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- 2021-06-11 发布
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第6讲 导数的综合应用
专题强化训练
1.(2019·衢州市高三数学质量检测)已知函数f(x)=ln x-ax2+(1-a)x+1.
(1)当a=1时,求函数f(x)在x=2处的切线方程;
(2)求函数f(x)在x∈[1,2]时的最大值.
解:(1)当a=1时,f(x)=ln x-x2+1,
所以f′(x)=-x,
所以f′(2)=-,即k切=-,
已知切点为(2,-1+ln 2),
所以切线的方程为:y=-x+2+ln 2.
(2)因为f′(x)=(1≤x≤2),
当a≤0时,f′(x)>0在x∈[1,2]恒成立,
所以f(x)在x∈[1,2]单调递增,
所以fmax(x)=f(2)=-4a+3+ln 2;
当0<a≤时,f(x)在x∈[1,2]单调递增,
所以fmax(x)=f(2)=-4a+3+ln 2;
当<a<1时,f(x)在x∈[1,]单调递增,在x∈[,2]单调递减,
所以fmax(x)=f()=-ln a;
当a≥1时,f(x)在x∈[1,2]单调递减,
所以fmax(x)=f(1)=-a+2,
综上所述fmax(x)=.
2.(2019·绍兴、诸暨市高考二模)已知函数f(x)=xex-a(x-1)(a∈R).
(1)若函数f(x)在x=0处有极值,求a的值与f(x)的单调区间;
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(2)若存在实数x0∈(0,),使得f(x0)<0,求实数a的取值范围.
解:(1)f′(x)=(x+1)ex-a,
由f′(0)=0,解得:a=1,
故f′(x)=(x+1)ex-1,
令f′(x)>0,解得:x>0,
令f′(x)<0,解得:x<0,
故f(x)在(-∞,0)单调递减,在(0,+∞)单调递增.
(2)若f(x)<0在x∈(0,)上有解,
即xex<a(x-1),a<在x∈(0,)上有解,
设h(x)=,x∈(0,),
则h′(x)=<0,
故h(x)在(0,)单调递减,
h(x)在(0,)的值域是(-,0),
故a<h(0)=0.
3.(2019·兰州市实战考试)已知函数f(x)=ln x-ax+-1(a∈R).
(1)当01>0,
当x∈(0,1)时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减;
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当x∈时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;
当x∈时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减.
(2)a=∈,-1=3∉(0,2),由(1)知,当x∈(0,1)时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减;当x∈(1,2)时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增,
所以f(x)在(0,2)上的最小值为f(1)=-.
对任意x1∈(0,2),存在x2∈[1,2],使f(x1)≥g(x2)等价于g(x)在[1,2]上的最小值不大于f(x)在(0,2)上的最小值-,(*)又g(x)=(x-b)2+4-b2,x∈[1,2],
所以,①当b<1时,[g(x)]min=g(1)=5-2b>0,此时与(*)矛盾;
②当1≤b≤2时,[g(x)]min=4-b2≥0,同样与(*)矛盾;
③当b>2时,[g(x)]min=g(2)=8-4b,且当b>2时,8-4b<0,解不等式8-4b≤-,可得b≥,
所以实数b的取值范围为.
4.(2018·高考浙江卷)已知函数f(x)=-ln x.
(1)若f(x)在x=x1,x2(x1≠x2)处导数相等,证明:f(x1)+f(x2)>8-8ln 2;
(2)若a≤3-4ln 2,证明:对于任意k>0,直线y=kx+a与曲线y=f(x)有唯一公共点.
证明:(1)函数f(x)的导函数f′(x)=-,
由f′(x1)=f′(x2)得-=-,
因为x1≠x2,所以+=.
由基本不等式得=+≥2,
因为x1≠x2,所以x1x2>256.
由题意得f(x1)+f(x2)=-ln x1+-ln x2=-ln(x1x2).
设g(x)=-ln x,
则g′(x)=(-4),
- 8 -
所以
x
(0,16)
16
(16,+∞)
g′(x)
-
0
+
g(x)
2-4ln 2
所以g(x)在[256,+∞]上单调递增,故
g(x1x2)>g(256)=8-8ln 2,
即f(x1)+f(x2)>8-8ln 2.
(2)令m=e-(|a|+k),n=+1,则
f(m)-km-a>|a|+k-k-a≥0,
f(n)-kn-a0,直线y=kx+a与曲线y=f(x)有唯一公共点.
5.(2019·绍兴市高三教学质量调测)已知函数f(x)=
x3-ax2+3x+b(a,b∈R).
(1)当a=2,b=0时,求f(x)在[0,3]上的值域;
(2)对任意的b,函数g(x)=|f(x)|-的零点不超过4个,求a的取值范围.
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解:(1)由f(x)=x3-2x2+3x,
得f′(x)=x2-4x+3=(x-1)(x-3).
当x∈(0,1)时,f′(x)>0,故f(x)在(0,1)上单调递增;
当x∈(1,3)时,f′(x)<0,故f(x)在(1,3)上单调递减.
又f(0)=f(3)=0,f(1)=,
所以f(x)在[0,3]上的值域为[0,].
(2)由题得f′(x)=x2-2ax+3,Δ=4a2-12,
①当Δ≤0,即a2≤3时,f′(x)≥0,f(x)在R上单调递增,满足题意.
②当Δ>0,即a2>3时,方程f′(x)=0有两根,设两根为x1,x2,且x1<x2,x1+x2=2a,x1x2=3.
则f(x)在(-∞,x1),(x2,+∞)上单调递增,在(x1,x2)上单调递减.
由题意知|f(x1)-f(x2)|≤,
即|-a(x-x)+3(x1-x2)|≤.
化简得(a2-3)≤,解得3<a2≤4,
综合①②,得a2≤4,
即-2≤a≤2.
6.(2019·台州市高考一模)已知函数f(x)=1-,g(x)=+-bx(e为自然对数的底数),若曲线y=f(x)与曲线y=g(x)的一个公共点是A(1,1),且在点A处的切线互相垂直.
(1)求a,b的值;
(2)求证:当x≥1时,f(x)+g(x)≥.
解:(1)因为f(x)=1-,
所以f′(x)=,f′(1)=-1.
因为g(x)=+-bx,
所以g′(x)=---b.
因为曲线y=f(x)与曲线y=g(x)的一个公共点是A(1,1),且在点A处的切线互相垂直,
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所以g(1)=1,且f′(1)·g′(1)=-1,
即g(1)=a+1-b=1,g′(1)=-a-1-b=1,
解得a=-1,b=-1.
(2)证明:由(1)知,g(x)=-++x,
则f(x)+g(x)≥⇔1---+x≥0.
令h(x)=1---+x(x≥1),
则h′(x)=-+++1=++1.
因为x≥1,所以h′(x)=++1>0,
所以h(x)在[1,+∞)上单调递增,所以h(x)≥h(1)=0,
即1---+x≥0,
所以当x≥1时,f(x)+g(x)≥.
7.(2019·宁波市镇海中学高考模拟)设函数f(x)=-k(+ln x)(k为常数,e=2.718 28…是自然对数的底数).
(1)当k≤0时,求函数f(x)的单调区间;
(2)若函数f(x)在(0,2)内存在两个极值点,求k的取值范围.
解:(1)f(x)的定义域为(0,+∞),
所以f′(x)=-k(-)
=(x>0),
当k≤0时,kx≤0,
所以ex-kx>0,
令f′(x)=0,则x=2,
所以当0<x<2时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当x>2时,f′(x)>0,f(x)单调递增,
所以f(x)的单调递减区间为(0,2),单调递增区间为(2,+∞).
(2)由(1)知,k≤0时,函数f(x)在(0,2)内单调递减,
故f(x)在(0,2)内不存在极值点;
当k>0时,设函数g(x)=ex-kx,x∈(0,+∞).
因为g′(x)=ex-k=ex-eln k,
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当0<k≤1时,
当x∈(0,2)时,g′(x)=ex-k>0,y=g(x)单调递增,
故f(x)在(0,2)内不存在两个极值点;
当k>1时,
得x∈(0,ln k)时,g′(x) <0,函数y=g(x)单调递减,
x∈(ln k,+∞)时,g′(x)>0,函数y=g(x)单调递增,
所以函数y=g(x)的最小值为g(ln k)=k(1-ln k).
函数f(x)在(0,2)内存在两个极值点,
当且仅当,
解得:e<k<
综上所述,
函数f(x)在(0,2)内存在两个极值点时,k的取值范围为(e,).
8.(2019·杭州市学军中学高考模拟)已知函数f(x)=ax3-bx2+x(a,b∈R).
(1)当a=2,b=3时,求函数f(x)极值;
(2)设b=a+1,当0≤a≤1时,对任意x∈[0,2],都有m≥|f′(x)|恒成立,求m的最小值.
解:(1)当a=2,b=3时,f(x)=x3-x2+x,
f′(x)=2x2-3x+1=(2x-1)(x-1),
令f′(x)>0,解得:x>1或x<,
令f′(x)<0,解得:<x<1,
故f(x)在(-∞,)单调递增,在(,1)单调递减,在(1,+∞)单调递增,
故f(x)极大值=f()=,f(x)极小值=f(1)=.
(2)当b=a+1时,f(x)=ax3-(a+1)x2+x,
f′(x)=ax2-(a+1)x+1,f′(x)恒过点(0,1);
当a=0时,f′(x)=-x+1,
m≥|f′(x)|恒成立,
所以m≥1;
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0<a≤1,开口向上,对称轴≥1,
f′(x)=ax2-(a+1)x+1=a(x-)2+1-,
①当a=1时f′(x)=x2-2x+1,|f′(x)|在x∈[0,2]的值域为[0,1];
要m≥|f′(x)|,则m≥1;
②当0<a<1时,
根据对称轴分类:
当x=<2,即<a<1时,
Δ=(a-1)2>0,
f′()=-(a+)∈(-,0),又f′(2)=2a-1<1,
所以|f′(x)|≤1;
当x=≥2,即0<a≤;
f′(x)在x∈[0,2]的最小值为f′(2)=2a-1;
-1<2a-1≤-,所以|f′(x)|≤1,
综上所述,要对任意x∈[0,2]都有m≥|f′(x)|恒成立,有m≥1,
所以m≥1.
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