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B单元 函数与导数
B1 函数及其表示
图1-1
3.BP[2013·安徽卷] 如图1-1所示,程序框图(算法流程图)的输出结果为( )
A.
B.
C.
D.
3.C [解析] 依次运算的结果是s=,n=4;s=+,n=6;s=++,n=8,此时输出s,故输出结果是++=.
14.B1,B14[2013·安徽卷] 定义在R上的函数f(x)满足f(x+1)=2f(x),若当0≤x≤1时,f(x)=x(1-x),则当-1≤x≤0时,f(x)=________.
14.- [解析] 当-1≤x≤0时,0≤x+1≤1,由f(x+1)=2f(x)可得f(x)=f(x+1)=-x(x+1).
11.B1,E3[2013·安徽卷] 函数y=ln1++的定义域为________.
11.(0,1] [解析] 实数x满足1+>0且1-x2≥0.不等式1+>0,即>0,解得x>0或x<-1;不等式1-x2≥0的解为-1≤x≤1.故所求函数的定义域是(0,1].
13.B1[2013·福建卷] 已知函数f(x)=则f=________.
13.-2 [解析] f=-tan =-1,f(-1)=-2.
21.B1,B12[2013·江西卷] 设函数
f(x)=a为常数且a∈(0,1).
(1)当a=时,求f;
(2)若x0满足f(f(x0))=x0,但f(x0)≠x0,则称x0为f(x)的二阶周期点.证明函数f(x)有且仅有两个二阶周期点,并求二阶周期点x1,x2;
(3)对于(2)中的x1,x2,设A(x1,f(f(x1))),B(x2,f(f(x2))),C(a2,0),记△ABC的面积为S(a),求S(a)在区间上的最大值和最小值.
21.解:(1)当a=时,f=,
f=f=2=.
(2)f(f(x))=
当0≤x≤a2时,由x=x解得x=0,
因为f(0)=0,故x=0不是f(x)的二阶周期点;
当a20.
(或令g(a)=a3-2a2-2a+2,
g′(a)=3a2-4a-2=3,
因a∈(0,1),g′(a)<0,则g(a)在区间上的最小值为g=>0,
故对于任意a∈,g(a)=a3-2a2-2a+2>0,
S′(a)=·>0)
则S(a)在区间上单调递增,
故S(a)在区间上的最小值为S=,最大值为S=.
12.B1[2013·辽宁卷] 已知函数f(x)=x2-2(a+2)x+a2,g(x)=-x2+2(a-2)x-a2+8.设 H1(x)=max{f(x),g(x)},H2(x)=min{f(x),g(x)}(max{p,q}表示p,q中的较大值,min{p,q}表示p,q中的较小值),记H1(x)的最小值为A,H2(x)的最大值为B,则A-B=( )
A.a2-2a-16 B.a2+2a-16
C.-16 D.16
12.C [解析] 由题意知当f(x)=g(x)时,即x2-2(a+2)x+a2=-x2+2(a-2)x-a2+8,整理得x2-2ax+a2-4=0,所以x=a+2或x=a-2,
H1(x)=max{f(x),g(x)}=
H2(x)=min{f(x),g(x)}=
由图形可知(图略),A=H1(x)min=-4a-4,B=H2(x)max=12-4a,则A-B=-16,故选C.
7.B1[2013·辽宁卷] 已知函数f(x)=ln(-3x)+1,则f(lg 2)+flg =( )
A.-1 B.0
C.1 D.2
7.D [解析] 由已知条件可知,f(x)+f(-x)=ln(-3x)+1+ln(+3x)+1=2,而lg 2+lg=lg 2-lg 2=0,故而f(lg 2)+f=2.
图1-9
19.B1,I2[2013·新课标全国卷Ⅱ] 经销商经销某种农产品,在一个销售季度内,每售出1 t该产品获利润500元,未售出的产品,每1 t亏损300元.根据历史资料,得到销售季度内市场需求量的频率分布直方图,如图1-9所示.经销商为下一个销售季度购进了130 t该产品.以X(单位:t,100≤X≤150)表示下一个销售季度内的市场需求量,T(单位:元)表示下一个销售季度内经销该农产品的利润.
(1)将T表示为X的函数;
(2)根据直方图估计利润T不少于57 000元的概率.
19.解:(1)当X∈[100,130)时,
T=500X-300(130-X)
=800X-39 000.
当X∈[130,150]时,T=500×130=65 000.
所以T=
(2)由(1)知利润T不少于57 000元当且仅当
120≤X≤150.
由直方图知需求量X∈[120,150]的频率为0.7,所以下一个销售季度内的利润T不少于57 000元的概率的估计值为0.7.
5.B1[2013·山东卷] 函数f(x)=+的定义域为( )
A.(-3,0]
B.(-3,1]
C.(-∞,-3)∪(-3,0]
D.(-∞,-3)∪(-3,1]
5.A [解析] 要使函数有意义,须有解之得-30,得k2>3.
所以,k的取值范围是(-∞,-)∪(+∞).
(2)因为M,N在直线l上,可设点M,N的坐标分别为(x1,kx1),(x2,kx2),则
|OM|2=(1+k2)x,|ON|2=(1+k2)x.
又|OQ|2=m2+n2=(1+k2)m2,
由=+,得
=+,
即=+=.
由(*)式可知,x1+x2=,x1x2=,
所以m2=.
因为点Q在直线y=kx上,所以k=,代入m2=中并化简,得5n2-3m2=36.
由m2=及k2>3,可知00,
所以n==.
于是,n与m的函数关系为n=(m∈(-,0)∪(0,)).
11.B1[2013·浙江卷] 已知函数f(x)= .若f(a)=3,则实数a= ________.
11.10 [解析] f(a)==3.则a-1=9,a=10.
3.B1[2013·重庆卷] 函数y=的定义域是( )
A.(-∞,2) B.(2,+∞)
C.(2,3)∪(3,+∞) D.(2,4)∪(4,+∞)
3.C [解析] 由题可知所以x>2且x≠3,故选C.
B2 反函数
6.B2[2013·全国卷] 函数f(x)=log2(x>0)的反函数f-1(x)=( )
A.(x>0) B.(x≠0)
C.2x-1(x∈R) D.2x-1(x>0)
6.A [解析] 令y=log2,则y>0,且1+=2y,解得x=,交换x,y得f-1(x)=(x>0).
B3 函数的单调性与最值
13.B3[2013·北京卷] 函数f(x)=的值域为________.
13.(-∞,2) [解析] 函数y=logx在(0,+∞)上为减函数,当x≥1时,函数y=logx的值域为(-∞,0];函数y=2x在R上是增函数,当x<1时,函数y=2x的值域为(0,2),所以原函数的值域为(-∞,2).
3.B4,B3[2013·北京卷] 下列函数中,既是偶函数又在区间(0,+∞)上单调递减的是( )
A.y= B.y=e-x
C.y=-x2+1 D.y=lg |x|
3.C [解析] 对于A,y=是奇函数,排除.对于B,y=e-x既不是奇函数,也不是偶函数,排除.对于D,y=lg |x|是偶函数,但在(0,+∞)上有y=lgx,此时单调递增,排除.只有C符合题意.
12.B3,B6[2013·新课标全国卷Ⅱ] 若存在正数x使2x(x-a)<1成立,则a的取值范围是( )
A.(-∞,+∞) B.(-2,+∞)
C.(0,+∞) D.(-1,+∞)
12.D [解析] 由题意存在正数x使得a>x-成立,即a>.由于x-是(0,+∞)上的增函数,故x->0-=-1,所以a>-1.答案为D.
11.B3,B5,B8,B12[2013·新课标全国卷Ⅱ] 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)的图像是中心对称图形
C.若x0是f(x)的极小值点,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
11.C [解析] x→-∞时,f(x)<0,x→+∞时,f(x)>0,又f(x)连续,x0∈R,f(x0)=0,A正确.通过平移变换,函数可以化为f(x)=x3+c,从而函数y=f(x)的图像是中心对称图形,B正确.若x0是f(x)的极小值点,可能还有极大值点x1,若x10,
因此x2-x1=[-(2x1+2)+2x2+2]≥=1.
当且仅当-(2x1+2)=2x2+2=1,即x1=-且x2=-时等号成立
所以,函数f(x)的图像在点A,B处的切线互相垂直时,有x2-x1≥1.
(3)当x1x1>0时,f′(x1)≠f′(x2),故x1<00时,函数f(x)的图像在点(x2,f(x2))处的切线方程为y-ln x2=(x-x2),即y=·x+ln x2-1.
两切线重合的充要条件是
由①及x1<0h(2)=-ln 2-1,
所以a>-ln2-1,
而当t∈(0,2)且t趋近于0时,h(t)无限增大,
所以a的取值范围是(-ln 2-1,+∞).
故当函数f(x)的图像在点A,B处的切线重合时,a的取值范围是(-ln 2-1,+∞).
10.B3,B12[2013·四川卷] 设函数f(x)=(a∈R,e为自然对数的底数).若存在b∈[0,1]使f(f(b))=b成立,则a的取值范围是( )
A.[1,e] B.[1,1+e]
C.[e,1+e] D.[0,1]
10.A [解析] 易得f(x)在[0,1]上是增函数,对于b∈[0,1],如果f(b)=c>b,则f(f(b))=f(c)>f(b)=c>b,不可能有f(f(b))=b;同理,当f(b)=d<b时,则f(f(b))=f(d)<f(b)=d<b,也不可能有f(f(b))=b;因此必有f(b)=b,即方程f(x)=x在[0,1]上有解,即=x.因为x≥0,两边平方得ex+x-a=x2,所以a=ex-x2+x.记g(x)=ex-x2+x,则g′(x)=ex-2x+1.
当x∈时,ex>0,-2x+1≥0,故g′(x)>0.
当x∈时,ex>>1,-2x+1≥-1,故g′(x)>0,综上,g′(x)在x∈[0,1]上恒大于0,所以g(x)在[0,1]上为增函数,值域为[g(0),g(1)],即[1,e],从而a的取值范围是[1,e].
B4 函数的奇偶性与周期性
3.B4,B3[2013·北京卷] 下列函数中,既是偶函数又在区间(0,+∞)上单调递减的是( )
A.y= B.y=e-x
C.y=-x2+1 D.y=lg |x|
3.C [解析] 对于A,y=是奇函数,排除.对于B,y=e-x既不是奇函数,也不是偶函数,排除.对于D,y=lg |x|是偶函数,但在(0,+∞)上有y=lgx,此时单调递增,排除.只有C符合题意.
13.B4[2013·全国卷] 设f(x)是以2为周期的函数,且当x∈[1,3)时,f(x)=x-2,则f(-1)=________
13.-1 [解析] f(-1)=f(-1+2)=f(1)=1-2=-1.
2.B4[2013·广东卷] 函数y=的定义域是( )
A.(-1,+∞) B.[-1,+∞)
C.(-1,1)∪(1,+∞) D.[-1,1)∪(1,+∞)
2.C [解析] 由题知得x∈(-1,1)∪(1,+∞),故选C.
8.B4[2013·湖北卷] x为实数,[x]表示不超过x的最大整数,则函数f(x)=x-[x]在R上为( )
A.奇函数 B.偶函数 C.增函数 D.周期函数
8.D [解析] 作出函数f(x)=x-[x]的大致图像如下:
观察图像,易知函数f(x)=x-[x]是周期函数.
4.B4[2013·湖南卷] 已知f(x)是奇函数,g(x)是偶函数,且f(-1)+g(1)=2,f(1)+g(-1)=4,则g(1)等于( )
A.4 B.3
C.2 D.1
4.B [解析] 由函数的奇偶性质可得f(-1)=-f(1),g(-1)=g(1).根据f(-1)+g(1)=-f(1)+g(1)=2,f(1)+g(-1)=f(1)+g(1)=4,可得2g(1)=6,即g(1)=3,选B.
11.B4[2013·江苏卷] 已知f(x)是定义在R上的奇函数.当x>0时,f(x)=x2-4x,则不等式f(x)>x的解集用区间表示为________.
11.(-5,0)∪(5,+∞) [解析] 设x<0,则-x>0.因为f(x)是奇函数,所以f(x)=-f(-x)=-(x2+4x).
又f(0)=0,于是不等式f(x)>x等价于
或
解得x>5或-50时,f(x)=x2+,则f(-1)=( )
A.2 B.1
C.0 D.-2
3.D [解析] ∵f(x)为奇函数,∴f(-1)=-f(1)=-=-2.
7.B4,B7[2013·天津卷] 已知函数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(log2a)+f(loga)≤2f(1),则a的取值范围是( )
A.[1,2] B.0,
C.,2 D.(0,2]
7.C [解析] ∵f(x)为偶函数,∴f(log2a)=f(loga),又∵f(log2a)+f≤2f(1),∴f(log2a)≤f(1),即|log2a|≤1,解之得≤a≤2.
9.B4和B7[2013·重庆卷] 已知函数f(x)=ax3+bsin x+4(a,b∈R),f(lg(log210))=5,则f(lg(lg 2))=( )
A.-5 B.-1 C.3 D.4
9.C [解析] 因为f(lg(log210))=f=f(-lg(lg 2))=5,又因为f(x)+f(-x)=8,所以f(-lg(lg2))+f(lg(lg2))=5+f(lg(lg2))=8,所以f(lg(lg 2))=3,故选C.
B5 二次函数
6.B5,B9[2013·湖南卷] 函数f(x)=ln x的图像与函数g(x)=x2-4x+4的图像的交点个数为( )
A.0 B.1
C.2 D.3
6.A [解析] 方法一:作出函数f(x)=ln x,g(x)=x2-4x+4的图像如图所示
可知,其交点个数为2,选C.
方法二(数值法)
x
1
2
4
f(x)=ln x
0
ln 2(>0)
ln 4(<4)
g(x)=x2-4x+4
1
0
4
可知它们有2个交点,选C.
2.B5[2013·江西卷] 若集合A={x∈R|ax2+ax+1=0}中只有一个元素,则a=( )
A.4 B.2 C.0 D.0或4
2.A [解析] 当a=0时,A=;当a≠0时,Δ=a2-4a=0,则a=4,故选A.
11.B3,B5,B8,B12[2013·新课标全国卷Ⅱ] 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)的图像是中心对称图形
C.若x0是f(x)的极小值点,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
11.C [解析] x→-∞时,f(x)<0,x→+∞时,f(x)>0,又f(x)连续,x0∈R,f(x0)=0,A正确.通过平移变换,函数可以化为f(x)=x3+c,从而函数y=f(x)的图像是中心对称图形,B正确.若x0是f(x)的极小值点,可能还有极大值点x1,若x10时,y=ln (x+1)的图像不可能恒在直线y=ax的上方,故a≤0;由于直线y=ax与曲线y=x2-2x均过坐标原点,所以满足条件的直线y=ax的极端位置是曲线y=x2-2x在点(0,0)处的切线,y′=2x-2,当x=0时y′=-2.所以-2≤a≤0.
7.B5[2013·浙江卷] 已知a,b,c∈R,函数f(x)=ax2+bx+c.若f(0)=f(4)>f(1),则( )
A.a>0,4a+b=0 B.a<0,4a+b=0
C.a>0,2a+b=0 D.a<0,2a+b=0
7.A [解析] 若f(0)=f(4),则函数f(x)的图像关于直线x=2对称,则-=2,则4a+b=0,而f(0)=f(4)>f(1),故开口向上,所以a>0,4a+b=0.所以选择A.
B6 指数与指数函数
12.B3,B6[2013·新课标全国卷Ⅱ] 若存在正数x使2x(x-a)<1成立,则a的取值范围是( )
A.(-∞,+∞) B.(-2,+∞)
C.(0,+∞) D.(-1,+∞)
12.D [解析] 由题意存在正数x使得a>x-成立,即a>.由于x-是(0,+∞)上的增函数,故x->0-=-1,所以a>-1.答案为D.
B7 对数与指数函数
8.B7,E1[2013·新课标全国卷Ⅱ] 设a=log32,b=log52,c=log23,则( )
A.a>c>b B.b>c>a
C.c>b>a D.c>a>b
8.D [解析] a-b=log32-log52=-=>0a>b,c=log23>1,a<1,b<1,所以c>a>b,答案为D.
16.B7,M1[2013·山东卷] 定义“正对数”:ln+x=现有四个命题:
①若a>0,b>0,则ln+(ab)=bln+a;
②若a>0,b>0,则ln+(ab)=ln a+ln+b;
③若a>0,b>0,则ln+≥ln+a-ln+b;
④若a>0,b>0,则ln+(a+b)≤ln+a+ln+b+ln 2.
其中的真命题有________.(写出所有真命题的编号)
16.①③④ [解析] ①中,当ab≥1时,∵b>0,∴a≥1,ln+ab=ln ab=bln a=bln+a;当00,∴01时,左边=ln+(ab)=0,右边=ln+a+ln+b=ln a+0=ln a>0,∴②不成立.
③中,当≤1,即a≤b时,左边=0,右边=ln+a-ln+b≤0,左边≥右边,成立;当>1时,左边=ln =ln a-ln b>0,若a>b>1时,右边=ln a-ln b,左边≥右边成立;若01>b>0,左边=ln =ln a-ln b>ln a,右边=ln a,左边≥右边成立,∴③正确.
④中,若00,左边≤右边;若a+b≥1,ln+(a+b)-ln 2=ln(a+b)-ln 2=ln.
又∵≤a或≤b,a,b至少有1个大于1,
∴ln≤ln a或ln≤ln b,即有ln+(a+b)-ln 2=ln (a+b)-ln 2=ln≤ln+a+ln+b,∴④正确.
7.B4,B7[2013·天津卷] 已知函数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(log2a)+f(loga)≤2f(1),则a的取值范围是( )
A.[1,2] B.0,
C.,2 D.(0,2]
7.C [解析] ∵f(x)为偶函数,∴f(log2a)=f(loga),又∵f(log2a)+f≤2f(1),∴f(log2a)≤f(1),即|log2a|≤1,解之得≤a≤2.
3.B7[2013·陕西卷] 设a,b,c均为不等于1的正实数,则下列等式中恒成立的是( )
A.logab·logcb=logca B.logab·logca=logcb
C.loga(bc)=logab·logac D.loga(b+c)=logab+logac
3.B [解析] 利用对数的运算性质可知C,D是错误的.再利用对数运算性质logab·logcb≠logca.又因为logab·logca=×==logcb,故选B.
11.B7[2013·四川卷] lg +lg 的值是________.
11.1 [解析] lg +lg =lg (·)=lg =lg 10=1.
9.B4和B7[2013·重庆卷] 已知函数f(x)=ax3+bsin x+4(a,b∈R),f(lg(log210))=5,则f(lg(lg 2))=( )
A.-5 B.-1 C.3 D.4
9.C [解析] 因为f(lg(log210))=f=f(-lg(lg 2))=5,又因为f(x)+f(-x)=8,所以f(-lg(lg2))+f(lg(lg2))=5+f(lg(lg2))=8,所以f(lg(lg 2))=3,故选C.
B8 幂函数与函数的图像
5.B8[2013·福建卷] 函数f(x)=ln(x2+1)的图像大致是( )
图1-1
5.A [解析] f(x)是定义域为R的偶函数,图像关于y轴对称,又过点(0,0),故选A.
11.B3,B5,B8,B12[2013·新课标全国卷Ⅱ] 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)的图像是中心对称图形
C.若x0是f(x)的极小值点,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
11.C [解析] x→-∞时,f(x)<0,x→+∞时,f(x)>0,又f(x)连续,x0∈R,f(x0)=0,A正确.通过平移变换,函数可以化为f(x)=x3+c,从而函数y=f(x)的图像是中心对称图形,B正确.若x0是f(x)的极小值点,可能还有极大值点x1,若x11时,f(-2b)=f(2b)≥4b2-2b-1>4b-2b-1>b,f(0)=11时,曲线y=f(x)与直线y=b有且仅有两个不同交点.
综上可知,如果曲线y=f(x)与直线y=b有两个不同交点,那么b的取值范围是(1,+∞).
6.B5,B9[2013·湖南卷] 函数f(x)=ln x的图像与函数g(x)=x2-4x+4的图像的交点个数为( )
A.0 B.1
C.2 D.3
6.A [解析] 方法一:作出函数f(x)=ln x,g(x)=x2-4x+4的图像如图所示
可知,其交点个数为2,选C.
方法二(数值法)
x
1
2
4
f(x)=ln x
0
ln 2(>0)
ln 4(<4)
g(x)=x2-4x+4
1
0
4
可知它们有2个交点,选C.
8.B9[2013·天津卷] 设函数f(x)=ex+x-2,g(x)=ln x+x2-3.若实数a,b满足f(a)=0,g(b)=0,则( )
A.g(a)<00,
因此x2-x1=[-(2x1+2)+2x2+2]≥=1.
当且仅当-(2x1+2)=2x2+2=1,即x1=-且x2=-时等号成立
所以,函数f(x)的图像在点A,B处的切线互相垂直时,有x2-x1≥1.
(3)当x1x1>0时,f′(x1)≠f′(x2),故x1<00时,函数f(x)的图像在点(x2,f(x2))处的切线方程为y-ln x2=(x-x2),即y=·x+ln x2-1.
两切线重合的充要条件是
由①及x1<0h(2)=-ln 2-1,
所以a>-ln2-1,
而当t∈(0,2)且t趋近于0时,h(t)无限增大,
所以a的取值范围是(-ln 2-1,+∞).
故当函数f(x)的图像在点A,B处的切线重合时,a的取值范围是(-ln 2-1,+∞).
B10 函数模型及其应用
5.B10[2013·湖北卷] 小明骑车上学,开始时匀速行驶,途中因交通堵塞停留了一段时间,后为了赶时间加快速度行驶,与以上事件吻合得最好的图像是( )
图1-1
5.C [解析] 由题意可知函数图像最开始为“斜率为负的线段”,接着为“与x轴平行的线段”,最后为“斜率为负值,且小于之前斜率的线段”.观察选项中图像可知,C项符合,故选C.
10.B10[2013·陕西卷] 设[x]表示不大于x的最大整数,则对任意实数x,有( )
A.[-x]=-[x] B.=[x]
C.[2x]=2[x] D.[x]+=[2x]
10.D [解析] 可取特值x=3.5,则[-x]=[-3.5]=-4,-[x]=-[3.5]=-3,故A错.x+=[3.5+0.5]=4,而[x]=[3.5]=3,故B错. [2x]=[7]=7,2[x]=2[3.5]=6,故C错.[x]+ x+=7,而[2x]=[7]=7,故只有D正确.
B11 导数及其运算
18.B11,B12,B9,B14[2013·北京卷] 已知函数f(x)=x2+xsin x+cos x.
(1)若曲线y=f(x)在点(a,f(a))处与直线y=b相切,求a与b的值;
(2)若曲线y=f(x)与直线y=b有两个不同交点,求b的取值范围.
18.解:由f(x)=x2+xsin x+cos x,得
f′(x)=x(2+cos x).
(1)因为曲线y=f(x)在点(a,f(a))处与直线y=b相切,所以f′(a)=a(2+cos a)=0,b=f(a).
解得a=0,b=f(0)=1.
(2)令f ′(x)=0,得x=0.
f(x)与f′(x)的情况如下:
x
(-∞,0)
0
(0,+∞)
f′(x)
-
0
+
f(x)
1
所以函数f(x)在区间(-∞,0)上单调递减,在区间(0,+∞)上单调递增,f(0)=1是f(x)的最小值.
当b≤1时,曲线y=f(x)与直线y=b最多只有一个交点;
当b>1时,f(-2b)=f(2b)≥4b2-2b-1>4b-2b-1>b,f(0)=11时,曲线y=f(x)与直线y=b有且仅有两个不同交点.
综上可知,如果曲线y=f(x)与直线y=b有两个不同交点,那么b的取值范围是(1,+∞).
10.B11[2013·全国卷] 已知曲线y=x4+ax2+1在点(-1,a+2)处切线的斜率为8,则a=( )
A.9 B.6
C.-9 D.-6
10.D [解析] y′=4x3+2ax,当x=-1时y′=8,故8=-4-2a,解得a=-6.
12.B11[2013·广东卷] 若曲线y=ax2-ln x在点(1,a)处的切线平行于x轴,则a=________
12. [解析] 易知点(1,a)在曲线y=ax2-ln x上,y′=2ax-,∴=2a-1=0,∴a=.
11.B11[2013·江西卷] 若曲线y=xα+1(α∈R)在点(1,2)处的切线经过坐标原点,则α=________.
11.2 [解析] y′=αxα-1,y′=α,所以切线方程为y-2=α(x-1),该切线过原点,得α=2.
21.B11,B12[2013·陕西卷] 已知函数f(x)=ex,x∈R.
(1)求f(x)的反函数的图像上点(1,0)处的切线方程;
(2)证明:曲线y=f(x)与曲线y=x2+x+1有唯一公共点;
(3)设a0时,h′(x)>0,∴φ′(x)在(0,+∞)上单调递增.
∴φ′(x)在x=0有唯一的极小值φ′(0)=0,
即φ′(x)在R上的最小值为φ′(0)=0,
∴φ′(x)≥0(仅当x=0时等号成立),
∴φ(x)在R上是单调递增的,
∴φ(x)在R上有唯一的零点.
故曲线y=f(x)与曲线y=x2+x+1有唯一公共点.
方法二:∵ex>0,x2+x+1>0,
∴曲线y=ex与y=x2+x+1公共点的个数等于
曲线y=与直线y=1公共点的个数.
设φ(x)=,则φ(0)=1,即x=0时,两曲线有公共点.
又φ′(x)==≤0(仅当x=0时等号成立),
∴φ(x)在R上单调递减,
∴φ(x)与y=1有唯一的公共点,
故曲线y=f(x)与y=x2+x+1有唯一的公共点.
(3)-f=-e ==.
设函数u(x)=ex --2x(x≥0),则u′(x)=ex+-2≥2-2=0.
∴u′(x)≥0(仅当x=0时等号成立),
∴u(x)单调递增.
当x>0时,u(x)>u(0)=0.
令x=,则得e-e-(b-a)>0.
∴>f.
20.B11、B12[2013·新课标全国卷Ⅰ] 已知函数f(x)=ex(ax+b)-x2-4x,曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=4x+4.
(1)求a,b的值;
(2)讨论f(x)的单调性,并求f(x)的极大值.
20.解:(1)f′(x)=ex(ax+a+b)-2x-4.
由已知得f(0)=4,f′(0)=4,故b=4,a+b=8.
从而a=4,b=4.
(2)由(1)知,f(x)=4ex(x+1)-x2-4x.
f′(x)=4ex(x+2)-2x-4=4(x+2).
令f′(x)=0,得x=-ln 2或x=-2.
从而当x∈(-∞,-2)∪(-ln 2,+∞)时,f′(x)>0;当x∈(-2,-ln 2)时,f′(x)<0.
故f(x)在(-∞,-2),(-ln 2,+∞)上单调递增,在(-2,-ln 2)上单调递减.
当x=-2时,函数f(x)取得极大值,极大值为f(-2)=4(1-e-2).
20.B11和B12[2013·重庆卷] 某村庄拟修建一个无盖的圆柱形蓄水池(不计厚度).设该蓄水池的底面半径为r米,高为h米,体积为V立方米.假设建造成本仅与表面积有关,侧面的建造成本为100元/平方米,底面的建造成本为160元/平方米,该蓄水池的总建造成本为12 000π元(π为圆周率).
(1)将V表示成r的函数V(r),并求该函数的定义域;
(2)讨论函数V(r)的单调性,并确定r和h为何值时该蓄水池的体积最大.
20.解:(1)因为蓄水池侧面的总成本为100·2πrh=200πrh元,底面的总成本为160πr2元,所以蓄水池的总成本为(200πrh+160πr2)元,又据题意200πrh+160πr2=12 000π,所以h=(300-4r2),从而
V(r)=πr2h=(300r-4r3).
因为r>0,又由h>0可得r<5 ,故函数V(r)的定义域为(0,5 ).
(2)因为V(r)=(300r-4r3),故V′(r)=(300-12r2).令V′(r)=0,解得r1=5,r2=-5(r2=-5不在定义域内,舍去).
当r∈(0,5)时,V′(r)>0,故V(r)在(0,5)上为增函数;当r∈(5,5 )时,V′(r)<0,故V(r)在(5,5 )上为减函数.
由此可知,V(r)在r=5处取得最大值,此时h=8,即当r=5,h=8时,该蓄水池的体积最大.
B12 导数的应用
20.E3,B12[2013·安徽卷] 设函数f(x)=ax-(1+a2)x2,其中a>0,区间I={x|f(x)>0}.
(1)求I的长度(注:区间(α,β)的长度定义为β-α);
(2)给定常数k∈(0,1),当1-k≤a≤1+k时,求I长度的最小值.
20.解:(1)因为方程ax-(1+a2)x2=0(a>0)有两个实根x1=0,x2=,
故f(x)>0的解集为{x|x10,d(a)单调递增;
当11时,f(-2b)=f(2b)≥4b2-2b-1>4b-2b-1>b,f(0)=11时,曲线y=f(x)与直线y=b有且仅有两个不同交点.
综上可知,如果曲线y=f(x)与直线y=b有两个不同交点,那么b的取值范围是(1,+∞).
21.B12、B14[2013·全国卷] 已知函数f(x)=x3+3ax2+3x+1.
(1)当a=-时,讨论f(x)的单调性;
(2)若x∈[2,+∞)时,f(x)≥0,求a的取值范围.
21.解:(1)当a=-时,f(x)=x3-3 x2+3x+1,
f′(x)=3x2-6 x+3.
令f′(x)=0,得x1=-1,x2=+1.
当x∈(-∞,-1)时,f′(x)>0,f(x)在(-∞,-1)上是增函数;
当x∈(-1,+1)时,f′(x)<0,f(x)在(-1,+1)上是减函数;
当x∈(+1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)在(+1,+∞)上是增函数.
(2)由f(2)≥0得a≥-.
当a≥-,x∈(2,+∞)时,
f′(x)=3(x2+2ax+1)≥3=
3(x-2)>0,
所以f(x)在(2,+∞)上是增函数,于是当x∈[2,+∞)时,f(x)≥f(2)≥0.
综上,a的取值范围是.
22.B12,B14[2013·福建卷] 已知函数f(x)=x-1+(a∈R,e为自然对数的底数).
(1)若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线平行于x轴,求a的值;
(2)求函数f(x)的极值;
(3)当a=1时,若直线l:y=kx-1与曲线y=f(x)没有公共点,求k的最大值.
22.解:(1)由f(x)=x-1+,得f′(x)=1-.
又曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线平行于x轴,得f′(1)=0,即1-=0,解得a=e.
(2)f′(x)=1-,
①当a≤0时,f′(x)>0,f(x)为(-∞,+∞)上的增函数,所以函数f(x)无极值.
②当a>0时,令f′(x)=0,得ex=a,x=ln a.
当x∈(-∞,ln a)时,f′(x)<0;
当x∈(ln a,+∞)时,f′(x)>0,
所以f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,在(ln a,+∞)上单调递增,故f(x)在x=ln a处取得极小值,且极小值为f(ln a)=ln a,无极大值.
综上,当a≤0时,函数f(x)无极值;
当a>0时,f(x)在x=ln a处取得极小值ln a,无极大值.
(3)方法一:当a=1时,f(x)=x-1+.
令g(x)=f(x)-(kx-1)=(1-k)x+,
则直线l:y=kx-1与曲线y=f(x)没有公共点,
等价于方程g(x)=0在R上没有实数解.
假设k>1,此时g(0)=1>0,g=-1+<0,
又函数g(x)的图像连续不断,由零点存在定理,可知g(x)=0在R上至少有一解,与“方程g(x)=0在R上没有实数解”矛盾,故k≤1.
又k=1时,g(x)=>0,知方程g(x)=0在R上没有实数解.
所以k的最大值为1.
方法二:当a=1时,f(x)=x-1+.
直线l:y=kx-1与曲线y=f(x)没有公共点,
等价于关于x的方程kx-1=x-1+在R上没有实数解,即关于x的方程:
(k-1)x=(*)在R上没有实数解.
①当k=1时,方程(*)可化为=0,在R上没有实数解.
②当k≠1时,方程(*)化为=xex.
令g(x)=xex,则有g′(x)=(1+x)ex.
令g′(x)=0,得x=-1,
当x变化时,g′(x),g(x)的变化情况如下表:
x
(-∞,-1)
-1
(-1,+∞)
g′(x)
-
0
+
g(x)
-
当x=-1时,g(x)min=-,同时当x趋于+∞时,g(x)趋于+∞,从而g(x)的取值范围为-,+∞.
所以当∈时,方程(*)无实数解.
解得k的取值范围是(1-e,1).
综上①②,得k的最大值为1.
21.B12,N4[2013·湖北卷] 设a>0,b>0,已知函数f(x)=.
(1)当a≠b时,讨论函数f(x)的单调性;
(2)当x>0时,称f(x)为a,b关于x的加权平均数.
(i)判断f(1),f,f是否成等比数列,并证明f≤f;
(ii)a,b的几何平均数记为G,称为a,b的调和平均数,记为H.若H≤f(x)≤
G,求x的取值范围.
21.解:(1)f(x)的定义域为(-∞,-1)∪(-1,+∞),
f′(x)==.
当a>b时,f′(x)>0,函数f(x)在(-∞,-1),(-1,+∞)上单调递增;
当a<b时,f′(x)<0,函数f(x)在(-∞,-1),(-1,+∞)上单调递减.
(2)(i)计算得f(1)=>0,f=>0,
f=>0.
故f(1)f=·=ab=,即
f(1)f=.①
所以f(1),f,f成等比数列.
因≥,即f(1)≥f,结合①得f≤f.
(ii)由(i)知f=H,f=G,故由H≤f(x)≤G,
得f≤f(x)≤f.②
当a=b时,f=f(x)=f=a.
这时,x的取值范围为(0,+∞);
当a>b时,0<<1,从而<,由f(x)在(0,+∞)上单调递增与②式,得≤x≤,即x的取值范围为;
当a<b时,>1,从而>,由f(x)在(0,+∞)上单调递减与②式,
得≤x≤,即x的取值范围为.
10.B12[2013·湖北卷] 已知函数f(x)=x(ln x-ax)有两个极值点,则实数a的取值范围是( )
A.(-∞,0) B.
C.(0,1) D.(0,+∞)
10.B [解析] f′(x)=ln x-ax+x-a=ln x-2ax+1,函数f(x)有两个极值点等价于方程ln x-2ax+1=0有两个大于零的不相等的实数根.令y1=ln x,y2=2ax-1,在同一坐标系中作出这两个函数的图像,显然a≤
0时,两个函数图像只有一个公共点,故a>0,此时当直线的斜率逐渐变大直到直线y=2ax-1与曲线y=ln x相切时,两函数图像均有两个不同的公共点,y′1=,故曲线y=ln x上的点(x0,ln x0)处的切线方程是y-ln x0=(x-x0),该直线过点(0,-1),则-1-ln x0=-1,解得x0=1,故过点(0,-1)的曲线y=ln x的切线斜率是1,故2a=1,即a=,所以a的取值范围是0,.
21.B1,B12[2013·江西卷] 设函数
f(x)=a为常数且a∈(0,1).
(1)当a=时,求f;
(2)若x0满足f(f(x0))=x0,但f(x0)≠x0,则称x0为f(x)的二阶周期点.证明函数f(x)有且仅有两个二阶周期点,并求二阶周期点x1,x2;
(3)对于(2)中的x1,x2,设A(x1,f(f(x1))),B(x2,f(f(x2))),C(a2,0),记△ABC的面积为S(a),求S(a)在区间上的最大值和最小值.
21.解:(1)当a=时,f=,
f=f=2=.
(2)f(f(x))=
当0≤x≤a2时,由x=x解得x=0,
因为f(0)=0,故x=0不是f(x)的二阶周期点;
当a20.
(或令g(a)=a3-2a2-2a+2,
g′(a)=3a2-4a-2=3,
因a∈(0,1),g′(a)<0,则g(a)在区间上的最小值为g=>0,
故对于任意a∈,g(a)=a3-2a2-2a+2>0,
S′(a)=·>0)
则S(a)在区间上单调递增,
故S(a)在区间上的最小值为S=,最大值为S=.
21.B12[2013·辽宁卷] (1)证明:当x∈[0,1]时,x≤sin x≤x;
(2)若不等式ax+x2++2(x+2)cos x≤4对x∈[0,1]恒成立,求实数a的取值范围.
21.解:(1)记F(x)=sin x-x,则F′(x)=cos x-.
当x∈0,时,F′(x)>0,F(x)在0,上是增函数;
当x∈,1时,F′(x)<0,F(x)在,1上是减函数.
又F(0)=0,F(1)>0,所以当x∈[0,1]时,F(x)≥0,即sin x≥x.
记H(x)=sin x-x,则当x∈(0,1)时,H′(x)=cos x-1<0,所以,H(x)在[0,1]上是减函数,则H(x)≤H(0)=0,即sin x≤x.
综上,x≤sin x≤x,x∈[0,1].
(2)方法一:
因为当x∈[0,1]时,
ax+x2++2(x+2)cos x-4
=(a+2)x+x2+-4(x+2)sin2
≤(a+2)x+x2+-4(x+2)x2
=(a+2)x.
所以,当a≤-2时,不等式ax+x2++2(x+2)cos x≤4对x∈[0,1]恒成立.
下面证明,当a>-2时,不等式ax+x2++2(x+2)cos x≤4对 x∈[0,1]不恒成立.
因为当x∈[0,1]时.
ax+x2++2(x+2)cos x-4
=(a+2)x+x2+-4(x+2)sin2
≥(a+2)x+x2+-4(x+2)2
=(a+2)x-x2-
≥(a+2)x-x2
=-xx-(a+2).
所以存在x0∈(0,1)例如x0取和中的较小值满足ax0+x++2(x0+2)cos x0
-4>0.即当a>-2时,不等式ax+x2++2(x+2)cos x-4≤0对x∈[0,1]不恒成立.
综上,实数a的取值范围是(-∞,-2].
方法二:
记f(x)=ax+x2++2(x+2)cos x-4,则
f′(x)=a+2x++2cos x-2(x+2)sin x.
记G(x)=f′(x),则
G′(x)=2+3x-4sin x-2(x+2)cos x.
当x∈(0,1)时,cos x>,因此G′(x)<2+3x-4·x-(x+2)=(2-2 )x<0.
于是f′(x)在[0,1]上是减函数,因此,当x∈(0,1)时f′(x)-2时,不等式ax+x2++2(x+2)cos x≤4对x∈[0,1]不恒成立.
由于f′(x)在[0,1]上是减函数,且
f′(0)=a+2>0,f′(1)=a++2cos 1-6sin 1.
当a≥6sin 1-2cos 1-时,f′(1)≥0,所以当x∈(0,1)时,f′(x)>0,因此f(x)在[0,1]上是增函数,故f(1)>f(0)=0;
当-20,故存在x0∈(0,1)使f′(x0)=0,则当0f′(x0)=0,所以f(x)在[0,x0]上是增函数,所以当x∈(0,x0)时,f(x)>f(0)=0.
所以,当a>-2时,不等式ax+x2++2(x+2)cos x≤4对x∈[0,1]不恒成立.
综上,实数a的取值范围是(-∞,-2].
21.B12,H1[2013·新课标全国卷Ⅱ] 已知函数f(x)=x2e-x.
(1)求f(x)的极小值和极大值;
(2)当曲线y=f(x)的切线l的斜率为负数时,求l在x轴上截距的取值范围.
21.解:(1)f(x)的定义域为(-∞,+∞).
f′(x)=-e-xx(x-2).①
当x∈(-∞,0)或x∈(2,+∞)时,f′(x)<0;
当x∈(0,2)时,f′(x)>0.
所以f(x)在(-∞,0),(2,+∞)单调递减,在(0,2)单调递增.
故当x=0时,f(x)取得极小值,极小值为f(0)=0;当x=2时,f(x)取得极大值,极大值为f(2)=4e-2.
(2)设切点为(t,f(t)),则l的方程为
y=f′(t)(x-t)+f(t).
所以l在x轴上的截距为
m(t)=t-=t+=t-2++3.
由已知和①得t∈(-∞,0)∪(2,+∞).
令h(x)=x+(x≠0),则当x∈(0,+∞)时,h(x)的取值范围为[2 ,+∞);当x∈(-∞,-2)时,h(x)的取值范围是(-∞,-3).
所以当t∈(-∞,0)∪(2,+∞)时,m(t)的取值范围是(-∞,0)∪[2 +3,+∞).
综上,l在x轴上的截距的取值范围是(-∞,0)∪[2 +3,+∞).
11.B3,B5,B8,B12[2013·新课标全国卷Ⅱ] 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)的图像是中心对称图形
C.若x0是f(x)的极小值点,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
11.C [解析] x→-∞时,f(x)<0,x→+∞时,f(x)>0,又f(x)连续,x0∈R,f(x0)=0,A正确.通过平移变换,函数可以化为f(x)=x3+c,从而函数y=f(x)的图像是中心对称图形,B正确.若x0是f(x)的极小值点,可能还有极大值点x1,若x10,且对任意x>0,f(x)≥f(1).试比较ln a与-2b的大小.
21.解:(1)由f(x)=ax2+bx-ln x,x∈(0,+∞),
得f′(x)=.
①当a=0时,f′(x)=.
(i)若b≤0,当x>0时,f′(x)<0恒成立,
所以函数f(x)的单调递减区间是(0,+∞).
(ii)若b>0,当0<x<时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
当x>时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增.
所以,函数f(x)的单调递减区间是,单调递增区间是.
②当a>0时,令f′(x)=0,
得2ax2+bx-1=0.
由Δ=b2+8a>0得
x1=,x2=.
显然,x1<0,x2>0.
当0<x<x2时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减;
当x>x2时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增.
所以函数f(x)的单调递减区间是,
单调递增区间是.
综上所述,
当a=0,b≤0时,函数f(x)的单调递减区间是(0,+∞);
当a=0,b>0时,函数f(x)的单调递减区间是,单调递增区间是;
当a>0时,函数f(x)的单调递减区间是,单调递增区间是.
(2)由题意,函数f(x)在x=1处取得最小值,
由(1)知是f(x)的唯一极小值点,
故=1,整理得
2a+b=1,即b=1-2a.
令g(x)=2-4x+ln x.
则g′(x)=.
令g′(x)=0,得x=.
当0<x<时,g′(x)>0,g(x)单调递增;
当x>时,g′(x)<0,g(x)单调递减.
因此g(x)≤g=1+ln =1-ln 4<0.
故g(a)<0,即2-4a+ln a=2b+ln a<0,
即ln a<-2b.
21.B11,B12[2013·陕西卷] 已知函数f(x)=ex,x∈R.
(1)求f(x)的反函数的图像上点(1,0)处的切线方程;
(2)证明:曲线y=f(x)与曲线y=x2+x+1有唯一公共点;
(3)设a0时,h′(x)>0,∴φ′(x)在(0,+∞)上单调递增.
∴φ′(x)在x=0有唯一的极小值φ′(0)=0,
即φ′(x)在R上的最小值为φ′(0)=0,
∴φ′(x)≥0(仅当x=0时等号成立),
∴φ(x)在R上是单调递增的,
∴φ(x)在R上有唯一的零点.
故曲线y=f(x)与曲线y=x2+x+1有唯一公共点.
方法二:∵ex>0,x2+x+1>0,
∴曲线y=ex与y=x2+x+1公共点的个数等于
曲线y=与直线y=1公共点的个数.
设φ(x)=,则φ(0)=1,即x=0时,两曲线有公共点.
又φ′(x)==≤0(仅当x=0时等号成立),
∴φ(x)在R上单调递减,
∴φ(x)与y=1有唯一的公共点,
故曲线y=f(x)与y=x2+x+1有唯一的公共点.
(3)-f=-e ==.
设函数u(x)=ex --2x(x≥0),则u′(x)=ex+-2≥2-2=0.
∴u′(x)≥0(仅当x=0时等号成立),
∴u(x)单调递增.
当x>0时,u(x)>u(0)=0.
令x=,则得e-e-(b-a)>0.
∴>f.
21.B3,B9,B12[2013·四川卷] 已知函数f(x)=其中a是实数.设A
(x1,f(x1)),B(x2,f(x2))为该函数图像上的两点,且x10,
因此x2-x1=[-(2x1+2)+2x2+2]≥=1.
当且仅当-(2x1+2)=2x2+2=1,即x1=-且x2=-时等号成立
所以,函数f(x)的图像在点A,B处的切线互相垂直时,有x2-x1≥1.
(3)当x1x1>0时,f′(x1)≠f′(x2),故x1<00时,函数f(x)的图像在点(x2,f(x2))处的切线方程为y-ln x2=(x-x2),即y=·x+ln x2-1.
两切线重合的充要条件是
由①及x1<0h(2)=-ln 2-1,
所以a>-ln2-1,
而当t∈(0,2)且t趋近于0时,h(t)无限增大,
所以a的取值范围是(-ln 2-1,+∞).
故当函数f(x)的图像在点A,B处的切线重合时,a的取值范围是(-ln 2-1,+∞).
10.B3,B12[2013·四川卷] 设函数f(x)=(a∈R,e为自然对数的底数).若存在b∈[0,1]使f(f(b))=b成立,则a的取值范围是( )
A.[1,e] B.[1,1+e]
C.[e,1+e] D.[0,1]
10.A [解析] 易得f(x)在[0,1]上是增函数,对于b∈[0,1],如果f(b)=c>b,则f(f(b))=f(c)>f(b)=c>b,不可能有f(f(b))=b;同理,当f(b)=d<b时,则f(f(b))=f(d)<f(b)=d<b,也不可能有f(f(b))=b;因此必有f(b)=b,即方程f(x)=x在[0,1]上有解,即=x.因为x≥0,两边平方得ex+x-a=x2,所以a=ex-x2+x.记g(x)=ex-x2+x,则g′(x)=ex-2x+1.
当x∈时,ex>0,-2x+1≥0,故g′(x)>0.
当x∈时,ex>>1,-2x+1≥-1,故g′(x)>0,综上,g′(x)在x∈[0,1]上恒大于0,所以g(x)在[0,1]上为增函数,值域为[g(0),g(1)],即[1,e],从而a的取值范围是[1,e].
20.B12[2013·天津卷] 设a∈[-2,0],已知函数f(x)=
(1)证明f(x)在区间(-1,1)内单调递减,在区间(1,+∞)内单调递增;
(2)设曲线y=f(x)在点Pi(xi,f(xi))(i=1,2,3)处的切线相互平行,且x1x2x3≠0,证明x1+x2+x3>-.
20.解:(1)证明:设函数f1(x)=x3-(a+5)x(x≤0),f2(x)=x3-x2+ax(x≥0),
①f′1(x)=3x2-(a+5),a∈[-2,0],从而当-11时,f′2(x)>0,即函数f2(x)在区间[0,1)内单调递减,在区间(1,+∞)内单调递增.
综合①②及f1(0)=f2(0),可知函数f(x)在区间(-1,1)内单调递减,在区间(1,+∞)内单调递增.
(2)证明:由(1)知f′(x)在区间(-∞,0)内单调递减,在区间0,内单调递减,在区间,+∞内单调递增,且f′2(0)-f′1(0)=a+a+5>0.因为曲线y=f(x)在点Pi(xi,f(xi))(i=1,2,3)处的切线相互平行,从而x1,x2,x3互不相等,且f′(x1)=f′(x2)=f′(x3).结合图像不妨设x1<0-+.
设t=,则a=.
因为a∈[-2,0],所以t∈,,
故x1+x2+x3>-t+=(t-1)2-≥-,即x1+x2+x3>-.
20.B11、B12[2013·新课标全国卷Ⅰ] 已知函数f(x)=ex(ax+b)-x2-4x,曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=4x+4.
(1)求a,b的值;
(2)讨论f(x)的单调性,并求f(x)的极大值.
20.解:(1)f′(x)=ex(ax+a+b)-2x-4.
由已知得f(0)=4,f′(0)=4,故b=4,a+b=8.
从而a=4,b=4.
(2)由(1)知,f(x)=4ex(x+1)-x2-4x.
f′(x)=4ex(x+2)-2x-4=4(x+2).
令f′(x)=0,得x=-ln 2或x=-2.
从而当x∈(-∞,-2)∪(-ln 2,+∞)时,f′(x)>0;当x∈(-2,-ln 2)时,f′(x)<0.
故f(x)在(-∞,-2),(-ln 2,+∞)上单调递增,在(-2,-ln 2)上单调递减.
当x=-2时,函数f(x)取得极大值,极大值为f(-2)=4(1-e-2).
12.B5、B12、B14[2013·新课标全国卷Ⅰ] 已知函数f(x)=若|f(x)|≥ax,则a的取值范围是( )
A.(-∞,0] B.(-∞,1]
C.[-2,1] D.[-2,0]
12.D [解析] 函数y=|f(x)|=在同一坐标系中画出y=|f(x)|,y=ax的图像如图所示,问题等价于直线y=ax不在函数y=|f(x)|图像的上方,显然a>0时,y=ln (x+1)的图像不可能恒在直线y=ax的上方,故a≤0;由于直线y=ax与曲线y=x2-2x均过坐标原点,所以满足条件的直线y=ax的极端位置是曲线y=x2-2x在点(0,0)处的切线,y′=2x-2,当x=0时y′=-2.所以-2≤a≤0.
21.B12[2013·浙江卷] 已知a∈R,函数f(x)=2x3-3(a+1)x2+6ax.
(1)若a=1,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
(2)若|a|>1,求f(x)在闭区间[0,2|a|]上的最小值.
21.解:(1)当a=1时, f′(x)=6x2-12x+6,所以f′(2)=6.
又因为f(2)=4,所以切线方程为y=6x-8.
(2)记g(a)为f(x)在闭区间[0,2|a|]上的最小值.
f′(x)=6x2-6(a+1)x+6a=6(x-1)(x-a).
令f′(x)=0,得x1=1,x2=a.
当a>1时,
x
0
(0,1)
1
(1,a)
a
(a,2a)
2a
f′(x)
+
0
-
0
+
f(x)
0
单调
递增
极大值
3a-1
单调
递减
极小值
a2(3-a)
单调
递增
4a3
比较f(0)=0和f(a)=a2(3-a)的大小可得
g(a)=
当a<-1时,
x
0
(0,1)
1
(1,-2a)
-2a
f′(x)
-
0
+
f(x)
0
单调
递减
极小值
3a-1
单调
递增
-28a3-24a2
得g(a)=3a-1.
综上所述,f(x)在闭区间[0,2|a|]上的最小值为
g(a)=
8.B12[2013·浙江卷] 已知函数y=f(x)的图像是下列四个图像之一,且其导函数y=f′(x)的图像如图1-2所示,则该函数的图像是( )
图1-2
图1-3
8.B [解析] 由导函数的图像可知,f′(x)>0恒成立,则f(x)在(-1,1)上递增,且导函数为偶函数,则函数f(x)为奇函数,再从导函数的图像可知,当x∈(0,1)时,其二阶导数f″(x)<0,则f(x)在x∈(0,1)时,其图像是向上凸的,或者y随着x增长速度越来越缓慢,故选择B.
20.B11和B12[2013·重庆卷] 某村庄拟修建一个无盖的圆柱形蓄水池(不计厚度).设该蓄水池的底面半径为r米,高为h米,体积为V立方米.假设建造成本仅与表面积有关,侧面的建造成本为100元/平方米,底面的建造成本为160元/平方米,该蓄水池的总建造成本为12 000π元(π为圆周率).
(1)将V表示成r的函数V(r),并求该函数的定义域;
(2)讨论函数V(r)的单调性,并确定r和h为何值时该蓄水池的体积最大.
20.解:(1)因为蓄水池侧面的总成本为100·2πrh=200πrh元,底面的总成本为160πr2
元,所以蓄水池的总成本为(200πrh+160πr2)元,又据题意200πrh+160πr2=12 000π,所以h=(300-4r2),从而
V(r)=πr2h=(300r-4r3).
因为r>0,又由h>0可得r<5 ,故函数V(r)的定义域为(0,5 ).
(2)因为V(r)=(300r-4r3),故V′(r)=(300-12r2).令V′(r)=0,解得r1=5,r2=-5(r2=-5不在定义域内,舍去).
当r∈(0,5)时,V′(r)>0,故V(r)在(0,5)上为增函数;当r∈(5,5 )时,V′(r)<0,故V(r)在(5,5 )上为减函数.
由此可知,V(r)在r=5处取得最大值,此时h=8,即当r=5,h=8时,该蓄水池的体积最大.
B13 定积分与微积分基本定理
B14 单元综合
14.B1,B14[2013·安徽卷] 定义在R上的函数f(x)满足f(x+1)=2f(x),若当0≤x≤1时,f(x)=x(1-x),则当-1≤x≤0时,f(x)=________.
14.- [解析] 当-1≤x≤0时,0≤x+1≤1,由f(x+1)=2f(x)可得f(x)=f(x+1)=-x(x+1).
18.B11,B12,B9,B14[2013·北京卷] 已知函数f(x)=x2+xsin x+cos x.
(1)若曲线y=f(x)在点(a,f(a))处与直线y=b相切,求a与b的值;
(2)若曲线y=f(x)与直线y=b有两个不同交点,求b的取值范围.
18.解:由f(x)=x2+xsin x+cos x,得
f′(x)=x(2+cos x).
(1)因为曲线y=f(x)在点(a,f(a))处与直线y=b相切,所以f′(a)=a(2+cos a)=0,b=f(a).
解得a=0,b=f(0)=1.
(2)令f ′(x)=0,得x=0.
f(x)与f′(x)的情况如下:
x
(-∞,0)
0
(0,+∞)
f′(x)
-
0
+
f(x)
1
所以函数f(x)在区间(-∞,0)上单调递减,在区间(0,+∞)上单调递增,f(0)=1是f(x)的最小值.
当b≤1时,曲线y=f(x)与直线y=b最多只有一个交点;
当b>1时,f(-2b)=f(2b)≥4b2-2b-1>4b-2b-1>b,f(0)=11时,曲线y=f(x)与直线y=b有且仅有两个不同交点.
综上可知,如果曲线y=f(x)与直线y=b有两个不同交点,那么b的取值范围是(1,+∞).
21.B12、B14[2013·全国卷] 已知函数f(x)=x3+3ax2+3x+1.
(1)当a=-时,讨论f(x)的单调性;
(2)若x∈[2,+∞)时,f(x)≥0,求a的取值范围.
21.解:(1)当a=-时,f(x)=x3-3 x2+3x+1,
f′(x)=3x2-6 x+3.
令f′(x)=0,得x1=-1,x2=+1.
当x∈(-∞,-1)时,f′(x)>0,f(x)在(-∞,-1)上是增函数;
当x∈(-1,+1)时,f′(x)<0,f(x)在(-1,+1)上是减函数;
当x∈(+1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)在(+1,+∞)上是增函数.
(2)由f(2)≥0得a≥-.
当a≥-,x∈(2,+∞)时,
f′(x)=3(x2+2ax+1)≥3=
3(x-2)>0,
所以f(x)在(2,+∞)上是增函数,于是当x∈[2,+∞)时,f(x)≥f(2)≥0.
综上,a的取值范围是.
22.B12,B14[2013·福建卷] 已知函数f(x)=x-1+(a∈R,e为自然对数的底数).
(1)若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线平行于x轴,求a的值;
(2)求函数f(x)的极值;
(3)当a=1时,若直线l:y=kx-1与曲线y=f(x)没有公共点,求k的最大值.
22.解:(1)由f(x)=x-1+,得f′(x)=1-.
又曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线平行于x轴,得f′(1)=0,即1-=0,解得a=e.
(2)f′(x)=1-,
①当a≤0时,f′(x)>0,f(x)为(-∞,+∞)上的增函数,所以函数f(x)无极值.
②当a>0时,令f′(x)=0,得ex=a,x=ln a.
当x∈(-∞,ln a)时,f′(x)<0;
当x∈(ln a,+∞)时,f′(x)>0,
所以f(x)在(-∞,ln a)上单调递减,在(ln a,+∞)上单调递增,故f(x)在x=ln a处取得极小值,且极小值为f(ln a)=ln a,无极大值.
综上,当a≤0时,函数f(x)无极值;
当a>0时,f(x)在x=ln a处取得极小值ln a,无极大值.
(3)方法一:当a=1时,f(x)=x-1+.
令g(x)=f(x)-(kx-1)=(1-k)x+,
则直线l:y=kx-1与曲线y=f(x)没有公共点,
等价于方程g(x)=0在R上没有实数解.
假设k>1,此时g(0)=1>0,g=-1+<0,
又函数g(x)的图像连续不断,由零点存在定理,可知g(x)=0在R上至少有一解,与“方程g(x)=0在R上没有实数解”矛盾,故k≤1.
又k=1时,g(x)=>0,知方程g(x)=0在R上没有实数解.
所以k的最大值为1.
方法二:当a=1时,f(x)=x-1+.
直线l:y=kx-1与曲线y=f(x)没有公共点,
等价于关于x的方程kx-1=x-1+在R上没有实数解,即关于x的方程:
(k-1)x=(*)在R上没有实数解.
①当k=1时,方程(*)可化为=0,在R上没有实数解.
②当k≠1时,方程(*)化为=xex.
令g(x)=xex,则有g′(x)=(1+x)ex.
令g′(x)=0,得x=-1,
当x变化时,g′(x),g(x)的变化情况如下表:
x
(-∞,-1)
-1
(-1,+∞)
g′(x)
-
0
+
g(x)
-
当x=-1时,g(x)min=-,同时当x趋于+∞时,g(x)趋于+∞,从而g(x)的取值范围为-,+∞.
所以当∈时,方程(*)无实数解.
解得k的取值范围是(1-e,1).
综上①②,得k的最大值为1.
16.A4,B14[2013·福建卷] 设S,T是R的两个非空子集,如果存在一个从S到T的函数y=f(x)满足:
(i)T={f(x)|x∈S};(ii)对任意x1,x2∈S,当x10,进而解得x>a-1,即f(x)在(a-1,+∞)上是单调减函数.同理,f(x)在(0,a-1) 上是单调增函数.由于f(x)在(1,+∞)上是单调减函数,故(1,+∞)(a-1,+∞),从而a-1≤1,即a≥1.令g′(x)=ex-a=0,得x=ln a.当xln a时,g′(x)>0.又g(x)在(1,+∞)上有最小值,所以ln a>1,即a>e.
综上,有a∈(e,+∞).
(2)当a≤0时,g(x)必为单调增函数;当a>0时,令g′(x)=ex-a>0,
解得aln a,因为g(x)在(-1,+∞)上是单调增函数,类似(1)有ln a≤-1,即00,得f(x)存在唯一的零点;
(ii)当a<0时,由于f(ea)=a-aea=a(1-ea)<0,f(1)=-a>0,且函数f(x)在[ea,1]上的图像不间断,所以f(x)在(ea,1)上存在零点.
另外,当x>0时,f′(x)=-a>0,故f(x)在(0,+∞)上是单调增函数,所以f(x)只有一个零点.
(iii)当00,当x>a-1
时,f′(x)<0,所以,x=a-1是f(x)的最大值点,且最大值为f(a-1)=-ln a-1.
①当-ln a-1=0,即a=e-1时,f(x)有一个零点x=e.
②当-ln a-1>0,即00,且函数f(x)在[e-1,a-1]上的图像不间断,所以f(x)在(e-1,a-1)上存在零点.
另外,当x∈(0,a-1)时,f′(x)=-a>0,故f(x)在(0,a-1)上是单调增函数,所以f(x)在(0,a-1)上只有一个零点.
下面考虑f(x)在(a-1,+∞)上的情况,先证f(ea-1)=a(a-2-ea-1)<0,为此,我们要证明:当x>e时,ex>x2,设h(x)=ex-x2,则h′(x)=ex-2x,再设l(x)=h′(x)=ex-2x,则l′(x)=ex-2.
当x>1时,l′(x)=ex-2>e-2>0,所以l(x)=h′(x)在(1,+∞)上是单调增函数.故当x>2时,h′(x)=ex-2x>h′(2)=e2-4>0,
从而h(x)在(2,+∞)上是单调增函数,进而当x>e时,h(x)=ex-x2>h(e)=ee-e2>0,
即当x>e时,ex>x2.
当0e时,f(ea-1)=a-1-aea-1=a(a-2-ea-1)<0,
又f(a-1)>0,且函数f(x)在[a-1,ea-1]上的图像不间断,所以f(x)在(a-1,ea-1)上存在零点.
又当x>a-1时,f′(x)=-a<0,
故f(x)在(a-1,+∞)上是单调减函数,所以f(x)在(a-1,+∞)上只有一个零点.
综合(i)(ii)(iii),当a≤0或a=e-1时,f(x)的零点个数为1,
当00)图像上一动点.若点P,A之间的最短距离为2 ,则满足条件的实数a的所有值为________.
13.-1, [解析] 由题意知,若a<0,则a=-1满足题意;若a>0,则圆(x-a)2+(y-a)2=8与y=(x>0)相切.联立方程,消去y得
x2-2ax+a2+-+a2=8,
即-2a+2a2-10=0.
令Δ=0得(2a)2-4(2a2-10)=0.(*)
解得a=.
此时方程(*)的解为x=,满足题意.
综上,实数a的所有值为-1,.
12.B5、B12、B14[2013·新课标全国卷Ⅰ] 已知函数f(x)=若|f(x)|≥ax,则a的取值范围是( )
A.(-∞,0] B.(-∞,1]
C.[-2,1] D.[-2,0]
12.D [解析] 函数y=|f(x)|=在同一坐标系中画出y=|f(x)|,y=ax的图像如图所示,问题等价于直线y=ax不在函数y=|f(x)|图像的上方,显然a>0时,y=ln (x+1)的图像不可能恒在直线y=ax的上方,故a≤0;由于直线y=ax与曲线y=x2-2x均过坐标原点,所以满足条件的直线y=ax的极端位置是曲线y=x2-2x在点(0,0)处的切线,y′=2x-2,当x=0时y′=-2.所以-2≤a≤0.
16.B14[2013·浙江卷] 设a,b∈R,若x≥0时恒有0≤x4-x3+ax+b≤(x2-1)2,则ab=________.
16.-1 [解析] 当x=1时,0≤a+b≤0,则a+b=0,b=-a,令f(x)=(x2-1)2-(x4-x3+ax-a)=x3-2x2-ax+a+1,则f(x)≥0在x≥0时恒成立,f(1)=1-2-a+a+1=0,则x=1应为极小值点,f′(x)=3x2-4x-a,故f′(1)=0,a=-1,b=1,ab=-1.
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