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数 学
B单元 函数与导数
B1 函数及其表示
5.B1[2016·江苏卷] 函数y=的定义域是________.
5.[-3,1] [解析] 令3-2x-x2≥0可得x2+2x-3≤0,解得-3≤x≤1,故所求函数的定义域为[-3,1].
11.B1、B4[2016·江苏卷] 设f(x)是定义在R上且周期为2的函数,在区间[-1,1)上,f(x)=其中a∈R.若f(-)=f(),则f(5a)的值是________.
11.- [解析] 因为f(x)的周期为2,所以f(-)=f(-)=-+a,f()=f()=,
即-+a=,所以a=,故f(5a)=f(3)=f(-1)=-.
B2 反函数
5.B2[2016·上海卷] 已知点(3,9)在函数f(x)=1+ax的图像上,则f(x)的反函数f-1(x)=________.
5.log2(x-1),x∈(1,+∞) [解析] 将点(3,9)的坐标代入函数f(x)的解析式得a=2,所以f(x)=1+2x,所以f-1(x)=log2(x-1),x∈(1,+∞).
B3 函数的单调性与最值
14.B3,B12[2016·北京卷] 设函数f(x)=
①若a=0,则f(x)的最大值为________;
②若f(x)无最大值,则实数a的取值范围是________.
14.①2 ②(-∞,-1) [解析] 由(x3-3x)′=3x2-3=0,得x=±1,作出函数y=x3-3x和y=-2x的图像,如图所示.①当a=0时,由图像可得f(x)的最大值为f(-1)=2.②由图像可知当a≥-1时,函数f(x)有最大值;当a<-1时,y=-2x在x>a时无最大值,且-2a>a3-3a,所以a<-1.
13.B3、B4[2016·天津卷] 已知f(x)是定义在R上的偶函数,且在区间(-∞,0)上单调递增.若实数a满足f(2|a-1|)>f(-),则a的取值范围是________.
13.(,) [解析] 由f(x)是偶函数,且f(x)在区间(-∞,0)上单调递增,得f(x)在区间(0,+∞)上单调递减.
又f(2|a-1|)>f(-),f(-)=f(),∴2|a-1|<,即|a-1|<,∴0,则-x<0.∵x<0时,f(x)=ln(-x)+3x,∴f(-x)=ln x-3x,又∵f(-x)=f(x),∴当x>0时,f(x)=ln x-3x,∴f′(x)=-3,即f′(1)=-2,∴曲线y=f(x)在点(1,-3)处的切线方程为y+3=-2(x-1),整理得y=-2x-1.
14.B4[2016·四川卷] 已知函数f(x)是定义在R上的周期为2的奇函数,当0<x<1时,f(x)=4x,则f-+f(1)=________.
14.-2 [解析] 因为f(x)是周期为2的函数,所以f(x)=f(x+2).
因为f(x)是奇函数,所以f(x)=-f(-x),
所以f(1)=f(-1),f(1)=-f(-1),即f(1)=0.
又f=f=-f,f=4=2,
所以f=-2,从而f+f(1)=-2.
9.B4[2016·山东卷] 已知函数f(x)的定义域为R.当x<0时,f(x)=x3-1;当-1≤x≤1时,f(-x)=-f(x);当x>时,fx+=fx-.则f(6)=( )
A.-2 B.-1
C.0 D.2
9.D [解析] ∵当x>时,f(x+)=f(x-),∴f(x)的周期为1,则f(6)=f(1).
又∵当-1≤x≤1时,f(-x)=-f(x),∴f(1)=-f(-1).
又∵当x<0时,f(x)=x3-1,∴f(-1)=(-1)3-1=-2,∴f(6)=-f(-1)=2.
13.B3、B4[2016·天津卷] 已知f(x)是定义在R上的偶函数,且在区间(-∞,0)上单调递增.若实数a满足f(2|a-1|)>f(-),则a的取值范围是________.
13.(,) [解析] 由f(x)是偶函数,且f(x)在区间(-∞,0)上单调递增,得f(x)在区间(0,+∞)上单调递减.
又f(2|a-1|)>f(-),f(-)=f(),∴2|a-1|<,即|a-1|<,∴y>0,则( )
A.->0
B.sin x-sin y>0
C.x-y<0
D.ln x+ln y>0
5.C [解析] 选项A中,因为x>y>0,所以<,即-<0,故结论不成立;选项B中,当x=,y=时,sin x-sin y<0,故结论不成立;选项C中,函数y=x是定义在R上的减函数,因为x>y>0,所以x0,b>0,a≠1,b≠1).
(1)设a=2,b=.
①求方程f(x)=2的根;
②若对于任意x∈R,不等式f(2x)≥mf(x)-6恒成立,求实数m的最大值;
(2)若01,函数g(x)=f(x)-2有且只有1个零点,求ab的值.
19.解:(1)因为a=2,b=,所以f(x)=2x+2-x.
①方程f(x)=2,即2x+2-x=2,亦即(2x)2-2×2x+1=0,
所以(2x-1)2=0,于是2x=1,解得x=0.
②由条件知f(2x)=22x+2-2x=(2x+2-x)2-2=[f(x)]2-2.
因为f(2x)≥mf(x)-6对于x∈R恒成立,且f(x)>0,
所以m≤对于x∈R恒成立.
而=f(x)+≥2=4,且=4,
所以m≤4,故实数m的最大值为4.
(2)因为函数g(x)=f(x)-2只有1个零点,而g(0)=f(0)-2=a0+b0-2=0,
所以0是函数g(x)的唯一零点.
因为g′(x)=axln a+bxln b,又由01知ln a<0,ln b>0,
所以g′(x)=0有唯一解x0=log-.
令h(x)=g′(x),则h′(x)=(axln a+bxln b)′=ax(ln a)2+bx(ln b)2,
从而对任意x∈R,h′(x)>0,所以g′(x)=h(x)是(-∞,+∞)上的单调增函数.
于是当x∈(-∞,x0)时,g′(x)g′(x0)=0.
因而函数g(x)在(-∞,x0)上是单调减函数,在(x0,+∞)上是单调增函数.
下证x0=0.
若x0<0,则x0<<0,于是galoga2-2=0,且函数g(x)在以和loga2为端点的闭区间上的图像不间断,所以在区间,loga2上存在g(x)的零点,记为x1.因为00,同理可得,在和logb2之间存在g(x)的非0的零点,矛盾.
因此,x0=0.
于是-=1,故ln a+ln b=0,所以ab=1.
6.B6[2016·全国卷Ⅲ] 已知a=2,b=4,c=25,则( )
A.b4=2=a,故bb>1.若logab+logba=,ab=ba,则a=________,b=________.
12.4 2 [解析] 设t=logab,则logba=.∵a>b>1,∴0y>0,则( )
A.->0
B.sin x-sin y>0
C.x-y<0
D.ln x+ln y>0
5.C [解析] 选项A中,因为x>y>0,所以<,即-<0,故结论不成立;选项B中,当x=,y=时,sin x-sin y<0,故结论不成立;选项C中,函数y=x是定义在R上的减函数,因为x>y>0,所以xb>1,0==logab,此时>1,0,进而lg a.
(i)当0<α≤时,g(t)在(-1,1)内无极值点,|g(-1)|=α,|g(1)|=2-3α,|g(-1)|<|g(1)|,所以A=2-3α.
(ii)当<α<1时,由g(-1)-g(1)=2(1-α)>0,知g(-1)>g(1)> g().
又|g()|-|g(-1)|=>0,所以A=|g()|=.
综上,A=
(3)证明:由(1)得|f′(x)|=|-2αsin 2x-(α-1)sin x|≤2α+|α-1|.
当0<α≤时,|f′(x)|≤1+α≤2-4α<2(2-3α)=2A.
当<α<1时,A=++≥1,所以|f′(x)|≤1+α<2A.
当α≥1时,|f′(x)|≤3α-1≤6α-4=2A,所以|f′(x)|≤2A.
9.B7,E6[2016·四川卷] 设直线l1,l2分别是函数f(x)=图像上点P1,P2处的切线,l1与l2垂直相交于点P,且l1,l2分别与y轴相交于点A,B,则△PAB的面积的取值范围是( )
A.(0,1) B.(0,2)
C.(0,+∞) D.(1,+∞)
9.A [解析] 不妨设P1(x1,y1),P2(x2,y2),其中0b>1.若logab+logba=,ab=ba,则a=________,b=________.
12.4 2 [解析] 设t=logab,则logba=.∵a>b>1,∴00,则f′(x)在(0,1)上存在零点,即f(x)在(0,1)上存在极值,据此可知,只能为选项B,D中的图像.当x=2时,y=8-e2<1,故选D.
8.B7,B8,E1[2016·全国卷Ⅰ] 若a>b>1,0==logab,此时>1,0,进而lg a0,b>0,a≠1,b≠1).
(1)设a=2,b=.
①求方程f(x)=2的根;
②若对于任意x∈R,不等式f(2x)≥mf(x)-6恒成立,求实数m的最大值;
(2)若01,函数g(x)=f(x)-2有且只有1个零点,求ab的值.
19.解:(1)因为a=2,b=,所以f(x)=2x+2-x.
①方程f(x)=2,即2x+2-x=2,亦即(2x)2-2×2x+1=0,
所以(2x-1)2=0,于是2x=1,解得x=0.
②由条件知f(2x)=22x+2-2x=(2x+2-x)2-2=[f(x)]2-2.
因为f(2x)≥mf(x)-6对于x∈R恒成立,且f(x)>0,
所以m≤对于x∈R恒成立.
而=f(x)+≥2=4,且=4,
所以m≤4,故实数m的最大值为4.
(2)因为函数g(x)=f(x)-2只有1个零点,而g(0)=f(0)-2=a0+b0-2=0,
所以0是函数g(x)的唯一零点.
因为g′(x)=axln a+bxln b,又由01知ln a<0,ln b>0,
所以g′(x)=0有唯一解x0=log-.
令h(x)=g′(x),则h′(x)=(axln a+bxln b)′=ax(ln a)2+bx(ln b)2,
从而对任意x∈R,h′(x)>0,所以g′(x)=h(x)是(-∞,+∞)上的单调增函数.
于是当x∈(-∞,x0)时,g′(x)g′(x0)=0.
因而函数g(x)在(-∞,x0)上是单调减函数,在(x0,+∞)上是单调增函数.
下证x0=0.
若x0<0,则x0<<0,于是galoga2-2=0,且函数g(x)在以和loga2为端点的闭区间上的图像不间断,所以在区间,loga2上存在g(x)的零点,记为x1.因为00,同理可得,在和logb2之间存在g(x)的非0的零点,矛盾.
因此,x0=0.
于是-=1,故ln a+ln b=0,所以ab=1.
15.B9[2016·山东卷] 已知函数f(x)=其中m>0.若存在实数b,使得关于x的方程f(x)=b有三个不同的根,则m的取值范围是________.
15.(3,+∞) [解析] 画出函数f(x)的图像如图所示,根据已知得m>4m-m2,又m>0,解得m>3,故实数 m的取值范围是(3,+∞).
B10 函数模型及其应用
B11 导数及其运算
21.B11,B12,E8[2016·四川卷] 设函数f(x)=ax2-a-ln x,其中a∈R.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)确定a的所有可能取值,使得f(x)>-e1-x在区间(1,+∞)内恒成立(e=2.718…为自然对数的底数).
21.解:(1)f′(x)=2ax-=(x>0).
当a≤0时,f′(x)<0,f(x)在(0,+∞)内单调递减.
当a>0时,由f′(x)=0,有x=,
此时,当x∈(0,)时,f′(x)<0,f(x)单调递减;当x∈(,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
(2)令g(x)=-,s(x)=ex-1-x,
则s′(x)=ex-1-1.
而当x>1时,s′(x)>0,
所以s(x)在区间(1,+∞)内单调递增.
又s(1)=0,所以当x>1时,s(x)>0,
从而当x>1时,g(x)>0.
当a≤0,x>1时,f(x)=a(x2-1)-ln x<0,
故当f(x)>g(x)在区间(1,+∞)内恒成立时,必有a>0.
当01.
由(1)有f()0,
所以此时f(x)>g(x)在区间(1,+∞)内不恒成立.
当a≥时,令h(x)=f(x)-g(x)(x≥1).当x>1时,h′(x)=2ax-+-e1-x>x-+-=>>0.
因此,h(x)在区间(1,+∞)内单调递增.
又因为h(1)=0,所以当x>1时,h(x)=f(x)-g(x)>0,即f(x)>g(x)恒成立.
综上,a∈[,+∞).
B12 导数的应用
14.B3,B12[2016·北京卷] 设函数f(x)=
①若a=0,则f(x)的最大值为________;
②若f(x)无最大值,则实数a的取值范围是________.
14.①2 ②(-∞,-1) [解析] 由(x3-3x)′=3x2-3=0,得x=±1,作出函数y=x3-3x和y=-2x的图像,如图所示.①当a=0时,由图像可得f(x)的最大值为f(-1)=2.②由图像可知当a≥-1时,函数f(x)有最大值;当a<-1时,y=-2x在x>a时无最大值,且-2a>a3-3a,所以a<-1.
17.G1、G7、B12[2016·江苏卷] 现需要设计一个仓库,它由上下两部分组成,上部的形状是正四棱锥P A1B1C1D1,下部的形状是正四棱柱ABCD A1B1C1D1(如图15所示),并要求正四棱柱的高O1O是正四棱锥的高PO1的4倍.
(1)若AB=6 m,PO1=2 m,则仓库的容积是多少?
(2)若正四棱锥的侧棱长为6 m,则当PO1为多少时,仓库的容积最大?
图15
17.解:(1)由PO1=2知O1O=4PO1=8.
因为A1B1=AB=6,
所以正四棱锥P A1B1C1D1的体积V锥=·A1B·PO1=×62×2=24(m3),
正四棱柱ABCD A1B1C1D1的体积V柱=AB2·O1O=62×8=288(m3).
所以仓库的容积V=V锥+V柱=24+288=312(m3).
(2)设A1B1=a(m),PO1=h(m),则00,V是单调增函数;
当20,b>0,a≠1,b≠1).
(1)设a=2,b=.
①求方程f(x)=2的根;
②若对于任意x∈R,不等式f(2x)≥mf(x)-6恒成立,求实数m的最大值;
(2)若01,函数g(x)=f(x)-2有且只有1个零点,求ab的值.
19.解:(1)因为a=2,b=,所以f(x)=2x+2-x.
①方程f(x)=2,即2x+2-x=2,亦即(2x)2-2×2x+1=0,
所以(2x-1)2=0,于是2x=1,解得x=0.
②由条件知f(2x)=22x+2-2x=(2x+2-x)2-2=[f(x)]2-2.
因为f(2x)≥mf(x)-6对于x∈R恒成立,且f(x)>0,
所以m≤对于x∈R恒成立.
而=f(x)+≥2=4,且=4,
所以m≤4,故实数m的最大值为4.
(2)因为函数g(x)=f(x)-2只有1个零点,而g(0)=f(0)-2=a0+b0-2=0,
所以0是函数g(x)的唯一零点.
因为g′(x)=axln a+bxln b,又由01知ln a<0,ln b>0,
所以g′(x)=0有唯一解x0=log-.
令h(x)=g′(x),则h′(x)=(axln a+bxln b)′=ax(ln a)2+bx(ln b)2,
从而对任意x∈R,h′(x)>0,所以g′(x)=h(x)是(-∞,+∞)上的单调增函数.
于是当x∈(-∞,x0)时,g′(x)g′(x0)=0.
因而函数g(x)在(-∞,x0)上是单调减函数,在(x0,+∞)上是单调增函数.
下证x0=0.
若x0<0,则x0<<0,于是galoga2-2=0,且函数g(x)在以和loga2为端点的闭区间上的图像不间断,所以在区间,loga2上存在g(x)的零点,记为x1.因为00,同理可得,在和logb2之间存在g(x)的非0的零点,矛盾.
因此,x0=0.
于是-=1,故ln a+ln b=0,所以ab=1.
7.B8,B12[2016·全国卷Ⅰ] 函数y=2x2-e|x|在[-2,2]的图像大致为( )
图12
7.D [解析] 易知该函数为偶函数,只要考虑当x≥0时的情况即可,此时y=2x2-ex.令f(x)=2x2-ex,则f′(x)=4x-ex,则f′(0)<0,f′(1)>0,则f′(x)在(0,1)上存在零点,即f(x)在(0,1)上存在极值,据此可知,只能为选项B,D中的图像.当x=2时,y=8-e2<1,故选D.
21.B12[2016·全国卷Ⅰ] 已知函数f(x)=(x-2)ex+a(x-1)2有两个零点.
(1)求a的取值范围;
(2)设x1,x2是f(x)的两个零点,证明:x1+x2<2.
21.解:(1)f′(x)=(x-1)ex+2a(x-1)=(x-1)(ex+2a).
(i)设a=0,则f(x)=(x-2)ex,f(x)只有一个零点.
(ii)设a>0,则当x∈(-∞,1)时,f′(x)<0;当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0.所以f(x)在(-∞,1)单调递减,在(1,+∞)单调递增.
又f(1)=-e,f(2)=a,取b满足b<0且b(b-2)+a(b-1)2=a(b2-b)>0,
故f(x)存在两个零点.
(iii)设a<0,由f′(x)=0得x=1或x=ln(-2a).
若a≥-,则ln(-2a)≤1,故当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,因此f(x)在(1,+∞)单调递增.又当x≤1时,f(x)<0,所以f(x)不存在两个零点.
若a<-,则ln(-2a)>1.故当x∈(1,ln(-2a))时,f′(x)<0;当x∈(ln(-2a),+∞) 时,f′(x)>0.因此f(x)在(1,ln(-2a))单调递减,在(ln(-2a),+∞)单调递增.又当x≤1时,f(x)<0,所以f(x)不存在两个零点.
综上,a的取值范围为(0,+∞).
(2)证明:不妨设x1f(2-x2),即f(2-x2)<0.
由于f(2-x2)=-x2e2-x2+a(x2-1)2,而f(x2)=(x2-2)ex2+a(x2-1)2=0,
所以f(2-x2)=-x2e2-x2-(x2-2)ex2.
设g(x)=-xe2-x-(x-2)ex,
则g′(x)=(x-1)(e2-x-ex).
所以当x>1时,g′(x)<0,而g(1)=0,故当x>1时,g(x)<0,
从而g(x2)=f(2-x2)<0,故x1+x2<2.
15.B4、B12[2016·全国卷Ⅲ] 已知f(x)为偶函数,当x<0时,f(x)=ln(-x)+3x,则曲线y=f(x)在点(1,-3)处的切线方程是________.
15.y=-2x-1 [解析] 设x>0,则-x<0.∵x<0时,f(x)=ln(-x)+3x,∴f(-x)=ln x-3x,又∵f(-x)=f(x),∴当x>0时,f(x)=ln x-3x,∴f′(x)=-3,即f′(1)=-2,∴曲线y=f(x)在点(1,-3)处的切线方程为y+3=-2(x-1),整理得y=-2x-1.
21.B12、B14、B7[2016·全国卷Ⅲ] 设函数f(x)=αcos 2x+(α-1)(cos x+1),其中α>0,记|f(x)|的最大值为A.
(1)求f′(x);
(2)求A;
(3)证明:|f′(x)|≤2A.
21.解:(1)f′(x)=-2αsin 2x-(α-1)sin x.
(2)当α≥1时,|f(x)|=|αcos 2x+(α-1)(cos x+1)|≤α+2(α-1)=3α-2=f(0),
因此A=3α-2.
当0<α<1时,将f(x)变形为f(x)=2αcos2x+(α-1)cos x-1.
令g(t)=2αt2+(α-1)t-1,则A是|g(t)|在[-1,1]上的最大值,g(-1)=α,g(1)=3α-2,且当t=时,g(t)取得极小值,极小值为g()=--1=-.
令-1<<1,解得α<-(舍去)或α>.
(i)当0<α≤时,g(t)在(-1,1)内无极值点,|g(-1)|=α,|g(1)|=2-3α,|g(-1)|<|g(1)|,所以A=2-3α.
(ii)当<α<1时,由g(-1)-g(1)=2(1-α)>0,知g(-1)>g(1)> g().
又|g()|-|g(-1)|=>0,所以A=|g()|=.
综上,A=
(3)证明:由(1)得|f′(x)|=|-2αsin 2x-(α-1)sin x|≤2α+|α-1|.
当0<α≤时,|f′(x)|≤1+α≤2-4α<2(2-3α)=2A.
当<α<1时,A=++≥1,所以|f′(x)|≤1+α<2A.
当α≥1时,|f′(x)|≤3α-1≤6α-4=2A,所以|f′(x)|≤2A.
21.B11,B12,E8[2016·四川卷] 设函数f(x)=ax2-a-ln x,其中a∈R.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)确定a的所有可能取值,使得f(x)>-e1-x在区间(1,+∞)内恒成立(e=2.718…为自然对数的底数).
21.解:(1)f′(x)=2ax-=(x>0).
当a≤0时,f′(x)<0,f(x)在(0,+∞)内单调递减.
当a>0时,由f′(x)=0,有x=,
此时,当x∈(0,)时,f′(x)<0,f(x)单调递减;当x∈(,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
(2)令g(x)=-,s(x)=ex-1-x,
则s′(x)=ex-1-1.
而当x>1时,s′(x)>0,
所以s(x)在区间(1,+∞)内单调递增.
又s(1)=0,所以当x>1时,s(x)>0,
从而当x>1时,g(x)>0.
当a≤0,x>1时,f(x)=a(x2-1)-ln x<0,
故当f(x)>g(x)在区间(1,+∞)内恒成立时,必有a>0.
当01.
由(1)有f()0,
所以此时f(x)>g(x)在区间(1,+∞)内不恒成立.
当a≥时,令h(x)=f(x)-g(x)(x≥1).当x>1时,h′(x)=2ax-+-e1-x>x-+-=>>0.
因此,h(x)在区间(1,+∞)内单调递增.
又因为h(1)=0,所以当x>1时,h(x)=f(x)-g(x)>0,即f(x)>g(x)恒成立.
综上,a∈[,+∞).
16.B12[2016·全国卷Ⅱ] 若直线y=kx+b是曲线y=ln x+2的切线,也是曲线y=ln(x+1)的切线,则b=________.
16.1-ln 2 [解析] 曲线y=ln x+2的切线为y=·x+ln x1+1(其中x1为切点横坐标),
曲线y=ln(x+1)的切线为y=·x+ln(x2+1)-(其中x2为切点横坐标).
由题可知
解得
∴b=ln x1+1=1-ln 2.
21.B12[2016·全国卷Ⅱ] (1)讨论函数f(x)=ex的单调性,并证明当x>0时,(x-2)ex+
x+2>0.
(2)证明:当a∈[0,1)时,函数g(x)=(x>0)有最小值.设g(x)的最小值为h(a),求函数h(a)的值域.
21.解:(1)f(x)的定义域为(-∞,-2)∪(-2,+∞).
f′(x)=≥0,
当且仅当x=0时,f′(x)=0,所以f(x)在(-∞,-2),(-2,+∞)上单调递增.
因此当x∈(0,+∞)时,f(x)>f(0)=-1.
所以(x-2)ex>-(x+2),即(x-2)ex+x+2>0.
(2)证明:g′(x)==[f(x)+a].
由(1)知,f(x)+a单调递增,对任意a∈[0,1),f(0)+a=a-1<0,f(2)+a=a≥0,
因此,存在唯一xa∈(0,2],使得f(xa)+a=0,即g′(xa)=0.
当0xa时,f(x)+a>0,g′(x)>0,g(x)单调递增.
因此g(x)在x=xa处取得最小值,最小值为
g(xa)===,
于是h(a)=.由′=>0(x>0),可知y=(x>0)单调递增,
所以,由xa∈(0,2],得=f′(x)+对于任意的x∈[1,2]成立.
20.解:(1)f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=a--+=.
当a≤0时,若x∈(0,1),则f′(x)>0,f(x)单调递增,
若x∈(1,+∞),则f′(x)<0,f(x)单调递减.
当a>0时,f′(x)=(x-)(x+).
(i)当01.
当x∈(0,1)或x∈(,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
当x∈(1,)时,f′(x)<0,f(x)单调递减.
(ii)当a=2时,=1,在区间(0,+∞)内,f′(x)≥0,f(x)单调递增.
(iii)当a>2时,0<<1.
当x∈(0,)或x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,
当x∈,1时,f′(x)<0,f(x)单调递减.
综上所述,当a≤0时,f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减;
当0<a<2时,f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,)上单调递减,在(,+∞)上单调递增;
当a=2时,f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当a>2时,f(x)在(0,)上单调递增,在(,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增.
(2)证明:由(1)知,当a=1时,
f(x)-f′(x)=x-ln x+-(1--+)=x-ln x++--1,x∈[1,2].
设g(x)=x-ln x,h(x)=+--1,x∈[1,2],
则f(x)-f′(x)=g(x)+h(x).
由g′(x)=≥0,
可得g(x)≥g(1)=1,
当且仅当x=1时取得等号.
又h′(x)=.
设φ(x)=-3x2-2x+6,则φ(x)在[1,2]上单调递减.
因为φ(1)=1,φ(2)=-10,
所以∃x0∈(1,2),使得当x∈(1,x0)时,φ(x)>0,x∈(x0,2)时,φ(x)<0.
所以h(x)在(1,x0)上单调递增,在(x0,2)上单调递减.
由h(1)=1,h(2)=,可得h(x)≥h(2)=,
当且仅当x=2时取得等号.
所以f(x)-f′(x)>g(1)+h(2)=,
即f(x)>f′(x)+对于任意的x∈[1,2]成立.
20.B12[2016·天津卷] 设函数f(x)=(x-1)3-ax-b,x∈R,其中a,b∈R.
(1)求f(x)的单调区间;
(2)若f(x)存在极值点x0,且f(x1)=f(x0),其中x1≠x0,求证:x1+2x0=3;
(3)设a>0,函数g(x)=|f(x)|,求证:g(x)在区间[0,2]上的最大值不小于.
20.解:(1)由f(x)=(x-1)3-ax-b,可得f′(x)=3(x-1)2-a.
下面分两种情况讨论:
(i)当a≤0时,有f′(x)=3(x-1)2-a≥0恒成立,所以f(x)的单调递增区间为(-∞,+∞).
(ii)当a>0时,令f′(x)=0,解得x=1+或x=1-.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x
(-∞,1-)
1-
(1-,1+)
1+
(1+,+∞)
f′(x)
+
0
-
0
+
f(x)
单调递增
极大值
单调递减
极小值
单调递增
所以f(x)的单调递减区间为(1-,1+),单调递增区间为(-∞,1-),(1+,+∞).
(2)证明:因为f(x)存在极值点,所以由(1)知a>0,且x0≠1.由题意,得f′(x0)=3(x0-1)2-a=0,即(x0-1)2=,进而f(x0)=(x0-1)3-ax0-b=-x0--b.
又f(3-2x0)=(2-2x0)3-a(3-2x0)-b=(1-x0)+2ax0-3a-b=-x0--b=f(x0),且3-2x0≠x0,
由题意及(1)知,存在唯一实数x1满足f(x1)=f(x0),且x1≠x0,因此x1=3-2x0,
所以x1+2x0=3.
(3)证明:设g(x)在区间[0,2]上的最大值为M,max{x,y}表示x,y两数的最大值.下面分三种情况讨论:
(i)当a≥3时,1-≤0<2≤1+,由(1)知,f(x)在区间[0,2]上单调递减,所以f(x)在区间[0,2]上的取值范围为[f(2),f(0)],因此M=max{|f(2)|,|f(0)|}=max{|1-2a-b|,|-1-b|}=max{|a-1+(a+b)|,|a-1-(a+b)|}=
所以M=a-1+|a+b|≥2.
(ii)当≤a<3时,1-≤0<1-<1+<2≤1+.由(1)和(2)知
f(0)≥f(1-)=f(1+),f(2)≤f(1+)=f(1-),
所以f(x)在区间[0,2]上的取值范围为[f(1+),f(1-)],
因此M=max{|f(1+)|,|f(1-)|=max=
max=+|a+b|≥××=.
(iii)当0f(1+)=f(1-).
所以f(x)在区间[0,2]上的取值范围为[f(0),f(2)],因此M=max{|f(0)|,|f(2)|}=max{|-1-b|,|1-2a-b|}=max{|1-a+(a+b)|,|1-a-(a+b)|}=1-a+|a+b|>.
综上所述,当a>0时,g(x)在区间[0,2]上的最大值不小于.
03[2016·浙江卷]“复数与导数”模块
(1)已知i为虚数单位.若复数z满足(z+i)2=2i,求复数z.
(2)求曲线y=2x2-ln x在点(1,2)处的切线方程.
解:(1)设复数z=a+bi,a,b∈R,由题意得
a2-(b+1)2+2a(b+1)i=2i,
解得或
故z=1或z=-1-2i.
(2)由于(2x2-ln x)′=4x-,
则曲线在点(1,2)处的切线的斜率为3.
因此,曲线在点(1,2)处的切线方程为y=3x-1.
B13 定积分与微积分基本定理
B14 单元综合
18.B14[2016·北京卷] 设函数f(x)=xea-x+bx,曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为y=(e-1)x+4.
(1)求a,b的值;
(2)求f(x)的单调区间.
18.解:(1)因为f(x)=xea-x+bx,所以f′(x)=(1-x)ea-x+b.
依题设,得即
解得a=2,b=e.
(2)由(1)知f(x)=xe2-x+ex.
由f′(x)=e2-x(1-x+ex-1)及e2-x>0知,f′(x)与1-x+ex-1同号.
令g(x)=1-x+ex-1,则g′(x)=-1+ex-1.
所以,当x∈(-∞,1)时,g′(x)<0,g(x)在区间(-∞,1)上单调递减;
当x∈(1,+∞)时,g′(x)>0,g(x)在区间(1,+∞)上单调递增.
故g(1)=1是g(x)在区间(-∞,+∞)上的最小值,
从而g(x)>0,x∈(-∞,+∞).
综上可知,f′(x)>0,x∈(-∞,+∞),
故f(x)的单调递增区间为(-∞,+∞).
21.B12、B14、B7[2016·全国卷Ⅲ] 设函数f(x)=αcos 2x+(α-1)(cos x+1),其中α>0,记|f(x)|的最大值为A.
(1)求f′(x);
(2)求A;
(3)证明:|f′(x)|≤2A.
21.解:(1)f′(x)=-2αsin 2x-(α-1)sin x.
(2)当α≥1时,|f(x)|=|αcos 2x+(α-1)(cos x+1)|≤α+2(α-1)=3α-2=f(0),
因此A=3α-2.
当0<α<1时,将f(x)变形为f(x)=2αcos2x+(α-1)cos x-1.
令g(t)=2αt2+(α-1)t-1,则A是|g(t)|在[-1,1]上的最大值,g(-1)=α,g(1)=3α-2,且当t=时,g(t)取得极小值,极小值为g()=--1=-.
令-1<<1,解得α<-(舍去)或α>.
(i)当0<α≤时,g(t)在(-1,1)内无极值点,|g(-1)|=α,|g(1)|=2-3α,|g(-1)|<|g(1)|,所以A=2-3α.
(ii)当<α<1时,由g(-1)-g(1)=2(1-α)>0,知g(-1)>g(1)> g().
又|g()|-|g(-1)|=>0,所以A=|g()|=.
综上,A=
(3)证明:由(1)得|f′(x)|=|-2αsin 2x-(α-1)sin x|≤2α+|α-1|.
当0<α≤时,|f′(x)|≤1+α≤2-4α<2(2-3α)=2A.
当<α<1时,A=++≥1,所以|f′(x)|≤1+α<2A.
当α≥1时,|f′(x)|≤3α-1≤6α-4=2A,所以|f′(x)|≤2A.
15.B14[2016·四川卷] 在平面直角坐标系中,当P(x,y)不是原点时,定义P的“伴随点”为P′,;当P是原点时,定义P的“伴随点”为它自身.平面曲线C上所有点的“伴随点”所构成的曲线C′定义为曲线C的“伴随曲线”.现有下列命题:
①若点A的“伴随点”是点A′,则点A′的“伴随点”是点A;
②单位圆的“伴随曲线”是它自身;
③若曲线C关于x轴对称,则其“伴随曲线”C′关于y轴对称;
④一条直线的“伴随曲线”是一条直线.
其中的真命题是________(写出所有真命题的序号).
15.②③ [解析] ①设点A的坐标为(x,y),则其“伴随点”为A′,故A
′的“伴随点”的横坐标为=-x,同理可得纵坐标为-y,故点A′的“伴随点”是(-x,-y),故①错误.
②设单位圆上的点P的坐标为(cos θ,sin θ),则点P的伴随点P′的坐标为(sin θ,-cos θ),即P′cosθ-,sinθ-,所以点P′也在单位圆上,故②正确.
③设曲线C上点A的坐标为(x,y),则其关于x轴对称的点A1(x,-y)也在曲线C上,点A的“伴随点”为A′,点A1的“伴随点”为A′1,点A′与A′1关于y轴对称,故③正确.
④取y=1这条直线,则A(0,1),B(1,1),C(2,1)都在直线上,这三个点的“伴随点”分别是A′(1,0),B′,C′,而A′,B′,C′三个点不在同一直线上,故④错误.
下面给出严格证明:
设点P(x,y)在直线l:Ax+By+C=0上,P点的“伴随点”为P′(x0,y0),
则解得
将其代入直线l的方程可得A+B+C=0,
化简得-Ay0+Bx0+C(x+y)=0.
当C=0时,C(x+y)=0,P′的轨迹是一条直线;
当C≠0时,C(x+y)不是一个常数,P′的轨迹不是一条直线.
所以,直线的“伴随曲线”不一定是一条直线.
20.B12,B14[2016·山东卷] 已知f(x)=a(x-ln x)+,a∈R.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)当a=1时,证明f(x)>f′(x)+对于任意的x∈[1,2]成立.
20.解:(1)f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=a--+=.
当a≤0时,若x∈(0,1),则f′(x)>0,f(x)单调递增,
若x∈(1,+∞),则f′(x)<0,f(x)单调递减.
当a>0时,f′(x)=(x-)(x+).
(i)当01.
当x∈(0,1)或x∈(,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
当x∈(1,)时,f′(x)<0,f(x)单调递减.
(ii)当a=2时,=1,在区间(0,+∞)内,f′(x)≥0,f(x)单调递增.
(iii)当a>2时,0<<1.
当x∈(0,)或x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,
当x∈,1时,f′(x)<0,f(x)单调递减.
综上所述,当a≤0时,f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减;
当0<a<2时,f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,)上单调递减,在(,+∞)上单调递增;
当a=2时,f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当a>2时,f(x)在(0,)上单调递增,在(,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增.
(2)证明:由(1)知,当a=1时,
f(x)-f′(x)=x-ln x+-(1--+)=x-ln x++--1,x∈[1,2].
设g(x)=x-ln x,h(x)=+--1,x∈[1,2],
则f(x)-f′(x)=g(x)+h(x).
由g′(x)=≥0,
可得g(x)≥g(1)=1,
当且仅当x=1时取得等号.
又h′(x)=.
设φ(x)=-3x2-2x+6,则φ(x)在[1,2]上单调递减.
因为φ(1)=1,φ(2)=-10,
所以∃x0∈(1,2),使得当x∈(1,x0)时,φ(x)>0,x∈(x0,2)时,φ(x)<0.
所以h(x)在(1,x0)上单调递增,在(x0,2)上单调递减.
由h(1)=1,h(2)=,可得h(x)≥h(2)=,
当且仅当x=2时取得等号.
所以f(x)-f′(x)>g(1)+h(2)=,
即f(x)>f′(x)+对于任意的x∈[1,2]成立.
8.B14[2016·天津卷] 已知函数f(x)=(a>0,且a≠1)在R上单调递减,且关于x的方程|f(x)|=2-x恰有两个不相等的实数解,则a的取值范围是( )
A.(0, ] B.[,]
C. [,]∪{ } D.[,)∪{}
8.C [解析] 由y=loga(x+1)+1在[0,+∞)上单调递减,得02,即a>时,由|x2+(4a-3)x+3a|=2-x,得x2+(4a-2)x+3a-2=0,则Δ=(4a-2)2-4(3a-2)=0,解得a=或a=1(舍);当1≤3a≤2时,由图像可知,符合条件.综上,a∈[,]∪{}.
18.B14[2016·浙江卷] 已知a≥3,函数F(x)=min{2|x-1|,x2-2ax+4a-2},其中min{p,q}=
(1)求使得等式F(x)=x2-2ax+4a-2成立的x的取值范围;
(2)(i)求F(x)的最小值m(a);
(ii)求F(x)在区间[0,6]上的最大值M(a).
18.解:(1)由于a≥3,故当x≤1时,(x2-2ax+4a-2)-2|x-1|=x2+2(a-1)(2-x)>0,
当x>1时,(x2-2ax+4a-2)-2|x-1|=(x-2)(x-2a).
所以,使得等式F(x)=x2-2ax+4a-2成立的x的取值范围为[2,2a].
(2)(i)设函数f(x)=2|x-1|,g(x)=x2-2ax+4a-2,则f(x)min=f(1)=0,g(x)min=g(a)=-a2+4a-2,
所以,由F(x)的定义知m(a)=min{f(1),g(a)},即
m(a)=
(ii)当0≤x≤2时,
F(x)≤f(x)≤max{f(0),f(2)}=2=F(2),
当2≤x≤6时,
F(x)≤g(x)≤max{g(2),g(6)}=max{2,34-8a}=max{F(2),F(6)}.
所以,M(a)=
22.B14[2016·上海卷] 已知a∈R,函数f(x)=log2(+a).
(1)当a=5时,解不等式f(x)>0;
(2)若关于x的方程f(x)-log2[(a-4)x+2a-5]=0的解集中恰有一个元素,求a的取值范围;
(3)设a>0,若对任意t∈[,1],函数f(x)在区间[t,t+1]上的最大值与最小值的差不超过1,求a的取值范围.
22.解:(1)由log2(+5)>0,得+5>1,
解得x∈(-∞,-)∪(0,+∞).
(2)由原方程可得+a=(a-4)x+2a-5,即(a-4)x2+(a-5)x-1=0.
①当a=4时,x=-1,经检验,满足题意.
②当a=3时,x1=x2=-1,经检验,满足题意.
③当a≠3且a≠4时,x1=,x2=-1,x1≠x2.
若x1是原方程的解,则+a>0,即a>2;
若x2是原方程的解,则+a>0,即a>1.
于是满足题意的a∈(1,2].
综上,a的取值范围为(1,2]∪{3,4}.
(3)易知f(x)在(0,+∞)上单调递减,
所以函数f(x)在区间[t,t+1]上的最大值与最小值分别为f(t),f(t+1).
f(t)-f(t+1)=log2(+a)-log2(+a)≤1,即at2+(a+1)t-1≥0对任意t∈恒成立.
因为a>0,所以函数y=at2+(a+1)t-1在区间上单调递增,当t=时,y有最小值a-.由a-≥0,得a≥.
故a的取值范围为.
5.[2016·哈尔滨一模] 已知函数f(x)=则不等式f(x)≤5的解集为( )
A.
B.∪
C.
D.∪
5.C [解析] 当x>0时,3+log2x≤5,即log2x≤2,解得0-1时,有x-ax2-ln(x+1)≥0恒成立,
即ax2-x+ln(x+1)≤0恒成立.
设F(x)=ax2-x+ln(x+1)(x>-1),则原命题等价于F(x)max≤0,
F′(x)=2ax-1+=.
①当a<0时,令F′(x)=0,有x=0或x==-1+<-1(舍去).所以当-10,即F(x)是增函数;当x>0时,F′(x)<0,即F(x)是减函数.
故F(x)max=F(0)=0,满足条件.
②当a=0时,F′(x)=.
当-10,即F(x)是增函数;当x>0时,F′(x)<0时,即F(x)是减函数.
故F(x)max=F(0)=0,满足条件.
③当a>0时,F()=ln(+1)>ln 1=0,不满足条件.
综上所述,实数a的取值范围是(-∞,0].
9.[2016·汕头联考] 设函数f(x)=x2+ln x-mx(m>0).
(1)求f(x)的单调区间;
(2)求f(x)的零点个数;
(3)证明:曲线y=f(x)上没有经过原点的切线.
9.解:(1)由题意知,f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=x+-m=.
令f′(x)=0,得x2-mx+1=0.
①当Δ=m2-4≤0,即00,即m>2时,由x2-mx+1=0得
x1=,x2=,且00,在区间(x1,x2)上,f′(x)<0,∴f(x)在区间(0,x1)和(x2,+∞)上单调递增,在区间(x1,x2)上单调递减.
(2)由(1)可知,当02m且x>1时,f(x)>0.故f(x)有且仅有一个零点.
当m>2时,∵f(x)在区间(0,x1)和(x2,+∞)上单调递增,在区间(x1,x2)上单调递减,且f(x1)=+ln-=+ln,
∵<<0,
0<=<=1,
∴f(x1)<0.由此知f(x2)2m且x>1时,f(x)>0,
∴f(x)在区间(0,+∞)上有且仅有一个零点.
综上所述,当m>0时,f(x)有且仅有一个零点.
(3)证明:假设曲线y=f(x)在点(x,f(x))(x>0)处的切线经过原点,
则有=f′(x),即=x+-m,
化简得x2-ln x+1=0(x>0).(*)
记g(x)=x2-ln x+1(x>0),则g′(x)=x-=,
令g′(x)=0,解得x=1.
当01时,g′(x)>0.
∴g(1)=是g(x)的最小值,
即当x>0时,x2-ln x+1≥.
由此说明方程(*)无解,∴曲线y=f(x)没有经过原点的切线.
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