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12017 高考数学一轮复习 第二章 函数、导数及其应用 第 10 讲 导数的概念及运算(理)习题A 组 基础巩固一、选择题1.下列各组函数中导函数相同的是 ( )导 学 号 25400473A. y= x2与 y=2 x B. y=ln(- x)与 y=ln xC. y=ln x2与 y=2ln x D. y=sin xcosx 与 y= sin2x12[答案] D[解析] 对于选项 C,(ln x2)′= ·2x= (x≠0),(2ln x)′= (x>0),否定 C.1x2 2x 2x对于选项 A,( x2)′=2 x,(2 x)′=2 x·ln2,否定 A.对于选项 B,(ln(- x))′=(- )×(-1)= (x<0),(ln x)′= (x>0),否定 B,故1x 1x 1x选 D.2.(2015·宁夏大学附属中学上学期期中)函数 f(x)= 的图象在点(1,-2)处lnx- 2xx的切线方程为 ( )导 学 号 25400474A.2 x- y-4=0 B.2 x+ y=0C. x+ y+1=0 D. x- y-3=0[答案] D[解析] ∵ f(1)=-2,∴点(1,-2)在函数的图象上.∴ f ′( x)= ,∴ f ′(1)= =1,∴切线方程是 y-(-2)=1·( x-1),1- lnxx2 1- ln112即 x- y-3=0.故选 D.3.(2015·吉林长春十一高中上学期阶段性考试)已知曲线 y= -3ln x+1 的一条切线x24的斜率为 ,则切点的横坐标为 ( )12 导 学 号 25400475A.3 B.2C.1 D.12[答案] A[解析] 设切点为( x0, y0),则 f ′( x0)= - = ,解得 x0=3 或 x0=-2.又x02 3x0 12x0>0,所以 x0=3.故选 A.24.(2015·福建八县(市)一中上学期联考)函数 f(x)=e xcosx 的图象在点(0, f(0))处的切线的倾斜角为 ( )导 学 号 25400476A. B.0π 4C. D.13π4[答案] A[解析] f ′( x)=e xcosx-e xsinx,所以 f ′(0)=e 0cos0-e 0sin0=1,所以倾斜角α = .故选 A.π 45.(2015·日照一中检测)已知函数 y= f(x)的图象在点(1, f(1))处的切线方程是x-2 y+1=0,则 f(1)+2 f ′(1)的值是 ( )导 学 号 25400477A. B.112C. D.232[答案] D[解析] ∵函数 y= f(x)的图象在点(1, f(1))处的切线方程是 x-2 y+1=0,∴ f(1)=1, f ′(1)= .∴ f(1)+2 f ′(1)=2,故选 D.126.若 P 为曲线 y=ln x 上一动点, Q 为直线 y= x+1 上一动点,则| PQ|min=( )导 学 号 25400478A.0 B.22C. D.22[答案] C[解析] 如图所示,直线 l 与 y=ln x 相切且与 y= x+1 平行时,切点 P 到直线 y= x+1 的距离| PQ|即为所求最小值.(ln x)′= ,令1x=1,得 x=1.故 P(1,0).故| PQ|min= = .故选 C.1x 22 2二、填空题7.直线 y= kx+ b 与曲线 y= ax2+2+ln x 相切于点 P(1,4),则 b 的值为________.导 学 号 25400479[答案] -1[解析] 由点 P(1,4)在曲线上可得 a×12+2+ln1=4,解得 a=2,故3y=2 x2+2+ln x, y′=4 x+ ,从而曲线在点 P 处切线的斜率 k= y′| x=1 =4×1+ =5,则1x 11切线方程为 y=5 x+ b,由点 P 在切线上得 4=5×1+ b,解得 b=-1.8.设函数 f(x)在(0,+∞)内可导,且 f(ex)= x+e x,则 f ′(1)=________.导 学 号 25400480[答案] 2[解析] 方法 1 令 t=e x,故 x=ln t,∴ f(t)=ln t+ t,即 f(x)=ln x+ x,∴ f ′( x)= +1,∴ f ′(1)=2.1x方法 2 f ′(e x)=1+e x, f ′(1)= f ′(e 0)=1+e 0=2.9.(2015·陕西)设曲线 y=e x在点(0,1)处的切线与曲线 y= (x>0)上点 P 处的切线垂1x直,则 P 的坐标为________. 导 学 号 25400481[答案] (1,1)[解析] y′=e x,则 y=e x在点(0,1)处的切线的斜率 k 切 =1,又曲线 y= (x>0)上点1xP 处的切线与 y=e x在点(0,1)处的切线垂直,所以 y= (x>0)在点 P 处的切线的斜率为1x-1,设 P(a, b),则曲线 y= (x>0)上点 P 处的切线的斜率为 y′| x= a=- a-2 =-1,可1x得 a=1,又 P(a, b)在 y= 上,所以 b=1,故 P(1,1).1x10.(2014·安徽)若直线 l 与曲线 C 满足下列两个条件:(ⅰ)直线 l 在点 P(x0, y0)处与曲线 C 相切;(ⅱ)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. 下列命题正确的是________(写出所有正确命题的编号). 导 学 号 25400482①直线 l: y=0 在点 P(0,0)处“切过”曲线 C: y= x3②直线 l: x=-1 在点 P(-1,0)处“切过”曲线 C: y=( x+1) 2③直线 l: y= x 在点 P(0,0)处“切过”曲线 C: y=sin x④直线 l: y= x 在点 P(0,0)处“切过”曲线 C: y=tan x⑤直线 l: y= x-1 在点 P(1,0)处“切过”曲线 C: y=ln x[答案] ①③④[解析] 对于①, y′=3 x2, y′| x=0 =0,所以 l: y=0 是曲线 C: y= x3在点 P(0,0)处的切线,画图可知曲线 C: y= x3在点 P(0,0)附近位于直线 l 的两侧,①正确;对于②,因为 y′=2( x+1), y′| x=-1 =0,所以 l: x=-1 不是曲线 C: y=( x+1) 2在点 P(-1,0)处的切线,②错误;对于③, y′=cos x, y′| x=0 =1,在点 P(0,0)处的切线为 l: y= x,4画图可知曲线 C: y=sin x 在点 P(0,0)附近位于直线 l 的两侧,③正确;对于④, y′=, y′| x=0 = =1,在点 P(0,0)处的切线为 l: y= x,画图可知曲线 C: y=tan x1cos2x 1cos20在点 P(0,0)附近位于直线 l 的两侧,④正确;对于⑤, y′= , y′| x=1 =1,在点 P(1,0)1x处的切线为 l: y= x-1,令 h(x)= x-1-ln x(x>0),可得 h′( x)=1- = ,所以 h(x)1x x- 1xmin= h(1)=0,故 x-1≥ln x,可知曲线 C: y=ln x 在点 P(1,0)附近位于直线 l 的下侧,⑤错误.三、解答题11.已知函数 f(x)= x3+ x-16. 导 学 号 25400483(1)求曲线 y= f(x)在点(2,-6)处的切线的方程;(2)直线 l 为曲线 y= f(x)的切线,且经过原点,求直线 l 的方程及切点坐标.[答案] (1) y=13 x-32 (2) y=13 x,(-2,-26)[解析] (1)可判定点(2,-6)在曲线 y= f(x)上.∵ f ′( x)=( x3+ x-16)′=3 x2+1.∴ f(x)在点(2,-6)处的切线的斜率为 k= f ′(2)=13.∴切线的方程为 y+6=13( x-2),即 y=13 x-32.(2)设切点坐标为( x0, y0),则直线 l 的斜率为 f ′( x0)=3 x +1, y0= x + x0-16,20 30∴直线 l 的方程为 y=(3 x +1)( x- x0)+ x + x0-16.20 30又∵直线 l 过坐标点(0,0),∴0=(3 x +1)(- x0)+ x + x0-16,20 30整理得, x =-8,∴ x0=-2,30∴ y0=(-2) 3+(-2)-16=-26,得切点坐标(-2,-26), k=3×(-2) 2+1=13.∴直线 l 的方程为 y=13 x,切点坐标为(-2,-26).12.(2015·临沂一模)已知函数 f(x)= x3-2 x2+3 x(x∈R)的图象为曲线 C.13导 学 号 25400484(1)求过曲线 C 上任意一点切线斜率的取值范围;(2)若在曲线 C 上存在两条相互垂直的切线,求其中一条切线与曲线 C 的切点的横坐标的取值范围.[答案] (1)[-1,+∞) (2)(-∞,2- ]∪(1,3)∪[2+ ,+∞)2 2[解析] (1)由题意得 f ′( x)= x2-4 x+3,5则 f ′( x)=( x-2) 2-1≥-1,即过曲线 C 上任意一点切线斜率的取值范围是[-1,+∞).(2)设曲线 C 的其中一条切线的斜率为 k,则由(2)中条件并结合(1)中结论可知,Error!解得-1≤ k<0 或 k≥1,故由-1≤ x2-4 x+3<0 或 x2-4 x+3≥1,得 x∈(-∞,2- ]∪(1,3)∪[2+ ,+∞).2 2B 组 能力提升1.(2015·福建)若定义在 R 上的函数 f(x)满足 f(0)=-1,其导函数 f ′( x)满足 f ′( x)> k>1,则下列结论中一定错误的是 ( )导 学 号 25400485A. f( )< B. f( )>1k 1k 1k 1k- 1C. f( )< D. f( )>1k- 1 1k- 1 1k- 1 kk- 1[答案] C[解析] 取满足题意的函数 f(x)=2 x-1,若取 k= ,则 f( )= f( )= < = ,所以32 1k 23 13 23 1k排除 A;若取 k= ,则 f( )= f( )= f(10)=19>11= = ,所以排除 D;1110 1k- 1 11110- 111101110- 1 kk- 1取满足题意的函数 f(x)=10 x-1,若取 k=2,则 f( )= f( )=4>1= = ,所以排1k 12 12- 1 1k- 1除 B.故结论一定错误的是 C.2.(2015·重庆七校联盟联考)已知函数 f(x)在 R 上满足 f(x)=2 f(2- x)- x2+8 x-8,则曲线 y= f(x)在点(1, f(1))处切线的斜率是 ( )导 学 号 25400486A.2 B.1C.3 D.-2[答案] A[解析] 由 f(x)=2 f(2- x)- x2+8 x-8 两边求导得, f ′( x)=2 f ′(2- x)×(-1)-2 x+8.令 x=1 得 f ′(1)=2 f ′(1)×(-1)-2+8⇒ f ′(1)=2,故所求切线斜率是 2.3.(2015·江西九江月考)给出定义:若函数 f(x)在 D 上可导,即 f ′( x)存在,且导数 f ′( x)在 D 上也可导,则称 f(x)在 D 上存在二阶导数,记为 f ″( x)=[ f ′( x)]′,若 f ″( x)<0 在 D 上恒成立,则称 f(x)在 D 上为凸函数.以下四个函数在(0, )上是凸π 2函数的是________(把你认为正确的序号都填上). 导 学 号 254004876① f(x)=sin x+cos x;② f(x)=ln x-2 x;③ f(x)=- x3+2 x-1;④ f(x)= xex.[答案] ①②③[解析] 由①知, f ′( x)=cos x-sin x,则 f ″( x)=-sin x-cos x=- sin(x+ )2π 4<0 在区间(0, )上恒成立;由②知, f ′( x)= -2( x>0),则 f ″( x)=- <0 在区π 2 1x 1x2间(0, )上恒成立;由③知, f ′( x)=-3 x2+2,则 f ″( x)=-6 x<0 在区间(0, )上π 2 π 2恒成立.故①②③中的函数为凸函数.由④知, f ′( x)=e x+ xex, f ″( x)=2e x+ xex=e x(x+2)>0 在区间(0, )上恒成立,故④中的函数不是凸函数.π 24.设 L 为曲线 C: y= 在点(1,0)处的切线.lnxx 导 学 号 25400488(1)求 L 的方程;(2)证明:除切点(1,0)之外,曲线 C 在直线 L 的下方.[答案] (1) y= x-1 (2)略[解析] (1)设 f(x)= ,则 f ′( x)= .lnxx 1- lnxx2所以 f ′(1)=1,即 L 的斜率为 1.又 L 过点(1,0),所以 L 的方程为 y= x-1.(2)令 g(x)= x-1- f(x),则除切点之外,曲线 C 在直线 L 的下方等价于 g(x)>0(∀ x>0, x≠1).g(x)满足 g(1)=0,且 g′( x)=1- f ′( x)= .x2- 1+ lnxx2当 0< x<1 时, x2-1<0,ln x<0,所以 g′( x)<0,故 g(x)单调递减;当 x>1 时, x2-1>0,ln x>0,所以 g′( x)>0,故 g(x)单调递增.所以, g(x)> g(1)=0(∀ x>0 , x≠1).所以除切点之外,曲线 C 在直线 L 的下方.5.(2015·河北唐山一中月考)已知函数 f(x)= ax3+3 x2-6 ax-11, g(x)=3 x2+6 x+12 和直线 m: y= kx+9,且 f ′(-1)=0. 导 学 号 25400489(1)求 a 的值;(2)是否存在 k,使直线 m 既是曲线 y= f(x)的切线,又是曲线 y= g(x)的切线?如果存在,求出 k 的值;如果不存在,请说明理由.[答案] (1) a=-2 (2) k=0[解析] (1)由已知得 f ′( x)=3 ax2+6 x-6 a,7∵ f ′(-1)=0,∴3 a-6-6 a=0,∴ a=-2.(2)存在.由已知得,直线 m 恒过定点(0,9),若直线 m 是曲线 y= g(x)的切线,则设切点为( x0,3x +6 x0+12).20∵ g′( x0)=6 x0+6,∴切线方程为 y-(3 x +6 x0+12)=(6 x0+6)( x- x0),20将(0,9)代入切线方程,解得 x0=±1.当 x0=-1 时,切线方程为 y=9;当 x0=1 时,切线方程为 y=12 x+9.由(1)知 f(x)=-2 x3+3 x2+12 x-11,①由 f ′( x)=0 得-6 x2+6 x+12=0,解得 x=-1 或 x=2.在 x=-1 处, y= f(x)的切线方程为 y=-18;在 x=2 处, y= f(x)的切线方程为 y=9,∴ y= f(x)与 y= g(x)的公切线是 y=9.②由 f ′( x)=12 得-6 x2+6 x+12=12,解得 x=0 或 x=1.在 x=0 处, y= f(x)的切线方程为 y=12 x-11;在 x=1 处, y= f(x)的切线方程为 y=12 x-10,∴ y= f(x)与 y= g(x)的公切线不是 y=12 x+9.综上所述, y= f(x)与 y= g(x)的公切线是 y=9,此时 k=0.12017 高考数学一轮复习 第二章 函数、导数及其应用 第 10 讲 导数的概念及运算(文)习题A 组 基础巩固一、选择题1.函数 y=ln 的导函数为 ( )1x 导 学 号 25400599A. B. x1xC.- D.- x1x[答案] C[解析] ∵ln =ln x-1 =-ln x1x∴(ln )′=(-ln x)′=- ,故选 C.1x 1x2.(2015·宁夏大学附属中学上学期期中)函数 f(x)= 的图象在点(1,-2)处lnx- 2xx的切线方程为 ( )导 学 号 25400600A.2 x- y-4=0 B.2 x+ y=0C. x+ y+1=0 D. x- y-3=0[答案] D[解析] ∵ f(1)=-2,∴点(1,-2)在函数的图象上.∴ f ′( x)= ,∴ f ′(1)= =1,∴切线方程是 y-(-2)=1·( x-1),1- lnxx2 1- ln112即 x- y-3=0.故选 D.3.(2015·吉林长春十一高中上学期阶段性考试)已知曲线 y= -3ln x+1 的一条切线x24的斜率为 ,则切点的横坐标为 ( )12 导 学 号 25400601A.3 B.2C.1 D.12[答案] A[解析] 设切点为( x0, y0),则 f ′( x0)= - = ,解得 x0=3 或 x0=-2.又x02 3x0 12x0>0,所以 x0=3.故选 A.24.(2015·福建八县(市)一中上学期联考)函数 f(x)=e xcosx 的图象在点(0, f(0))处的切线的倾斜角为 ( )导 学 号 25400602A. B.0π 4C. D.13π4[答案] A[解析] f ′( x)=e xcosx-e xsinx,所以 f ′(0)=e 0cos0-e 0sin0=1,所以倾斜角α = .故选 A.π 45.(2015·日照一中检测)已知函数 y= f(x)的图象在点(1, f(1))处的切线方程是x-2 y+1=0,则 f(1)+2 f ′(1)的值是 ( )导 学 号 25400603A. B.112C. D.232[答案] D[解析] ∵函数 y= f(x)的图象在点(1, f(1))处的切线方程是 x-2 y+1=0,∴ f(1)=1, f ′(1)= .∴ f(1)+2 f ′(1)=2,故选 D.126.若 P 为曲线 y=ln x 上一动点, Q 为直线 y= x+1 上一动点,则| PQ|min=( )导 学 号 25400604A.0 B.22C. D.22[答案] C[解析] 如图所示,直线 l 与 y=ln x 相切且与 y= x+1 平行时,切点 P 到直线 y= x+1 的距离| PQ|即为所求最小值.(ln x)′= ,令1x=1,得 x=1.故 P(1,0).故| PQ|min= = .故选 C.1x 22 2二、填空题7.直线 y= kx+ b 与曲线 y= ax2+2+ln x 相切于点 P(1,4),则 b 的值为________.导 学 号 25400605[答案] -1[解析] 由点 P(1,4)在曲线上可得 a×12+2+ln1=4,解得 a=2,故3y=2 x2+2+ln x, y′=4 x+ ,从而曲线在点 P 处切线的斜率 k= y′| x=1 =4×1+ =5,则1x 11切线方程为 y=5 x+ b,由点 P 在切线上得 4=5×1+ b,解得 b=-1.8.设函数 f(x)在(0,+∞)内可导,且 f(ex)= x+e x,则 f ′(1)=________.导 学 号 25400606[答案] 2[解析] 方法 1 令 t=e x,故 x=ln t,∴ f(t)=ln t+ t,即 f(x)=ln x+ x,∴ f ′( x)= +1,∴ f ′(1)=2.1x方法 2 f ′(e x)=1+e x, f ′(1)= f ′(e 0)=1+e 0=2.9.(2015·陕西)设曲线 y=e x在点(0,1)处的切线与曲线 y= (x>0)上点 P 处的切线垂1x直,则 P 的坐标为________. 导 学 号 25400607[答案] (1,1)[解析] y′=e x,则 y=e x在点(0,1)处的切线的斜率 k 切 =1,又曲线 y= (x>0)上点1xP 处的切线与 y=e x在点(0,1)处的切线垂直,所以 y= (x>0)在点 P 处的切线的斜率为1x-1,设 P(a, b),则曲线 y= (x>0)上点 P 处的切线的斜率为 y′| x= a=- a-2 =-1,可1x得 a=1,又 P(a, b)在 y= 上,所以 b=1,故 P(1,1).1x10.(2014·安徽)若直线 l 与曲线 C 满足下列两个条件: 导 学 号 25400608(ⅰ)直线 l 在点 P(x0, y0)处与曲线 C 相切;(ⅱ)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. 下列命题正确的是________(写出所有正确命题的编号).①直线 l: y=0 在点 P(0,0)处“切过”曲线 C: y= x3②直线 l: x=-1 在点 P(-1,0)处“切过”曲线 C: y=( x+1) 2③直线 l: y= x 在点 P(0,0)处“切过”曲线 C: y=sin x④直线 l: y= x 在点 P(0,0)处“切过”曲线 C: y=tan x⑤直线 l: y= x-1 在点 P(1,0)处“切过”曲线 C: y=ln x[答案] ①③④[解析] 对于①, y′=3 x2, y′| x=0 =0,所以 l: y=0 是曲线 C: y= x3在点 P(0,0)处的切线,画图可知曲线 C: y= x3在点 P(0,0)附近位于直线 l 的两侧,①正确;对于②,因为 y′=2( x+1), y′| x=-1 =0,所以 l: x=-1 不是曲线 C: y=( x+1) 2在点 P(-1,0)处的切线,②错误;对于③, y′=cos x, y′| x=0 =1,在点 P(0,0)处的切线为 l: y= x,4画图可知曲线 C: y=sin x 在点 P(0,0)附近位于直线 l 的两侧,③正确;对于④, y′=, y′| x=0 = =1,在点 P(0,0)处的切线为 l: y= x,画图可知曲线 C: y=tan x1cos2x 1cos20在点 P(0,0)附近位于直线 l 的两侧,④正确;对于⑤, y′= , y′| x=1 =1,在点 P(1,0)1x处的切线为 l: y= x-1,令 h(x)= x-1-ln x(x>0),可得 h′( x)=1- = ,所以 h(x)1x x- 1xmin= h(1)=0,故 x-1≥ln x,可知曲线 C: y=ln x 在点 P(1,0)附近位于直线 l 的下侧,⑤错误.三、解答题11.已知函数 f(x)= x3+ x-16. 导 学 号 25400609(1)求曲线 y= f(x)在点(2,-6)处的切线的方程;(2)直线 l 为曲线 y= f(x)的切线,且经过原点,求直线 l 的方程及切点坐标.[答案] (1) y=13 x-32 (2) y=13 x,(-2,-26)[解析] (1)可判定点(2,-6)在曲线 y= f(x)上.∵ f ′( x)=( x3+ x-16)′=3 x2+1.∴ f(x)在点(2,-6)处的切线的斜率为 k= f ′(2)=13.∴切线的方程为 y+6=13( x-2),即 y=13 x-32.(2)设切点坐标为( x0, y0),则直线 l 的斜率为 f ′( x0)=3 x +1, y0= x + x0-16,20 30∴直线 l 的方程为 y=(3 x +1)( x- x0)+ x + x0-16.20 30又∵直线 l 过坐标点(0,0),∴0=(3 x +1)(- x0)+ x + x0-16,整理得, x =-8,20 30 30∴ x0=-2,∴ y0=(-2) 3+(-2)-16=-26,得切点坐标(-2,-26), k=3×(-2) 2+1=13.∴直线 l 的方程为 y=13 x,切点坐标为(-2,-26).12.(2015·临沂一模)已知函数 f(x)= x3-2 x2+3 x(x∈R)的图象为曲线 C.13导 学 号 25400610(1)求过曲线 C 上任意一点切线斜率的取值范围;(2)若在曲线 C 上存在两条相互垂直的切线,求其中一条切线与曲线 C 的切点的横坐标的取值范围.[答案] (1)[-1,+∞) (2)(-∞,2- ]∪(1,3)∪[2+ ,+∞)2 2[解析] (1)由题意得 f ′( x)= x2-4 x+3,5则 f ′( x)=( x-2) 2-1≥-1,即过曲线 C 上任意一点切线斜率的取值范围是[-1,+∞).(2)设曲线 C 的其中一条切线的斜率为 k,则由(2)中条件并结合(1)中结论可知,Error!解得-1≤ k<0 或 k≥1,故由-1≤ x2-4 x+3<0 或 x2-4 x+3≥1,得 x∈(-∞,2- ]∪(1,3)∪[2+ ,+∞).2 2B 组 能力提升1.(2015·福建)若定义在 R 上的函数 f(x)满足 f(0)=-1,其导函数 f ′( x)满足 f ′( x)> k>1,则下列结论中一定错误的是 ( )导 学 号 25400611A. f( )< B. f( )>1k 1k 1k 1k- 1C. f( )< D. f( )>1k- 1 1k- 1 1k- 1 kk- 1[答案] C[解析] 取满足题意的函数 f(x)=2 x-1,若取 k= ,则 f( )= f( )= < = ,所以32 1k 23 13 23 1k排除 A;若取 k= ,则 f( )= f( )= f(10)=19>11= = ,所以排除 D;1110 1k- 1 11110- 111101110- 1 kk- 1取满足题意的函数 f(x)=10 x-1,若取 k=2,则 f( )= f( )=4>1= = ,所以排1k 12 12- 1 1k- 1除 B.故结论一定错误的是 C.2.已知函数 f(x)= , g(x)= alnx, a∈R.若曲线 y= f(x)与曲线 y= g(x)相交,且在x交点处有共同的切线,则切线方程为________. 导 学 号 25400612[答案] y= x+12e e2[解析] f ′( x)= , g′( x)= (x>0),12x ax由已知得Error!解得 a= , x=e 2.e2∴两条曲线交点的坐标为(e 2,e),切线的斜率为 k= f ′(e 2)= ,12e∴切线的方程为 y-e= (x-e 2),12e6即 y= x+ .12e e23.(2015·江西九江月考)给出定义:若函数 f(x)在 D 上可导,即 f ′( x)存在,且导数 f ′( x)在 D 上也可导,则称 f(x)在 D 上存在二阶导数,记为 f ″( x)=[ f ′( x)]′,若 f ″( x)<0 在 D 上恒成立,则称 f(x)在 D 上为凸函数.以下四个函数在(0, )上是凸π 2函数的是________(把你认为正确的序号都填上). 导 学 号 25400613① f(x)=sin x+cos x;② f(x)=ln x-2 x;③ f(x)=- x3+2 x-1;④ f(x)= xex.[答案] ①②③[解析] 由①知, f ′( x)=cos x-sin x,则 f ″( x)=-sin x-cos x=- sin(x+ )2π 4<0 在区间(0, )上恒成立;由②知, f ′( x)= -2( x>0),则 f ″( x)=- <0 在区π 2 1x 1x2间(0, )上恒成立;由③知, f ′( x)=-3 x2+2,则 f ″( x)=-6 x<0 在区间(0, )上π 2 π 2恒成立.故①②③中的函数为凸函数.由④知, f ′( x)=e x+ xex, f ″( x)=2e x+ xex=e x(x+2)>0 在区间(0, )上恒成立,故④中的函数不是凸函数.π 24.设 L 为曲线 C: y= 在点(1,0)处的切线.lnxx 导 学 号 25400614(1)求 L 的方程;(2)证明:除切点(1,0)之外,曲线 C 在直线 L 的下方.[答案] (1) y= x-1 (2)略[解析] (1)设 f(x)= ,则 f ′( x)= .lnxx 1- lnxx2所以 f ′(1)=1,即 L 的斜率为 1.又 L 过点(1,0),所以 L 的方程为 y= x-1.(2)令 g(x)= x-1- f(x),则除切点之外,曲线 C 在直线 L 的下方等价于 g(x)>0(∀ x>0, x≠1).g(x)满足 g(1)=0,且 g′( x)=1- f ′( x)= .x2- 1+ lnxx2当 0< x<1 时, x2-1<0,ln x<0,所以 g′( x)<0,故 g(x)单调递减;当 x>1 时, x2-1>0,ln x>0,所以 g′( x)>0,故 g(x)单调递增.所以, g(x)> g(1)=0(∀ x>0 , x≠1).所以除切点之外,曲线 C 在直线 L 的下方.5.(2015·河北唐山一中月考)已知函数 f(x)= ax3+3 x2-6 ax-11, g(x)7=3 x2+6 x+12 和直线 m: y= kx+9,且 f ′(-1)=0. 导 学 号 25400615(1)求 a 的值;(2)是否存在 k,使直线 m 既是曲线 y= f(x)的切线,又是曲线 y= g(x)的切线?如果存在,求出 k 的值;如果不存在,请说明理由.[答案] (1) a=-2 (2) k=0[解析] (1)由已知得 f ′( x)=3 ax2+6 x-6 a,∵ f ′(-1)=0,∴3 a-6-6 a=0,∴ a=-2.(2)存在.由已知得,直线 m 恒过定点(0,9),若直线 m 是曲线 y= g(x)的切线,则设切点为( x0,3x +6 x0+12).20∵ g′( x0)=6 x0+6,∴切线方程为 y-(3 x +6 x0+12)=(6 x0+6)( x- x0),20将(0,9)代入切线方程,解得 x0=±1.当 x0=-1 时,切线方程为 y=9;当 x0=1 时,切线方程为 y=12 x+9.由(1)知 f(x)=-2 x3+3 x2+12 x-11,①由 f ′( x)=0 得-6 x2+6 x+12=0,解得 x=-1 或 x=2.在 x=-1 处, y= f(x)的切线方程为 y=-18;在 x=2 处, y= f(x)的切线方程为 y=9,∴ y= f(x)与 y= g(x)的公切线是 y=9.②由 f ′( x)=12 得-6 x2+6 x+12=12,解得 x=0 或 x=1.在 x=0 处, y= f(x)的切线方程为 y=12 x-11;在 x=1 处, y= f(x)的切线方程为 y=12 x-10,∴ y= f(x)与 y= g(x)的公切线不是 y=12 x+9.综上所述, y= f(x)与 y= g(x)的公切线是 y=9,此时 k=0.12017 高考数学一轮复习 第二章 函数、导数及其应用 第 11 讲 利用导数研究函数的单调性、极值、最值(理)习题A 组 基础巩固一、选择题1. f ′( x)是 f(x)的导函数,若 f ′( x)的图象如图所示,则 f(x)的图象可能是( )导 学 号 25400503[答案] C[分析] → →观 察 导 函 数 图 象f ′ x > 0时 f x 递 增 ,f ′ x < 0时 f x 递 减 得 正 确 选 项[解析] 由导函数的图象可知,当 x<0 时, f ′( x)>0,即函数 f(x)为增函数;当0< x< x1时, f ′( x)<0,即函数 f(x)为减函数;当 x> x1时, f ′( x)>0,即函数 f(x)为增函数.观察选项易知 C 正确.2.设函数 f(x)在 R 上可导,其导函数为 f ′( x),且函数 y=(1- x)f ′( x)的图象如图所示,则下列结论中一定成立的是 ( )导 学 号 25400504A.函数 f(x)有极大值 f(2)和极小值 f(1)B.函数 f(x)有极大值 f(-2)和极小值 f(1)C.函数 f(x)有极大值 f(2)和极小值 f(-2)D.函数 f(x)有极大值 f(-2)和极小值 f(2)[答案] D[分析] →利 用 函 数 y= 1- x f ′ x的 图 象 分 析 各 个 区 间 内f ′ x 的 正 负 结 合 极 值 的 概念 作 出 判 断[解析] 由图可知,当 x<-2 时, f ′( x)>0;当-2< x<1 时, f ′( x)<0;当1< x<2 时, f ′( x)<0;当 x>2 时, f ′( x)>0.由此可以得到函数 f(x)在 x=-2 处取得极大值,在 x=2 处取得极小值.3.(2015·重庆一模)函数 f(x)= x3+ bx2+ cx+ d 的图象如图,则函数2y=log 2(x2+ bx+ )的单调递减区间为 ( )23 c3 导 学 号 25400505A.[ ,+∞) B.[3,+∞)12C.[-2,3] D.(-∞,-2)[答案] D[解析] 因为 f(x)= x3+ bx2+ cx+ d,所以 f ′( x)=3 x2+2 bx+ c.由图可知 f ′(-2)= f ′(3)=0.所以Error! 解得Error!令 g(x)= x2+ bx+ ,23 c3则 g(x)= x2- x-6, g′( x)=2 x-1.由 g(x)= x2- x-6>0,解得 x<-2 或 x>3.当 x< 时, g′( x)<0,12所以 g(x)= x2- x-6 在(-∞,-2)上为减函数.所以函数 y=log 2(x2+ bx+ )的单调递减区间为(-∞,-2).故选 D.23 c34.(2015·陕西)对二次函数 f(x)= ax2+ bx+ c(a 为非零整数),四位同学分别给出下列结论,其中有且只有一个结论是错误的,则错误的结论是 ( )导 学 号 25400506A.-1 是 f(x)的零点 B.1 是 f(x)的极值点C.3 是 f(x)的极值 D.点(2,8)在曲线 y= f(x)上[答案] A[解析] 由 A 知 a- b+ c=0;由 B 知 f ′( x)=2 ax+ b,2a+ b=0;由 C 知 f ′( x)=2 ax+ b,令 f ′( x)=0 可得 x=- ,则 f(- )=3,则 =3;由 D 知b2a b2a 4ac- b24a4a+2 b+ c=8.假设 A 选项错误,则Error!,得Error!,满足题意,故 A 结论错误.同理易知当 B 或 C 或 D 选项错误时不符合题意,故选 A.5.若函数 f(x)= (a>0)在[1,+∞)上的最大值为 ,则 a 的值为xx2+ a 33( )导 学 号 25400507A. B.33 3C. +1 D. -13 3[答案] D3[解析] f ′( x)= = ,x2+ a- 2x2 x2+ a 2 a- x2 x2+ a 2若 a>1,当 x> 时, f ′( x)<0, f(x)单调递减,a当 1< x< 时, f ′( x)>0, f(x)单调递增,a当 x= 时,令 f(x)= = , = <1,不合题意.aa2a 33 a 32若 0< a≤1,则 f ′( x)≤0, f(x)在[1,+∞)上单调递减,∴ f(x)max= f(1)= = , a= -1,故选 D.11+ a 33 36.函数 f(x)在定义域 R 内可导,若 f(x)= f(2- x),且当 x∈(-∞,1)时,( x-1) f ′( x)<0,设 a= f(0), b= f( ), c= f(3),则 ( )12 导 学 号 25400508A. a< b< c B. c< a< bC. c< b< a D. b< c< a[答案] B[解析] 由 f(x)= f(2- x)可得对称轴为 x=1,故 f(3)= f(1+2)= f(1-2)= f(-1).又 x∈(-∞,1)时,( x-1) f ′( x)<0,可知 f ′( x)>0.即 f(x)在(-∞,1)上单调递增, f(-1)< f(0)< f( ),即 c< a< b.12二、填空题7.函数 y= x-2sin x 在(0,2π)内的单调增区间为________. 导 学 号 25400509[答案] ( , )π 3 5π3[解析] ∵ y′=1-2cos x,∴由Error!即Error! 得 < x< .π 3 5π3∴函数 y= x-2sin x 在(0,2π)内的增区间为( , ).π 3 5π38.若函数 f(x)的定义域为 R,且满足 f(2)=2, f ′( x)>1,则不等式 f(x)- x>0 的解集为________. 导 学 号 25400510[答案] (2,+∞)[解析] 令 g(x)= f(x)- x,∴ g′( x)= f ′( x)-1.由题意知 g′( x)>0,∴ g(x)为增函数.∵ g(2)= f(2)-2=0,∴ g(x)>0 的解集为(2,+∞).49.若 y= alnx+ bx2+ x 在 x=1 和 x=2 处有极值,则 a=________, b=________.导 学 号 25400511[答案] - -23 16[解析] y′= +2 bx+1.ax由已知Error! 解得Error!10.已知 y= f(x)是奇函数,当 x∈(0,2)时, f(x)=ln x- ax(a> ),当 x∈(-2,0)时,12f(x)的最小值为 1,则 a=________. 导 学 号 25400512[答案] 1[解析] ∵ f(x)是奇函数,且当 x∈(-2,0)时, f(x)的最小值为 1,∴ f(x)在(0,2)上的最大值为-1.当 x∈(0,2)时, f ′( x)= - a,令 f ′( x)=0 得 x= ,又1x 1aa> ,∴0< <2.当 x< 时, f ′( x)>0, f(x)在(0, )上单调递增;当 x> 时, f ′( x)12 1a 1a 1a 1a<0, f(x)在( ,2)上单调递减,∴ f(x)max= f( )=ln - a· =-1,解得 a=1.1a 1a 1a 1a三、解答题11.已知函数 f(x)=e x- kx2, x∈R.若 f(x)在区间(0,+∞)上单调递增,试求 k 的取值范围. 导 学 号 25400513[答案] (-∞, ]e2[解析] 方法一(分离参数法): f ′( x)=e x-2 kx.当 x>0 时,由 ex-2 kx≥0,得 k≤ 在(0,+∞)上恒成立,令 p(x)= ,则有ex2x ex2xk≤ p(x)min,则 p′( x)= ,令 p′( x)=0,解得 x=1,ex x- 12x2列表如下:x (0,1) 1 (1,+∞)p′( x) - 0 +p(x) 极小值 故函数 p(x)在 x=1 处取得极小值,亦即最小值.因为 p(x)min= p(1)= ,所以 k≤ ,故实数 k 的取值范围是(-∞, ].e2 e2 e2方法二(分类讨论法): f ′( x)=e x-2 kx,若 k≤0,显然 f ′( x)>0,则 f(x)在区间(0,+∞)上单调递增;记 φ (x)5=e x-2 kx,则 φ ′( x)=e x-2 k,当 0< k< 时,因为 ex>e 0=1,2 k<1,所以 φ ′( x)>0,则 φ (x)在(0,+∞)上单调12递增,于是 f ′( x)= φ (x)> φ (0)=1>0,所以 f(x)在(0,+∞)上单调递增.当 k≥ 时, φ (x)=e x-2 kx 在(0,ln(2 k))上单调递减,在(ln(2 k),+∞)上单调递增,12于是 f ′( x)= φ (x)≥ φ (ln(2k))=e ln(2k)-2 kln(2k),由 eln(2k)-2 kln(2k)≥0,得 2k-2 kln(2k)≥0,则 ≤ k≤ .12 e2综上所述, k 的取值范围是(-∞, ].e212.已知函数 f(x)= (a>0)的导函数 y= f ′( x)的两个零点为-3 和 0.ax2+ bx+ cex导 学 号 25400514(1)求 f(x)的单调区间;(2)若 f(x)的极小值为-e 3,求 f(x)在区间[-5,+∞)上的最大值.[答案] (1)增区间(-3,0),减区间(-∞,-3)和(0,+∞) (2)5e 5[解析] (1) f ′( x)= 2ax+ b ex- ax2+ bx+ c ex ex 2= .- ax2+ 2a- b x+ b- cex令 g(x)=- ax2+(2 a- b)x+ b- c,因为 ex>0,所以 y= f ′( x)的零点就是 g(x)=- ax2+(2 a- b)x+ b- c 的零点,且 f ′( x)与 g(x)符号相同.又因为 a>0,所以-3< x<0 时, g(x)>0,即 f ′( x)>0,当 x<-3 或 x>0 时, g(x)<0,即 f ′( x)<0,所以 f(x)的单调增区间是(-3,0),单调减区间是(-∞,-3),(0,+∞).(2)由(1)知, x=-3 是 f(x)的极小值点,所以有Error!解得 a=1, b=5, c=5,所以 f(x)= .x2+ 5x+ 5ex因为 f(x)的单调增区间是(-3,0),单调减区间是(-∞,-3),(0,+∞),所以 f(0)=5 为函数 f(x)的极大值,故 f(x)在区间[-5,+∞)上的最大值取 f(-5)和 f(0)中的最大者.6而 f(-5)= =5e 5>5= f(0),5e- 5所以函数 f(x)在区间[-5,+∞)上的最大值是 5e5.B 组 能力提升1.(改编题)已知函数 y=( )f ′( x)的图象如图,则函数 f(x)的单调增区间为12( )导 学 号 25400515A.(-∞,1) B.(-∞,0)和(2,+∞)C.R D.(1,2)[答案] B[解析] 因为函数 y=( )x是 R 上的减函数,12所以 f ′( x)>0 的充要条件是 0<( )f ′( x)<1.12由图象可知,当 x∈(-∞,0)∪(2,+∞)时,0<( )f ′( x)<1,即 f ′( x)>0.所以12函数 f(x)的单调增区间为(-∞,0)和(2,+∞),故选 B.2.(2015·云南师大附中适应性考试)设函数 f(x)=e x(sinx-cos x)(0≤ x≤2 015π),则函数 f(x)的各极小值之和为 ( )导 学 号 25400516A.- B.-e2π 1- e2 015π 1- e2π e2π 1- e2 015π 1- eπC.- D.-1- e2 016π1- e2π e2π 1- e2 014π 1- e2π[答案] D[解析] ∵ f ′( x)=2e xsinx,∴当 x∈(2 kπ+π,2 kπ+2π)( k∈Z)时, f ′( x)<0, f(x)单调递减,当 x∈(2 kπ+2π,2 kπ+3π)( k∈Z)时, f ′( x)>0, f(x)单调递增,故当 x=2 kπ+2π( k∈Z)时, f(x)取极小值,其极小值为 f(2kπ+2π)=-e 2kπ+2π (k∈Z),又 0≤ x≤2 015π,所以 f(x)的各极小值之和S=-e 2π -e 4π -…-e 2 014π =- ,故选 D.e2π 1- e2 014π 1- e2π3.定义在 R 上的函数 f(x)满足: f(x)+ f ′( x)>1, f(0)=4,则不等式 exf(x)>e x+3(其中 e 为自然对数的底数)的解集为________. 导 学 号 25400517[答案] (0,+∞)7[解析] 设 g(x)=e xf(x)-e x(x∈R),则 g′( x)=e xf(x)+e xf ′( x)-e x=e x[f(x)+ f ′( x)-1],因为 f(x)+ f ′( x)>1,所以 f(x)+ f ′( x)-1>0,所以 g′( x)>0,所以g(x)在 R 上单调递增.因为 exf(x)>e x+3,所以 g(x)>3.又 g(0)=e 0[f(0)-1]=4-1=3,所以 g(x)> g(0),所以 x>0.4.已知 f(x)= ax-ln x, x∈(0,e], g(x)= ,其中 e 是自然对数的底数, a∈R.lnxx导 学 号 25400518(1)讨论 a=1 时,函数 f(x)的单调性和极值;(2)求证:在(1)的条件下, f(x)> g(x)+ ;12(3)是否存在正实数 a,使 f(x)的最小值是 3?若存在,求出 a 的值;若不存在,请说明理由.[答案] (1)减区间(0,1),增区间(1,e],极小值为 1 (2)略 (3) a=e 2[解析] (1)∵ a=1,∴ f(x)= x-ln x, f ′( x)=1- = ,1x x- 1x∴当 0< x<1 时, f ′( x)<0,此时 f(x)单调递减;当 1< x≤e 时, f ′( x)>0,此时 f(x)单调递增.∴ f(x)的极小值为 f(1)=1.(2)证明 ∵ f(x)的极小值为 1,即 f(x)在(0,e]上的最小值为 1,∴[ f(x)]min=1.又 g′( x)= ,1- lnxx2∴当 0< x<e 时, g′( x)>0, g(x)在(0,e]上单调递增.∴[ g(x)]max= g(e)= < ,1e 12∴[ f(x)]min-[ g(x)]max> ,12∴在(1)的条件下, f(x)> g(x)+ .12(3)假设存在正实数 a,使 f(x)= ax-ln x(x∈(0,e])有最小值 3,则 f ′( x)= a- = .1x ax- 1x①当 0< <e 时, f(x)在(0, )上单调递减,1a 1a在( ,e]上单调递增,1a[f(x)]min= f( )=1+ln a=3, a=e 2,满足条件;1a8②当 ≥e 时, f(x)在(0,e]上单调递减,1a[f(x)]min= f(e)= ae-1=3,a= (舍去),所以,此时 f(x)无最小值.4e综上,存在实数 a=e 2,使得当 x∈(0,e]时 f(x)有最小值 3.5.设 f(x)= + xlnx, g(x)= x3- x2-3.ax 导 学 号 25400519(1)如果存在 x1, x2∈[0,2]使得 g(x1)- g(x2)≥ M 成立,求满足上述条件的最大整数M;(2)如果对于任意的 s, t∈[ ,2],都有 f(s)≥ g(t)成立,求实数 a 的取值范围.12[答案] (1)4 (2)[1,+∞)[解析] (1)存在 x1, x2∈[0,2]使得 g(x1)- g(x2)≥ M 成立,等价于[ g(x1)- g(x2)]max≥ M.由 g(x)= x3- x2-3,得 g′( x)=3 x2-2 x=3 x(x- ).23由 g′( x)>0 得 x<0 或 x> ,又 x∈[0,2],所以 g(x)在[0, ]上是单调递减函数,23 23在[ ,2]上是单调递增函数,所以 g(x)min= g( )=- , g(x)max= g(2)=1.23 23 8527故[ g(x1)- g(x2)]max= g(x)max- g(x)min= ≥ M,11227则满足条件的最大整数 M=4.(2)对于任意的 s, t∈[ ,2],都有 f(s)≥ g(t)成立,等价于在[ ,2]上,函数 f(x)12 12min≥ g(x)max.由(1)可知在[ ,2]上, g(x)的最大值为 g(2)=1.12在[ ,2]上, f(x)= + xlnx≥1 恒成立等价于 a≥ x- x2lnx 恒成立.12 ax设 h(x)= x- x2lnx, h′( x)=1-2 xlnx- x,可知 h′( x)在[ ,2]上是减函数,又12h′(1)=0,所以当 1< x<2 时, h′( x)<0;当 < x<1 时, h′( x)>0.12即函数 h(x)= x- x2lnx 在[ ,1]上单调递增,在[1,2]上单调递减,所以 h(x)max= h(1)12=1,即实数 a 的取值范围是[1,+∞).9[点拨] 如果一个问题的求解中既有“存在性”又有“恒成立”问题,那么需要对问题作等价转化,使之变成与典例 1、典例 2 相关的问题去求解,这里一定要注意转化的等价性、巧妙性,防止在转化中出错而使问题的求解出错.
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