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数学
B单元 函数与导数
B1 函数及其表示
14.、[2014·安徽卷] 若函数f(x)(x∈R)是周期为4的奇函数,且在[0,2]上的解析式为f(x)=则f+f=______.
14.、
2.、[2014·北京卷] 下列函数中,定义域是R且为增函数的是( )
A.y=e-xB.y=x3
C.y=lnxD.y=|x|
2.B、
21.、、[2014·江西卷] 将连续正整数1,2,…,n(n∈N*)从小到大排列构成一个数123…n,F(n)为这个数的位数(如n=12时,此数为123456789101112,共有15个数字,F(12)=15),现从这个数中随机取一个数字,p(n)为恰好取到0的概率.
(1)求p(100);
(2)当n≤2014时,求F(n)的表达式;
(3)令g(n)为这个数中数字0的个数,f(n)为这个数中数字9的个数,h(n)=f(n)-g(n),S={n|h(n)=1,n≤100,n∈N*},求当n∈S时p(n)的最大值.
21.解:(1)当n=100时,这个数中总共有192个数字,其中数字0的个数为11,所以恰好取到0的概率为p(100)=.
(2)F(n)=
(3)当n=b(1≤b≤9,b∈N*),g(n)=0;
当n=10k+b(1≤k≤9,0≤b≤9,k∈N*,b∈N)时,g(n)=k;
当n=100时,g(n)=11,即g(n)=
1≤k≤9,0≤b≤9,k∈N*,b∈N,
同理有f(n)=
由h(n)=f(n)-g(n)=1,可知n=9,19,29,39,49,59,69,79,89,90,
所以当n≤100时,S={9,19,29,39,49,59,69,79,89,90}.
当n=9时,p(9)=0.
当n=90时,p(90)===.
当n=10k+9(1≤k≤8,k∈N*)时,p(n)===,由y=关于k单调递增,故当n=10k+9(1≤k≤8,k∈N*)时,p(n)的最大值为p(89)=.
又<,所以当n∈S时,p(n)的最大值为.
3.[2014·山东卷] 函数f(x)=的定义域为( )
A.(0,2) B.(0,2]
C.(2,+∞) D.[2,+∞)
3.C
B2 反函数
5.[2014·全国卷] 函数y=ln(+1)(x>-1)的反函数是( )
A.y=(1-ex)3(x>-1)
B.y=(ex-1)3(x>-1)
C.y=(1-ex)3(x∈R)
D.y=(ex-1)3(x∈R)
5.D
B3 函数的单调性与最值
2.、[2014·北京卷] 下列函数中,定义域是R且为增函数的是( )
A.y=e-xB.y=x3
C.y=lnxD.y=|x|
2.B
4.、[2014·湖南卷] 下列函数中,既是偶函数又在区间(-∞,0)上单调递增的是( )
A.f(x)=B.f(x)=x2+1
C.f(x)=x3D.f(x)=2-x
4.A
19.、、、[2014·江苏卷] 已知函数f(x)=ex+e-x,其中e是自然对数的底数.
(1)证明:f(x)是R上的偶函数.
(2)若关于x的不等式mf(x)≤e-x+m-1在(0,+∞)上恒成立,求实数m的取值范围.
(3)已知正数a满足:存在x0∈[1,+∞),使得f(x0)0),则t>1,所以m≤-=
-对任意t>1成立.
因为t-1++1≥2+1=3, 所以-≥-,
当且仅当t=2, 即x=ln2时等号成立.
因此实数m的取值范围是.
(3)令函数g(x)=ex+-a(-x3+3x),则g′(x) =ex-+3a(x2-1).
当x≥1时,ex->0,x2-1≥0.又a>0,故g′(x)>0,所以g(x)是[1,+∞)上的单调递增函数,因此g(x)在[1,+∞)上的最小值是g(1)=e+e-1-2a.
由于存在x0∈[1,+∞),使ex0+e-x0-a(-x+3x0)<0成立,当且仅当最小值g(1)<0,
故e+e-1-2a<0, 即a>.
令函数h(x) =x-(e-1)lnx-1,则h′(x)=1-.令h′(x)=0, 得x=e-1.
当x∈(0,e-1)时,h′(x)<0,故h(x)是(0,e-1)上的单调递减函数;
当x∈(e-1,+∞)时,h′(x)>0,故h(x)是(e-1,+∞)上的单调递增函数.
所以h(x)在(0,+∞)上的最小值是h(e-1).
注意到h(1)=h(e)=0,所以当x∈(1,e-1)⊆(0,e-1)时,h(e-1)≤h(x)h(e)=0,即a-1>(e-1)lna,故ea-1>ae-1.
综上所述,当a∈时,ea-1ae-1.
15.、、[2014·四川卷] 以A表示值域为R的函数组成的集合,B表示具有如下性质的函数φ(x)组成的集合:对于函数φ(x),存在一个正数M,使得函数φ(x)的值域包含于区间[-M,M].例如,当φ1(x)=x3,φ2(x)=sinx时,φ1(x)∈A,φ2(x)∈B.现有如下命题:
①设函数f(x)的定义域为D,则“f(x)∈A”的充要条件是“∀b∈R,∃a∈D,f(a)=b”;
②若函数f(x)∈B,则f(x)有最大值和最小值;
③若函数f(x),g(x)的定义域相同,且f(x)∈A,g(x)∈B,则f(x)+g(x)∈/B;
④若函数f(x)=aln(x+2)+(x>-2,a∈R)有最大值,则f(x)∈B.
其中的真命题有________.(写出所有真命题的序号)
15.①③④
21.、[2014·四川卷] 已知函数f(x)=ex-ax2-bx-1,其中a,b∈R,e=2.71828…为自然对数的底数.
(1)设g(x)是函数f(x)的导函数,求函数g(x)在区间[0,1]上的最小值;
(2)若f(1)=0,函数f(x)在区间(0,1)内有零点,证明:e-2<a<1.
21.解:(1)由f(x)=ex-ax2-bx-1,得g(x)=f′(x)=ex-2ax-b,所以g′(x)=ex-2a.
当x∈[0,1]时,g′(x)∈[1-2a,e-2a].
当a≤时,g′(x)≥0,所以g(x)在[0,1]上单调递增,
因此g(x)在[0,1]上的最小值是g(0)=1-b;
当a≥时,g′(x)≤0,所以g(x)在[0,1]上单调递减,
因此g(x)在[0,1]上的最小值是g(1)=e-2a-b;
当<a<时,令g′(x)=0,得x=ln(2a)∈(0,1),
所以函数g(x)在区间[0,ln(2a)]上单调递减,在区间(ln(2a),1]上单调递增,
于是,g(x)在[0,1]上的最小值是g(ln(2a))=2a-2aln(2a)-b.
综上所述,当a≤时,g(x)在[0,1]上的最小值是g(0)=1-b;
当<a<时,g(x)在[0,1]上的最小值是g(ln(2a))=2a-2aln(2a)-b;
当a≥时,g(x)在[0,1]上的最小值是g(1)=e-2a-b.
(2)证明:设x0为f(x)在区间(0,1)内的一个零点,则由f(0)=f(x0)=0可知,
f(x)在区间(0,x0)上不可能单调递增,也不可能单调递减.
则g(x)不可能恒为正,也不可能恒为负.
故g(x)在区间(0,x0)内存在零点x1.
同理g(x)在区间(x0,1)内存在零点x2.故g(x)在区间(0,1)内至少有两个零点.
由(1)知,当a≤时,g(x)在[0,1]上单调递增,故g(x)在(0,1)内至多有一个零点;
当a≥时,g(x)在[0,1]上单调递减,故g(x)在(0,1)内至多有一个零点,都不合题意.
所以<a<.
此时g(x)在区间[0,ln(2a)]上单调递减,在区间(ln(2a),1]上单调递增.
因此x1∈(0,ln(2a)),x2∈(ln(2a),1),必有
g(0)=1-b>0,g(1)=e-2a-b>0.
由f(1)=0有a+b=e-1<2,有
g(0)=a-e+2>0,g(1)=1-a>0.
解得e-2<a<1.
所以,函数f(x)在区间(0,1)内有零点时,e-2<a<1.
B4 函数的奇偶性与周期性
4.[2014·重庆卷] 下列函数为偶函数的是( )
A.f(x)=x-1B.f(x)=x2+x
C.f(x)=2x-2-xD.f(x)=2x+2-x
4.D
14.、[2014·安徽卷] 若函数f(x)(x∈R)是周期为4的奇函数,且在[0,2]上的解析式为f(x)=则f+f=______.
14.
5.[2014·广东卷] 下列函数为奇函数的是( )
A.2x-B.x3sinx
C.2cosx+1D.x2+2x
5.A
9.、[2014·湖北卷] 已知f(x)是定义在R上的奇函数,当x≥0时,f(x)=x2-3x,则函数g(x)=f(x)-x+3的零点的集合为( )
A.{1,3}B.{-3,-1,1,3}
C.{2-,1,3}D.{-2-,1,3}
9.D
4.、[2014·湖南卷] 下列函数中,既是偶函数又在区间(-∞,0)上单调递增的是( )
A.f(x)=B.f(x)=x2+1
C.f(x)=x3D.f(x)=2-x
4.A
15.[2014·湖南卷] 若f(x)=ln(e3x+1)+ax是偶函数,则a=________.
15.-
19.、、、[2014·江苏卷] 已知函数f(x)=ex+e-x,其中e是自然对数的底数.
(1)证明:f(x)是R上的偶函数.
(2)若关于x的不等式mf(x)≤e-x+m-1在(0,+∞)上恒成立,求实数m的取值范围.
(3)已知正数a满足:存在x0∈[1,+∞),使得f(x0)0),则t>1,所以m≤-=
-对任意t>1成立.
因为t-1++1≥2+1=3, 所以-≥-,
当且仅当t=2, 即x=ln2时等号成立.
因此实数m的取值范围是.
(3)令函数g(x)=ex+-a(-x3+3x),则g′(x) =ex-+3a(x2-1).
当x≥1时,ex->0,x2-1≥0.又a>0,故g′(x)>0,所以g(x)是[1,+∞)上的单调递增函数,因此g(x)在[1,+∞)上的最小值是g(1)=e+e-1-2a.
由于存在x0∈[1,+∞),使ex0+e-x0-a(-x+3x0)<0成立,当且仅当最小值g(1)<0,
故e+e-1-2a<0, 即a>.
令函数h(x) =x-(e-1)lnx-1,则h′(x)=1-.令h′(x)=0, 得x=e-1.
当x∈(0,e-1)时,h′(x)<0,故h(x)是(0,e-1)上的单调递减函数;
当x∈(e-1,+∞)时,h′(x)>0,故h(x)是(e-1,+∞)上的单调递增函数.
所以h(x)在(0,+∞)上的最小值是h(e-1).
注意到h(1)=h(e)=0,所以当x∈(1,e-1)⊆(0,e-1)时,h(e-1)≤h(x)h(e)=0,即a-1>(e-1)lna,故ea-1>ae-1.
综上所述,当a∈时,ea-1ae-1.
12.[2014·全国卷] 奇函数f(x)的定义域为R.若f(x+2)为偶函数,且f(1)=1,则f(8)+f(9)=( )
A.-2B.-1
C.0D.1
12.D
15.[2014·新课标全国卷Ⅱ] 偶函数y=f(x)的图像关于直线x=2对称,f(3)=3,则f(-1)=________.
15.3
5.[2014·全国新课标卷Ⅰ] 设函数f(x),g(x)的定义域都为R,且f(x)是奇函数,g(x)是偶函数,则下列结论中正确的是( )
A.f(x)g(x)是偶函数
B.|f(x)|g(x)是奇函数
C.f(x)|g(x)|是奇函数
D.|f(x)g(x)|是奇函数
5.C
13.[2014·四川卷] 设f(x)是定义在R上的周期为2的函数,当x∈[-1,1)时,f(x)=则f=________.
13.1
B5二次函数
10.[2014·江苏卷] 已知函数f(x)=x2+mx-1,若对于任意x∈[m,m+1],都有f(x)<0成立,则实数m的取值范围是________.
10.
14.、[2014·全国卷] 函数y=cos2x+2sinx的最大值为________.
14.
B6指数与指数函数
5.[2014·安徽卷] 设a=log37,b=21.1,c=0.83.1,则( )
A.b0,且a≠1)的图像如图12所示,则下列函数图像正确的是( )
图12
AB
CD图13
8.B
3.、[2014·辽宁卷] 已知a=2-,b=log2,c=log,则( )
A.a>b>cB.a>c>b
C.c>b>aD.c>a>b
3.D
15.、[2014·全国新课标卷Ⅰ] 设函数f(x)=则使得f(x)≤2成立的x的取值范围是________.
15.(-∞,8]
5.,[2014·山东卷] 已知实数x,y满足axy3
B.sinx>siny
C.ln(x2+1)>ln(y2+1)
D.>
5.A
7.[2014·陕西卷] 下列函数中,满足“f(x+y)=
f(x)f(y)”的单调递增函数是( )
A.f(x)=x3B.f(x)=3x
C.f(x)=xD.f(x)=
7.B
12.[2014·陕西卷] 已知4a=2,lgx=a,则x=________.
12.
7.、[2014·四川卷] 已知b>0,log5b=a,lgb=c,5d=10,则下列等式一定成立的是( )
A.d=acB.a=cd
C.c=adD.d=a+c
7.B
9.、[2014·四川卷] 设m∈R,过定点A的动直线x+my=0和过定点B的动直线mx-y-m+3=0交于点P(x,y),则|PA|+|PB|的取值范围是( )
A.[,2] B.[,2]
C.[,4] D.[2,4]
9.B
4.[2014·天津卷] 设a=log2π,b=logπ,c=π-2,则( )
A.a>b>cB.b>a>c
C.a>c>bD.c>b>a
4.C
B7对数与对数函数
12.[2014·天津卷] 函数f(x)=lgx2的单调递减区间是________.
12.(-∞,0)
11.[2014·安徽卷] +log3+log3=________.
11.
8.、[2014·浙江卷] 在同一直角坐标系中,函数f(x)=xa(x>0),g(x)=logax的图像可能是( )
AB
CD
图12
8.D
8.,,[2014·福建卷] 若函数y=logax(a>0,且a≠1)的图像如图12所示,则下列函数图像正确的是( )
图12
AB
CD图13
8.B
13.、[2014·广东卷] 等比数列{an}的各项均为正数,且a1a5=4,则log2a1+log2a2+log2a3+log2a4+log2a5=________.
13.5
3.、[2014·辽宁卷] 已知a=2-,b=log2,c=log,则()
A.a>b>cB.a>c>b
C.c>b>aD.c>a>b
3.D
6.,[2014·山东卷] 已知函数y=loga(x+c)(a,c为常数,其中a>0,a≠1)的图像如图11所示,则下列结论成立的是( )
图11
A.a>1,x>1B.a>1,01D.00,且a≠1)的图像如图12所示,则下列函数图像正确的是( )
图12
AB
CD图13
8.B
15.[2014·湖北卷] 如图14所示,函数y=f(x)的图像由两条射线和三条线段组成.
若∀x∈R,f(x)>f(x-1),则正实数a的取值范围为________.
图14
15.
13.、[2014·江苏卷] 已知f(x)是定义在R上且周期为3的函数,当x∈[0,3)时,f(x)=.若函数y=f(x)-a在区间[-3,4]上有10个零点(互不相同),则实数a的取值范围是________.
13.
15.、[2014·全国新课标卷Ⅰ] 设函数f(x)=则使得f(x)≤2成立的x的取值范围是________.
15.(-∞,8]
6.,[2014·山东卷] 已知函数y=loga(x+c)(a,c为常数,其中a>0,a≠1)的图像如图11所示,则下列结论成立的是( )
图11
A.a>1,x>1B.a>1,01D.00,f(x)在(e,+∞)上单调递增.
∴x=e时,f(x)取得极小值f(e)=lne+=2,
∴f(x)的极小值为2.
(2)由题设g(x)=f′(x)-=--(x>0),
令g(x)=0,得m=-x3+x(x>0),
设φ(x)=-x3+x(x≥0),
则φ′(x)=-x2+1=-(x-1)(x+1),
当x∈(0,1)时,φ′(x)>0,φ(x)在(0,1)上单调递增;
当x∈(1,+∞)时,φ′(x)<0,φ(x)在(1,+∞)上单调递减.
∴x=1是φ(x)的唯一极值点,且是极大值点,因此x=1也是φ(x)的最大值点,
∴φ(x)的最大值为φ(1)=.
又φ(0)=0,结合y=φ(x)的图像(如图所示),可知
①当m>时,函数g(x)无零点;
②当m=时,函数g(x)有且只有一个零点;
③当0时,函数g(x)无零点;
当m=或m≤0时,函数g(x)有且只有一个零点;
当0a>0,<1恒成立,
等价于f(b)-b0),
∴(*)等价于h(x)在(0,+∞)上单调递减.
由h′(x)=--1≤0在(0,+∞)上恒成立,
得m≥-x2+x=-+(x>0)恒成立,
∴m≥,
∴m的取值范围是.
20.、[2014·安徽卷] 设函数f(x)=1+(1+a)x-x2-x3,其中a>0.
(1)讨论f(x)在其定义域上的单调性;
(2)当x∈[0,1]时,求f(x)取得最大值和最小值时的x的值.
20.解: (1)f(x)的定义域为(-∞,+∞),
f′(x)=1+a-2x-3x2.
令f′(x)=0,得x1=,
x2=,且x1x2时,f′(x)<0;
当x10.
故f(x)在和内单调递减,
在内单调递增.
(2)因为a>0,所以x1<0,x2>0,
①当a≥4时,x2≥1,由(1)知,f(x)在[0,1]上单调递增,所以f(x)在x=0和x=1处分别取得最小值和最大值.
②当0ln(kx),
即x>lnx+lnk成立.
①若0<k≤1,则lnk≤0,易知当x>0时,x>lnx≥lnx+lnk成立.
即对任意c∈[1,+∞),取x0=0,
当x∈(x0,+∞)时,恒有x<cex.
②若k>1,令h(x)=x-lnx-lnk,则h′(x)=1-=,
所以当x>1时,h′(x)>0,h(x)在(1,+∞)上单调递增.
取x0=4k,h(x0)=4k-ln(4k)-lnk=2(k-lnk)+2(k-ln2),
易知k>lnk,k>ln2,所以h(x0)>0.
因此对任意c∈(0,1),取x0=,当x∈(x0,+∞)时,恒有x<cex.
综上,对任意给定的正数c,总存在x0,当x∈(x0,+∞)时,恒有x<cex.
方法三:(1)同方法一.
(2)同方法一.
(3)证明:①若c≥1,取x0=0,
由(2)的证明过程知,ex>2x,
所以当x∈(x0,+∞)时,有cex≥ex>2x>x,
即x<cex.
②若0<c<1,
令h(x)=cex-x,则h′(x)=cex-1.
令h′(x)=0得x=ln.
当x>ln时,h′(x)>0,h(x)单调递增.
取x0=2ln,
则h(x0)=ce2ln-2ln=2,
易知-ln>0,又h(x)在(x0,+∞)内单调递增,
所以当x∈(x0,+∞)时,恒有h(x)>h(x0)>0,
即x<cex.
综上,对任意给定的正数c,总存在x0,当x∈(x0,+∞)时,恒有x<cex.
11.、[2014·广东卷] 曲线y=-5ex+3在点(0,-2)处的切线方程为________.
11.5x+y+2=0
11.[2014·江苏卷] 在平面直角坐标系xOy中,若曲线y=ax2+(a,b为常数)过点P(2,-5),且该曲线在点P处的切线与直线7x+2y+3=0平行,则a+b的值是________.
11.-3
23.、[2014·江苏卷] 已知函数f0(x)=(x>0),设fn(x)为fn-1(x)的导数,n∈N*.
(1)求2f1+f2的值;
(2)证明:对任意的n∈N*,等式=都成立.
23.解: (1)由已知,得f1(x)=f′0(x)=′=-,
于是f2(x)=f1′(x)=′-′=
--+,
所以f1=-,f2=-+.
故2f1+f2=-1.
(2)证明:由已知得,xf0(x)=sinx,等式两边分别对x求导,得f0(x)+xf0′(x)=cosx,
即f0(x)+xf1(x)=cosx=sin.
类似可得
2f1(x)+xf2(x)=-sinx=sin(x+π),
3f2(x)+xf3(x)=-cosx=sin,
4f3(x)+xf4(x)=sinx=sin(x+2π).
下面用数学归纳法证明等式nfn-1(x)+xfn(x)=sin对所有的n∈N*都成立.
(i)当n=1时,由上可知等式成立.
(ii)假设当n=k时等式成立,即kfk-1(x)+xfk(x)=sin.
因为[kfk-1(x)+xfk(x)]′=kfk-1′(x)+fk(x)+xfk′(x)=(k+1)fk(x)+xfk+1(x),
′=cos·′=sin,
所以(k+1)fk(x)+xfk+1(x)=sin,
因此当n=k+1时,等式也成立.
综合(i)(ii)可知,等式nfn-1(x)+xfn(x)=sin对所有的n∈N*都成立.
令x=,可得nfn-1+fn=sin(n∈N*),
所以=(n∈N*).
21.、[2014·全国新课标卷Ⅰ] 设函数f(x)=alnx+x2-bx(a≠1),曲线y=f(x)在点(1,
f(1))处的切线斜率为0.
(1)求b;
(2)若存在x0≥1,使得f(x0)<,求a的取值范围.
21.解:(1)f′(x)=+(1-a)x-b.
由题设知f′(1)=0,解得b=1,
(2)f(x)的定义域为(0,+∞),
由(1)知,f(x)=alnx+x2-x,
f′(x)=+(1-a)x-1=(x-1).
(i)若a≤,则≤1,故当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)在(1,+∞)上单调递增.
所以,存在x0≥1,使得f(x0)<的充要条件为f(1)<,即-1<,解得--11,
故当x∈时,f′(x)<0;
当x∈时,f′(x)>0.
f(x)在上单调递减,在上单调递增.
所以,存在x0≥1,使得f(x0)<的充要条件为f<.
而f=aln++>,所以不合题意.
(iii)若a>1, 则f(1)=-1=<,符合题意.
综上,a的取值范围是(--1,-1)∪(1,+∞).
20.,[2014·山东卷] 设函数f(x)=alnx+,其中a为常数.
(1)若a=0,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)讨论函数f(x)的单调性.
20.解:(1)由题意知,当a=0时,f(x)=,x∈(0,+∞).
此时f′(x)=,所以f′(1)=.
又f(1)=0,所以曲线y=f(x)在(1,f(1))处的切线方程为x-2y-1=0.
(2)函数f(x)的定义域为(0,+∞).
f′(x)=+=.
当a≥0时,f′(x)>0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增.
当a<0时,令g(x)=ax2+(2a+2)x+a,
由于Δ=(2a+2)2-4a2=4(2a+1),
①当a=-时,Δ=0,
f′(x)=≤0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减.
②当a<-时,Δ<0,g(x)<0,
f′(x)<0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减.
③当-<a<0时,Δ>0.
设x1,x2(x1<x2)是函数g(x)的两个零点,
则x1=,
x2=.
因为x1=
=>0,
所以,x∈(0,x1)时,g(x)<0,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
x∈(x1,x2)时,g(x)>0,f′(x)>0,函数f(x)单调递增,
x∈(x2,+∞)时,g(x)<0,f′(x)<0,函数f(x)单调递减.
综上可得,当a≥0时,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;当a≤-时,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;当-<a<0时,f(x)在,上单调递减,
在上单调递增.
19.、、[2014·四川卷] 设等差数列{an}的公差为d,点(an,bn)在函数f(x)=2x的图像上(n∈N*).
(1)证明:数列{bn}为等比数列;
(2)若a1=1,函数f(x)的图像在点(a2,b2)处的切线在x轴上的截距为2-,求数列{anb}的前n项和Sn.
19.解:(1)证明:由已知得,bn=2an>0,
当n≥1时,=2an+1-an=2d.
故数列{bn}是首项为2a1,公比为2d的等比数列.
(2)函数f(x)=2x在点(a2,b2)处的切线方程为y-2a2=(2a2ln2)(x-a2),
其在x轴上的截距为a2-.
由题意知,a2-=2-,
解得a2=2,
所以d=a2-a1=1,an=n,bn=2n,anb=n·4n.
于是,Sn=1×4+2×42+3×43+…+(n-1)×4n-1+n×4n,
4Sn=1×42+2×43+…+(n-1)×4n+n×4n+1,
因此,Sn-4Sn=4+42+…+4n-n·4n+1=-n·4n+1=,
所以,Sn=.
19.、[2014·天津卷] 已知函数f(x)=x2-ax3(a>0),x∈R.
(1)求f(x)的单调区间和极值;
(2)若对于任意的x1∈(2,+∞),都存在x2∈(1,+∞),使得f(x1)·f(x2)=1,求a的取值范围.
19.解:(1)由已知,有f′(x)=2x-2ax2(a>0).令f′(x)=0,解得x=0或x=.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x
(-∞,0)
0
f′(x)
-
0
+
0
-
f(x)
0
所以,f(x)的单调递增区间是;单调递减区间是(-∞,0),.
当x=0时,f(x)有极小值,且极小值f(0)=0;
当x=时,f(x)有极大值,且极大值f=.
(2)由f(0)=f=0及(1)知,当x∈时,f(x)>0;当x∈时,f(x)<0.
设集合A={f(x)|x∈(2,+∞)},集合B=,则“对于任意的x1∈(2,+∞),都存在x2∈(1,+∞),使得f(x1)·f(x2)=1”等价于A⊆B,显然0∉B.下面分三种情况讨论:
(i)当>2,即0时,有f(1)<0,且此时f(x)在(1,+∞)上单调递减,故B=,A=(-∞,f(2)),所以A不是B的子集.
综上,a的取值范围是.
B12 导数的应用
21.、[2014·四川卷] 已知函数f(x)=ex-ax2-bx-1,其中a,b∈R,e=2.71828…为自然对数的底数.
(1)设g(x)是函数f(x)的导函数,求函数g(x)在区间[0,1]上的最小值;
(2)若f(1)=0,函数f(x)在区间(0,1)内有零点,证明:e-2<a<1.
21.解:(1)由f(x)=ex-ax2-bx-1,得g(x)=f′(x)=ex-2ax-b,所以g′(x)=ex-2a.
当x∈[0,1]时,g′(x)∈[1-2a,e-2a].
当a≤时,g′(x)≥0,所以g(x)在[0,1]上单调递增,
因此g(x)在[0,1]上的最小值是g(0)=1-b;
当a≥时,g′(x)≤0,所以g(x)在[0,1]上单调递减,
因此g(x)在[0,1]上的最小值是g(1)=e-2a-b;
当<a<时,令g′(x)=0,得x=ln(2a)∈(0,1),
所以函数g(x)在区间[0,ln(2a)]上单调递减,在区间(ln(2a),1]上单调递增,
于是,g(x)在[0,1]上的最小值是g(ln(2a))=2a-2aln(2a)-b.
综上所述,当a≤时,g(x)在[0,1]上的最小值是g(0)=1-b;
当<a<时,g(x)在[0,1]上的最小值是g(ln(2a))=2a-2aln(2a)-b;
当a≥时,g(x)在[0,1]上的最小值是g(1)=e-2a-b.
(2)证明:设x0为f(x)在区间(0,1)内的一个零点,则由f(0)=f(x0)=0可知,
f(x)在区间(0,x0)上不可能单调递增,也不可能单调递减.
则g(x)不可能恒为正,也不可能恒为负.
故g(x)在区间(0,x0)内存在零点x1.
同理g(x)在区间(x0,1)内存在零点x2.故g(x)在区间(0,1)内至少有两个零点.
由(1)知,当a≤时,g(x)在[0,1]上单调递增,故g(x)在(0,1)内至多有一个零点;
当a≥时,g(x)在[0,1]上单调递减,故g(x)在(0,1)内至多有一个零点,都不合题意.
所以<a<.
此时g(x)在区间[0,ln(2a)]上单调递减,在区间(ln(2a),1]上单调递增.
因此x1∈(0,ln(2a)),x2∈(ln(2a),1),必有
g(0)=1-b>0,g(1)=e-2a-b>0.
由f(1)=0有a+b=e-1<2,有
g(0)=a-e+2>0,g(1)=1-a>0.
解得e-2<a<1.
所以,函数f(x)在区间(0,1)内有零点时,e-2<a<1.
15.[2014·安徽卷] 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).
①直线l:y=0在点P(0,0)处“切过”曲线C:y=x3;
②直线l:x=-1在点P(-1,0)处“切过”曲线C:y=(x+1)2;
③直线l:y=x在点P(0,0)处“切过”曲线C:y=sinx;
④直线l:y=x在点P(0,0)处“切过”曲线C:y=tanx;
⑤直线l:y=x-1在点P(1,0)处“切过”曲线C:y=lnx.
15.①③④
20.、[2014·安徽卷] 设函数f(x)=1+(1+a)x-x2-x3,其中a>0.
(1)讨论f(x)在其定义域上的单调性;
(2)当x∈[0,1]时,求f(x)取得最大值和最小值时的x的值.
20.解: (1)f(x)的定义域为(-∞,+∞),
f′(x)=1+a-2x-3x2.
令f′(x)=0,得x1=,
x2=,且x1x2时,f′(x)<0;
当x10.
故f(x)在和内单调递减,
在内单调递增.
(2)因为a>0,所以x1<0,x2>0,
①当a≥4时,x2≥1,由(1)知,f(x)在[0,1]上单调递增,所以f(x)在x=0和x=1处分别取得最小值和最大值.
②当0ln(kx),
即x>lnx+lnk成立.
①若0<k≤1,则lnk≤0,易知当x>0时,x>lnx≥lnx+lnk成立.
即对任意c∈[1,+∞),取x0=0,
当x∈(x0,+∞)时,恒有x<cex.
②若k>1,令h(x)=x-lnx-lnk,则h′(x)=1-=,
所以当x>1时,h′(x)>0,h(x)在(1,+∞)上单调递增.
取x0=4k,h(x0)=4k-ln(4k)-lnk=2(k-lnk)+2(k-ln2),
易知k>lnk,k>ln2,所以h(x0)>0.
因此对任意c∈(0,1),取x0=,当x∈(x0,+∞)时,恒有x<cex.
综上,对任意给定的正数c,总存在x0,当x∈(x0,+∞)时,恒有x<cex.
方法三:(1)同方法一.
(2)同方法一.
(3)证明:①若c≥1,取x0=0,
由(2)的证明过程知,ex>2x,
所以当x∈(x0,+∞)时,有cex≥ex>2x>x,
即x<cex.
②若0<c<1,
令h(x)=cex-x,则h′(x)=cex-1.
令h′(x)=0得x=ln.
当x>ln时,h′(x)>0,h(x)单调递增.
取x0=2ln,
则h(x0)=ce2ln-2ln=2,
易知-ln>0,又h(x)在(x0,+∞)内单调递增,
所以当x∈(x0,+∞)时,恒有h(x)>h(x0)>0,
即x<cex.
综上,对任意给定的正数c,总存在x0,当x∈(x0,+∞)时,恒有x<cex.
21.[2014·广东卷] 已知函数f(x)=x3+x2+ax+1(a∈R).
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)当a<0时,试讨论是否存在x0∈∪,使得f(x0)=f.
21.[2014·湖北卷] π为圆周率,e=2.71828…为自然对数的底数.
(1)求函数f(x)=的单调区间;
(2)求e3,3e,eπ,πe,3π,π3这6个数中的最大数与最小数.
21.解:(1)函数f(x)的定义域为(0,+∞).
因为f(x)=,所以f′(x)=.
当f′(x)>0,即0e时,函数f(x)单调递减.
故函数f(x)的单调递增区间为(0,e),单调递减区间为(e,+∞).
(2)因为e<3<π,所以eln3π3.
由<,得ln 3e0,此时f′(x)<0;
当x∈((2k+1)π,(2k+2)π)(k∈N)时,sinx<0,此时f′(x)>0.
故f(x)的单调递减区间为(2kπ,(2k+1)π)(k∈N),单调递增区间为((2k+1)π,(2k+2)π)(k∈N).
(2)由(1)知,f(x)在区间(0,π)上单调递减.又f=0,故x1=.
当n∈N*时,因为
f(nπ)f=[(-1)nnπ+1][(-1)n+1(n+1)π+1]<0,
且函数f(x)的图像是连续不断的,所以f(x)在区间(nπ,(n+1)π)内至少存在一个零点.又f(x)在区间(nπ,(n+1)π)上是单调的,故
nπ<xn+1<(n+1)π.
因此,当n=1时,=<;
当n=2时,+<(4+1)<;
当n≥3时,
++…+<
<<
=<<.
综上所述,对一切n∈N*,++…+<.
11.[2014·江西卷] 若曲线y=xlnx上点P处的切线平行于直线2x-y+1=0,则点P的坐标是________.
11.(e,e) [解析]由题意知,y′=lnx+1,直线斜率为2.由导数的几何意义知,令lnx+1=2,得x=e,所以y=elne=e,所以P(e,e).
21.、、[2014·江西卷] 将连续正整数1,2,…,n(n∈N*)从小到大排列构成一个数123…n,F(n)为这个数的位数(如n=12时,此数为123456789101112,共有15个数字,F(12)=15),现从这个数中随机取一个数字,p(n)为恰好取到0的概率.
(1)求p(100);
(2)当n≤2014时,求F(n)的表达式;
(3)令g(n)为这个数中数字0的个数,f(n)为这个数中数字9的个数,h(n)=f(n)-g(n),S={n|h(n)=1,n≤100,n∈N*},求当n∈S时p(n)的最大值.
21.解:(1)当n=100时,这个数中总共有192个数字,其中数字0的个数为11,所以恰好取到0的概率为p(100)=.
(2)F(n)=
(3)当n=b(1≤b≤9,b∈N*),g(n)=0;
当n=10k+b(1≤k≤9,0≤b≤9,k∈N*,b∈N)时,g(n)=k;
当n=100时,g(n)=11,即g(n)=
1≤k≤9,0≤b≤9,k∈N*,b∈N,
同理有f(n)=
由h(n)=f(n)-g(n)=1,可知n=9,19,29,39,49,59,69,79,89,90,
所以当n≤100时,S={9,19,29,39,49,59,69,79,89,90}.
当n=9时,p(9)=0.
当n=90时,p(90)===.
当n=10k+9(1≤k≤8,k∈N*)时,p(n)===,由y=关于k单调递增,故当n=10k+9(1≤k≤8,k∈N*)时,p(n)的最大值为p(89)=.
又<,所以当n∈S时,p(n)的最大值为.
12.、[2014·辽宁卷] 当x∈[-2,1]时,不等式ax3-x2+4x+3≥0恒成立,则实数a的取值范围是( )
A.[-5,-3] B.
C.[-6,-2] D.[-4,-3]
12.C
11.[2014·新课标全国卷Ⅱ] 若函数f(x)=kx-lnx在区间(1,+∞)单调递增,则k的取值范围是( )
A.(-∞,-2] B.(-∞,-1]
C.[2,+∞) D.[1,+∞)
11.D
21.[2014·新课标全国卷Ⅱ] 已知函数f(x)=x3-3x2+ax+2,曲线y=f(x)在点(0,2)处的切线与x轴交点的横坐标为-2.
(1)求a;
(2)证明:当k<1时,曲线y=f(x)与直线y=kx-2只有一个交点.
21.解:(1)f′(x)=3x2-6x+a,f′(0)=a.
曲线y=f(x)在点(0,2)处的切线方程为y=ax+2.
由题设得-=-2,所以a=1.
(2)证明:由(1)知,f(x)=x3-3x2+x+2.
设g(x)=f(x)-kx+2=x3-3x2+(1-k)x+4,
由题设知1-k>0.
当x≤0时,g′(x)=3x2-6x+1-k>0,
g(x)单调递增,g(-1)=k-1<0,g(0)=4,
所以g(x)=0在(-∞,0]上有唯一实根.
当x>0时,令h(x)=x3-3x2+4,
则g(x)=h(x)+(1-k)x>h(x).
h′(x)=3x2-6x=3x(x-2),h(x)在(0,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,
所以g(x)>h(x)≥h(2)=0,
所以g(x)=0在(0,+∞)上没有实根.
综上,g(x)=0在R有唯一实根,
即曲线y=f(x)与直线y=kx-2只有一个交点.
12.[2014·全国新课标卷Ⅰ] 已知函数f(x)=ax3-3x2+1,若f(x)存在唯一的零点x0,且x0>0,则a的取值范围是( )
A.(2,+∞) B.(1,+∞)
C.(-∞,-2) D.(-∞,-1)
12.C
21.、[2014·全国新课标卷Ⅰ] 设函数f(x)=alnx+x2-bx(a≠1),曲线y=f(x)在点(1,
f(1))处的切线斜率为0.
(1)求b;
(2)若存在x0≥1,使得f(x0)<,求a的取值范围.
21.解:(1)f′(x)=+(1-a)x-b.
由题设知f′(1)=0,解得b=1,
(2)f(x)的定义域为(0,+∞),
由(1)知,f(x)=alnx+x2-x,
f′(x)=+(1-a)x-1=(x-1).
(i)若a≤,则≤1,故当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)在(1,+∞)上单调递增.
所以,存在x0≥1,使得f(x0)<的充要条件为f(1)<,即-1<,解得--11,
故当x∈时,f′(x)<0;
当x∈时,f′(x)>0.
f(x)在上单调递减,在上单调递增.
所以,存在x0≥1,使得f(x0)<的充要条件为f<.
而f=aln++>,所以不合题意.
(iii)若a>1, 则f(1)=-1=<,符合题意.
综上,a的取值范围是(--1,-1)∪(1,+∞).
20.,[2014·山东卷] 设函数f(x)=alnx+,其中a为常数.
(1)若a=0,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)讨论函数f(x)的单调性.
20.解:(1)由题意知,当a=0时,f(x)=,x∈(0,+∞).
此时f′(x)=,所以f′(1)=.
又f(1)=0,所以曲线y=f(x)在(1,f(1))处的切线方程为x-2y-1=0.
(2)函数f(x)的定义域为(0,+∞).
f′(x)=+=.
当a≥0时,f′(x)>0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增.
当a<0时,令g(x)=ax2+(2a+2)x+a,
由于Δ=(2a+2)2-4a2=4(2a+1),
①当a=-时,Δ=0,
f′(x)=≤0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减.
②当a<-时,Δ<0,g(x)<0,
f′(x)<0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减.
③当-<a<0时,Δ>0.
设x1,x2(x1<x2)是函数g(x)的两个零点,
则x1=,
x2=.
因为x1=
=>0,
所以,x∈(0,x1)时,g(x)<0,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
x∈(x1,x2)时,g(x)>0,f′(x)>0,函数f(x)单调递增,
x∈(x2,+∞)时,g(x)<0,f′(x)<0,函数f(x)单调递减.
综上可得,当a≥0时,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;当a≤-时,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;当-<a<0时,f(x)在,上单调递减,
在上单调递增.
21.、、[2014·陕西卷] 设函数f(x)=lnx+,m∈R.
(1)当m=e(e为自然对数的底数)时,求f(x)的极小值;
(2)讨论函数g(x)=f′(x)-零点的个数;
(3)若对任意b>a>0,<1恒成立,求m的取值范围.
21.解:(1)由题设,当m=e时,f(x)=lnx+,则f′(x)=,
∴当x∈(0,e)时,f′(x)<0,f(x)在(0,e)上单调递减;
当x∈(e,+∞)时,f′(x)>0,f(x)在(e,+∞)上单调递增.
∴x=e时,f(x)取得极小值f(e)=lne+=2,
∴f(x)的极小值为2.
(2)由题设g(x)=f′(x)-=--(x>0),
令g(x)=0,得m=-x3+x(x>0),
设φ(x)=-x3+x(x≥0),
则φ′(x)=-x2+1=-(x-1)(x+1),
当x∈(0,1)时,φ′(x)>0,φ(x)在(0,1)上单调递增;
当x∈(1,+∞)时,φ′(x)<0,φ(x)在(1,+∞)上单调递减.
∴x=1是φ(x)的唯一极值点,且是极大值点,因此x=1也是φ(x)的最大值点,
∴φ(x)的最大值为φ(1)=.
又φ(0)=0,结合y=φ(x)的图像(如图所示),可知
①当m>时,函数g(x)无零点;
②当m=时,函数g(x)有且只有一个零点;
③当0时,函数g(x)无零点;
当m=或m≤0时,函数g(x)有且只有一个零点;
当0a>0,<1恒成立,
等价于f(b)-b0),
∴(*)等价于h(x)在(0,+∞)上单调递减.
由h′(x)=--1≤0在(0,+∞)上恒成立,
得m≥-x2+x=-+(x>0)恒成立,
∴m≥,
∴m的取值范围是.
19.、[2014·天津卷] 已知函数f(x)=x2-ax3(a>0),x∈R.
(1)求f(x)的单调区间和极值;
(2)若对于任意的x1∈(2,+∞),都存在x2∈(1,+∞),使得f(x1)·f(x2)=1,求a的取值范围.
19.解:(1)由已知,有f′(x)=2x-2ax2(a>0).令f′(x)=0,解得x=0或x=.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x
(-∞,0)
0
f′(x)
-
0
+
0
-
f(x)
0
所以,f(x)的单调递增区间是;单调递减区间是(-∞,0),.
当x=0时,f(x)有极小值,且极小值f(0)=0;
当x=时,f(x)有极大值,且极大值f=.
(2)由f(0)=f=0及(1)知,当x∈时,f(x)>0;当x∈时,f(x)<0.
设集合A={f(x)|x∈(2,+∞)},集合B=,则“对于任意的x1∈(2,+∞),都存在x2∈(1,+∞),使得f(x1)·f(x2)=1”等价于A⊆B,显然0∉B.下面分三种情况讨论:
(i)当>2,即0时,有f(1)<0,且此时f(x)在(1,+∞)上单调递减,故B=,A=(-∞,f(2)),所以A不是B的子集.
综上,a的取值范围是.
21.[2014·浙江卷] 已知函数f(x)=x3+3|x-a|(a>0).若f(x)在[-1,1]上的最小值记为g(a).
(1)求g(a);
(2)证明:当x∈[-1,1]时,恒有f(x)≤g(a)+4.
21.解:(1)因为a>0,-1≤x≤1,所以,
(i)当00,故f(x)在(a,1)上是增函数.
所以g(a)=f(a)=a3.
(ii)当a≥1时,有x≤a,则f(x)=x3-3x+3a,f′(x)=3x2-3<0,故f(x)在(-1,1)上是减函数,所以g(a)=f(1)=-2+3a.
综上,g(a)=
(2)证明:令h(x)=f(x)-g(a).
(i)当00,则h(x)在(a,1)上是增函数,所以h(x)在[a,1]上的最大值是h(1)=4-3a-a3,而00,知t(a)在(0,1)上是增函数,所以t(a)0),则t>1,所以m≤-=
-对任意t>1成立.
因为t-1++1≥2+1=3, 所以-≥-,
当且仅当t=2, 即x=ln2时等号成立.
因此实数m的取值范围是.
(3)令函数g(x)=ex+-a(-x3+3x),则g′(x) =ex-+3a(x2-1).
当x≥1时,ex->0,x2-1≥0.又a>0,故g′(x)>0,所以g(x)是[1,+∞)上的单调递增函数,因此g(x)在[1,+∞)上的最小值是g(1)=e+e-1-2a.
由于存在x0∈[1,+∞),使ex0+e-x0-a(-x+3x0)<0成立,当且仅当最小值g(1)<0,
故e+e-1-2a<0, 即a>.
令函数h(x) =x-(e-1)lnx-1,则h′(x)=1-.令h′(x)=0, 得x=e-1.
当x∈(0,e-1)时,h′(x)<0,故h(x)是(0,e-1)上的单调递减函数;
当x∈(e-1,+∞)时,h′(x)>0,故h(x)是(e-1,+∞)上的单调递增函数.
所以h(x)在(0,+∞)上的最小值是h(e-1).
注意到h(1)=h(e)=0,所以当x∈(1,e-1)⊆(0,e-1)时,h(e-1)≤h(x)h(e)=0,即a-1>(e-1)lna,故ea-1>ae-1.
综上所述,当a∈时,ea-1ae-1.
10.[2014·江西卷] 在同一直角坐标系中,函数y=ax2-x+与y=a2x3-2ax2+x+a(a∈R)的图像不可能是( )
AB
CD
10.B
21.、[2014·辽宁卷] 已知函数f(x)=π(x-cosx)-2sinx-2,g(x)=(x-π)+-1.证明:
(1)存在唯一x0∈,使f(x0)=0;
(2)存在唯一x1∈,使g(x1)=0,且对(1)中的x0,有x0+x1>π.
21.证明:(1)当x∈时,f′(x)=π+πsinx-2cosx>0,所以f(x)在区间上为增函数.又f(0)=-π-2<0,f=-4>0,所以存在唯一x0∈,使f(x0)=0.
(2)当x∈时,化简得g(x)=(π-x)·+-1.
令t=π-x则t∈.记u(t)=g(π-t)=
--t+1,则u′(t)=.
由(1)得,当t∈(0,x0)时,u′(t)<0;当t∈时,u′(t)>0.所以在上u(t)为增函数,由u=0知,当t∈时,u(t)<0,所以u(t)在上无零点.
在(0,x0)上u(t)为减函数,
由u(0)=1及u(x0)<0知存在唯一t0∈(0,x0),使u(t0)=0.
于是存在唯一t0∈,使u(t0)=0.
设x1=π-t0∈,则g(x1)=g(π-t0)=u(t0)=0.因此存在唯一的x1∈,使g(x1)=0.
由于x1=π-t0,t0<x0,所以x0+x1>π.
9.[2014·山东卷] 对于函数f(x),若存在常数a≠0,使得x
取定义域内的每一个值,都有f(x)=f(2a-x),则称f(x)为准偶函数,下列函数中是准偶函数的是( )
A.f(x)=B.f(x)=x2
C.f(x)=tanxD.f(x)=cos(x+1)
9.D
15.、、[2014·四川卷] 以A表示值域为R的函数组成的集合,B表示具有如下性质的函数φ(x)组成的集合:对于函数φ(x),存在一个正数M,使得函数φ(x)的值域包含于区间[-M,M].例如,当φ1(x)=x3,φ2(x)=sinx时,φ1(x)∈A,φ2(x)∈B.现有如下命题:
①设函数f(x)的定义域为D,则“f(x)∈A”的充要条件是“∀b∈R,∃a∈D,f(a)=b”;
②若函数f(x)∈B,则f(x)有最大值和最小值;
③若函数f(x),g(x)的定义域相同,且f(x)∈A,g(x)∈B,则f(x)+g(x)∈/B;
④若函数f(x)=aln(x+2)+(x>-2,a∈R)有最大值,则f(x)∈B.
其中的真命题有________.(写出所有真命题的序号)
15.①③④