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高考解答题专项训练(一) 函数与导数
1.(2019·河南豫北名校联考)已知函数f(x)=ex+1-kx-2k(其中e是自然对数的底数,k∈R).
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)当函数f(x)有两个零点x1,x2时,证明:x1+x2>-2.
解:(1)易得f′(x)=ex+1-k,,当k>0时,令f′(x)=0,得x=lnk-1,
可得当x∈(-∞,lnk-1)时,f′(x)<0,
当x∈(lnk-1,+∞)时,f′(x)>0,
所以函数f(x)在区间(-∞,lnk-1)上单调递减,在区间(lnk-1,+∞)上单调递增.
当k≤0时,f′(x)=ex+1-k>0恒成立,
故此时函数f(x)在R上单调递增.
(2)证明:当k≤0时,由(1)知函数f(x)在R上单调递增,不存在两个零点,所以k>0,
由题意知ex1+1=k(x1+2),ex2+1=k(x2+2),
∴x1+2>0,x2+2>0,,可得x1-x2=ln.
不妨设x1>x2,令=t,则t>1,,由
解得x1+2=,
,x2+2=
所以x1+x2+4=,
欲证x1+x2>-2,只需证明>2,
即证(t+1)lnt-2(t-1)>0,
设g(t)=(t+1)lnt-2(t-1)(t>1),
则g′(t)=lnt+-1.
(t+1)-2=lnt+
设h(t)=lnt+-1(t>1),
则h′(t)=>0,h(t)单调递增,
-
所以g′(t)>g′(1)=0.
所以g(t)在区间(1,+∞)上单调递增,
所以g(t)>g(1)=0,即(t+1)lnt-2(t-1)>0,原不等式得证.
2.(2019·山西三区八校模拟)已知函数f(x)=lnx+ax2+bx(其中a,b为常数且a≠0)在x=1处取得极值.
(1)当a=1时,求f(x)的单调区间;
(2)若f(x)在(0,e]上的最大值为1,求a的值.
解:(1)因为f(x)=lnx+ax2+bx,
所以f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=+2ax+b,
因为函数f(x)=lnx+ax2+bx在x=1处取得极值,
所以f′(1)=1+2a+b=0,
又a=1,所以b=-3,
则f′(x)=,
令f′(x)=0,得x1=,x2=1.
f′(x),f(x)随x的变化情况如下表:
x
1
(1,+∞)
f′(x)
+
0
-
0
+
f(x)
极大值
极小值
所以f(x)的单调递增区间为.
,(1,+∞);单调递减区间为
(2)由(1)知f′(x)=(x>0),
=
令f′(x)=0,得x1=1,x2=,
因为f(x)在x=1处取得极值,所以x2=≠x1=1,
若<0时,f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,e]上单调递减,
所以f(x)在区间(0,e]上的最大值为f(1),
令f(1)=1,解得a=-2,
当a>0时,x2=>0,
若上单调递减,
,[1,e]上单调递增,在<1时,f(x)在
所以最大值可能在x=或x=e处取得,
而f-1<0,
-=ln2-(2a+1)+a=ln
所以f(e)=lne+ae2-(2a+1)e=1,
解得a=,
若1<上单调递减,
上单调递增,在<e时,f(x)在区间(0,1),
所以最大值可能在x=1或x=e处取得,
而f(1)=ln1+a-(2a+1)<0,
所以f(e)=lne+ae2-(2a+1)e=1,
解得a=<e矛盾,
,与1<x2=
当x2=≥e时,f(x)在区间(0,1)上单调递增,在(1,e]上单调递减,
所以最大值可能在x=1处取得,
而f(1)=ln1+a-(2a+1)<0,矛盾;
综上所述,a=或a=-2.
3.设函数f(x)=ln(x+1)+a(x2-x),其中a∈R.
(1)讨论函数f(x)极值点的个数,并说明理由;
(2)若∀x>0,f(x)≥0成立,求a的取值范围.
解:(1)由题意知函数f(x)的定义域为(-1,+∞),f′(x)=.
+a(2x-1)=
令g(x)=2ax2+ax-a+1,x∈(-1,+∞).
①当a=0时,g(x)=1,
此时f′(x)>0,函数f(x)在(-1,+∞)单调递增,无极值点.
②当a>0时,Δ=a2-8a(1-a)=a(9a-8).
a.当0<a≤时,Δ≤0,g(x)≥0,
f′(x)≥0,函数f(x)在(-1,+∞)单调递增,无极值点.
b.当a>时,Δ>0,
设方程2ax2+ax-a+1=0的两根为x1,x2(x1<x2),
因为x1+x2=-,
所以x1<-.
,x2>-
由g(-1)=1>0,可得-1<x1<-.
所以当x∈(-1,x1)时,g(x)>0,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;
当x∈(x1,x2)时,g(x)<0,f′(x)<0