以下是导数相关的10道经典例题,涵盖函数单调性、极值、最值等核心题型,并附上答案解析:
一、函数单调性
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判断单调区间
函数 $f(x) = x^3 - 3x$,求其单调递增和递减区间。 答案 :
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单调递增:$(-\infty, -1) \cup (1, +\infty)$
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单调递减:$(-1, 1)$
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二、极值与最值
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求极值
函数 $f(x) = x^2 - 4\ln x$,求其极值点及极值。 答案 :
- 极小值:$x=2$,$f(2)=4-4\ln 2$
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最值问题
函数 $f(x) = \sin x + x$ 在区间 $[0, \frac{\pi}{2}]$ 上的最值。 答案 :
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最大值:$f(\frac{\pi}{2})=1+\frac{\pi}{2}$
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最小值:$f(0)=0$
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三、导数应用题
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切线方程
曲线 $y = x^3 - 3x$ 在点 $(1, -2)$ 处的切线方程。 答案 :
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切线斜率:$f'(1)=-4$
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切线方程:$y+2=-4(x-1)$ 即 $4x+y-2=0$
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物理应用
质点运动方程 $s(t) = t^3 - 3t^2$,求 $t=4$ 时的速度。 答案 :
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速度 $v(t)=s'(t)=3t^2-6t$
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$v(4)=3(16)-6(4)=12$
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四、不等式与恒成立问题
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不等式恒成立
若 $f(x) = x^2 + ax + 1 \geq 0$ 对 $x \in R$ 恒成立,求 $a$ 的取值范围。 答案 :
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判别式 $\Delta = a^2 - 4 \leq 0$
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解得:$-2 \leq a \leq 2$
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参数范围
函数 $f(x) = \ln x - \frac{1}{x}$,若存在 $x_0 \in (1, e)$ 使得 $f'(x_0) = 0$,求参数范围。 答案 :
- $f'(x)=\frac{1}{x}+\frac{1}{x^2}>0$ 在 $(1, e)$ 恒成立,无解
五、综合应用题
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函数构造
已知 $f(x)$ 在 $[0, 1]$ 上单调递减,在 $[1, 2]$ 上单调递增,且 $f(0)=f(2)=0$,构造函数 $g(x)$ 并求导。 答案 :
- 可设 $g(x)=-(x-1)^2$,则 $g'(x)=-2(x-1)$
六、导数与函数图像
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导数图象分析
给出 $f'(x)$ 的图象,判断 $f(x)$ 的极值点个数及性质。 答案 :
- 若 $f'(x)$ 在某点由负变正,则 $f(x)$ 有极小值;由正变负则有无穷大极值
七、补充练习题
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隐函数求导
方程 $x^2 + y^2 = 1$,求 $\frac{dy}{dx}$。 答案 :
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对两边求导得 $2x + 2y\frac{dy}{dx}=0$
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解得:$\frac{dy}{dx}=-\frac{x}{y}$
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以上题目综合