教辅:高考数学二轮复习考点-导数及其应用1

考点七 导数及其应用(一)                  一、选择题 1.(2020·山东滨州三模)函数y=ln x的图象在点x=e(e为自然对数的底数)处的切线方程为(  ) A.x+ey-1+e=0 B.x-ey+1-e=0 C.x+ey=0 D.x-ey=0 答案 D 解析 因为y=ln x,所以y′=,所以y′|x=e=,又当x=e时,y=ln e=1,所以切线方程为y-1=(x-e),整理得x-ey=0.故选D. 2.已知函数y=f(x)的导函数y=f′(x) 的图象如图所示,则函数y=f(x)在区间(a,b)内的极小值点的个数为(  ) A.1 B.2 C.3 D.4 答案 A 解析 如图,在区间(a,b)内,f′(c)=0,且在点x=c附近的左侧f′(x)<0,右侧f′(x)>0,所以函数y=f(x)在区间(a,b)内只有1个极小值点,故选A. 3.(2020·全国卷Ⅰ)函数f(x)=x4-2x3的图象在点(1,f(1))处的切线方程为(  ) A.y=-2x-1 B.y=-2x+1 C.y=2x-3 D.y=2x+1 答案 B 解析 ∵f(x)=x4-2x3,∴f′(x)=4x3-6x2,∴f(1)=-1,f′(1)=-2,∴所求切线的方程为y+1=-2(x-1),即y=-2x+1.故选B. 4.已知f(x)=2x3-6x2+m(m为常数)在[-2,2]上有最大值3,那么此函数在[-2,2]上的最小值为(  ) A.0 B.-5 C.-10 D.-37 答案 D 解析 由题意知,f′(x)=6x2-12x,由f′(x)=0得x=0或x=2,当x<0或x>2时,f′(x)>0,当0<x<2时,f′(x)<0,∴f(x)在[-2,0]上单调递增,在[0,2]上单调递减,由条件知f(0)=m=3,∴f(2)=-5,f(-2)=-37,∴最小值为-37. 5.(2020·海南高三第一次联考)如图是二次函数f(x)=x2-bx+a的部分图象,则函数g(x)=aln x+f′(x)的零点所在的区间是(  ) A. B. C.(1,2) D.(2,3) 答案 B 解析 ∵f(x)=x2-bx+a,∴二次函数的对称轴为x=,结合函数的图象可知,0<f(0)=a<1,<x=<1,∵f′(x)=2x-b,∴g(x)=aln x+f′(x)=aln x+2x-b在(0,+∞)上单调递增.又g=aln +1-b<0,g(1)=aln 1+2-b>0,∴函数g(x)的零点所在的区间是.故选B. 6.(2020·山东泰安二轮复习质量检测)已知函数f(x)=(x-1)ex-e2x+ax只有一个极值点,则实数a的取值范围是(  ) A.a≤0或a≥ B.a≤0或a≥ C.a≤0 D.a≥0或a≤- 答案 A 解析 f(x)=(x-1)ex-e2x+ax,令f′(x)=xex-ae2x+a=0,故x-aex+=0,当a=0时,f′(x)=xex,函数在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,f′(0)=0,故函数有唯一极小值点,满足条件;
当a≠0时,即=ex-e-x,设g(x)=ex-e-x,则g′(x)=ex+e-x≥2恒成立,且g′(0)=2,画出函数g(x)和y=的图象,如图所示.根据图象知,当≤2,即a<0或a≥时,满足条件.综上所述,a≤0或a≥.故选A. 7.(多选)若直线l与曲线C满足下列两个条件:①直线l在点P(x0,y0)处与曲线C相切;
②曲线C在点P附近位于直线l的两侧,则称直线l在点P处“切过”曲线C.则下列结论正确的是(  ) A.直线l:y=0在点P(0,0)处“切过”曲线C:y=x3 B.直线l:y=x-1在点P(1,0)处“切过”曲线C:y=ln x C.直线l:y=x在点P(0,0)处“切过”曲线C:y=sinx D.直线l:y=x在点P(0,0)处“切过”曲线C:y=tanx 答案 ACD 解析 A项,因为y′=3x2,当x=0时,y′=0,所以l:y=0是曲线C:y=x3在点P(0,0)处的切线.当x<0时,y=x3<0;
当x>0时,y=x3>0,所以曲线C在点P附近位于直线l的两侧,结论正确;
B项,y′=,当x=1时,y′=1,在P(1,0)处的切线为l:y=x-1.令h(x)=x-1-ln x,则h′(x)=1-=(x>0),当x>1时,h′(x)>0;
当0<x<1时,h′(x)<0,所以h(x)min=h(1)=0.故x-1≥ln x,即当x>0时,曲线C全部位于直线l的下侧(除切点外),结论错误;
C项,y′=cosx,当x=0时,y′=1,在P(0,0)处的切线为l:y=x,由正弦函数图象可知,曲线C在点P附近位于直线l的两侧,结论正确;
D项,y′=,当x=0时,y′=1,在P(0,0)处的切线为l:y=x,由正切函数图象可知,曲线C在点P附近位于直线l的两侧,结论正确.故选ACD. 8.(多选)(2020·山东威海三模)已知函数f(x)的定义域为(0,+∞),导函数为f′(x),xf′(x)-f(x)=xln x,且f=,则(  ) A.f′=0 B.f(x)在x=处取得极大值 C.0<f(1)<1 D.f(x)在(0,+∞)上单调递增 答案 ACD 解析 ∵函数f(x)的定义域为(0,+∞),导函数为f′(x),xf′(x)-f(x)=xln x,即满足=,∵′=,∴′=,∴可设=ln2 x+b(b为常数),∴f(x)=xln2 x+bx,∵f=·ln2 +=,解得b=.∴f(x)=xln2 x+x,∴f(1)=,满足0<f(1)<1,∴C正确;
∵f′(x)=ln2 x+ln x+=(ln x+1)2≥0,且仅有f′=0,∴B错误,A,D正确.故选ACD. 二、填空题 9.(2020·全国卷Ⅲ)设函数f(x)=.若f′(1)=,则a=________. 答案 1 解析 f′(x)==,则f′(1)==,整理可得a2-2a+1=0,解得a=1. 10.(2020·山东新高考质量测评联盟高三5月联考)曲线f(x)=asinx+2(a∈R)在点(0,f(0))处的切线方程为y=-x+2,则a=________. 答案 -1 解析 f(x)=asinx+2(a∈R),则f′(x)=acosx,故当x=0时,f′(0)=a,又函数f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=-x+2,所以a=-1. 11.要做一个圆锥形的漏斗,其母线长为20 cm,要使体积最大,则高为________ cm. 答案  解析 设高为h cm,则底面半径r= cm,所以体积V=r2h=h(400-h2),则V′=(400-3h2).令V′=(400-3h2)=0,解得h=.即当高为 cm时,圆锥的体积最大. 12.(2020·吉林第四次调研测试)若函数f(x)=mx2-ex+1(e为自然对数的底数)在x=x1和x=x2两处取得极值,且x2≥2x1,则实数m的取值范围是________. 答案  解析 因为f(x)=mx2-ex+1,所以f′(x)=2mx-ex, 又函数f(x)在x=x1和x=x2两处取得极值, 所以x1,x2是方程2mx-ex=0的两不等实根,且x2≥2x1, 即m=(x≠0)有两不等实根x1,x2,且x2≥2x1. 令h(x)=(x≠0),则直线y=m与曲线h(x)=有两交点,且交点横坐标满足x2≥2x1,又h′(x)==, 由h′(x)=0,得x=1, 所以,当x>1时,h′(x)>0,即函数h(x)=在(1,+∞)上单调递增;

当x<0和0<x<1时,h′(x)<0,即函数h(x)=在(-∞,0)和(0,1)上单调递减.作出函数h(x)的图象如图所示. 当x2=2x1时,由=,得x1=ln 2, 此时m==,因此,由x2≥2x1,得m≥. 三、解答题 13.(2020·全国卷Ⅰ)已知函数f(x)=ex+ax2-x. (1)当a=1时,讨论f(x)的单调性;

(2)当x≥0时,f(x)≥x3+1,求a的取值范围. 解 (1)当a=1时,f(x)=ex+x2-x,f′(x)=ex+2x-1, 令φ(x)=ex+2x-1, 则φ′(x)=ex+2>0,故f′(x)单调递增,注意到f′(0)=0, 故当x∈(-∞,0)时,f′(x)<0,f(x)单调递减, 当x∈(0,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增. (2)由f(x)≥x3+1,得ex+ax2-x≥x3+1,其中x≥0, ①当x=0时,不等式为1≥1,显然成立,符合题意;

②当x>0时,分离参数a得a≥-, 记g(x)=-, g′(x)=-, 令h(x)=ex-x2-x-1(x≥0), 则h′(x)=ex-x-1, 令H(x)=ex-x-1,则H′(x)=ex-1≥0, 故h′(x)单调递增,h′(x)≥h′(0)=0, 故函数h(x)单调递增,h(x)≥h(0)=0, 由h(x)≥0可得ex-x2-x-1≥0恒成立, 故当x∈(0,2)时,g′(x)>0,g(x)单调递增;

当x∈(2,+∞)时,g′(x)<0,g(x)单调递减. 因此,g(x)max=g(2)=, 综上可得,实数a的取值范围是. 14.(2020·山东济南6月仿真模拟)已知函数f(x)=aln (x+b)-. (1)若a=1,b=0,求f(x)的最大值;

(2)当b>0时,讨论f(x)极值点的个数. 解 (1)当a=1,b=0时,f(x)=ln x-, 此时,函数f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=-=, 由f′(x)>0得0<x<4;
由f′(x)<0得x>4. 所以f(x)在(0,4)上单调递增,在(4,+∞)上单调递减. 所以f(x)max=f(4)=2ln 2-2. (2)当b>0时,函数f(x)的定义域为[0,+∞), f′(x)=-=, ①当a≤0时,f′(x)<0对任意的x∈(0,+∞)恒成立, 故f(x)在(0,+∞)上单调递减,所以此时f(x)极值点的个数为0;

②当a>0时,设h(x)=-x+2a-b, (ⅰ)当4a2-4b≤0,即0<a≤ 时,f′(x)≤0对任意的x∈(0,+∞)恒成立,即f(x)在(0,+∞)上单调递减,所以此时f(x)极值点的个数为0;

(ⅱ)当4a2-4b>0,即a>时,令t=(t≥0),则h(t)=-t2+2at-b,t1+t2=2a>0,t1t2=b>0,所以t1,t2都大于0,即f′(x)在(0,+∞)上有2个左右异号的零点,所以此时f(x)极值点的个数为2. 综上所述,当a≤时,f(x)极值点的个数为0;
当a>时,f(x)极值点的个数为2. 一、选择题 1.(2020·山东省实验中学4月高考预测)已知函数f(x)=3x+2cosx,若a=f(3),b=f(2),c=f(log27),则a,b,c的大小关系是(  ) A.a<b<c B.c<b<a C.b<a<c D.b<c<a 答案 D 解析 根据题意,函数f(x)=3x+2cosx,其导函数f′(x)=3-2sinx,则有f′(x)=3-2sinx>0在R上恒成立,则f(x)在R上为增函数.又由2=log24<log27<3<3,则b<c<a.故选D. 2.(2020·北京西城区期末)已知函数f(x)和g(x)的导函数f′(x),g′(x)的图象分别如图所示,则关于函数y=g(x)-f(x)的判断正确的是(  ) A.有3个极大值点 B.有3个极小值点 C.有1个极大值点和2个极小值点 D.有2个极大值点和1个极小值点 答案 D 解析 结合函数图象可知,当x<a时,f′(x)<g′(x),此时y′=g′(x)-f′(x)>0,函数y=g(x)-f(x)单调递增;
当a<x<0时,f′(x)>g′(x),此时y′=g′(x)-f′(x)<0,函数y=g(x)-f(x)单调递减;
当0<x<b时,f′(x)<g′(x),此时y′=g′(x)-f′(x)>0, 函数y=g(x)-f(x)单调递增;
当x>b时,f′(x)>g′(x),此时y′=g′(x)-f′(x)<0,函数y=g(x)-f(x)单调递减,故函数在x=a,x=b处取得极大值,在x=0处取得极小值.故选D. 3.(2020·株洲市第二中学4月模拟)已知函数f(x)是定义在R上的偶函数,设函数f(x)的导函数为f′(x),若对任意x>0都有2f(x)+xf′(x)>0成立,则(  ) A.4f(-2)<9f(3) B.4f(-2)>9f(3) C.2f(3)>3f(-2) D.3f(-3)<2f(-2) 答案 A 解析 首先令g(x)=x2f(x),g′(x)=2xf(x)+x2f′(x)=x[2f(x)+xf′(x)],当x>0时,g′(x)>0,g(x)在[0,+∞)上是增函数,又g(x)是偶函数,所以4f(-2)=g(-2)=g(2)<g(3)=9f(3),故选A. 4.(2020·全国卷Ⅲ)若直线l与曲线y=和x2+y2=都相切,则l的方程为(  ) A.y=2x+1 B.y=2x+ C.y=x+1 D.y=x+ 答案 D 解析 设直线l与曲线y=的切点为(x0,),x0>0,函数y=的导数为y′=,则直线l的斜率k=,直线l的方程为y-=·(x-x0),即x-2y+x0=0.由于直线l与圆x2+y2=相切,则=,两边平方并整理得5x-4x0-1=0,解得x0=1或x0=-(舍去),所以直线l的方程为x-2y+1=0,即y=x+.故选D. 5.(2020·山东青岛一模)已知函数f(x)=(e=2.718为自然对数的底数),若f(x)的零点为α,极值点为β,则α+β=(  ) A.-1 B.0 C.1 D.2 答案 C 解析 ∵f(x)=∴当x≥0时,令f(x)=0,即3x-9=0,解得x=2;
当x<0时,f(x)=xex<0恒成立,∴f(x)的零点为α=2.又当x≥0时,f(x)=3x-9为增函数,故在[0,+∞)上无极值点;
当x<0时,f(x)=xex,f′(x)=(1+x)ex,当x<-1时,f′(x)<0,当x>-1时,f′(x)>0,∴当x=-1时,f(x)取到极小值,即f(x)的极值点β=-1,∴α+β=2-1=1.故选C. 6.(2020·山西太原高三模拟)点M在曲线G:y=3ln x上,过M作x轴的垂线l,设l与曲线y=交于点N,=,且P点的纵坐标始终为0,则称M点为曲线G上的“水平黄金点”,则曲线G上的“水平黄金点”的个数为(  ) A.0 B.1 C.2 D.3 答案 C 解析 设M(t,3ln t),则N,所以==,依题意可得ln t+=0,设g(t)=ln t+,则g′(t)=-=,当0<t<时,g′(t)<0,则g(t)单调递减;
当t>时,g′(t)>0,则g(t)单调递增,所以g(t)min=g=1-ln 3<0,且g=-2+>0,g(1)=>0,所以g(t)=ln t+=0有两个不同的解,所以曲线G上的“水平黄金点”的个数为2.故选C. 7.(多选)(2020·山东济宁邹城市第一中学高三下五模)已知函数f(x)=x3+ax+b,其中a,b∈R,则下列选项中的条件使得f(x)仅有一个零点的有(  ) A.a<b,f(x)为奇函数 B.a=ln (b2+1) C.a=-3,b2-4≥0 D.a=-1,b=1 答案 BD 解析 由题知f′(x)=3x2+a.对于A,由f(x)是奇函数,知b=0,因为a<0,所以f(x)存在两个极值点,由f(0)=0知,f(x)有三个零点,A错误;
对于B,因为b2+1≥1,所以a≥0,f′(x)≥0,所以f(x)单调递增,则f(x)仅有一个零点,B正确;
对于C,若取b=2,f′(x)=3x2-3,则f(x)的极大值为f(-1)=4,极小值为f(1)=0,此时f(x)有两个零点,C错误;
对于D,f(x)=x3-x+1,f′(x)=3x2-1,易得f(x)的极大值为f=+1>0,极小值为f=-+1>0,可知f(x)仅有一个零点,D正确.故选BD. 8.(多选)(2020·山东省实验中学4月高考预测)关于函数f(x)=+ln x,下列判断正确的是(  ) A.x=2是f(x)的极大值点 B.函数y=f(x)-x有且只有1个零点 C.存在正实数k,使得f(x)>kx成立 D.对任意两个正实数x1,x2,且x2>x1,若f(x1)=f(x2),则x1+x2>4 答案 BD 解析 函数的定义域为(0,+∞),函数的导数f′(x)=-+=,∴在(0,2)上,f′(x)<0,函数单调递减,在(2,+∞)上,f′(x)>0,函数单调递增,∴x=2是f(x)的极小值点,故A错误;
y=f(x)-x=+ln x-x,∴y′=-+-1=<0,函数在(0,+∞)上单调递减,且f(1)-1=2+ln 1-1=1>0,f(2)-2=1+ln 2-2=ln 2-1<0,∴函数y=f(x)-x有且只有1个零点,故B正确;
若f(x)>kx,可得k<+,令g(x)=+,则g′(x)=,令h(x)=-4+x-xln x,则h′(x)=-ln x,∴在(0,1)上,函数h(x)单调递增,在(1,+∞)上,函数h(x)单调递减,∴h(x)≤h(1)<0,∴g′(x)<0,∴g(x)=+在(0,+∞)上单调递减,函数无最小值,∴不存在正实数k,使得f(x)>kx恒成立,故C错误;
令t∈(0,2),则2-t∈(0,2),2+t>2,令g(t)=f(2+t)-f(2-t)=+ln (2+t)--ln (2-t)=+ln ,则g′(t)=+·=+=<0,∴g(t)在(0,2)上单调递减,则g(t)<g(0)=0,令x1=2-t,由f(x1)=f(x2),得x2>2+t,则x1+x2>2-t+2+t=4,当x2≥4时,x1+x2>4显然成立,∴对任意两个正实数x1,x2,且x2>x1,若f(x1)=f(x2),则x1+x2>4,故D正确.故选BD. 二、填空题 9.(2020·山东高考实战演练仿真四)设函数f(x)的导数为f′(x),且f(x)=x3+f′x2-x,则f′(1)=________. 答案 0 解析 因为f(x)=x3+f′x2-x,所以f′(x)=3x2+2f′x-1.所以f′=3×2+2f′×-1,则f′=-1,所以f(x)=x3-x2-x,则f′(x)=3x2-2x-1,故f′(1)=0. 10.若f(x)+3f(-x)=x3+2x+1对x∈R恒成立,则曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为________. 答案 10x+4y-5=0 解析 ∵f(x)+3f(-x)=x3+2x+1,① ∴f(-x)+3f(x)=-x3-2x+1,② 联立①②,得f(x)=-x3-x+,则f′(x)=-x2-1, ∴f′(1)=--1=-,又f(1)=--1+=-, ∴切线方程为y+=-(x-1),即10x+4y-5=0. 11.(2020·广东湛江模拟)若x1,x2是函数f(x)=x2-7x+4ln x的两个极值点,则x1x2=________,f(x1)+f(x2)=________. 答案 2 4ln 2- 解析 f′(x)=2x-7+=0⇒2x2-7x+4=0⇒x1+x2=,x1x2=2,f(x1)+f(x2)=x-7x1+4ln x1+x-7x2+4ln x2=(x1+x2)2-2x1x2-7(x1+x2)+4ln (x1x2)=4ln 2-. 12.(2020·山东济宁嘉祥县高三考前训练二)已知函数f(x)的导函数为f′(x),且对任意的实数x都有f′(x)=-f(x)(e是自然对数的底数),且f(0)=1,若关于x的不等式f(x)-m<0的解集中恰有两个整数,则实数m的取值范围是________. 答案 (-e,0] 解析 ∵f′(x)=-f(x), ∴[f′(x)+f(x)]ex=2x+3, 即[f(x)ex]′=2x+3. 设f(x)ex=x2+3x+c, ∴f(x)=. ∵f(0)=1,∴c=1, ∴f(x)=, ∴f′(x)==-. 由f′(x)>0,得-2<x<1;

由f′(x)<0,得x>1或x<-2, ∴函数f(x)在(-2,1)上单调递增,在(-∞,-2)和(1,+∞)上单调递减,如图所示. 当x=-2时,f(x)min=-e2.又f(-1)=-e,f(-3)=e3,且x>0时,f(x)>0,由图象可知,要使不等式f(x)<m的解集中恰有两个整数,需满足f(-1)<m≤0,即-e<m≤0. ∴实数m的取值范围为(-e,0]. 三、解答题 13.(2020·江苏高考)某地准备在山谷中建一座桥梁,桥址位置的竖直截面图如图所示,谷底O在水平线MN上、桥AB与MN平行,OO′为铅垂线(O′在AB上).经测量,左侧曲线AO上任一点D到MN的距离h1(米)与D到OO′的距离a(米)之间满足关系式h1=a2;
右侧曲线BO上任一点F到MN的距离h2(米)与F到OO′的距离b(米)之间满足关系式h2=-b3+6b.已知点B到OO′的距离为40米. (1)求桥AB的长度;

(2)计划在谷底两侧建造平行于OO′的桥墩CD和EF,且CE为80米,其中C,E在AB上(不包括端点).桥墩EF每米造价k(万元)、桥墩CD每米造价k(万元)(k>0).问O′E为多少米时,桥墩CD与EF的总造价最低? 解 (1)由题意,得|O′A|2=-×403+6×40, ∴|O′A|=80. ∴|AB|=|O′A|+|O′B|=80+40=120. 答:桥AB的长度为120米. (2)设|O′E|=x,总造价为f(x)万元,|O′O|=×802=160, f(x)=k+k =k(0<x<40), ∴f′(x)=k.令f′(x)=0,得x=20(x=0舍去). 当0<x<20时,f′(x)<0;
当20<x<40时,f′(x)>0, 因此当x=20时,f(x)取最小值. 答:当O′E=20米时,桥墩CD与EF的总造价最低. 14.(2020·四川成都石室中学一诊)设函数f(x)=x-sinx,x∈,g(x)=+cosx+2,m∈R. (1)证明:f(x)≤0;

(2)当x∈时,不等式g(x)≥恒成立,求m的取值范围. 解 (1)证明:因为f′(x)=-cosx在x∈上单调递增, 所以f′(x)∈, 所以存在唯一x0∈,使得f′(x0)=0. 当x∈(0,x0)时,f′(x)<0,f(x)单调递减;

当x∈时,f′(x)>0,f(x)单调递增. 所以f(x)max=max=0,所以f(x)≤0. (2)因为g′(x)=-sinx+m, 令h(x)=-sinx+m,则h′(x)=-cosx+m. 当m≥0时,m≤0,由(1)中的结论可知,-sinx≤0, 所以g′(x)≤0,所以g(x)在x∈上单调递减, 所以g(x)min=g=,满足题意. 当-<m<0时,因为h′(x)在x∈上单调递增, h′(0)=-1+m<0,h′=+m>0, 所以存在唯一x1∈, 使得h′(x1)=0. 当x∈(0,x1)时,h′(x)<0,g′(x)单调递减;

当x∈时,h′(x)>0,g′(x)单调递增. 而g′(0)=-m>0,g′=0, 所以存在唯一x2∈,使得g′(x2)=0. 当x∈(0,x2)时,g′(x)>0,g(x)单调递增;

当x∈时,g′(x)<0,g(x)单调递减. 要使当0≤x≤时,g(x)≥恒成立, 即⇒m≥,所以≤m<0. 当m≤-,x∈时,h′(x)≤0,所以当x∈时, g′(x)单调递减,又g′=0,所以g′(x)≥0, 所以g(x)在x∈上单调递增,所以g(x)≤g=,与题意矛盾. 综上,m的取值范围为.

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