内容正文:
专题六 函数与导数
第一篇 专题突破 高考热点
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第一篇 专题六 函数与导数
高考总复习(二轮)数学
1
微专题18 基本初等函数与函数模型
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第一篇 专题六 函数与导数
高考总复习(二轮)数学
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目
录
聚焦命题·巧突破
01
真题再现·明考向
02
专题集训·课时练
03
CONTENTS
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第一篇 专题六 函数与导数
高考总复习(二轮)数学
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聚焦命题·巧突破
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真题再现·明考向
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第一篇 专题六 函数与导数
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命题点1 基本初等函数的图象与性质
1.(2024·山东泰安一模)在同一直角坐标系中,函数y=eq \f(1,ax),y=logaeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(1,2)))(a>0且a≠1)的图象可能是( )
解析 当0<a<1时,函数y=ax过定点(0,1)且单调递减,则函数y=eq \f(1,ax)过定点(0,1)且单调递增,函数y=logaeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(1,2)))过定点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),0))且单调递减,D选项符合;当a>1时,函数y=ax过定点(0,1)且单调递增,则函数y=eq \f(1,ax)过定点(0,1)且单调递减,函数y=logaeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(1,2)))过定点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),0))且单调递增,各选项均不符合.综上,选D.
答案 D
2.已知x>0,y>0,且eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x=x,2y=logyx,则( )
A.0<y<x<1
B.0<x<y<1
C.x>y>1
D.y>x>1
解析 因为x>0,所以0<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))0=1,得0<x<1.若y>1,则2y>21=2,即logyx>2=logyy2,得x>y2>1,与0<x<1矛盾.故0<y<1,由2y>1,得logyx>1=logyy,得0<x<y.综上,0<x<y<1.故选B.
答案 B
3.(多选)(2024·河北邯郸三模)已知函数f(x)=log2(x+6)+log2(4-x),则( )
A.f(x)的定义域是(-6,4)
B.f(x)有最大值
C.不等式f(x)<4的解集是(-∞,-4)∪(2,+∞)
D.f(x)在[0,4]上单调递增
解析 由题意可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x+6>0,,4-x>0,))解得-6<x<4,即f(x)的定义域是(-6,4),所以A正确;f(x)=log2(-x2-2x+24),因为y=-x2-2x+24在(-6,-1)上单调递增,在(-1,4)上单调递减,y=log2x在(0,+∞)上单调递增,所以f(x)在(-6,-1)上单调递增,在(-1,4)上单调递减,所以f(x)max=f(-1)=log225,所以B正确;因为f(x)在(-6,-1)上单调递增,在(-1,4)上单调递减,且f(-4)=f(2)=4,所以不等式f(x)<4的解集是(-6,-4)∪(2,4),所以C错误;因为f(x)在(-1,4)上单调递减,所以D错误.故选AB.
答案 AB
4.(2024·湖北孝感三模)已知函数y=eq \f(1,x)的图象与函数y=ex+1和y=ln x-1的图象分别交于点A(x1,y1),B(x2,y2),则x1x2=________.
解析 由题意得ex1+1=eq \f(1,x1),ln x2-1=eq \f(1,x2),则x1+ln x1+1=0,eq \f(1,x2)+ln eq \f(1,x2)+1=0.设f(x)=x+ln x+1,易知函数f(x)在(0,+∞)上是增函数,又f(x1)=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,x2))),所以x1=eq \f(1,x2),即x1x2=1.
答案 1
(1)指数函数、对数函数的图象与性质受底数a的影响,解决指数函数、对数函数问题时,首先要看底数a的取值范围.
(2)基本初等函数的图象和性质是统一的,在解题中可相互转化.
命题点2 函数的零点
(1)函数y=f(x)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x∈R))满足f(x+1)=-f(x),且当x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-1,1))时,f(x)=1-x2.已知函数g(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(|lg x|,x>0,,ex,x<0,))则函数h(x)=f(x)-g(x)在区间[-6,6]内的零点个数为( )
A.14
B.13
C.12
D.11
(2)已知函数f(x)=ln x+2x-6的零点在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(k,2),\f(k+1,2)))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k∈Z))内,则k=________.
[解析] (1)函数y=f(x)的定义域为R,因为f(x+1)=-f(x),所以f(x)是周期为2的周期函数.易知函数g(x)在(-∞,0)上单调递增,且0<g(x)<1;g(x)在(0,1]上单调递减,且g(x)≥0;g(x)在[1,+∞)上单调递增,且g(x)≥0.在同一平面直角坐标系内作出函数y=f(x),y=g(x)的大致图象,如图所示,由h(x)=0得f(x)=g(x),即函数h(x)在[-6,6]内的零点个数是函数y=f(x),y=g(x)的图象在[-6,6]内的交点个数,观察图象知,函数y=f(x),y=g(x)的图象在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-6,6))内有12个交点,所以函数h(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-6,6))内有12个零点,故选C.
(2)f(x)的定义域为(0,+∞),因为y=ln x和y=2x-6在(0,+∞)上均单调递增,所以f(x)在(0,+∞)上是增函数.又因为f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,2)))=ln eq \f(5,2)-1<0,f(3)=ln 3>0,所以f(x)的零点在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,2),3))内,所以整数k=5.
[答案] (1)C (2)5
(1)判断函数零点个数的方法
①利用零点存在定理判断;
②代数法:求方程f(x)=0的实数根;
③几何法:对于不易求根的方程,将它与函数y=f(x)的图象联系起来,利用函数的性质找出零点或利用两个函数图象的交点求解.
(2)利用函数零点的情况求参数值(范围)的三种方法
①直接法:利用零点存在定理构建不等式求参数的取值范围;
②分离参数法:将参数分离,转化为求函数的值域问题;
③数形结合法:先对解析式变形,在同一平面直角坐标系中作出函数的图象,然后数形结合求解.
【预测练1】
已知函数y=f(x)满足:当-2≤x≤2时,f(x)=-eq \f(1,4)x2+1,且f(x)=f(x+4)对任意x∈R都成立,则方程4f(x)=|x|的实根个数是________.
解析 因为f(x)=f(x+4),所以函数f(x)的周期为4.方程4f(x)=|x|的实根个数可以转化为函数g(x)=4f(x)与h(x)=|x|的图象的交点个数.当-2≤x≤2时,g(x)=4f(x)=-x2+4,因为函数f(x)的周期为4,所以g(x)=4f(x)的周期也是4.易知函数g(x)与h(x)都是偶函数,且g(3)=g(-1)=3,h(3)=3,g(4)=g(0)=4,h(4)=4,在同一平面直角坐标系中画出g(x)与h(x)的图象如图所示,由图可知g(x)与h(x)的图象有6个交点,即方程4f(x)=|x|的实根个数是6.
答案 6
命题点3 幂、指、对的大小比较
(1)已知函数f(x)=e-(x-1)2,记a=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(2),2))),b=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2))),c=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(6),2))),则( )
A.b>c>a
B.b>a>c
C.c>b>a
D.c>a>b
(2)若2x-2y<3-x-3-y,则 ( )
A.ln(y-x+1)>0
B.ln(y-x+1)<0
C.ln|x-y|>0
D.ln|x-y|<0
[解析] (1)函数f(x)=e-(x-1)2是由函数y=eu和u=-(x-1)2复合而成的复合函数,y=eu为R上的增函数,u=-(x-1)2在(-∞,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,所以由复合函数的单调性可知,f(x)在(-∞,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减.易知f(x)的图象关于直线x=1对称,所以c=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(6),2)))=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2-\f(\r(6),2))),又eq \f(\r(2),2)<2-eq \f(\r(6),2)<eq \f(\r(3),2)<1,所以feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(2),2)))<feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2-\f(\r(6),2)))<feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2))),所以b>c>a,故选A.
(2)设函数f(x)=2x-3-x.因为函数y=2x与y=-3-x在R上均是增函数,所以f(x)在R上是增函数.原已知条件等价于2x-3-x<2y-3-y,即f(x)<f(y),所以x<y,即y-x>0,y-x+1>1,所以A正确,B不正确.因为|x-y|与1的大小不能确定,所以C、D不正确.
[答案] (1)A (2)A
指数式、对数式、幂值大小的比较方法
解决指数、对数、幂型代数式比较大小问题,首先要比较代数式结构形式的异同,若底数相同,则考虑用指数函数单调性解决;若指数相同,则考虑用幂函数的单调性解决;若底数、指数都不相同,则考虑通过分析代数式的大致范围来比较大小.其次要注意特殊值0,1的应用,有时候要借助其“桥梁”作用来比较大小.
【预测练2】
1.已知a=log23,b=2-0,4,c=0.52.1,则a,b,c的大小关系为( )
A.a<b<c
B.a<c<b
C.c<b<a
D.c<a<b
解析 函数y=log2x在(0,+∞)上单调递增,而3>2,则a=log23>log22=1,b=2-0.4=0.50.4,函数y=0.5x在R上是减函数,0<0.4<2.1,则0.52.1<0.50.4<0.50=1,即c<b<1,所以a,b,c的大小关系为c<b<a.故选C.
答案 C
2.已知a=eq \f(2,ln 4),b=eq \f(ln 3,ln 2),c=eq \f(3,2),则a,b,c大小关系是( )
A.a>b>c
B.a>c>b
C.b>c>a
D.c>b>a
解析 因为a=eq \f(2,ln 4)=eq \f(2,2ln 2)=eq \f(1,ln 2)=log2e,b=eq \f(ln 3,ln 2)=log23,c=eq \f(3,2)=log22eq \f(3,2)=log2eq \r(8),又因为3>eq \r(8)>e,且函数y=log2x在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,+∞))上为增函数,故b>c>a,故选C.
答案 C
命题点4 函数模型及其应用
(多选)(2024·湖南长沙模拟)氚,亦称超重氢,是氢的同位素之一,它的原子核由一个质子和两个中子组成,并带有放射性,会发生β衰变,其半衰期是12.43年.样本中氚的质量N随时间t(单位:年)的衰变规律满足N=N0·2-eq \f(t,12.43),其中N0表示氚原有的质量,则( )
(参考数据:lg 2≈0.301)
A.t=12.43log2eq \f(N,N0)
B.经过24.86年后,样本中的氚元素会全部消失
C.经过62.15年后,样本中的氚元素变为原来的eq \f(1,32)
D.若x年后,样本中氚元素的含量为0.4N0,则x>16
[解析] 由题意得N=N0·2-eq \f(t,12.43),故有eq \f(N,N0)=2-eq \f(t,12.43),左右同时取对数得log2eq \f(N,N0)=-eq \f(t,12.43),故得t=-12.43log2eq \f(N,N0),故A错误;当t=24.86时,N=N0·2-eq \f(24.86,12.43)=2-2·N0=eq \f(1,4)N0,故B错误;而当t=62.15时,N=N0·2-eq \f(62.15,12.43)=2-5·N0=eq \f(1,32)N0,得到经过62.15年后,样本中的氚元素变为原来的eq \f(1,32),故C正确;由题意得0.4N0=N0·2-eq \f(x,12.43),化简得x=-12.43log2eq \f(0.4N0,N0)=-12.43log2eq \f(2,5)=-12.43eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(log22-log25))=-12.43eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-log25))=-12.43eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(lg 5,lg 2)))=-12.43eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(1-lg 2,lg 2))),将
lg 2≈0.301代入其中,可得x≈-12.43eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(1-0.301,0.301)))≈16.44>16,故D正确.故选CD.
[答案] CD
应用函数模型解决实际问题的一般程序和解题关键
(1)一般程序:
eq \f(读题,文字语言)⇒eq \f(建模,数学语言)⇒eq \f(求解,数学应用)⇒eq \f(反馈,检验作答)
2解题关键:解答这类问题的关键是确切地写出相关函数解析式,然后应用函数、方程、不等式和导数的有关知识加以综合解答.
【预测练3】
(2024·四川凉山三模)工厂废气排放前要过滤废气中的污染物再进行排放,废气中污染物含量y(单位:mg/L)与过滤时间t小时的关系为y=y0e-at(y0,a均为正的常数).已知前5小时过滤掉了10%污染物,那么当污染物过滤掉50%还需要经过( )
(最终结果精确到1 h,参考数据:lg 2≈0.301,lg 3≈0.477)
A.43 h
B.38 h
C.33 h
D.28 h
解析 ∵废气中污染物含量y与过滤时间t的关系为y=y0e-at,令t=0,得废气中初始污染物含量为y=y0,又∵前5小时过滤掉了10%污染物,∴(1-10%)y0=y0e-5a,则a=-eq \f(ln \f(9,10),5)=eq \f(ln \f(10,9),5),∴当污染物过滤掉50%时,(1-50%)y0=y0e-at,则t=eq \f(ln\f(1,2),-a)=eq \f(ln 2,a)=eq \f(5ln 2,ln \f(10,9))=eq \f(5lg 2,lg \f(10,9))=eq \f(5lg 2,1-2lg 3)≈33(h),∴当污染物过滤掉50%还需要经过33-5=28 h.故选D.
答案 D
1.(2024·新课标Ⅰ卷)已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-x2-2ax-a,x<0,,ex+lnx+1,x≥0,))在R上单调递增,则a的取值范围是( )
A.(-∞,0]
B.[-1,0]
C.[-1,1]
D.[0,+∞)
解析 (逻辑分析法+数形结合法) 因为函数f(x)在R上单调递增,且当x<0时,f(x)=-x2-2ax-a,所以f(x)=-x2-2ax-a在(-∞,0)上单调递增,所以-a≥0,即a≤0;当x≥0时,f(x)=ex+ln(x+1),所以函数f(x)在[0,+∞)上单调递增.若函数f(x)在R上单调递增,则-a≤f(0)=1,即a≥-1.综上,实数a的取值范围是[-1,0].故选B.
答案 B
2.(2024·天津卷)设a,b∈R,则“a3=b3”是“3a=3b”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
解析 由函数y=x3单调递增可知,若a3=b3,则a=b;由函数y=3x单调递增可知,若3a=3b,则a=b.故“a3=b3”是“3a=3b”的充要条件,故选C.
答案 C
3.(2024·天津卷)若a=4.2-0.3,b=4.20.3,c=log4.20.2,则a,b,c的大小关系为( )
A.a>b>c
B.b>a>c
C.c>a>b
D.b>c>a
解析 由函数y=4.2x单调递增可知,0<a<1<b,又c=log4.20.2<0,故b>a>c,故选B.
答案 B
4.(2024·北京卷)已知(x1,y1),(x2,y2)是函数y=2x的图象上两个不同的点,则( )
A.log2eq \f(y1+y2,2)<eq \f(x1+x2,2)
B.log2eq \f(y1+y2,2)>eq \f(x1+x2,2)
C.log2eq \f(y1+y2,2)<x1+x2
D.log2eq \f(y1+y2,2)>x1+x2
解析 因为(x1,y1),(x2,y2)为函数y=2x的图象上两个不同的点,所以y1=2x1,y2=2x2,且x1≠x2,则2x1≠2x2,(易错警示:这是一个极易忽略的点)所以y1+y2=2x1+2x2>2eq \r(2x1·2x2)=2eq \r(2x1+x2),所以eq \f(y1+y2,2)>eq \r(2x1+x2)>0,所以log2eq \f(y1+y2,2)>log2eq \r(2x1+x2)=eq \f(x1+x2,2),故选B.
答案 B
5.(多选)(2023·新课标Ⅰ卷)噪声污染问题越来越受到重视.用声压级来度量声音的强弱,定义声压级Lp=20×lgeq \f(p,p0),其中常数p0eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0>0))是听觉下限阈值,p是实际声压.下表为不同声源的声压级:
声源
与声源的距离/m
声压级/dB
燃油汽车
10
60~90
混合动力汽车
10
50~60
电动汽车
10
40
已知在距离燃油汽车、混合动力汽车、电动汽车10 m 处测得实际声压分别为p1,p2,p3,则( )
A.p1≥p2
B.p2>10p3
C.p3=100p0
D.p1≤100p2
解析 根据题意可知Lp1∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(60,90)),Lp2∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(50,60)),Lp3=40,结合对数运算逐项分析判断.
由题意可知:Lp1∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(60,90)),Lp2∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(50,60)),Lp3=40,对于选项A:可得Lp1-Lp2=20×lgeq \f(p1,p0)-20×lgeq \f(p2,p0)=20×lgeq \f(p1,p2),因为Lp1≥Lp2,则Lp1-Lp2=20×lgeq \f(p1,p2)≥0,即lgeq \f(p1,p2)≥0,所以eq \f(p1,p2)≥1且p1,p2>0,可得p1≥p2,故A正确;
对于选项B:可得Lp2-Lp3=20×lgeq \f(p2,p0)-20×lgeq \f(p3,p0)=20×lgeq \f(p2,p3),因为Lp2-Lp3=Lp2-40≥10,则20×lgeq \f(p2,p3)≥10,即lgeq \f(p2,p3)≥eq \f(1,2),所以eq \f(p2,p3)≥eq \r(10)且p2,p3>0,可得p2≥eq \r(10)p3,当且仅当Lp2=50时,等号成立,故B错误;
对于选项C:因为Lp3=20×lgeq \f(p3,p0)=40,即lgeq \f(p3,p0)=2,可得eq \f(p3,p0)=100,即p3=100p0,故C正确;
对于选项D:由选项A可知:Lp1-Lp2=20×lgeq \f(p1,p2),
且Lp1-Lp2≤90-50=40,则20×lgeq \f(p1,p2)≤40,
即lgeq \f(p1,p2)≤2,可得eq \f(p1,p2)≤100,且p1,p2>0,所以p1≤100p2,故D正确.故选ACD.
答案 ACD
6.(2021·北京卷)已知f(x)=|lg x|-kx-2,给出下列四个结论:
①若k=0,则f(x)有两个零点;
②∃k<0,使得f(x)有一个零点;
③∃k<0,使得f(x)有三个零点;
④∃k>0,使得f(x)有三个零点.
以上正确结论的序号是________.
解析 当k=0时,f(x)=|lg x|-2,令f(x)=0,则|lg x|=2,即lg x=±2,所以x=100或x=eq \f(1,100),所以f(x)有两个零点,故①正确;
对②和③:f(x)的零点个数即为函数y=|lg x|与函数y=kx+2图象的交点个数,画出函数y=|lg x|的图象,如图,y=kx+2的图象过定点(0,2).当k<0时,由图象可以看出,当y=kx+2与函数y=|lg x|的图像相切时,两函数图象有一个交点,即∃k<0时,使得f(x)有1个零点,而两函数图象最多有两个交点,所以当k<0时,f(x)不可能有3个零点,故②正确,③错误;当k>0时,由图象可以看出:y=kx+2与函数y=|lg x|的图象可能有一个、两个或三个交点,所以∃k>0,使得f(x)有3个零点,故④正确.正确的序号为①②④.
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