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- 2021-06-11 发布
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B单元 函数与导数
B1 函数及其表示
21.B1,B12[2013·江西卷] 已知函数f(x)=a,a为常数且a>0.
(1)证明:函数f(x)的图像关于直线x=对称;
(2)若x0满足f(f(x0))=x0,但f(x0)≠x0,则称x0为函数f(x)的二阶周期点.如果f(x)有两个二阶周期点x1,x2,试确定a的取值范围;
(3)对于(2)中的x1,x2和a,设x3为函数 f(f(x))的最大值点,A(x1,f(f(x1))),B(x2,f(f(x2))),C(x3,0).记△ABC的面积为S(a),讨论S(a)的单调性.
解:(1)证明:因为f=a(1-2|x|),
f=a(1-2|x|),
有f=f,
所以函数f(x)的图像关于直线x=对称.
(2)当0时,有
f(f(x))=
所以f(f(x))=x有四个解0,,,,又f(0)=0,f=,
f≠,f≠,故只有,是f(x)的二阶周期点.
综上所述,所求a的取值范围为a>.
(3)由(2)得x1=,x2=,
因为x3为函数f(f(x))的最大值点,所以x3=,或x3=.
当x3=时,S(a)=,求导得:S′(a)=.
所以当a∈时,S(a)单调递增,当a∈时S(a)单调递减;
当x3=时,S(a)=,求导得:S′(a)=;
因a>,从而有S′(a)=>0,
所以当a∈时S(a)单调递增.
13.B1,B11[2013·江西卷] 设函数f(x)在(0,+∞)内可导,且f(ex)=x+ex,则f′(1)=________.
13.2 [解析] f(ex)=x+ex,利用换元法可得f(x)=ln x+x,f′(x)=+1,所以f′(1)=2.
10.B1,B8[2013·江西卷] 如图1-3所示,半径为1的半圆O与等边三角形ABC夹在两平行线l1,l2之间,l∥l1,l与半圆相交于F,G两点,与三角形ABC两边相交于E,D两点.设弧FG的长为x(00,得x∈[0,1),故选B.
11.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,H2(x)=min(max表示p,q中的较大值,min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.16 B.-16
C.a2-2a-16 D.a2+2a-16
11.B [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,
所以H1(x)=max{f(x),g(x)}=
H2(x)=min{f(x),g(x)}=
由图形(图形略)可知,A=H1(x)min=-4a-4,B=H2(x)max=12-4a,则A-B=-16.
故选B.
4.B1[2013·全国卷] 已知函数f(x)的定义域为(-1,0),则函数f(2x+1)的定义域为( )
A.(-1,1) B.
C.(-1,0) D.
4.B [解析] 对于f(2x+1),-1<2x+1<0,解得-10时,f[f(x)]表达式的展开式中常数项为( )
A.-20 B.20 C.-15 D.15
8.A [解析] 由已知表达式可得:f[f(x)]=-6,展开式的通项为Tr+1=C6-r(-)r=C·(-1)r·xr-3,令r-3=0,可得r=3,所以常数项为T4=-C=-20.
7.B1,B3,B12[2013·四川卷] 函数y=的图像大致是( )
图1-5
7.C [解析] 函数的定义域是{x∈R|x≠0},排除选项A;当x<0时,x3<0,3x-1<0,故y>0,排除选项B;
当x→+∞时,y>0且y→0,故为选项C中的图像.
19.B1,I2,K6[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1-4所示,经销商为下一个销售季度购进了130 t该农产品,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;
(3)在直方图的需求量分组中,以各组的区间中点值代表该组的各个值,并以需求量落入该区间的频率作为需求量取该区间中点值的概率(例如:若需求量X∈[100,110),则取X=105,且X=105的概率等于需求量落入[100,110)的频率),求T的数学期望.
图1-4
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.
(3)依题意可得T的分布列为
T
45 000
53 000
61 000
65 000
P
0.1
0.2
0.3
0.4
所以E(T)=45 000×0.1+53 000×0.2+61 000×0.3+65 000×0.4=59 400.
B2 反函数
5.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)
5.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
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,x2-x1的最小值为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(0)=-ln 2-1,
所以a>-ln 2-1.
又当x1∈(-1,0)且趋近于-1时,h(x1)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).若曲线y=sinx上存在(x0,y0)使得f(f(y0))=y0,则a的取值范围是( )
A.[1,e] B.[e-1-1,1]
C.[1,e+1] D.[e-1-1,e+1]
10.A [解析] 因为y0=sin x0∈[-1,1],且f(x)在[-1,1]上(有意义时)是增函数,对于y0∈[-1,1],如果f(y0)=c>y0,则f(f(y0))=f(c)>f(y0)=c>y0,不可能有f(f(y0))=y0.
同理,当f(y0)=d<y0时,则f(f(y0))=f(d)<f(y0)=d<y0,也不可能有f(f(y0))=y0,因此必有f(y0)=y0,即方程f(x)=x在[-1,1]上有解,即=x在[-1,1]上有解.显然,当x<0时,方程无解,即需要=x在[0,1]上有解.当x≥0时,两边平方得ex+x-a=x2,故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>>1,0>-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[1,e],从而a的取值范围是[1,e].
7.B1,B3,B12[2013·四川卷] 函数y=的图像大致是( )
图1-5
7.C [解析] 函数的定义域是{x∈R|x≠0},排除选项A;当x<0时,x3<0,3x-1<0,故y>0,排除选项B;
当x→+∞时,y>0且y→0,故为选项C中的图像.
10.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
10.C [解析] x→-∞ 时,f(x)<0 ,x→+∞ 时,f(x)>0,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 ,则f(x)在区间(x1 ,x0)单调递减.C错误.D正确.故答案为C.
B4 函数的奇偶性与周期性
2.B4[2013·广东卷] 定义域为R的四个函数y=x3,y=2x,y=x2+1,y=2 sin x中,奇函数的个数是( )
A.4 B.3 C.2 D.1
2.C [解析] 函数y=x3,y=2sin x是奇函数.
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.0 C.1 D.2
3.A [解析] ∵f为奇函数,∴f=-f(1)=-=-2.
14.B4,E3[2013·四川卷] 已知f(x)是定义域为R的偶函数,当x≥0时,f(x)=x2-4x,那么,不等式f(x+2)<5的解集是________.
14.(-7,3) [解析] 当x+2≥0时,f(x+2)=(x+2)2-4(x+2)=x2-4,由f(x+2)<5,得x2-4<5,即x2<9,解得-3<x<3,又x+2≥0,故-2≤x<3为所求.又因为f(x)为偶函数,故f(x+2)的图像关于直线x=-2对称,于是-7<x<-2也满足不等式.
(注:本题还可以借助函数的图像及平移变换求解)
B5 二次函数
4.A2、B5[2013·安徽卷] “a≤0”是“函数f(x)=|(ax-1)x|在区间(0,+∞)内单调递增”
的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充分必要条件 D.既不充分也不必要条件
4.C [解析] f(x)=|(ax-1)x|=|ax2-x|,若a=0,则f(x)=|x|,此时f(x)在区间(0,+∞)上单调递增;若a<0,则二次函数y=ax2-x的对称轴x=<0,且x=0时y=0,此时y=ax2-x在区间(0,+∞)上单调递减且y<0恒成立,故f(x)=|ax2-x|在区间(0,+∞)上单调递增,故a≤0时,f(x)在区间(0,+∞)上单调递增,条件是充分的;反之若a>0,则二次函数y=ax2-x的对称轴x=>0,且在区间0,上y<0,此时f(x)=|ax2-x|在区间0,上单调递增,在区间,上单调递减,故函数f(x)不可能在区间(0,+∞)上单调递增,条件是必要的.
5.B5,B9[2013·湖南卷] 函数f(x)=2ln x的图像与函数g(x)=x2-4x+5的图像的交点个数为( )
A.3 B.2 C.1 D.0
5.B [解析] 法一:作出函数f(x)=2ln x,g(x)=x2-4x+5的图像如图:
可知,其交点个数为2,选B.
法二:也可以采用数值法:
x
1
2
4
f(x)=2ln x
0
2ln 2=ln 4>1
ln 42<5
g(x)=x2-4x+5
2
1
5
可知它们有2个交点,选B.
10.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
10.C [解析] x→-∞ 时,f(x)<0 ,x→+∞ 时,f(x)>0,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 ,则f(x)在区间(x1 ,x0)单调递减.C错误.D正确.故答案为C.
B6 指数与指数函数
6.E3、B6、B7[2013·安徽卷] 已知一元二次不等式f(x)<0的解集为x)x<-1或x>,则f(10x)>0的解集为( )
A.{x|x<-1或x>-lg 2}
B.{x|-1-lg 2}
D.{x|x<-lg 2}
6.D [解析] 根据已知可得不等式f(x)>0的解是-1a>0,c>b>0.
(1)记集合M={(a,b,c)|a,b,c不能构成一个三角形的三条边长,且a=b},则(a,b,c)∈M所对应的f(x)的零点的取值集合为________;
(2)若a,b,c是△ABC的三条边长,则下列结论正确的是________.(写出所有正确结论的序号)
①x∈(-∞,1),f(x)>0;
②x∈R,使ax,bx,cx不能构成一个三角形的三条边长;
③若△ABC为钝角三角形,则x∈(1,2),使f(x)=0.
16.(1){x|0a>0,c>b>0,故a+b=2aa>0,c>b>0,则0<<1,0<<1,当x∈(-∞,1)时,有>,>,所以+>+,又a,b,c为三角形三边,则定有a+b>c,故对x∈(-∞,1),+-1>0,即f(x)=ax+bx-cx=cx>0,故①正确;取x=2,则+<+,取x=3,则+<+,由此递推,必然存在x=n时,有+<1,即an+bn0,f(2)=a2+b2-c2<0(C为钝角),根据零点存在性定理可知,x∈(1,2),使f(x)=0,故③正确.故填①②③.
3.B6,B7[2013·浙江卷] 已知x,y为正实数,则( )
A.2lg x+lg y=2lg x+2lg y B.2lg(x+y)=2lg x·2lg y
C.2lg x·lg y=2lg x+2lg y D.2lg(xy)=2lg x·2lg y
3.D [解析] ∵lg(xy)=lg x+lg y,∴2lg(xy)=2lg x+lg y=2lgx2lgy,故选择D.
B7 对数与指数函数
6.E3、B6、B7[2013·安徽卷] 已知一元二次不等式f(x)<0的解集为x)x<-1或x>,则f(10x)>0的解集为( )
A.{x|x<-1或x>-lg 2}
B.{x|-1-lg 2}
D.{x|x<-lg 2}
6.D [解析] 根据已知可得不等式f(x)>0的解是-10,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+-ln 2=ln-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+-ln 2=ln-ln 2=ln≤ln+a+ln+b,∴④正确.
8.B7,E1[2013·新课标全国卷Ⅱ] 设a=log36,b=log510,c=log714,则( )
A.c>b>a B.b>c>a
C.a>c>b D.a>b>c
8.D [解析] a-b=log36-log510=(1+log32)-(1+log52)=log32-log52>0,
b-c=log510-log714=(1+log52)-(1+log72)=log52-log72>0,
所以a>b>c,选D.
3.B6,B7[2013·浙江卷] 已知x,y为正实数,则( )
A.2lg x+lg y=2lg x+2lg y B.2lg(x+y)=2lg x·2lg y
C.2lg x·lg y=2lg x+2lg y D.2lg(xy)=2lg x·2lg y
3.D [解析] ∵lg(xy)=lg x+lg y,∴2lg(xy)=2lg x+lg y=2lgx2lgy,故选择D.
B8 幂函数与函数的图像
5.B8[2013·北京卷] 函数f(x)的图像向右平移1个单位长度,所得图像与曲线y=ex关于y轴对称,则f(x)=( )
A.ex+1 B.ex-1 C.e-x+1 D.e-x-1
5.D [解析] 依题意,f(x)向右平移一个单位长度得到f(x-1)的图像,又y=ex的图像关于y轴对称的图像的解析式为y=e-x,所以f(x-1)=e-x,所以f(x)=e-x-1.
10.B1,B8[2013·江西卷] 如图1-3所示,半径为1的半圆O与等边三角形ABC夹在两平行线l1,l2之间,l∥l1,l与半圆相交于F,G两点,与三角形ABC两边相交于E,D两点.设弧FG的长为x(00,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 ,则f(x)在区间(x1 ,x0)单调递减.C错误.D正确.故答案为C.
B9 函数与方程
11.B9,B11[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]
11.D [解析] 方法一:若x≤0,|f(x)|=|-x2+2x|=x2-2x,x=0时,不等式恒成立,x<0时,不等式可变为a≥x-2,而x-2<-2,可得a≥-2;
若x>0,|f(x)|=|ln(x+1)|=ln(x+1),由ln(x+1)≥ax,可得a≤恒成立,
令h(x)=,则h′(x)=,再令g(x)=-ln(x+1),则
g′(x)=<0,故g(x)在(0,+∞)上单调递减,所以g(x)0,a≤0.综上可知,-2≤a≤0,故选D.
方法二:数形结合:画出函数|f(x)|=与直线y=ax的图像,如下图,要使|f(x)|≥ax恒成立,只要使直线y=ax的斜率最小时与函数y=x2-2x,x≤0在原点处的切线斜率相等即可,最大时与x轴的斜率相等即可,
因为y′=2x-2,所以y′|x=0=-2,所以-2≤a≤0.
10.B9,B12[2013·安徽卷] 若函数f(x)=x3+ax2+bx+c有极值点x1,x2,且f(x1)=x1,则关于x的方程3(f(x))2+2af(x)+b=0的不同实根个数是( )
A.3 B.4
C.5 D.6
10.A [解析] 因为f′(x)=3x2+2ax+b,3(f(x))2+2af(x)+b=0且3x2
+2ax+b=0的两根分别为x1,x2,所以f(x)=x1或f(x)=x2,
当x1是极大值点时,f(x1)=x1,x2为极小值点,且x2>x1,如图(1)所示,可知方程f(x)=x1有两个实根,f(x)=x2有一个实根,故方程3(f(x))2+2af(x)+b=0共有3个不同实根;
当x1是极小值点时,f(x1)=x1,x2为极大值点,且x21
ln 42<5
g(x)=x2-4x+5
2
1
5
可知它们有2个交点,选B.
21.B9、B12[2013·山东卷] 设函数f(x)=+c(e=2.718 28…是自然对数的底数,c
∈R).
(1)求f(x)的单调区间、最大值;
(2)讨论关于x的方程|ln x|=f(x)根的个数.
21.解:(1)f′(x)=(1-2x)e-2x.
由f′(x)=0,解得x=,
当x<时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
当x>时,f′(x)<0,f(x)单调递减.
所以,函数f(x)的单调递增区间是-∞,,单调递减区间是,+∞,最大值为f=e-1+c.
(2)令g(x)=|lnx|-f(x)=|lnx|-xe-2x-c,x∈(0,+∞).
①当x∈(1,+∞)时,lnx>0,则g(x)=lnx-xe-2x-c,所以g′(x)=e-2x+2x-1.因为2x-1>0,>0,所以g′(x)>0.
因此g(x)在(1,+∞)上单调递增.
②当x∈(0,1)时,lnx<0,则g(x)=-lnx-xe-2x-c,
所以g′(x)=e-2x-+2x-1.
因为e2x∈(1,e2),e2x>1>x>0,所以-<-1.
又2x-1<1,
所以-+2x-1<0,即g′(x)<0.
因此g(x)在(0,1)上单调递减.
综合①②可知,当x∈(0,+∞)时,g(x)≥g(1)=-e-2-c.
当g(1)=-e-2-c>0,即c<-e-2时,g(x)没有零点,故关于x的方程|lnx|=f(x)根的个数为0;
当g(1)=-e-2-c=0,即c=-e-2时,g(x)只有一个零点,故关于x的方程|lnx|=f(x)根的个数为1;
当g(1)=-e-2-c<0,即c>-e-2时,
(ⅰ)当x∈(1,+∞)时,由(1)知g(x)=lnx-xe-2x-c≥lnx-e-1+c>lnx-1-c,
要使g(x)>0,只需使lnx-1-c>0,即x∈(e1+c,+∞);
(ⅱ)当x∈(0,1)时,由(1)知g(x)=-lnx-xe-2x-c≥-lnx-e-1+c>-lnx-1-c,要使g(x)>0,只需-lnx-1-c>0,即x∈(0,e-1-c);
所以c>-e-2时,g(x)有两个零点,
故关于x的方程|lnx|=f(x)根的个数为2.
综上所述,
当c<-e-2时,关于x的方程|lnx|=f(x)根的个数为0;
当c=-e-2时,关于x的方程|lnx|=f(x)根的个数为1;
当c>-e-2时,关于x的方程|lnx|=f(x)根的个数为2.
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,x2-x1的最小值为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(0)=-ln 2-1,
所以a>-ln 2-1.
又当x1∈(-1,0)且趋近于-1时,h(x1)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,+∞).
7.B9[2013·天津卷] 函数f(x)=2x|log0.5x|-1的零点个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
7.B [解析] f(x)=2x|log0.5 x|-1==
∵f(x)=-2xlog2x-1在(0,1]上递减且x接近于0时,f(x)接近于正无穷大,f(1)=-1<0,∴f(x)在(0,1]上有一零点;又∵f(x)=2xlog2x-1在(1,+∞)上递增,且f(2)=22×log2 2-1=3>0,∴f(x)在(1,+∞)上有一零点.故f(x)共有2个零点.
B10 函数模型及其应用
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,y,有( )
A.[-x]=-[x] B.[2x]=2[x]
C.[x+y]≤[x]+[y] D.[x-y]≤[x]-[y]
10.D [解析] 可取特值x=3.5,则[-x]=[-3.5]=-4,-[x]=-[3.5]=-3,故A错.[2x]=[7]=7,2[x]=2[3.5]=6,故B错.再取y=3.8,则[x+y]=[7.3]=7,而[3.5]+[3.8]=3+3=6,故C错.只有D正确.
6.B10[2013·重庆卷] 若a<b<c,则函数f(x)=(x-a)(x-b)+(x-b)(x-c)+(x-c)(x-a)的两个零点分别位于区间( )
A.(a,b)和(b,c)内 B.(-∞,a)和(a,b)内
C.(b,c)和(c,+∞)内 D.(-∞,a)和(c,+∞)内
6.A [解析] 因为f(a)=(a-b)(a-c)>0,f(b)=(b-c)(b-a)<0,f(c)=(c-a)(c-b)>0,所以f(a)f(b)<0,f(b)f(c)<0,所以函数的两个零点分别在(a,b)和(b,c)内,故选A.
B11 导数及其运算
11.B9,B11[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]
11.D [解析] 方法一:若x≤0,|f(x)|=|-x2+2x|=x2-2x,x=0时,不等式恒成立,x<0时,不等式可变为a≥x-2,而x-2<-2,可得a≥-2;
若x>0,|f(x)|=|ln(x+1)|=ln(x+1),由ln(x+1)≥ax,可得a≤恒成立,
令h(x)=,则h′(x)=,再令g(x)=-ln(x+1),则
g′(x)=<0,故g(x)在(0,+∞)上单调递减,所以g(x)0,a≤0.综上可知,-2≤a≤0,故选D.
方法二:数形结合:画出函数|f(x)|=与直线y=ax的图像,如下图,要使|f(x)|≥ax恒成立,只要使直线y=ax的斜率最小时与函数y=x2-2x,x≤0在原点处的切线斜率相等即可,最大时与x轴的斜率相等即可,
因为y′=2x-2,所以y′|x=0=-2,所以-2≤a≤0.
10.B11[2013·广东卷] 若曲线y=kx+ln x在点(1,k)处的切线平行于x轴,则k=________.
10.-1 [解析] ∵y′=k+,∴y′|x=1=k+1=0,故k=-1.
13.B1,B11[2013·江西卷] 设函数f(x)在(0,+∞)内可导,且f(ex)=x+ex,则f′(1)=________.
13.2 [解析] f(ex)=x+ex,利用换元法可得f(x)=ln x+x,f′(x)=+1,所以f′(1)=2.
18.B11,B12[2013·北京卷] 设L为曲线C:y=在点(1,0)处的切线.
(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.
18.解:(1)设f(x)=,则f′(x)=.
所以f′(1)=1.
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)=.
当01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.
9.B11、B12[2013·全国卷] 若函数f(x)=x2+ax+在是增函数,则a的取值范围是( )
A.[-1,0] B.[-1,+∞)
C.[0,3] D.[3,+∞)
9.D [解析] f′(x)=2x+a-≥0在上恒成立,即a≥-2x在上恒成立,由于y=-2x在上单调递减,所以y<3,故只要a≥3.
17.B11,B12[2013·重庆卷] 设f(x)=a(x-5)2+6ln x,其中a∈R,曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与y轴相交于点(0,6).
(1)确定a的值;
(2)求函数f(x)的单调区间与极值.
17.解:(1)因f(x)=a(x-5)2+6ln x,
故f′(x)=2a(x-5)+.
令x=1,得f(1)=16a,f′(1)=6-8a,
所以曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y-16a=(6-8a)(x-1),
由点(0,6)在切线上可得6-16a=8a-6,
故a=.
(2)由(1)知,f(x)=(x-5)2+6ln x(x>0),
f′(x)=x-5+=,
令f′(x)=0,解得x1=2,x2=3.
当0<x<2或x>3时,f′(x)>0,故f(x)在(0,2),(3,+∞)上为增函数;当2<x<3时,f′(x)<0,故f(x)在(2,3)上为减函数.
由此可知,f(x)在x=2处取得极大值f(2)=+6ln 2,在x=3处取得极小值f(3)=2+6ln 3.
B12 导数的应用
20.B12 、D5[2013·安徽卷] 设函数fn(x)=-1+x+++…+(x∈R,n∈N*).证明:
(1)对每个n∈N*,存在唯一的xn∈,1,满足fn(xn)=0;
(2)对任意p∈N*,由(1)中xn构成的数列{xn}满足00时,f′n(x)=1++…+>0,故fn(x)在(0,+∞)内单调递增.
由于f1(1)=0,当n≥2时,fn(1)=++…+>0.故fn(1)≥0.又fn=-1++≤-+k
=-+·=-·n-1<0.
所以存在唯一的xn∈,1,满足fn(xn)=0.
(2)当x>0时,fn+1(x)=fn(x)+≥fn(x),故fn+1(xn)>fn(xn)=fn+1(xn+1)=0.
由fn+1(x)在(0,+∞)内单调递增,xn+10,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.
17.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1x1,如图(1)所示,可知方程f(x)=x1有两个实根,f(x)=x2有一个实根,故方程3(f(x))2+2af(x)+b=0共有3个不同实根;
当x1是极小值点时,f(x1)=x1,x2为极大值点,且x20),
因而f(1)=1,f′(1)=-1,
所以曲线y=f(x)在点A(1,f(1))处的切线方程为y-1=-(x-1),
即x+y-2=0.
(2)由f′(x)=1-=,x>0知:
①当a≤0时,f′(x)>0,函数f(x)为(0,+∞)上的增函数,函数f(x)无极值;
②当a>0时,由f′(x)=0,解得x=a.
又当x∈(0,a)时,f′(x)<0;当x∈(a,+∞)时,f′(x)>0,从而函数f(x)在x=a处取得极小值,且极小值为f(a)=a-aln a,无极大值.
综上,当a≤0时,函数f(x)无极值;
当a>0时,函数f(x)在x=a处取得极小值a-aln a,无极大值.
22.B12,E8[2013·湖北卷] 设n是正整数,r为正有理数.
(1)求函数f(x)=(1+x)r+1-(r+1)x-1(x>-1)的最小值;
(2)证明:0时,f′(x)>0,所以f(x)在(0,+∞)内是增函数,故函数f(x)在x=0处取得最小值f(0)=0.
(2)由(1),当x∈(-1,+∞)时,有f(x)≥f(0)=0,即(1+x)r+1≥1+(r+1)x,且等号当且仅当x=0时成立,故当x>-1且x≠0时,有(1+x)r+1>1+(r+1)x.①
在①中,令x=(这时x>-1且x≠0),得>1+.
上式两边同乘nr+1,得(n+1)r+1>nr+1+nr(r+1),即
nr<.②
当n>1时,在①中令x=-(这时x>-1且x≠0),类似可得nr>,③
且当n=1时,③也成立,综合②,③得
0,f(x2)>-
B.f(x1)<0,f(x2)<-
C.f(x1)>0,f(x2)<-
D.f(x1)<0,f(x2)>-
10.D [解析] f′(x)=ln x-(2ax-1)=0ln x=2ax-1,函数y=ln x与函数y=2ax-1的图像有两个交点,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,.因为00,f(x)递增,f(1)=-a,f(x1)f(1)=-a>-,选D.
21.B1,B12[2013·江西卷] 已知函数f(x)=a,a为常数且a>0.
(1)证明:函数f(x)的图像关于直线x=对称;
(2)若x0满足f(f(x0))=x0,但f(x0)≠x0,则称x0为函数f(x)的二阶周期点.如果f(x)有两个二阶周期点x1,x2,试确定a的取值范围;
(3)对于(2)中的x1,x2和a,设x3为函数 f(f(x))的最大值点,A(x1,f(f(x1))),B(x2,f(f(x2))),C(x3,0).记△ABC的面积为S(a),讨论S(a)的单调性.
解:(1)证明:因为f=a(1-2|x|),
f=a(1-2|x|),
有f=f,
所以函数f(x)的图像关于直线x=对称.
(2)当0时,有
f(f(x))=
所以f(f(x))=x有四个解0,,,,又f(0)=0,f=,
f≠,f≠,故只有,是f(x)的二阶周期点.
综上所述,所求a的取值范围为a>.
(3)由(2)得x1=,x2=,
因为x3为函数f(f(x))的最大值点,所以x3=,或x3=.
当x3=时,S(a)=,求导得:S′(a)=.
所以当a∈时,S(a)单调递增,当a∈时S(a)单调递减;
当x3=时,S(a)=,求导得:S′(a)=;
因a>,从而有S′(a)=>0,
所以当a∈时S(a)单调递增.
18.B11,B12[2013·北京卷] 设L为曲线C:y=在点(1,0)处的切线.
(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.
18.解:(1)设f(x)=,则f′(x)=.
所以f′(1)=1.
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)=.
当01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.
21.B12[2013·辽宁卷] 已知函数f(x)=(1+x)e-2x,g(x)=ax++1+2xcos x.当x∈[0,1]时,
(1)求证:1-x≤f(x)≤;
(2)若f(x)≥g(x)恒成立,求实数a的取值范围.
21.解:(1)证明:要证x∈[0,1]时,(1+x)e-2x≥1-x,只需证明(1+x)e-x≥(1-x)ex.
记h(x)=(1+x)e-x-(1-x)ex,则h′(x)=x(ex-e-x),当x∈(0,1)时,h′(x)>0,因此h(x)在[0,1]上是增函数,故h(x)≥h(0)=0.
所以f(x)≥1-x,x∈[0,1].
要证x∈[0,1]时,(1+x)e-2x≤,只需证明ex≥x+1.
记K(x)=ex-x-1,则K′(x)=ex-1,当x∈(0,1)时,K′(x)>0,因此K(x)在[0,1]上是增函数,故K(x)≥K(0)=0.
所以f(x)≤,x∈[0,1].
综上,1-x≤f(x)≤,x∈[0,1].
(2)(方法一)
f(x)-g(x)=(1+x)e-2x-
≥1-x-ax-1--2xcos x
=-x.
设G(x)=+2cos x,则G′(x)=x-2sin x.
记H(x)=x-2sin x,则H′(x)=1-2cos x,当x∈(0,1)时,H′(x)<0,于是G′(x)在[0,1]上是减函数,从而当x∈(0,1)时,G′(x)<G′(0)=0,故G(x)在[0,1]上是减函数.于是G(x)≤G(0)=2.从而
a+1+G(x)≤a+3,
所以,当a≤-3时,f(x)≥g(x)在[0,1]上恒成立.
下面证明,当a>-3时,f(x)≥g(x)在[0,1]上不恒成立.
f(x)-g(x)≤-1-ax--2xcos x
=-ax--2xcos x
=-x.
记I(x)=+a++2cos x=+a+G(x),则I′(x)=+G′(x).当x∈(0,1)时,I′(x)<0.故I(x)在[0,1]上是减函数,于是I(x)在[0,1]上的值域为[a+1+2cos 1,a+3].
因为当a>-3时,a+3>0,所以存在x0∈(0,1),使得I(x0)>0,此时f(x0)<g(x0),即f(x)≥g(x)在[0,1]上不恒成立.
综上,实数a的取值范围是(-∞,-3].
(方法二)
先证当x∈[0,1]时,1-x2≤cos x≤1-x2.
记F(x)=cos x-1+x2,则F′(x)=-sin x+x.
记G(x)=-sin x+x,则G′(x)=-cos x+1,当x∈(0,1)时,G′(x)>0,于是G(x)在[0,1]上是增函数,因此当x∈(0,1)时,G(x)>G(0)=0,从而F(x)在[0,1]上是增函数,因此F(x)≥F(0)=0.所以
当x∈[0,1]时,1-x2≤cos x.
同理可证,当x∈[0,1]时,cos x≤1-x2.
综上,当x∈[0,1]时,1-x2≤cos x≤1-x2.
因为当x∈[0,1]时.
f(x)-g(x)=(1+x)e-2x-
≥(1-x)-ax--1-2x
=-(a+3)x.
所以当a≤-3时,f(x)≥g(x)在[0,1]上恒成立.
下面证明,当a>-3时,f(x)≥g(x)在[0,1]上不恒成立.因为
f(x)-g(x)=(1+x)e-2x-
≤-1-ax--2x
=+-(a+3)x
≤x,
所以存在x0∈(0,1)例如x0取和中的较小值满足f(x0)<g(x0),即f(x)≥g(x)在[0,1]上不恒成立.
综上,实数a的取值范围是(-∞,-3].
12.B12[2013·辽宁卷] 设函数f(x)满足x2f′(x)+2xf(x)=,f(2)=,则x>0时,f(x)( )
A.有极大值,无极小值
B.有极小值,无极大值
C.既有极大值又有极小值
D.既无极大值也无极小值
12.D [解析] 因为函数f(x)满足x2f′(x)+2xf(x)=[x2·f(x)]′=,所以当x>0时,′=>0,令函数g(x)=x2·f(x),所以g(x)在x>0时递增.
由f(2)=,得g(2)=.
又f(x)=,
所以f′(x)=
=
=,x>0.
令h(x)=ex-2g(x),则h′(x)=ex,故当x∈(0,2)时,h′(x) <0;当x∈(2,+∞)时,h′(x)>0,
故h(x)在(0,+∞)上的最小值为h(2)=e2-2g(2)=0.
所以f′(x)=≥0,故f(x)在(0,∞)单调递增.
所以当x∈(0,+∞)时,f(x)即无极大值也无极小值.选D.
22.B12[2013·全国卷] 已知函数f(x)=ln(1+x)-.
(1)若x≥0时f(x)≤0,求λ的最小值;
(2)设数列{an}的通项an=1+++…+,证明:a2n-an+>ln 2.
22.解:(1)由已知f(0)=0,f′(x)=,f′(0)=0.
若λ<,则当0<x<2(1-2λ)时,f′(x)>0,所以f(x)>0.
若λ≥,则当x>0时,f′(x)<0,所以当x>0时,f(x)<0.
综上,λ的最小值是.
(2)令λ=.由(1)知,当x>0时,f(x)<0,
即>ln (1+x).
取x=,则>ln.
于是a2n-an+=
=
>ln
=ln 2n-ln n
=ln 2.
所以a2n-an+>ln 2.
9.B11、B12[2013·全国卷] 若函数f(x)=x2+ax+在是增函数,则a的取值范围是( )
A.[-1,0] B.[-1,+∞)
C.[0,3] D.[3,+∞)
9.D [解析] f′(x)=2x+a-≥0在上恒成立,即a≥-2x在上恒成立,由于y=-2x在上单调递减,所以y<3,故只要a≥3.
21.B9、B12[2013·山东卷] 设函数f(x)=+c(e=2.718 28…是自然对数的底数,c∈R).
(1)求f(x)的单调区间、最大值;
(2)讨论关于x的方程|ln x|=f(x)根的个数.
21.解:(1)f′(x)=(1-2x)e-2x.
由f′(x)=0,解得x=,
当x<时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
当x>时,f′(x)<0,f(x)单调递减.
所以,函数f(x)的单调递增区间是-∞,,单调递减区间是,+∞,最大值为f=e-1+c.
(2)令g(x)=|lnx|-f(x)=|lnx|-xe-2x-c,x∈(0,+∞).
①当x∈(1,+∞)时,lnx>0,则g(x)=lnx-xe-2x-c,所以g′(x)=e-2x+2x-1.因为2x-1>0,>0,所以g′(x)>0.
因此g(x)在(1,+∞)上单调递增.
②当x∈(0,1)时,lnx<0,则g(x)=-lnx-xe-2x-c,
所以g′(x)=e-2x-+2x-1.
因为e2x∈(1,e2),e2x>1>x>0,所以-<-1.
又2x-1<1,
所以-+2x-1<0,即g′(x)<0.
因此g(x)在(0,1)上单调递减.
综合①②可知,当x∈(0,+∞)时,g(x)≥g(1)=-e-2-c.
当g(1)=-e-2-c>0,即c<-e-2时,g(x)没有零点,故关于x的方程|lnx|=f(x)根的个数为0;
当g(1)=-e-2-c=0,即c=-e-2时,g(x)只有一个零点,故关于x的方程|lnx|=f(x)根的个数为1;
当g(1)=-e-2-c<0,即c>-e-2时,
(ⅰ)当x∈(1,+∞)时,由(1)知g(x)=lnx-xe-2x-c≥lnx-e-1+c>lnx-1-c,
要使g(x)>0,只需使lnx-1-c>0,即x∈(e1+c,+∞);
(ⅱ)当x∈(0,1)时,由(1)知g(x)=-lnx-xe-2x-c≥-lnx-e-1+c>-lnx-1-c,要使g(x)>0,只需-lnx-1-c>0,即x∈(0,e-1-c);
所以c>-e-2时,g(x)有两个零点,
故关于x的方程|lnx|=f(x)根的个数为2.
综上所述,
当c<-e-2时,关于x的方程|lnx|=f(x)根的个数为0;
当c=-e-2时,关于x的方程|lnx|=f(x)根的个数为1;
当c>-e-2时,关于x的方程|lnx|=f(x)根的个数为2.
21.B12[2013·陕西卷] 已知函数f(x)=ex,x∈R.
(1)若直线y=kx+1与f(x)的反函数的图像相切,求实数k的值;
(2)设x>0,讨论曲线y=f(x)与曲线y=mx2(m>0)公共点的个数;
(3)设a0,φ(x)在(2,+∞)上单调递增,
∴φ(x)在(0,+∞)上的最小值为φ(2)=.
当0时,在区间(0,2)内存在x1=,使得φ(x1)>m,在(2,+∞)内存在x2=me2,使得φ(x2)>m,由φ(x)的单调性知,曲线y=与y=m恰有两个公共点.
综上所述,x>0时,
若0,曲线y=f(x)与y=mx2有两个公共点.
(3)方法一:
可以证明>.事实上,
>>>>1-
>1-(b>a).(*)
令φ(x)=+-1(x≥0),
则φ′(x)=-
==≥0(仅当x=0时等号成立).
∴φ(x)在[0,+∞)上单调递增,
∴x>0时,φ(x)>φ(0)=0.
令x=b-a,即得(*)式,结论得证.
方法二:
-
=-
=
=[(b-a)eb-a+(b-a)-2eb-a+2].
设函数u(x)=xex+x-2ex+2(x≥0),
则u′(x)=ex+xex+1-2ex,
令h(x)=u′(x),则h′(x)=ex+ex+xex-2ex=xex≥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,∴u(x)单调递增.
当x>0时,u(x)>u(0)=0.
令x=b-a,则得(b-a)eb-a+(b-a)-2eb-a+2>0,
∴->0,
因此,>.
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,x2-x1的最小值为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(0)=-ln 2-1,
所以a>-ln 2-1.
又当x1∈(-1,0)且趋近于-1时,h(x1)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).若曲线y=sinx上存在(x0,y0)使得f(f(y0))=y0,则a的取值范围是( )
A.[1,e] B.[e-1-1,1]
C.[1,e+1] D.[e-1-1,e+1]
10.A [解析] 因为y0=sin x0∈[-1,1],且f(x)在[-1,1]上(有意义时)是增函数,对于y0∈[-1,1],如果f(y0)=c>y0,则f(f(y0))=f(c)>f(y0)=c>y0,不可能有f(f(y0))=y0.
同理,当f(y0)=d<y0时,则f(f(y0))=f(d)<f(y0)=d<y0,也不可能有f(f(y0))=y0,因此必有f(y0)=y0,即方程f(x)=x在[-1,1]上有解,即=x在[-1,1]上有解.显然,当x<0时,方程无解,即需要=x在[0,1]上有解.当x≥0时,两边平方得ex+x-a=x2,故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>>1,0>-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[1,e],从而a的取值范围是[1,e].
7.B1,B3,B12[2013·四川卷] 函数y=的图像大致是( )
图1-5
7.C [解析] 函数的定义域是{x∈R|x≠0},排除选项A;当x<0时,x3<0,3x-1<0,故y>0,排除选项B;
当x→+∞时,y>0且y→0,故为选项C中的图像.
20.B12[2013·天津卷] 已知函数f(x)=x2ln x.
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)证明:对任意的t>0,存在唯一的s,使t=f(s);
(3)设(2)中所确定的s关于t的函数为s=g(t).证明:当t>e2时,有<<.
20.解:(1)函数f(x)的定义域为(0,+∞).
f′(x)=2xln x+x=x(2ln x+1),令f′(x)=0,得x=.
当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:
x
0,
,+∞
f′(x)
-
0
+
f(x)
极小值
所以函数f(x)的单调递减区间是0,,单调递增区间是,+∞.
(2)证明:当00,
令h(x)=f(x)-t,x∈[1,+∞).
由(1)知,h(x)在区间(1,+∞)内单调递增.h(1)=-t<0,h(et)=e2tln et-t=t(e2t-1)>0.故存在唯一的s∈(1,+∞),使得t=f(s)成立.
(3)证明:因为s=g(t),由(2)知,t=f(s),且s>1,从而====,
其中u=ln s.
要使<<成立,只需0e2时,若s=g(t)≤e,则由f(s)的单调性,有t=f(s)≤f(e)=e2,矛盾.
所以s>e,即u>1,从而ln u>0成立.
另一方面,令F(u)=ln u-,u>1.F′(u)=-,令F′(u)=0,得u=2.当10;当u>2时.F′(u)<0,故对u>1,F(u)≤F(2)<0,因此ln u<成立.
综上,当t>e2时,有<<.
8.B12[2013·天津卷] 已知函数f(x)=x(1+a|x|),设关于x的不等式f(x+a)f(x+a)可解得-0.
所以f(x)在(-1,0)单调递减,在(0,+∞)单调递增.
(2)证明:当m≤2,x∈(-m,+∞)时,ln(x+m)≤ln(x+2),故只需证明当m=2时,f(x)>0.
当m=2时,函数f′(x)=ex-在(-2,+∞)单调递增.又f′(-1)<0,f′(0)>0,故f′(x)=0在(-2,+∞)有唯一实根x0,且x0∈(-1,0).
当x∈(-2,x0)时,f′(x)<0;当x∈(x0,+∞)时,f′(x)>0,从而当x=x0时,f(x)取得最小值.
由f′(x0)=0得
ex0=,ln(x0+2)=-x0,
故f(x)≥f(x0)=+x0=>0.
综上,当m≤2时,f(x)>0.
16.D2,D5,B12[2013·新课标全国卷Ⅱ] 等差数列{an}的前n项和为Sn,已知S10=0,S15=25,则nSn的最小值为________.
16.-49 [解析] 由已知,a1+a10=0,a1+a15=d=,a1=-3,∴nSn=,易得n=6或n=7时,nSn出现最小值.当n=6时,nSn=-48;n=7时,nSn=-49.故nSn的最小值为-49.
10.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
10.C [解析] x→-∞ 时,f(x)<0 ,x→+∞ 时,f(x)>0,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 ,则f(x)在区间(x1 ,x0)单调递减.C错误.D正确.故答案为C.
8.B12[2013·浙江卷] 已知e为自然对数的底数,设函数f(x)=(ex-1)(x-1)k(k=1,2),则( )
A.当k=1时,f(x)在x=1处取到极小值
B.当k=1时,f(x)在x=1处取到极大值
C.当k=2时,f(x)在x=1处取到极小值
D.当k=2时,f(x)在x=1处取到极大值
8.C [解析] 当k=1时,f(x)=(ex-1)(x-1),f′(x)=ex(x-1)+(ex-1)=xex-1,则在x=1处取不到极值.当k=2时,f(x)=(ex-1)(x-1)2,f′(x)=ex(x-1)2+(ex-1)×2(x-1)=(x-1)(xex+ex-2),f′(1)=0,f′(2)>0,f′<0,所以在x=1处取得极小值.
17.B11,B12[2013·重庆卷] 设f(x)=a(x-5)2+6ln x,其中a∈R,曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与y轴相交于点(0,6).
(1)确定a的值;
(2)求函数f(x)的单调区间与极值.
17.解:(1)因f(x)=a(x-5)2+6ln x,
故f′(x)=2a(x-5)+.
令x=1,得f(1)=16a,f′(1)=6-8a,
所以曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y-16a=(6-8a)(x-1),
由点(0,6)在切线上可得6-16a=8a-6,
故a=.
(2)由(1)知,f(x)=(x-5)2+6ln x(x>0),
f′(x)=x-5+=,
令f′(x)=0,解得x1=2,x2=3.
当0<x<2或x>3时,f′(x)>0,故f(x)在(0,2),(3,+∞)上为增函数;当2<x<3时,f′(x)<0,故f(x)在(2,3)上为减函数.
由此可知,f(x)在x=2处取得极大值f(2)=+6ln 2,在x=3处取得极小值f(3)=2+6ln 3.
B13 定积分与微积分基本定理
7.B13[2013·北京卷] 直线l过抛物线C:x2=4y的焦点且与y轴垂直,则l与C所围成的图形的面积等于( )
A. B.2
C. D.
7.C [解析] 由题意得直线l的方程是y=1,代入抛物线方程得x=±2,所以直线l与抛物线C所围成图形的面积S=4-2dx=4-2)=.
15.B13,J3,M1[2013·福建卷] 当x∈R,|x|<1时,有如下表达式:
1+x+x2+…+xn+…=.
两边同时积分得:∫01dx+∫0xdx+∫0x2dx+…+∫0xndx+…=∫0dx,
从而得到如下等式:
1×+×+×+…+×+…=ln 2.
请根据以上材料所蕴含的数学思想方法,计算:
C×+C×2+C×3+…+C×=__________.
15. [解析] (1+x)n=C+Cx+Cx2+…+Cxn,
两边同时积分得C∫01dx+C∫0xdx+C∫0x2dx+…+C∫0xndx=∫0(1+x)ndx,
得C×+C×2+C×3+…+C×n+1=n+1-1.
7.B13[2013·湖北卷] 一辆汽车在高速公路上行驶,由于遇到紧急情况而刹车,以速度v(t)=7-3t+(t的单位:s,v的单位:m/s)行驶至停止,在此期间汽车继续行驶的距离(单位:m)是( )
A.1+25ln 5 B.8+25ln
C.4+25ln 5 D.4+50ln 2
7.C [解析] 令v(t)=0,得3t2-4t-32=0,解得t=4,求定积分得行驶距离为s=v(t)dt=7-3t+dt=7t-t2+25ln(1+t))0=4+25ln 5,选C.
12.B13[2013·湖南卷] 若x2dx=9,则常数T的值为________.
12.3 [解析] 由积分运算公式可得x2dx=0=T3=9,解得T=3.
6.B13[2013·江西卷] 若S1=x2dx,S2=dx,S3=exdx,则S1,S2,S3的大小关系为( )
A.S10,即F(x)在(-2,x1)上单调递减,在(x1,+∞)上单调递增.故F(x)在[-2,+∞)上的最小值为F(x1).
而F(x1)=2x1+2-x-4x1-2=-x1(x1+2)≥0.
故当x≥-2时,F(x)≥0,即f(x)≤kg(x)恒成立.
②若k=e2,则F′(x)=2e2(x+2)(ex-e-2).
从而当x>-2时,F′(x)>0,即F(x)在(-2,+∞)上
单调递增,而F(-2)=0,故当x≥-2时,F(x)≥0,即f(x)≤kg(x)恒成立.
③若k>e2,则F(-2)=-2ke-2+2=-2e-2(k-e2)<0,从而当x≥-2时,f(x)≤kg(x)不可能恒成立.
综上,k的取值范围是[1,e2].
16.B14[2013·新课标全国卷Ⅰ] 若函数f(x)=(1-x2)(x2+ax+b)的图像关于直线x=-2对称,则f(x)的最大值为________.
16.16 [解析] 方法一:因为f′(x)=-4x3-3ax2+2(1-b)x+a,函数f(x)是连续可导函数,且关于直线x=-2对称,所以f′(-2)=0,即f′(-2)=32-12a-4(1-b)+a=0,可得11a-4b=28,①
又因为f(0)=f(-4),所以15a-4b=60,②
①②联立方程组可得a=8,b=15,
f(x)=(1-x2)(x2+8x+15),f′(x)=-4(x3+6x2+7x-2),
因为-2是函数f(x)的一个极值点,所以f′(x)=-4(x+2),
可知当x∈时,f(x)单调递增,当x∈时,f(x)单调递减,当x∈时,f(x)单调递增,当x∈时,f(x)单调递减,且
f=f,所以f=f=f==80-64=16.
方法二:令f=0可得x=1或x=-1,因为函数f(x)的图像关于直线x=-2对称,所以,可得以下同方法一.
20.C4,C9,B14[2013·福建卷] 已知函数f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0,0<φ<π)的周期为π,图像的一个对称中心为.将函数f(x)图像上所有点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),再将所得到的图像向右平移个单位长度后得到函数g(x)的图像.
(1)求函数f(x)与g(x)的解析式;
(2)是否存在x0∈,使得f(x0),g(x0),f(x0)g(x0)按照某种顺序成等差数列?若存在,请确定x0的个数;若不存在,说明理由;
(3)求实数a与正整数n,使得F(x)=f(x)+ag(x)在(0,nπ)内恰有2013个零点.
20.解:(1)由函数f(x)=sin(ωx+φ)的周期为π,ω>0,得ω==2.
又曲线y=f(x)的一个对称中心为,φ∈(0,π),
故f=sin=0,得φ=,所以f(x)=cos 2x.
将函数f(x)图像上所有点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变)后可得y=cos x的图像,再将y=cos x的图像向右平移个单位长度后得到函数g(x)=cos的图像,所以g(x)=sin x.
(2)当x∈时,cos 2x>sin xcos 2x.
问题转化为方程2cos 2x=sin x+sin xcos 2x在内是否有解.
设G(x)=sin x+sin xcos 2x-2cos 2x,x∈,
则G′(x)=cos x+cos xcos 2x+2sin 2x(2-sin x).
因为x∈,所以G′(x)>0,G(x)在内单调递增.
又G=-<0,G=>0,
且函数G(x)的图像连续不断,故可知函数G(x)在内存在唯一零点x0,
即存在唯一的x0∈满足题意.
(3)方法一:依题意,F(x)=asinx+cos 2x,令F(x)=asin x+cos 2x=0.
当sin x=0,即x=kπ(k∈Z)时,cos2x=1,从而x=kπ(k∈Z)不是方程F(x)=0的解,所以方程F(x)=0等价于关于x的方程a=-,x≠kπ(k∈Z).
现研究x∈(0,π)∪(π,2π)时方程a=-的解的情况.
令h(x)=-,x∈(0,π)∪(π,2π),
则问题转化为研究直线y=a与曲线y=h(x),x∈(0,π)∪(π,2π)的交点情况.
h′(x)=,令h′(x)=0,得x=或x=.
当x变化时,h′(x),h(x)的变化情况如下表:
x
h′(x)
+
0
-
-
0
+
h(x)
1
-1
当x>0且x趋近于0时,h(x)趋向于-∞,
当x<π且x趋近于π时,h(x)趋向于-∞,
当x>π且x趋近于π时,h(x)趋向于+∞,
当x<2π且x趋近于2π时,h(x)趋向于+∞,
故当a>1时,直线y=a与曲线y=h(x)在(0,π)内无交点,在(π,2π)内有2个交点;
当a<-1时,直线y=a与曲线y=h(x)在(0,π)内有2个交点,在(π,2π)内无交点;
当-10,p(-1)=-a-1,p(1)=a-1.
当a>1时,函数p(t)有一个零点t1∈(-1,0)(另一个零点t2>1,舍去),F(x)在(0,2π]上有两个零点x1,x2,且x1,x2∈(π,2π);
当a<-1时,函数p(t)有一个零点t1∈(0,1)(另一个零点t2<-1,舍去),F(x)在(0,2π]上有两个零点x1,x2,且x1,x2∈(0,π);
当-10,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.C9、B14[2013·全国卷] 已知函数f(x)=cos xsin 2x,下列结论中错误的是( )
A.y=f(x)的图像关于点(π,0)中心对称
B.y=f(x)的图像关于直线x=对称
C.f(x)的最大值为
D.f(x)既是奇函数,又是周期函数
12.C [解析] 因为对任意x,f(π-x)+f(π+x)=cos xsin 2x-cos xsin 2x=0,故函数f(x)图像关于点(π,0)中心对称;因为对任意x恒有f(π-x)=cos xsin 2x=f(x),故函数f(x)
图像关于直线x=对称;f(-x)=-f(x),f(x+2π)=f(x),故f(x)既是奇函数也是周期函数;对选项C中,f(x)=2cos2xsin x=2(1-sin2x)sin x,令t=sin x∈[-1,1],设y=(1-t2)t=-t3+t,y′=-3t2+1,可得函数y的极大值点为t=,所以y在上的极大值为-+=,函数的端点值为0,故函数y在区间的最大值为,函数f(x)的最大值为,所以选项C中的结论错误.
21.B12,B14[2013·新课标全国卷Ⅱ] 已知函数f(x)=ex-ln(x+m).
(1)设x=0是f(x)的极值点,求m,并讨论f(x)的单调性;
(2)当m≤2时,证明f(x)>0.
21.解:(1)f′(x)=ex-.
由x=0是f(x)的极值点得f′(0)=0,所以m=1.
于是f(x)=ex-ln(x+1),定义域为(-1,+∞),f′(x)=ex-.
函数f′(x)=ex-在(-1,+∞)单调递增,
且f′(0)=0,因此当x∈(-1,0)时,
f′(x)<0;当x∈(0,+∞)时,f′(x)>0.
所以f(x)在(-1,0)单调递减,在(0,+∞)单调递增.
(2)证明:当m≤2,x∈(-m,+∞)时,ln(x+m)≤ln(x+2),故只需证明当m=2时,f(x)>0.
当m=2时,函数f′(x)=ex-在(-2,+∞)单调递增.又f′(-1)<0,f′(0)>0,故f′(x)=0在(-2,+∞)有唯一实根x0,且x0∈(-1,0).
当x∈(-2,x0)时,f′(x)<0;当x∈(x0,+∞)时,f′(x)>0,从而当x=x0时,f(x)取得最小值.
由f′(x0)=0得
ex0=,ln(x0+2)=-x0,
故f(x)≥f(x0)=+x0=>0.
综上,当m≤2时,f(x)>0.
22.B14[2013·浙江卷] 已知a∈R,函数f(x)=x3-3x2+3ax-3a+3.
(1)求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)当x∈[0,2]时,求|f(x)|的最大值.
22.解:(1)由题意 f′(x)=3x2-6x+3a,故 f′(1)=3a-3.
又f(1)=1,所以所求的切线方程为y=(3a-3)x-3a+4.
(2)由于f′(x)=3(x-1)2+3(a-1),0≤x≤2,故
①当a≤0时,有f′(x)≤0,此时f(x)在[0,2]上单调递减,故
|f(x)|max=max {|f(0)|,|f(2)|}=3-3a.
②当a≥1时,有f′(x)≥0,此时f(x)在[0,2]上单调递增,故
|f(x)|max=max {|f(0)|,|f(2)|}=3a-1.
③当00,f(x1)-f(x2)=4(1-a)>0.
从而f(x1)>|f(x2)|.
所以|f(x)|max=max{f(0),|f(2)|,f(x1)}.
(Ⅰ)当0|f(2)|.
又f(x1)-f(0)=2(1-a)-(2-3a)=>0,
故|f(x)|max=f(x1)=1+2(1-a).
(Ⅱ)当≤a<1时,|f(2)|=f(2),且f(2)≥f(0).
又f(x1)-|f(2)|=2(1-a)-(3a-2)=.
所以(i)当≤a<时,f(x1)>|f(2)|.
故f(x)max=f(x1)=1+2(1-a).
(ii)当≤a<1时,f(x1)≤|f(2)|.
故f(x)max=|f(2)|=3a-1.
综上所述,
|f(x)|max=