内容正文:
hh
课时作业18 导数与函数的极值、最值
-
一、单项选择题
1.函数f(x)的定义域为(a,b),
导函数f'(x)在(a,b)内的图
象如图所示,则函数f(x)在
(a,b)内极小值点的个数是 ( )
A.1 B.2
C.3 D.4
2.设函数f(x)=2ln
x-x2,则 ( )
A.x=e为极大值点 B.x=1为极大值点
C.x=1为极小值点 D.无极值点
3.函数f(x)=x2+2ln
x-x的极值点的个数为
( )
A.无数个 B.2
C.1 D.0
4.函数f(x)=
x2-x+3
x
在区间(0,+∞)上的
最小值为 ( )
A.22 B.23
C.22-1 D.23-1
5.当x=1时,函数f(x)=aln
x+bx2+3取得
最大值2,则f(3)= ( )
A.2ln
3+2 B.-
16
3
C.2ln
3-6 D.-4
6.已知函数f(x)=(x-a)(x-b)ex 在x=a处
取极小值,且f(x)的极大值为4,则b=
( )
A.-1 B.2
C.-3 D.4
二、多项选择题
7.如图是函数y=f(x)的导
函数的图象,下列结论中正
确的是 ( )
A.f(x)在[-2,-1]上是增函数
B.当x=3时,f(x)取得最小值
C.当x=-1时,f(x)取得极小值
D.f(x)在[-1,2]上是增函数,在[2,4]上是
减函数
8.已知函数f(x)=ex +x2+(a-2)x+1在区
间(0,1)上有最小值,则整数a可能的取值是
( )
A.-3 B.-2
C.-1 D.0
9.已知函数f(x)=xex -2ex +2,则 ( )
A.f(x)恰有2个极值点
B.f(x)在(1,+∞)上单调递增
C.f(-0.1)>f(0.2)
D.f(x)的值域为[2-e,+∞)
三、填空题
10.已知函数f(x)=x3-12x+a,若f(x)在区
间[-1,3]上的最大值为10,则f(x)在该区
间上的最小值为 .
11.若函数f(x)=
2
3x
3-ax2(a<0)在(2a,a+
1)上有最大值,则a的取值范围为 .
12.小王大学毕业后决定利用所学专业进行自主
创业,生产某小型电子产品.经过市场调研,
生产该小型电子产品需投入年固定成本2万
元,每生产x 万件,需另投入流动成本W(x)
万元.已知在年产量不足4万件时,W(x)=
1
3x
3+2x,在年产量不小于4万件时,W(x)=
7x+
64
x-27.
每件产品售价6元.通过市场分析,
小王生产的产品当年能全部售完.
则年利润P(x)(万元)关于年产量x(万件)
的 函 数 解 析 式 为 , 年 产 量 为
万件时,小王在这一产品的生产中
所获年利润最大,最大年利润是 .
(年利润=年销售收入-年固定成本-流动
成本)
-324-
第三章 一元函数的导数及其应用 3
四、解答题
13.(2024·九省联考)已知函数f(x)=ln
x+
x2+ax+2的图象在点(2,f(2))处的切线与
直线2x+3y=0垂直.
(1)求a的值;
(2)求f(x)的单调区间和极值.
14.已知函数f(x)=(ax2+x+a)ex,a≠0.
(1)当a=-1时,求函数f(x)的极值;
(2)当a>0,求f(x)在x∈[-2,-1]上的
最大值.
2
15.已知函数f(x)=xex -ln
x-x-2,g(x)=
ex
x +ln
x-x 的最小值分别为m,n,则m,n
的大小关系为 .
16.石宝寨位于重庆市忠县境内长江北岸边,被
称为“江上明珠”,国家AAAA级旅游景区,全
国重点文物保护单位,长江三峡最佳旅游景
观之一,美国探索频道中国七大奇观之一,世
界八大奇异建筑之一.近期石宝寨景区为提
高经济效益,拟投入资金对景区进行改造升
级,经过市场调查可知,景区门票增收y(单
位:万元)与投入资金x(5≤x ≤40)(单位:
万元)之间的关系式为y=f(x)=-
x2
40+
7
4x+aln
x+b,其中a,b为常数,当投入资
金x为10万元时,门票增收y为16.5万元;当
投入资金x 为30万元时,门票增收y为37万
元(参考数据:ln
2≈0.7,ln
3≈1.1,ln
5≈
1.6).则f(x)的解析式为f(x)=
;石宝寨景区投入资金为 万元
时,改造升级后的旅游利润ω(x)=f(x)-x
的值最大.
-325-
参
考
答
案
1
e
, 又 b - a =
ln
3
3 -
ln
2
2 =
2ln
3-3ln
2
6 =
ln
9-ln
8
6 >0
,所以
b>a,所以c>b>a.
16.-∞,
1
2 -e
2
解析:∵f(x)=ex -xln
x+
m
2x
2,
∴f'(x)= ex -ln
x -1+ mx,
∴f″(x)=ex -
1
x +m
,∵f(x)=
ex -xln
x+
m
2x
2 在(1,2)上为“凸
函数”,∴f″(x)=ex-
1
x +m<0
在
(1,2)上恒成立,即 m <
1
x -e
x 在
(1,2)上恒成立,令g(x)=
1
x -e
x,
x∈(1,2),∴g'(x)= - ex +
1
x2 <
0,∴g(x)=
1
x -e
x 在(1,2)上单调
递减,∴g(x)> g(2)=
1
2 -e
2,
∴m ≤
1
2 -e
2,即 m ∈ - ∞,
1
2 -e
2 .
课时作业18 导数与函数的
极值、最值
1.A 2.B
3.D 由 f'(x)= 2x +
2
x -1 =
2x2-x+2
x
且x ∈ (0,+ ∞),令
g(x)=2x2-x+2,而Δ=(-1)2-
4×2×2<0,故g(x)>0恒成立,所
以f'(x)>0在x ∈ (0,+∞)上恒
成立,即f'(x)=0无解,故函数没有
极值点.故选D.
4.D f'(x)=
(2x-1)x-(x2-x+3)
x2
=
x2-3
x2
=
(x+ 3)(x- 3)
x2
,所以在
区间(0,3)上,f'(x)<0,f(x)递
减,在区间(3,+∞)上,f'(x)>0,
f(x) 递 增, 所 以 f(x) 在 区 间
(0,+ ∞)上 的 最 小 值 为 f(3)=
3- 3+3
3
=
6- 3
3
=2 3-1.故
选D.
5.C 因为f(x)=aln
x+bx2+3,所
以f'(x)=
a
x +2bx
,又当x =1时,
函 数f(x)=aln
x+bx2+3取得最大
值2,所 以 f(1)=2,f'(1)=0,即
b+3=2,
a+2b=0, 解 得 a=2,b= -1, 所 以
f(x)=2ln
x-x2+3,f'(x)=
2
x -
2x =
2(1-x)(1+x)
x
,所以f(x)在
(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调
递减,符合题意,所以f(3)=2ln
3-
6.故选C.
6.B f(x)= (x -a)(x -b)ex =
(x2-ax-bx+ab)ex,所以f'(x)=
(2x-a-b)ex + (x2-ax -bx +
ab)ex =ex[x2+(2-a-b)x+ab-
a-b].因 为 函 数 f(x)= (x -
a)(x-b)ex 在x =a处取极小值,所
以f'(a)=ea[a2+ (2-a-b)a+
ab-a-b]=ea(a-b)=0,所以a=
b,∴f(x)= (x -a)2ex,f'(x)=
ex[x2+ (2-2a)x +a2 -2a]=
ex(x-a)[x-(a-2)],令f'(x)=
0,得x =a 或x =a-2,当x ∈
(- ∞,a -2)时,f'(x)>0,所 以
f(x)在(-∞,a-2)上单调递增,当
x ∈ (a-2,a)时,f'(x)<0,所以
f(x)在 (a-2,a)上 单 调 递 减,当
x ∈ (a,+∞)时,f'(x)>0,所以
f(x)在(a,+∞)上单调递增,所以
f(x)在x =a-2处有极大值,因为
f(a-2)=4ea-2 =4,解得a=2,所
以b=2.故选B.
7.CD 根据图象知当x ∈ (-2,-1),
x ∈(2,4)时,f'(x)<0,函数单调递
减,当x∈(-1,2),x∈(4,+∞)时,
f'(x)>0,函数单调递增,故A错误,
D正确;当x = -1时,f(x)取得极小
值,故C正确;当x =3时,f(x)不是
取得最小值,故B错误.故选CD.
8.BCD 由 f(x)=ex +x2 + (a -
2)x+1得f'(x)=ex +2x+a-2,
由于y=ex,y=2x 均为单调递增函
数,故f'(x)在(0,1)上单调递增,因
为 f(x)在 (0,1)上 有 最 小 值,故
f'(0)<0,
f'(1)>0 ⇒ 1+a-2<0,e+2+a-2>0 ⇒
-e<a<1,又a 为整数,故选BCD.
9.BCD f'(x)= (x +1)ex -2ex =
(x-1)ex,令f'(x)=0,得x=1,当
x ∈ (- ∞,1)时,f'(x)<0,此 时
f(x)单调递减,当x∈(1,+∞)时,
f'(x)>0,此时f(x)单调递增,故
f(x)恰有一个极小值点1,无极大值
点,故 A 错 误,B 正 确;由 f(x)在
(-∞,1)上单调递减,可知f(-0.1)>
f(0.2),故 C 正 确;由 于 f(x)min =
f(1)=2-e,而当x 趋近于 +∞ 时,
f(x)趋近于 +∞,故f(x)的值域为
[2-e,+∞),故D正确.故选BCD.
10.-17
解析:由题得f'(x)=3x2 -12.由
f'(x)=0可得x =2或x = -2.
当 -1≤x<2时,f'(x)<0,f(x)
单调递减;当2<x≤3时,f'(x)>
0,f(x)单调递增.由f(2)=8-24+
a=a-16,f(-1)= -1+12+a=
a+11,f(3)=27-36+a=a-9,
可 得 f(2)< f(3)< f(-1),故
f(x)在区间[-1,3]上的最大 值 为
f(-1)=a+11=10,所以a= -1,
则f(x)在区间[-1,3]上的最小值
为f(2)=a-16= -1-16= -17.
11.-∞,-
2
3
解析:由f(x)=
2
3x
3-ax2(a<0)
得,f'(x)=2x2 -2ax =2x(x -
a),当x <a 时,f'(x)>0;当a<
x <0时,f'(x)<0;当x >0时,
f'(x)>0.所以f(x)在(-∞,a)和
(0,+∞)上单调递增,f(x)在(a,0)
上单调递减,故f(x)在x=a处取得
极大值,又因为f(x)在(2a,a+1)上
有最大值,且2a<a<a+1,所以
f(a)≥f(a+1),则
2
3a
3 -a3 ≥
2
3
(a + 1)3 - a (a+1)2, 解 得
a≤-
2
3.
12.P(x)=
-
1
3x
3+4x-2,0<x<4,
25-x-
64
x
,x≥4
8 9万元
解析:由 题 意,当 0 < x < 4 时,
P(x)=6x -2-
1
3x
3+2x =
-
1
3x
3 +4x -2;当 x ≥ 4 时,
P(x)=6x-2- 7x+
64
x -27 =
25-x-
64
x .
所以P(x)=
-
1
3x
3+4x-2,0<x <4,
25-x-
64
x
,x ≥4.
当
0<x <4时,P'(x)= -x2+4,令
P'(x)=0,解得x=2.易得P(x)在
(0,2)上单调递增,在(2,4)上单调递
减,所以当0<x <4时,P(x)max =
P(2)=
10
3.
当x≥4时,P(x)=25-
x+
64
x ≤25-2 x·64x =9,当
且仅当x=
64
x
,即x=8时取等号.综
上,当年产量为8万件时,所获年利润
最大,为9万元.
13.解:(1)f'(x)=
1
x +2x +a
,则
f'(2)=
1
2 +2×2+a=
9
2 +a
,
由题 意 可 得 9
2+a × -23 =
-1,解得a= -3.
(2)由a = -3,得f(x)=ln
x +
x2-3x+2,
f'(x)=
1
x +2x-3=
2x2-3x+1
x =
(2x-1)(x-1)
x
,
x >0,
故当0<x <
1
2
时,f'(x)>0,当
1
2 <x<1
时,f'(x)<0,当x>1
时,f'(x)>0,
故f(x)的单调递增区间为 0,
1
2 ,
(1,+ ∞),f(x)的 单 调 递 减 区 间
为 1
2
,1 ,
故f(x)有极大值,为f
1
2 =ln 12+
-579-
hh
1
2
2
-3×
1
2 +2=
3
4 -ln
2,
有极小值,为f(1)=ln
1+12-3×
1+2=0.
14.解:(1)当a= -1时,f(x)=(-x2+
x-1)ex,
则f'(x)= (-2x+1)ex +(-x2+
x-1)ex = (-2x +1-x2 +x -
1)ex = (-x2-x)ex,
当x ∈ (-∞,-1)∪ (0,+∞)时,
f'(x)< 0,函 数 f(x)在(- ∞,
-1),(0,+∞)上单调递减,
当x∈(-1,0)时,f'(x)>0,f(x)
在(-1,0)上单调递增,
所以f(x)极小值 =f(-1)= -3e-1,
f(x)极大值 =f(0)= -1.
(2)因为f(x)=(ax2+x+a)ex,所
以f'(x)= (ax+a+1)(x+1)ex,
令f'(x)=0,得x = -1或x =
-
a+1
a = -1-
1
a
,
因为a>0,所以-1-
1
a <-1
,
当-1-
1
a ∈
(-2,-1),即a>1时,
当 x ∈ -2,-1-
1
a 时,
f'(x)>0,f(x)单调递增,
当 x ∈ -1-
1
a
,-1 时,
f'(x)<0,f(x)单调递减,
所 以 f(x)max = f -1-
1
a =
(2a+1)e
-1-1a,
当-1-
1
a ∈
(-∞,-2],即0<a≤
1时,当x ∈ (-2,-1)时,f'(x)<
0,f(x)单调递减,
所以f(x)max =f(-2)=(4a-2+
a)e-2 = (5a-2)e-2,
综上所述,a>1时,f(x)max=(2a+
1)e
-1-1a,
0<a≤1时,f(x)max=(5a-2)e-2.
15.m <n
解析:令h(x)=ex-x-1,则h'(x)=
ex -1,当x<0时,0<ex <1;当x≥
0时,ex ≥1,所以h(x)在(-∞,0)上
单调递减,在[0,+∞)上单调递增,
所以h(x)≥h(0)=0,所 以ex ≥
x+1,所以f(x)=x·ex -ln
x-
x-2=eln
x+x-ln
x-x-2≥ln
x+
x+1-ln
x-x-2= -1(当且仅当
ln
x +x =0时 “=”成 立),所 以
m = -1,又g(x)=
ex
x +ln
x-x=
e
ln1x+x +ln
x-x >ln
1
x +x+1+
ln
x-x = 1,所 以 n > 1.所 以
m <n.
16.-
x2
40+
7
4x+5ln
x-10 20
解析:因 为 y = f(x)= -
x2
40 +
7
4x+aln
x+b,且当投入资金x 为
10万元时,门票增收y 为16.5万元,
当投入资金x 为30万元时,门票增收
y 为37万元,所以
-
102
40+
7
4×10+aln
10+b=16.5,
-
302
40+
7
4×30+aln
30+b=37,
解得 a≈5,
b≈-10, 所以f(x)= -x
2
40+
7
4x +5ln
x -10;由 以 上 可 知,
ω(x)= -
x2
40+
3
4x+5ln
x-10,则
ω'(x)= -
x
20+
3
4 +
5
x =
-x2+15x+100
20x
,令ω'(x)=0,得
x=20,当5≤x<20时,ω'(x)>0,
当20<x ≤40时,ω'(x)<0,所以
ω(x)在[5,20)上单调递增,在(20,
40]上单调递减,所以当x =20万元
时,ω(x)取得最大值.
课时作业19 证明不等式
1.解:(1)∵f'(x)=cos
x -acos
x +
axsin
x,∴f'(0)=1-a=1,
∴a=0.
(2)证明:要证f(x)≤2ax,即证sin
x-
axcos
x ≤ 2ax,只 需 证 sin
x ≤
ax(2+cos
x),因为2+cos
x>0,也
就是要证 sin
x
2+cos
x-ax ≤0
,
令g(x)=
sin
x
2+cos
x-ax
,g'(x)=
cos
x(2+cos
x)-sin
x(-sin
x)
(2+cos
x)2
-
a=
2cos
x+1
(2+cos
x)2
-a.
∵a≥
1
3
,∴g'(x)≤
2cos
x+1
(2+cos
x)2
-
1
3 =
-(cos
x-1)2
3(2+cos
x)2
≤0,
∴g(x)在[0,+∞)上为减函数,
∴g(x)≤g(0)=0,
∴f(x)≤2ax.
2.解:(1)解法1:由f(x)=aex-x-a,
得f(0)=0,
又f(x)≥0,所以x=0是f(x)的极
小值点,
故f'(0)=0,而f'(x)=aex -1,
f'(0)=a-1=0,故a=1,
若a=1,则f'(x)=ex -1,
当x <0时,f'(x)<0;当x>0时,
f'(x)>0,
所以f(x)在(-∞,0)上单调递减,在
(0,+∞)上单调递增,
故x =0是f(x)唯一的极小值点,也
是最小值点,
由f(0)=0,所以当且仅当a =1时
f(x)≥0.
解法2:由f(x)=aex -x -a,得
f(0)=0,又f'(x)=aex -1,
当a≤0时,有f'(x)<0恒成立,所以
f(x)在R上单调递减,
又f(0)=0,则f(x)≥0不成立,
当a >0时,令f'(x)=0,得x =
ln
1
a
,则x>ln
1
a
时,有f'(x)>0,
x <ln
1
a
时,有f'(x)<0,
即f(x)在 -∞,ln
1
a 上单调递减,
在 ln
1
a
,+∞ 上单调递增,
所以f(x)的最小值 为 fln
1
a =
1+ln
a-a≥0,
(1+ln
x-x)'=
1-x
x
,
函数y =1+ln
x-x 在(1,+∞)上
单调递减,在(0,1)上单调递增,
fln
1
a =1+ln a-a≤0,当且仅
当a=1时取等号,故a=1.
(2)证明:当a≥1,x>0时,f(x)=
aex -x-a=a(ex -1)-x ≥ex -
1-x,
设g(x)=ex-x-xln
x+sin
x-1,
当0<x≤1时,-xln
x≥0,sin
x>0,
又由(1)知ex -1-x>0,故g(x)>0,
当x >1时,g'(x)=ex -2-ln
x+
cos
x,
设h(x)=ex -2-ln
x+cos
x,则
h'(x)=ex -
1
x -sin
x,h'(x)>e-
1-1>0,
则h(x)在(1,+ ∞)上 单 调 递 增,
h(x)>h(1)=e-2+cos
1>0,
所以g'(x)>0,则g(x)在(1,+∞)
上单调递增,
g(x)>g(1)=e-2+sin
1>0,
综 上,g(x)> 0,即 当 a ≥ 1 时,
f(x)>xln
x-sin
x.
3.证明:要证明当a ≤
1
2
时,f(x)<
ex -sin
θ,
即证明当a≤
1
2
时,ln
x+a<ex -
sin
θ,
即证明当a≤
1
2
时,ln
x+a-ex +
sin
θ<0,
构造函数h(x)=ln
x +a-ex +
sin
θ x >0,a≤
1
2 ,
h'(x)=
1
x -e
x,函数h'(x)=
1
x -
ex 在(0,+∞)上为减函数,
h'(1)=1-e<0,h'
1
2 =2- e>
0,所 以 存 在 x0 ∈
1
2
,1 , 使
h'(x)=
1
x0
-e
x0 =0,
1
x0
=e
x0,
所 以 在 区 间(0,x0)上,h'(x)> 0,
h(x)单调递增,
在 区 间 (x0,+ ∞)上,h'(x)< 0,
h(x)单调递减,
h(x)≤h(x0)=ln
x0-e
x0 +a+
sin
θ=ln
e
-x0 -
1
x0
+a+sin
θ=
- x0+
1
x0 + a + sin
θ <
-2 x0·
1
x0
+a+sin
θ= -2+a+
sin
θ<0,
-580-