导数典型问题
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导数典型问题
一、存在性问题
1设 f (x) = px-qx -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x0,使得 f (x0) > g(x0) 成立, 求实数 p 的取值范围.
解:(I) 由题意得 f (e) = pe-qe -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 x
f’(x) = p + px 2 -2x = px 2-2x + px 2 ………… 4分
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) = -2xx 2 < 0,
∴ f (x) 在 (0,+) 内为单调递减,故 p = 0适合题意. ………… 6分
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. ………… 7分
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. ………… 8分
综上可得,p≥1或 p≤0 ………… 9分
另解:(II) 由 (I) 知 f (x) = px-px -2ln x f’(x) = p + px 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. ………… 5分
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≤ 2xx 2 + 1 p≤(2xx 2 + 1 )min,x > 0
而 2xx 2 + 1 > 0 且 x → 0 时,2xx 2 + 1 → 0,故 p≤0 ………… 8分
综上可得,p≥1或 p≤0 ………… 9分
(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] ………… 10分
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。
② 0 < p < 1 时,由x [1,e] x-1x ≥0 ∴ f (x) = p (x-1x )-2ln x≤x-1x -2ln x
右边为 f (x) 当 p = 1 时的表达式,故在 [1,e] 递增
∴ f (x)≤x-1x -2ln x≤e-1e -2ln e = e-1e -2 < 2,不合题意。 ………… 12分
③ p≥1 时,由 (II) 知 f (x) 在 [1,e] 连续递增,f (1) = 0 < 2,又g(x) 在 [1,e] 上是减函数
∴ 本命题 f (x)max > g(x)min = 2,x [1,e]
f (x)max = f (e) = p (e-1e )-2ln e > 2 p > 4ee 2-1 综上,p 的取值范围是 (4ee 2-1 ,+)
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