导数习题课(上课用)
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1:已知函数f (x )=ln 2(1+x)-21x x+. (1) 求函数()f x 的单调区间;(2)若不等式1(1)a a e n++≤对任意的N*n ∈都成立(其中e 是自然对数的底数).求α的最大值.解: (1)函数()f x 的定义域是(1,)-+∞,22222ln(1)22(1)ln(1)2().1(1)(1)x x x x x x x f x x x x ++++--'=-=+++ 设2()2(1)ln(1)2,g x x x x x =++--则()2ln(1)2.g x x x '=+- 令()2ln(1)2,h x x x =+-则22()2.11x h x x x-'=-=++ 当10x -<<时, ()0,h x '> ()h x 在(-1,0)上为增函数, 当x >0时,()0,h x '<()h x 在(0,)+∞上为减函数.所以h (x )在x =0处取得极大值,而h (0)=0,所以()0(0)g x x '<≠,函数g (x )在(1,)-+∞上为减函数. 于是当10x -<<时,()(0)0,g x g >= 当x >0时,()(0)0.g x g <=所以,当10x -<<时,()0,f x '>()f x 在(-1,0)上为增函数. 当x >0时,()0,f x '<()f x 在(0,)+∞上为减函数.故函数()f x 的单调递增区间为(-1,0),单调递减区间为(0,)+∞.(2)不等式1(1)n a e n ++≤等价于不等式1()ln(1) 1.n a n ++≤由111n+>知,1.1ln(1)a n n≤-+ 设(]11(),0,1,ln(1)G x x x x=-∈+则 22222211(1)ln (1)().(1)ln (1)(1)ln (1)x x x G x x x x x x x ++-'=-+=++++ 由(Ⅰ)知,22ln (1)0,1x x x+-≤+即22(1)ln (1)0.x x x ++-≤ 所以()0,G x '<(]0,1,x ∈于是G (x )在(]0,1上为减函数. 故函数G (x )在(]0,1上的最小值为1(1) 1.ln 2G =- 所以a 的最大值为11.ln 2- 2. 设 f (x ) = px -q x -2 ln x ,且 f (e ) = qe -pe-2(e 为自然对数的底数)(I) 求 p 与 q 的关系;(II) 若 f (x ) 在其定义域内为单调函数,求 p 的取值范围; (III) 设 g (x ) = 2ex,若在 [1,e ] 上至少存在一点x 0,使得 f (x 0) >g (x 0) 成立, 求实数 p 的取值范围.解:(I) 由题意得 f (e ) = pe -q e -2ln e = qe -pe-2⇒ (p -q ) (e + 1e ) = 0 而 e + 1e≠0∴ p = q(II) 由 (I) 知 f (x ) = px -px -2ln xf’(x ) = p + p x 2 -2x = px 2-2x + px 2令 h (x ) = px 2-2x + p ,要使 f (x ) 在其定义域 (0,+∞) 内为单调函数,只需 h (x ) 在 (0,+∞) 内满足:h (x )≥0 或 h (x )≤0 恒成立. ………… 5分① 当 p = 0时, h (x ) = -2x ,∵ x > 0,∴ h (x ) < 0,∴ f’(x ) = -2xx2 < 0,∴ f (x ) 在 (0,+∞) 内为单调递减,故 p = 0适合题意. ② 当 p > 0时,h (x ) = px 2-2x + p ,其图象为开口向上的抛物线,对称轴为 x = 1p ∈(0,+∞),∴ h (x )min = p -1p只需 p -1p≥1,即 p ≥1 时 h (x )≥0,f’(x )≥0∴ f (x ) 在 (0,+∞) 内为单调递增, 故 p ≥1适合题意.③ 当 p < 0时,h (x ) = px 2-2x + p ,其图象为开口向下的抛物线,对称轴为 x = 1p∉ (0,+∞)只需 h (0)≤0,即 p ≤0时 h (x )≤0在 (0,+∞) 恒成立. 故 p < 0适合题意. 综上可得,p ≥1或 p ≤0另解:(II) 由 (I) 知 f (x ) = px -px -2ln xf’(x ) = p + p x 2 -2x = p (1 + 1x 2 )-2x要使 f (x ) 在其定义域 (0,+∞) 内为单调函数,只需 f’(x ) 在 (0,+∞) 内满足:f’(x )≥0 或 f’(x )≤0 恒成立.由 f’(x )≥0 ⇔ p (1 +1x 2)-2x≥0 ⇔ p ≥2x +1x⇔ p ≥(2x +1x)max ,x > 0 ∵2x + 1x≤ 22x ·1x= 1,且 x = 1 时等号成立,故 (2x +1x)max= 1 ∴ p ≥1由 f’(x )≤0 ⇔ p (1 + 1x 2 )-2x ≤0 ⇔ p ≤ 2x x 2 + 1⇔ p ≤(2xx 2 + 1)min ,x > 0 而 2x x 2 + 1 > 0 且 x → 0 时,2x x 2 + 1 → 0,故 p ≤0 综上可得,p ≥1或 p ≤0(III) ∵ g (x ) = 2ex在 [1,e ] 上是减函数∴ x = e 时,g (x )min = 2,x = 1 时,g (x )max = 2e 即 g (x ) ∈ [2,2e ]① p ≤0 时,由 (II) 知 f (x ) 在 [1,e ] 递减 ⇒ f (x )max = f (1) = 0 < 2,不合题意。