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【2022届走向高考】高三数学一轮(人教B版)基础巩固:第3章-第2节-利用导数研究函数的性质.docx

1、 第三章 其次节 一、选择题 1.函数y=2x3-3x2-12x+5在[-1,3]上的最大值、最小值分别是(  ) A.12;-8       B.1;-8 C.12;-15 D.15,-4 [答案] D [解析] y′=6x2-6x-12,由y′=0⇒x=-1或x=2,当x∈[-1,2]时,y′<0,函数单调减小,当x∈[2,3]时,y′>0,函数单调增加,x=-1时y=12,x=2时y=15.x=3时,y=-4.∴ymax=15,ymin=-4.故选D. 2.(2022·四川内江三模)已知函数f(x)=x3-x2+cx+d有极值,则c的取值范围为(  ) A.c< B

2、.c≤ C.c≥ D.c> [答案] A [解析] 由题意可知f ′(x)=x2-x+c=0有两个不同的实根,所以Δ=1-4c>0⇒c<. 3.(文)(2022·广东中山一模)已知定义在R上的函数f(x),其导函数f ′(x)的大致图象如图所示,则下列叙述正确的是(  ) A.f(b)>f(c)>f(d) B.f(b)>f(a)>f(e) C.f(c)>f(b)>f(a) D.f(c)>f(e)>f(d) [答案] C [解析] 依题意得,当x∈(-∞,c)时,f ′(x)>0;当x∈(c,e)时,f ′(x)<0;当x∈(e,+∞)时,f ′(x)>0.因此,函数f(x)

3、在(-∞,c)上是增函数,在(c,e)上是减函数,在(e,+∞)上是增函数,又af(b)>f(a),选C. (理)设函数f(x)在定义域内可导,y=f(x)的图象如图所示,则导函数y=f ′(x)的图象可能为图中的(  ) [答案] D [解析] 当y=f(x)为增函数时,y=f ′(x)>0,当y=f(x)为减函数时,y=f ′(x)<0,可推断D成立. 4.(文)若a>2,则函数f(x)=x3-ax2+1在区间(0,2)上恰好有(  ) A.0个零点 B.1个零点 C.2个零点 D.3个零点 [答案] B [解析] f ′(x)=x2-2ax

4、=x(x-2a)=0⇒x1=0,x2=2a>4.易知f(x)在(0,2)上为减函数,且f(0)=1>0,f(2)=-4a<0,由零点判定定理知,函数f(x)=x3-ax2+1在区间(0,2)上恰好有一个零点. (理)(2022·湖北荆州质检二)设函数f(x)=(x-1)kcosx(k∈N*),则(  ) A.当k=2021时,f(x)在x=1处取得微小值 B.当k=2021时,f(x)在x=1处取得极大值 C.当k=2022时,f(x)在x=1处取得微小值 D.当k=2022时,f(x)在x=1处取得极大值 [答案] C [解析] 当k=2021时,f(x)=(x-1)2021c

5、osx,则f ′(x)=2021(x-1)2022cosx-(x-1)2021sinx=(x-1)2022[2021cosx-(x-1)sinx],当0;当10,此时函数x=1不是函数f(x)的极值点,A,B选项均错误.当k=2022时,f(x)=(x-1)2022cosx,则f ′(x)=2022(x-1)2021cosx-(x-1)2022sinx=(x-1)2021[2022cosx-(x-1)sinx],当0,此时函数f(x)在x=1处取得微小值,故选C. 5.(2022·内蒙

6、古鄂尔多斯模拟)已知a≥0,函数f(x)=(x2-2ax)ex,若f(x)在[-1,1]上是单调减函数,则a的取值范围是(  ) A.02,则f(x)>2x+4的解集为(  ) A.(

7、-1,1) B.(-1,+∞) C.(-∞,-1) D.(-∞,+∞) [答案] B [解析] 由题意,令φ(x)=f(x)-2x-4,则 φ′(x)=f ′(x)-2>0. ∴φ(x)在R上是增函数. 又φ(-1)=f(-1)-2×(-1)-4=0, ∴当x>-1时,φ(x)>φ(-1)=0, ∴f(x)-2x-4>0,∴f(x)>2x+4.故选B. (理)(2022·吉林长春二调)设函数f(x)是定义在(-∞,0)上的可导函数,其导函数为f ′(x),且有2f(x)+xf ′(x)>x2,则不等式(x+2022)2f(x+2022)-4f(-2)>0的解集为(  ) A

8、.(-∞,-2022) B.(-2022,0) C.(-∞,-2022) D.(-2022,0) [答案] C [解析] 由2f(x)+xf ′(x)>x2,x<0,得2xf(x)+x2f ′(x)0, 即F(2022+x)>F(-2). 又F(x)在(-∞,0)上是减函数,所以2022+x<-2,即x<-2022,故选C. 二、填空题

9、 7.(文)(2021·天津一中月考)已知f(x)=x3+3ax2+bx+a2在x=-1时有极值0,则a-b的值为________. [答案] -7 [解析] f ′(x)=3x2+6ax+b,若在x=-1处有极值0, 则 解得或但当a=1,b=3时,f ′(x)=3(x+1)2≥0,不合题意, 故a-b=-7. (理)(2022·山东青岛模拟)已知函数f(x)=ex-2x+a有零点,则a的取值范围是________. [答案] (-∞,2ln2-2] [解析] 由原函数有零点,可转化为方程ex-2x+a=0有解,即方程a=2x-ex有解. 令函数g(x)=2x-ex,则g′

10、x)=2-ex.令g′(x)>0,得xln2.所以g(x)在(-∞,ln2)上是增函数,在(ln2,+∞)上是减函数,所以g(x)的最大值为g(ln2)=2ln2-2.因此,a的取值范围就是函数g(x)的值域,所以a的取值范围为(-∞,2ln2-2]. 8.(文)(2022·江西九江二模)已知函数f(x)=-x3+ax2-4在x=2处取得极值,若m、n∈[-1,1],则f(m)+f ′(n)的最小值是________. [答案] -13 [解析] 求导得f ′(x)=-3x2+2ax,由函数f(x)在x=2处取得极值知f ′(2)=0,即-3×4+2a×

11、2=0,∴a=3.由此可得f(x)=-x3+3x2-4,f ′(x)=-3x2+6x,易知f(x)在(-1,0)上单调递减,在(0,1)上单调递增, ∴当m∈[-1,1]时,f(m)min=f(0)=-4.又∵f ′(x)=-3x2+6x的图象开口向下,且对称轴为x=1,∴当n∈[-1,1]时,f ′(n)min=f ′(-1)=-9.故f(m)+f ′(n)的最小值为-13. (理)(2021·嘉兴质检)不等式ln(1+x)-x2≤M恒成立,则M的最小值是________. [答案] ln2- [解析] 设f(x)=ln(1+x)-x2, 则f ′(x)=[ln(1+x)-x2]′

12、 =-x=, ∵函数f(x)的定义域为(-1,+∞). 令f ′(x)=0得x=1, 当x>1时,f ′(x)<0,当-10, ∴函数f(x)在x=1处取得极大值f(1)=ln2-. ∵ln(1+x)-x2≤M恒成立, ∴M≥ln2-,即M的最小值为ln2-. 9.(2021·唐山模拟)已知函数f(x)=ax3+bx2+cx+d(a≠0)的对称中心为M(x0,y0),记函数f(x)的导函数为f ′(x),若f ′(x)的导函数为f ″(x),则有f ″(x0)=0.若函数f(x)=x3-3x2,则可求得:f()+f()+…+f()+f()=______

13、 [答案] -8046 [解析] ∵f(x)=x3-3x2,∴f ″(x)=6x-6, 令f ″(x0)=0,得x0=1, 由对称中心的定义知f(x)的对称中心为(1,-2), 设M(x1,y1)关于(1,2)的对称点为N(x2,y2),则有x1+x2=2时,y1+y2=-4, ∴f()+f(2-)=-4,k=1,2,…,2022, ∴原式=2011×(-4)+(-2)=-8046. 三、解答题 10.(文)(2021·北京东城区统一检测)已知函数f(x)=x3+mx2-3m2x+1,m∈R. (1)当m=1时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;

14、2)若f(x)在区间(-2,3)上是减函数,求m的取值范围. [解析] (1)当m=1时,f(x)=x3+x2-3x+1, 又f ′(x)=x2+2x-3,所以f ′(2)=5. 又f(2)=, 所以所求切线方程为y-=5(x-2), 即15x-3y-25=0. 所以曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为15x-3y-25=0. (2)由于f ′(x)=x2+2mx-3m2, 令f ′(x)=0,得x=-3m或x=m. 当m=0时,f ′(x)=x2≥0恒成立,不符合题意. 当m>0时,f(x)的单调递减区间是(-3m,m),若f(x)在区间(-2,3)上是减

15、函数, 则,解得m≥3. 当m<0时,f(x)的单调递减区间是(m,-3m),若f(x)在区间(-2,3)上是减函数, 则,解得m≤-2. 综上所述,实数m的取值范围是m≥3或m≤-2. (理)已知f(x)=lnx+x2-bx. (1)若函数f(x)在其定义域内是增函数,求b的取值范围; (2)当b=-1时,设g(x)=f(x)-2x2,求证函数g(x)只有一个零点. [解析] (1)∵f(x)在(0,+∞)上递增, ∴f ′(x)=+2x-b≥0,对x∈(0,+∞)恒成立, 即b≤+2x对x∈(0,+∞)恒成立, ∴只需b≤min, ∵x>0,∴+2x≥2,当且仅当x

16、=时取“=”, ∴b≤2,∴b的取值范围为(-∞,2]. (2)当b=-1时,g(x)=f(x)-2x2=lnx-x2+x,其定义域是(0,+∞), ∴g′(x)=-2x+1 =-=-, 令g′(x)=0,即-=0, ∵x>0,∴x=1, 当00;当x>1时,g′(x)<0, ∴函数g(x)在区间(0,1)上单调递增,在区间(1,+∞)上单调递减, ∴当x≠1时,g(x)

17、x)=f(x)·f ′(x)+f 2(x)的最大值是(  ) A.1+ B.1- C. D.- [答案] A [解析] 依题意,得f ′(x)=cosx-sinx, 所以F(x)=(sinx+cosx)(cosx-sinx)+(sinx+cosx)2=sin(2x+)+1, 所以F(x)的最大值是1+. 12.(文)(2022·福建漳州质检)已知f(x)为R上的可导函数,且∀x∈R,均有f(x)>f ′(x),则以下推断正确的是(  ) A.f(2021)>e2021f(0) B.f(2021)

18、)与e2021f(0)大小无法确定 [答案] B [解析] 令函数g(x)=,则g′(x)=. ∵f(x)>f ′(x),∴g′(x)<0,即函数g(x)在R上递减, ∴g(2021)0,f(2-x)=f(x)e2-2x,则下列推断确定正确的是(  ) A.f(1)ef(0) C.f(3)>e3f(0) D.f(4)

19、C [解析] 令F(x)=f(x)e-x,则F′(x)=e-x[f ′(x)-f(x)],当x<1时,由条件知f ′(x)-f(x)<0,F′(x)<0,F(x)单调递减,所以F(-2)>F(-1)>F(0), 即f(-2)e2>f(-1)e>f(0),又f(4)=f(-2)e6,f(3)=f(-1)e4,所以f(4)>f(0)e4,f(3)>f(0)e3,故选C. 13.(文)(2021·河南八校联考)设p:f(x)=x3-2x2-mx+1在(-∞,+∞)上单调递增,q:m>,则p是q的(  ) A.充要条件 B.充分不必要条件 C.必要不充分条件 D.以上都不对 [答案] D

20、 [解析] f ′(x)=3x2-4x-m,由题意知3x2-4x-m≥0在R上恒成立,∴m≤-. 当m≤-时,m>不成立,∴p⇒/ q;当m>时,m≤-不成立,∴q⇒/ p,故选D. (理)(2021·河南省试验中学期中)函数f(x)在定义域R上的导函数是f ′(x),若f(x)=f(2-x),且当x∈(-∞,1)时,(x-1)f ′(x)<0,设a=f(0)、b=f()、c=f(log28),则(  ) A.ab>c C.c

21、x)<0,∴f ′(x)>0,∴f(x)在(-∞,1)上单调递增,∴f(x)在(1,+∞)上单调递减, ∵a=f(0)=f(2),b=f(),c=f(log28)=f(3),<2<3,∴b>a>c,故选C. 14.(文)(2021·陕西西工大附中训练)已知可导函数f(x)(x∈R)满足f ′(x)>f(x),则当a>0时,f(a)和eaf(0)的大小关系为(  ) A.f(a)eaf(0) C.f(a)=eaf(0) D.f(a)≤eaf(0) [答案] B [解析] 令F(x)=, 则F′(x)=>0, ∴F(x)为增函数, ∵a>0,∴F(a

22、)>F(0), 即>f(0), ∴f(a)>eaf(0),故选B. (理)(2021·课标Ⅱ文,11)已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c,下列结论中错误的是(  ) A.∃x0∈R,f(x0)=0 B.函数y=f(x)的图象是中心对称图形 C.若x0是f(x)的微小值点,则f(x)在区间(-∞,x0)单调递减 D.若x0是f(x)的极值点,则f ′(x0)=0 [答案] C [解析] 由题意得,f′(x)=3x2+2ax+b,该函数图象开口向上,若x0为微小值点,如图,f′(x)的图象应为: 故f(x)在区间(-∞,x0)不单调递减,C错,故选C. 二、填空题

23、 15.(2022·福建质量检查)设g′(x)是函数g(x)的导函数,且f(x)=g′(x).现给出以下四个命题:①若g(x)是偶函数,则f(x)必是奇函数;②若f(x)是偶函数,则g(x)必是奇函数;③若f(x)是周期函数,则g(x)必是周期函数;④若f(x)是单调函数,则g(x)必是单调函数.其中正确的命题是________.(写出全部正确命题的序号) [答案] ① [解析] 由于若g(x)是偶函数,则依据偶函数关于y轴对称,可得函数g(x)的导函数即函数的切线的斜率关于原点对称,所以①正确;若g(x)=x3+1,则f(x)=x2是偶函数,但g(x)不是奇函数,所以②不正确;若g(x)

24、=-cosx+2x,则f(x)=sinx+2是周期函数且f(x)>0,则g(x)是增函数,所以g(x)不行能是周期函数,所以③不正确;若g(x)=x2,则f(x)=x是单调函数,但g(x)不是单调函数,所以④不正确.综上可知,①正确. 16.(文)(2021·扬州期末)已知函数f(x)=lnx-(m∈R)在区间[1,e]上取得最小值4,则m=________. [答案] -3e [解析] f ′(x)=+=(x>0), 当m>0时,f ′(x)>0,f(x)在区间[1,e]上为增函数, f(x)有最小值f(1)=-m=4, 得m=-4,与m>0冲突. 当m<0时,若-m<1即m>

25、-1,f(x)min=f(1)=-m=4, 得m=-4,与m>-1冲突; 若-m∈[1,e],即-e≤m≤-1,f(x)min=f(-m)=ln(-m)+1=4, 解得m=-e3,与-e≤m≤-1冲突; 若-m>e,即m<-e时,f(x)min=f(e)=1-=4,解得m=-3e,符合题意. (理)已知函数f(x)=+lnx,若函数f(x)在[1,+∞)上为增函数,则正实数a的取值范围为________. [答案] [1,+∞) [解析] ∵f(x)=+lnx, ∴f ′(x)=(a>0), ∵函数f(x)在[1,+∞)上为增函数, ∴f ′(x)=≥0对x∈[1,+∞)恒

26、成立, ∴ax-1≥0对x∈[1,+∞)恒成立, 即a≥对x∈[1,+∞)恒成立,∴a≥1. 三、解答题 17.(文)(2021·菏泽期中)已知函数f(x)=x2+2alnx. (1)若函数f(x)的图象在(2,f(2))处的切线斜率为1,求实数a的值; (2)若函数g(x)=+f(x)在[1,2]上是减函数,求实数a的取值范围. [解析] (1)f ′(x)=2x+=, 由已知f ′(2)=1,解得a=-3. (2)由g(x)=+x2+2alnx得g′(x)=-+2x+, 由已知函数g(x)在[1,2]上为单调减函数, 则g′(x)≤0在[1,2]上恒成立, 即-+2

27、x+≤0在[1,2]上恒成立. 即a≤-x2在[1,2]上恒成立. 令h(x)=-x2,在[1,2]上h′(x)=--2x=-(+2x)<0, 所以h(x)在[1,2]上为减函数,h(x)min=h(2)=-, 所以a≤-. (理)(2021·江西赣州博雅文化学校月考)已知函数f(x)=alnx+x2-(1+a)x(x>0). (1)求函数f(x)的单调区间; (2)若f(x)≥0在(0,+∞)内恒成立,求实数a的取值范围. [解析] (1)f ′(x)==(x>0). 当a≤0时,f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增; 当0

28、1)单调递减,在(0,a)和(1,+∞)上单调递增; 当a=1时,f(x)在(0,+∞)上单调递增; 当a>1时,f(x)在(1,a)上单调递减,在(0,1)和(a,+∞)上单调递增. (2)解法一:由f(x)≥0得:a≤·, 令g(x)=,则g′(x)=, 令h(x)=x+2-2lnx,则h′(x)=,当x∈(0,2)时,h′(x)<0,h(x)单调递减,当x∈(2,+∞)时,h′(x)>0,h(x)单调递增. ∴h(x)≥h(2)=4-2ln2>0,即x+2-2lnx>0, 所以由g′(x)=>0得x>1, 所以g(x)在(0,1)内单调递减,在(1,+∞)内单调递增.

29、所以g(x)≥g(1)=-1,从而a≤-. 解法二:由f(1)=--a≥0得:a≤-. 由(1)知当a≤-时,f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增, 所以f(x)≥f(1)≥0. 所以若f(x)≥0在(0,+∞)内恒成立,实数a的取值范围为(-∞,-]. 18.(文)(2022·陕西西安模拟)已知函数f(x)=(a≠0,a∈R). (1)求函数f(x)的单调区间; (2)当a=1时,若对任意x1,x2∈[-3,+∞),有f(x1)-f(x2)≤m成立,求实数m的最小值. [解析] f ′(x)=. 令f ′(x)=0,解得x=a或x=-3a. (1)当a

30、>0时,f ′(x),f(x)随着x的变化如下表: x (-∞,-3a) -3a (-3a,a) a (a,+∞) f ′(x) - 0 + 0 - f(x)  微小值  极大值  函数f(x)的单调递增区间是(-3a,a),函数f(x)的单调递减区间是(-∞,-3a),(a,+∞). 当a<0时,f ′(x),f(x)随着x的变化如下表: x (-∞,a) a (a,-3a) -3a (-3a,+∞) f ′(x) - 0 + 0 - f(x)  微小值  极大值  函数f(x)的单调递增区间是(a,-

31、3a),函数f(x)的单调递减区间是(-∞,a),(-3a,+∞). (2)当a=1时,由(1)得f(x)是(-3,1)上的增函数,是(1,+∞)上的减函数. 又当x>1时,f(x)=>0, 所以f(x)在[-3,+∞)上的最小值为f(-3)=-,最大值为f(1)=. 所以对任意x1,x2∈[-3,+∞),f(x1)-f(x2)≤f(1)-f(-3)=. 所以对任意x1,x2∈[-3,+∞),使f(x1)-f(x2)≤m恒成立的实数m的最小值为. (理)(2022·哈三中二模)己知函数f(x)=(ax-a+2)·ex(其中a∈R) (1)求f(x)在[0,2]上的最大值; (2

32、)若函数g(x)=a2x2-13ax-30,求a所能取到的最大正整数,使对任意x>0,都有2f′(x)>g(x)恒成立. [解析] (1)f(x)=(ax-a+2)·ex,f′(x)=(ax+2)·ex, 当a≥0时,f′(x)在[0,2]上恒正,f(x)单调递增,最大值为f(2)=(a+2)e2, 当a<0时,令f′(x)=0,得x=-. 所以当-1≤a<0时,仍有f(x)在[0,2]上为增函数,最大值为f(2)=(a+2)e2 当a<-1时,f(x)在[0,-]上为增函数,在[-,2]上为减函数, 最大值为f(-)=-ae-. 综上有,f(x)max= (2)g(x)=a2

33、x2-13ax-30=(ax+2)(ax-15), 所以只需要2ex>ax-15即可, 记h(x)=2ex-ax+15,则h′(x) =2ex-a, 故h(x)在(0,ln)上单调递减,在(ln,+∞)上单调递增,则h(x)min=a-aln+15. 记k(x)=x-xln+15,则k′(x)=-ln, 故k(x)在(0,2)上单调递增,在(2,+∞)上单调递减, 在(2,+∞)上取2e2,有k(2e2)=15-2e2>0, 又k(15)=15(2-ln)<0,故存在x0∈(2e2,15)使k(x0)=0, 而2e2∈(14,15),所以当a=14时可保证h(x)min>0,有

34、2f′(x)>g(x)恒成立, 当a=15时h(x)min<0,不能有2f′(x)>g(x)恒成立, 所以a所能取到的最大正整数为14. [点评] 构造是应用导数解决函数问题中的基本手段,在解题过程中可以依据需要构造函数,争辩新函数的性质达到解决原问题的目的. 练一练 ①证明不等式lnx>,其中x>1. [解析] 设f(x)=lnx- (x>1). 则f ′(x)=-=, ∵x>1,∴f ′(x)>0. ∴f(x)在(1,+∞)内为单调增函数. 又∵f(1)=0,当x>1时,f(x)>f(1)=0, 即lnx->0.∴lnx>. ②(2022·长春市三调)已知函数 f(

35、x)=2ex-(x-a)2+3,a∈R. (1)若函数y=f(x)的图象在x=0处的切线与x轴平行,求 a的值; (2)若x≥ 0,f(x)≥0恒成立,求a的取值范围. [解析] (1)f′(x)=2(ex-x+a), 由于y=f(x)在x=0处切线与x轴平行,即在x=0切线斜率为0即f′(0)=2(a+1)=0,∴a=-1. (2)f′(x)=2(ex-x+a),令g(x)=2(ex-x+a),∵x≥0,∴g′(x)=2(ex-1)≥0, 所以g(x)=2(ex-x+a)在[0,+∞)内单调递增,g(0)=2(1+a), (ⅰ)当2(1+a)≥0即a≥-1时,f′(x)=2(

36、ex-x+a)≥f′(0)≥0,f(x)在[0,+∞)内单调递增,要想f(x)≥0只需要f(0)=5-a2≥0,解得 -≤a≤,从而-1≤a≤. (ⅱ)当2(1+a)<0即a<-1时,由g(x)=2(ex-x+a)在[0,+∞)内单调递增知,存在唯一x0使得g(x0)=2(ex0-x0+a)=0,有ex0=x0-a,令f′(x)>0解得x>x0,令f′(x)<0解得0≤x

37、3≤0,解得02. [解析] (1)∵a=2,b=-3,∴F(x)=-x+3. F′(x)=-1==0⇒x=1, ∵当x∈(0,1)时,F′(x)>0,∴函数F(x)在(0,1)上单调递增;

38、 当x∈(1,+∞)时,F′(x)<0,∴函数F(x)在(1,+∞)上单调递减, ∴F(x)max=F(1)=2. (2)不妨设x1<x2,要证(x1+x2)g(x1+x2)>2, 只需证(x1+x2)[a(x1+x2)+b]>2, a(x1+x2)+b>⇒a(x-x)+b(x2-x1)> ax+bx2-(ax+bx1)> ∵(x1,y1),(x2,y2)是l与C的交点, =ax1+b,=ax2+b. ∴lnx2-lnx1>,即ln>, ∴(x2+x1)ln>2(x2-x1). 令H(x)=(x+x1)ln-2(x-x1),x∈(x1,+∞), 只需证H(x)=(x+x1)ln-2(x-x1)>0,H′(x)=ln+-1. 令G(x)=ln+-1,则G′(x)=>0, G(x)在x∈(x1,+∞)上单调递增. G(x)>G(x1)=0,∴H′(x)>0,∴H(x)在x∈(x1,+∞)上单调递增. ∴H(x)>H(x1)=0,∴H(x)=(x+x1)ln-2(x-x1)>0, ∴(x1+x2)g(x1+x2)>2.

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