导数中求参数的取值范围.docx

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导数中求参数的取值范围

导数中求参数的取值范围

求参数取值范围的方法

1.分离参数,恒成立转化为最值问题

2.分离参数,结合零点和单调性解不等式

3.将参数分成若干个区间讨论是否满足题意

1已知函数(,为自然对数的底数).

(Ⅰ)讨论函数的单调性;

(Ⅱ)若,函数在上为增函数,求实数的取值范围.

解:

(Ⅰ)函数的定义域为,.

当时,,∴在上为增函数;

当时,由得,

当时,,∴函数在上为减函数,

当时,,∴函数在上为增函数……4分

(Ⅱ)当时,,

∵在上为增函数;∴在上恒成立,即在上恒成立,…………………………6分

令,,则,

令,在上恒成立,

即在上为增函数,即,

∴,即在上为增函数,∴,

∴,所以实数的取值范围是.………………12分

 

2.(2016·全国甲卷)已知函数f(x)=(x+1)lnx-a(x-1).

(1)当a=4时,求曲线y=f(x)在(1,f

(1))处的切线方程;

(2)若当x∈(1,+∞)时,f(x)>0,求a的取值范围.

解:

(1)f(x)的定义域为(0,+∞).

当a=4时,f(x)=(x+1)lnx-4(x-1),

f

(1)=0,f′(x)=lnx+-3,f′

(1)=-2.

故曲线y=f(x)在(1,f

(1))处的切线方程为2x+y-2=0.

(2)当x∈(1,+∞)时,f(x)>0等价于lnx->0.

设g(x)=lnx-,

则g′(x)=-=,g

(1)=0.

①当a≤2,x∈(1,+∞)时,x2+2(1-a)x+1≥x2-2x+1>0,故g′(x)>0,g(x)在(1,+∞)上单调递增,因此g(x)>0;

②当a>2时,令g′(x)=0得x1=a-1-,x2=a-1+.

由x2>1和x1x2=1得x1<1,故当x∈(1,x2)时,g′(x)<0,g(x)在(1,x2)上单调递减,因此g(x)<0.

综上,a的取值范围是(-∞,2].

3.(2016·全国乙卷)已知函数f(x)=(x-2)ex+a(x-1)2有两个零点.

(1)求a的取值范围;

(2)设x1,x2是f(x)的两个零点,证明:

x1+x2<2.

解:

(1)f′(x)=(x-1)ex+2a(x-1)=(x-1)(ex+2a).

①设a=0,则f(x)=(x-2)ex,f(x)只有一个零点.

②设a>0,则当x∈(-∞,1)时,f′(x)<0;

当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,

所以f(x)在(-∞,1)内单调递减,在(1,+∞)内单调递增.

又f

(1)=-e,f

(2)=a,取b满足b<0且b

则f(b)>(b-2)+a(b-1)2=a>0,

故f(x)存在两个零点.

③设a<0,由f′(x)=0得x=1或x=ln(-2a).

若a≥-,则ln(-2a)≤1,

故当x∈(1,+∞)时,

f′(x)>0,因此f(x)在(1,+∞)内单调递增.

又当x≤1时,f(x)<0,所以f(x)不存在两个零点.

若a<-,则ln(-2a)>1,

故当x∈(1,ln(-2a))时,f′(x)<0;

当x∈(ln(-2a),+∞)时,f′(x)>0.

因此f(x)在(1,ln(-2a))内单调递减,在(ln(-2a),+∞)内单调递增.

又当x≤1时,f(x)<0,所以f(x)不存在两个零点.

综上,a的取值范围为(0,+∞).

(2)证明:

不妨设x1

(1)知,x1∈(-∞,1),x2∈(1,+∞),2-x2∈(-∞,1),又f(x)在(-∞,1)内单调递减,

所以x1+x2<2等价于f(x1)>f(2-x2),即f(2-x2)<0.

由于f(2-x2)=-x2e2-x2+a(x2-1)2,

而f(x2)=(x2-2)ex2+a(x2-1)2=0,

所以f(2-x2)=-x2e2-x2-(x2-2)ex2.

设g(x)=-xe2-x-(x-2)ex,

则g′(x)=(x-1)(e2-x-ex).

所以当x>1时,g′(x)<0,而g

(1)=0,

故当x>1时,g(x)<0.

从而g(x2)=f(2-x2)<0,故x1+x2<2.

 

4.已知函数f(x)=ax-1-lnx(a∈R).

(1)讨论函数f(x)在定义域内的极值点的个数;

(2)若函数f(x)在x=1处取得极值,∀x∈(0,+∞),f(x)≥bx-2恒成立,求实数b的取值范围.

解:

(1)由已知得f′(x)=a-=(x>0).

当a≤0时,f′(x)≤0在(0,+∞)上恒成立,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减,

∴f(x)在(0,+∞)上没有极值点.

当a>0时,由f′(x)<0,得0<x<,

由f′(x)>0,得x>,

∴f(x)在上单调递减,在上单调递增,

即f(x)在x=处有极小值.

∴当a≤0时,f(x)在(0,+∞)上没有极值点,

当a>0时,f(x)在(0,+∞)上有一个极值点.

(2)∵函数f(x)在x=1处取得极值,

∴f′

(1)=0,解得a=1,∴f(x)≥bx-2⇒1+-≥b,

令g(x)=1+-,则g′(x)=,

令g′(x)=0,得x=e2.

则g(x)在(0,e2)上单调递减,在(e2,+∞)上单调递增,

∴g(x)min=g(e2)=1-,即b≤1-,

故实数b的取值范围为.

5.(2015·全国卷Ⅱ)已知函数f(x)=lnx+a(1-x).

(1)讨论f(x)的单调性;

(2)当f(x)有最大值,且最大值大于2a-2时,求a的取值范围.

解:

(1)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=-a.

若a≤0,则f′(x)>0,所以f(x)在(0,+∞)上单调递增.

若a>0,则当x∈时,f′(x)>0;

当x∈时,f′(x)<0.

所以f(x)在上单调递增,在上单调递减.

(2)由

(1)知,当a≤0时,f(x)在(0,+∞)上无最大值;

当a>0时,f(x)在x=处取得最大值,最大值为

f=ln+a=-lna+a-1.

因此f>2a-2等价于lna+a-1<0.

令g(a)=lna+a-1,

则g(a)在(0,+∞)上单调递增,g

(1)=0.

于是,当01时,g(a)>0.

因此,a的取值范围是(0,1).

6.(2016·全国甲卷)已知函数f(x)=(x+1)lnx-a(x-1).

(1)当a=4时,求曲线y=f(x)在(1,f

(1))处的切线方程;

(2)若当x∈(1,+∞)时,f(x)>0,求a的取值范围.

解:

(1)f(x)的定义域为(0,+∞).

当a=4时,f(x)=(x+1)lnx-4(x-1),

f

(1)=0,f′(x)=lnx+-3,f′

(1)=-2.

故曲线y=f(x)在(1,f

(1))处的切线方程为2x+y-2=0.

(2)当x∈(1,+∞)时,f(x)>0等价于lnx->0.

设g(x)=lnx-,

则g′(x)=-=,g

(1)=0.

①当a≤2,x∈(1,+∞)时,x2+2(1-a)x+1≥x2-2x+1>0,故g′(x)>0,g(x)在(1,+∞)上单调递增,因此g(x)>0;

②当a>2时,令g′(x)=0得x1=a-1-,x2=a-1+.

由x2>1和x1x2=1得x1<1,故当x∈(1,x2)时,g′(x)<0,g(x)在(1,x2)上单调递减,因此g(x)<0.

综上,a的取值范围是(-∞,2].

7.(2016·山东高考)设f(x)=xlnx-ax2+(2a-1)x,a∈R.

(1)令g(x)=f′(x),求g(x)的单调区间;

(2)已知f(x)在x=1处取得极大值,求实数a的取值范围.

解:

(1)由f′(x)=lnx-2ax+2a,

可得g(x)=lnx-2ax+2a,x∈(0,+∞).

所以g′(x)=-2a=.

当a≤0,x∈(0,+∞)时,g′(x)>0,函数g(x)单调递增;

当a>0,x∈时,g′(x)>0,函数g(x)单调递增,

x∈时,g′(x)<0,函数g(x)单调递减.

所以当a≤0时,g(x)的单调增区间为(0,+∞);

当a>0时,g(x)的单调增区间为,单调减区间为.

(2)由

(1)知,f′

(1)=0.①当a≤0时,f′(x)单调递增,

所以当x∈(0,1)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=1处取得极小值,不合题意.

②当0<a<时,>1,

(1)知f′(x)在内单调递增,

可得当x∈(0,1)时,f′(x)<0,当x∈时,f′(x)>0.

所以f(x)在(0,1)内单调递减,在内单调递增,

所以f(x)在x=1处取得极小值,不合题意.

③当a=时,=1,

f′(x)在(0,1)内单调递增,在(1,+∞)内单调递减,

所以当x∈(0,+∞)时,f′(x)≤0,f(x)单调递减,不合题意.

④当a>时,0<<1,

当x∈时,f′(x)>0,f(x)单调递增,

当x∈(1,+∞)时,f′(x)<0,f(x)单调递减.

所以f(x)在x=1处取极大值,符合题意.

综上可知,实数a的取值范围为.

8..(2016·海口调研)已知函数f(x)=mx-,g(x)=3lnx.

(1)当m=4时,求曲线y=f(x)在点(2,f

(2))处的切线方程;

(2)若x∈(1,](e是自然对数的底数)时,不等式f(x)-g(x)<3恒成立,求实数m的取值范围.

解:

(1)当m=4时,f(x)=4x-,f′(x)=4+,

f′

(2)=5,

又f

(2)=6,

∴所求切线方程为y-6=5(x-2),

即y=5x-4.

(2)由题意知,x∈(1,]时,

mx--3lnx<3恒成立,

即m(x2-1)<3x+3xlnx恒成立,

∵x∈(1,],∴x2-1>0,

则m<恒成立.

令h(x)=,x∈(1,],

则m<h(x)min.

h′(x)==-,

∵x∈(1,],

∴h′(x)<0,

即h(x)在(1,]上是减函数.

∴当x∈(1,]时,h(x)min=h()=.

∴m的取值范围是.

9..(2017·福建省质检)已知函数f(x)=ax-ln(x+1),g(x)=ex-x-1.曲线y=f(x)与y=g(x)在原点处的切线相同.

(1)求f(x)的单调区间;

(2)若x≥0时,g(x)≥kf(x),求k的取值范围.

解:

(1)因为f′(x)=a-(x>-1),g′(x)=ex-1,

依题意,f′(0)=g′(0),即a-1=0,解得a=1,

所以f′(x)=1-=,

当-1<x<0时,f′(x)<0;当x>0时,f′(x)>0.

故f(x)的单调递减区间为(-1,0),单调递增区间为(0,+∞).

(2)由

(1)知,当x=0时,f(x)取得最小值0,

所以f(x)≥0,即x≥ln(x+1),从而ex≥x+1.

设F(x)=g(x)-kf(x)=ex+kln(x+1)-(k+1)x-1,

则F′(x)=ex+-(k+1)≥x+1+-(k+1),

(ⅰ)当k=1时,因为x≥0,所以F′(x)≥x+1+-2≥0(当且仅当x=0时等号成立),

此时F(x)在[0,+∞)上单调递增,

从而F(x)≥F(0)=0,即g(x)≥kf(x).

(ⅱ)当k<1时,因为f(x)≥0,所以f(x)≥kf(x).

由(ⅰ)知g(x)-f(x)≥0,所以g(x)≥f(x)≥kf(x),

故g(x)≥kf(x).

(ⅲ)当k>1时,令h(x)=ex+-(k+1),

则h′(x)=ex-,

显然h′(x)在[0,+∞)上单调递增,

又h′(0)=1-k<0,h′(-1)=e-1-1>0,

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