内容正文:
导数与不等式恒成立
微练(二十七)
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1.已知函数f(x)=-aex,a∈R.
(1)当a=1时,求f(x)的单调区间和极值;
(1)当a=1时,f(x)=xe-x-ex,f′(x)=(1-x)e-x-ex=,令g(x)=1-x-e2x,则g′(x)=-1-2e2x<0,故g(x)在R上单调递减,而g(0)=0,因此0是g(x)在R上的唯一零点,即0是f′(x)在R上的唯一零点,当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x
(-∞,0)
0
(0,+∞)
f′(x)
+
0
-
f(x)
单调递增
极大值
单调递减
所以f(x)的单调递增区间为(-∞,0),单调递减区间为(0,+∞);所以f(x)的极大值为f(0)=-1,无极小值.
(2)若∀x∈R,f(x)≤ex-1,求a的取值范围.
(2)由题意知xe-x-aex≤ex-1,即a≥,即a≥-,设m(x)=-,则m′(x)==,令m′(x)=0,解得x=,当x∈,m′(x)>0,m(x)单调递增;当x∈,m′(x)<0,m(x)单调递减,所以m(x)max=m=-=-,所以a≥-.所以a的取值范围为.
2.(2025·山东模拟)已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c在x=-与x=1处都取得极值.
(1)求a,b的值;
(1)由题设,f′(x)=3x2+2ax+b,又f′=-a+b=0,f′(1)=3+2a+b=0,解得a=-,b=-2,经检验满足题意.
(2)若对任意x∈[-1,2],不等式f(x)<c2恒成立,求实数c的取值范围.
(2)由(1),知f(x)=x3-x2-2x+c,即f′(x)=3x2-x-2=(3x+2)(x-1),当x∈[-1,2]时,f′(x),f(x)随x的变化情况如下表:
x
-
1
(1,2]
f′(x)
+
0
-
0
+
f(x)
单调递增
极大值
单调递减
极小值
单调递增
所以f(x)在上单调递增,在上单调递减,在(1,2]上单调递增,所以当x=-时,f=+c为极大值,又f(2)=2+c,则f(2)=2+c为f(x)在[-1,2]上的最大值,要使f(x)<c2对任意x∈[-1,2]恒成立,则只需c2>f(2)=2+c,解得c<-1或c>2,所以实数c的取值范围为(-∞,-1)∪(2,+∞).
3.已知函数f(x)=ax-,x∈.
(1)当a=8时,讨论f(x)的单调性;
(1)f′(x)=a-=a-=a-.令cos2x=t,则t∈(0,1),则f′(x)=g(t)=a-=,
当a=8,f′(x)=g(t)==,当t∈,即x∈,f′(x)<0.当t∈,即x∈,f′(x)>0.所以f(x)在上单调递增,在上单调递减.
(2)若f(x)<sin 2x恒成立,求a的取值范围.
(2)设g(x)=f(x)-sin 2x,g′(x)=f′(x)-2cos 2x=g(t)-2(2cos2x-1)=-2(2t-1)=a+2-4t+-,设φ(t)=a+2-4t+-,φ′(t)=-4-+==->0,所以φ(t)<φ(1)=a-3.①若a∈(-∞,3],g′(x)=φ(t)<a-3≤0,即g(x)在上单调递减,
所以g(x)<g(0)=0.所以当a∈(-∞,3],f(x)<sin 2x,符合题意.②若a∈(3,+∞),当t→0,-=-32+→-∞,所以φ(t)→-∞.φ(1)=a-3>0.所以∃t0∈(0,1),使得φ(t0)=0,即∃x0∈,使得g′(x0)=0.当t∈(t0,1),φ(t)>0,即当x∈(0,x0),g′(x)>0,g(x)单调递增.所以当x∈(0,x0),g(x)>g(0)=0,不合题意.综上,a的取值范围为(-∞,3].
4.已知函数f(x)=(m,n∈R),在x=1处取得极大值2.
(1)求函数f(x)的解析式;
(1)f(x)=(m,n∈R),f′(x)==,由题意可知,f(1)=2,f′(1)=0,即=2,=0,得m=4,n=1,所以f(x)=,f′(x)==0,得x=±1,如下表,x,f′(x),f(x)的变化情况如表所示,
x
(-∞,-1)
-1
(-1,1)
1
(1,+∞)
f′(x)
-
0
+
0
-
f(x)
减
极小值-2
增
极大值2
减
所以m=4,n=1符合题意,所以f(x)=.
(2)设函数g(x)=x2-2ax+a,若对于任意x1∈R,总存在x2∈[-1,1],使得g(x2)≤f(x1),求实数a的取值范围.
(2)因为函数f(x)=,在x>0时,f(x)>0,在x<0时,f(x)<0,且f(0)=0,所以由(1)知,当x=-1时,函数f(x)有最小值-2,又因为对任意x1∈R,总存在x2∈[-1,1],使得g(x2)≤f(x1),则当x∈[-1,1]时,g(x)的最小值不大于-2,对于g(x)=x2-2ax+a=(x-a)2+a-a2的开口向上,对
称轴为直线x=a,当a≤-1时,则g(x)在[-1,1]上单调递增,故g(x)的最小值为g(-1)=1+3a≤-2,得a≤-1;当a≥1时,则g(x)在[-1,1]上单调递减,故g(x)的最小值为g(1)=1-a≤-2,得a≥3;当-1<a<1时,则g(x)在[-1,a)上单调递减,在[a,1]上单调递增,g(x)的最小值为g(a)=a-a2≤-2,得a≤-1或a≥2,不合题意,舍去.综上所述,a的取值范围是(-∞,-1]∪[3,+∞).
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