之间的关系可得存在,使在上单调递减,在上单调递增,从而可得,令,利用导数即可证明.
(1)
解:由题意,得在上单调递增,
所以在上恒成立,
故,所以实数的取值范围是.
(2)
证明:当时,因为,,
所以在上单调递增.
又因为当时,,,
所以存在使得(*),
且在上单调递减,在上单调递增,
由(*)式可得,,代入上式,得.
由,令,则,,
当时,,所以在上单调递增,
所以,所以,所以,
所以当时,,即得证.
96.已知函数.
(1)当时,判断在区间上的单调性;
(2)当时,记的最大值为,求证:.
【答案】
(1)在上单调递减.
(2)证明见解析
【分析】
(1)利用导数研究函数的单调性即可;
(2)由题知,设,进而得在存在唯一零点且的最大值,再结合可得.
(1)
当时,,
设,则,
当时,在上单调递减,
所以,
所以,
所以在上单调递减.
(2)
,
设,则.
当时,的定义域为在上单调递减,
因为
所以.
又因为的图象是不间断的,且在上单调递减,
所以在存在唯一零点,
当时,在上单调递增,
当时,在上单调递减,
所以的最大值
由得,
所以,从而原命题得证.
97.已知函数.
(1)若对任意,,都有,求实数的取值范围;
(2)若,求证:当时,.
【答案】
(1)
(2)证明见解析
【分析】
(1)将问题转化为函数在区间上单调递增,然后根据导数求参数的范围;
(2)对所给的参数根据导函数的正、负临界值进行分类讨论.
(1)
由题意,原不等式可转化为对任意恒成立
所以在上单调递增,
所以在上恒成立,
故,所以实数的取值范围是.
(2)
证明:当时,因为,,
所以在上单调递增.
①当时,,故在单调递增,
所以.
②当时,,,
故存在使得(*),
且在上单调递减,在上单调递增,
由(*)式可得,,代入上式,得
由,令,则,,
当时,,所以在上单调递增,
所以,
所以,所以,
所以当时,,即得证.
综上所述,当时,.
98.已知函数,求:
(1)当时,求曲线在点处的切线方程;
(2)当时,总有,求整数的最小值.
【答案】
(1)
(2)-3
【分析】
(1)先对函数求导,计算出斜率,再用点斜式即可;(2)分离参数转化为函数的最值问题.
(1)
当时,
在点处的切线方程为即
(2)
由题意,,即,即,
又,恒成立.
令,
令,则恒成立.
在上递减,
,
使,即,则,
当时,,当时,
因为,且,,即整数k的最小值为-3
99.设函数,其中.
(1)若是函数的极值点,求a的值;
(2)当时,求函数的单调区间;
(3)当时,设函数,证明:.
【答案】
(1);
(2)答案见解析;
(3)证明见解析.
【分析】
(1)由题意有,求出的值,检验即可得答案;
(2)令,得或,然后对分:,, 三种情况讨论即可得答案;
(3)令,由,得在上单调递增,又由函数零点存在定理可得存在 ,使,即,,从而可得在上单调递减,在上单调递增,进而可得,从而得证原不等式成立.
(1)
解:,
因为是函数的极值点,所以,解得,
当时,检验符合题意,
所以a的值为;
(2)
解:,,
令,得或,
当时,令,得或,令,得;
当时,恒成立;
当时,令,得或,令,得;
综上,当时,在和单调递增,在上单调递减;
当时,在上单调递增;
当时,在和单调递增,在上单调递减;
(3)
证明:当时,,
设,
因为,,
所以函数在上单调递增,
又,
所以存在 ,使,即,,
当时,;当时,,
所以在上单调递减,在上单调递增,
所以函数的最小值为,
所以,
从而得证.
100.已知函数在点处的切线平行于x轴.
(1)求实数a,b的值;
(2)讨论函数的零点个数.
【答案】
(1)
(2)函数在上有两个零点.
【分析】
(1)结合导数的几何意义得到,解方程组即可求出结果;
(2)分,,,四段,结合零点存在性定理以及利用导数研究函数的性质即可得出结论.
(1)
因为,所以,
由题意可知,解得,
(2)
由(1)知,所以,
由于,所以当时,,所以在上单调递增,因为时,,而,因此时,,因此函数在上无零点;
则,当时,,则在上单调递减,且,因为,则,由零点存在性知在上存在唯一零点;
当时 ,令,则,所以在上单调递增,且,,由零点存在性定理知存在唯一零点,使得,因此在时单调递减,在时单调递增,且,,,由零点存在性定理知存在唯一零点在上,因此在上存在唯一零点;
当时,,则在上单调递增,且,所以在上无零点;
综上所述:函数在上有两个零点.
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