内容正文:
§8 数学探究活动(二)
探究函数性质
[基础达标练]
1.若f(x)=-12x
2+bln(x+2)在(-1,+∞)
上是减函数,则b的取值范围是 ( )
A.[-1,+∞) B.(-1,+∞)
C.(-∞,-1] D.(-∞,-1)
2.若函数f(x)在定义域 R内可导,f(19+x)
=f(01-x)且(x-1)f′(x)<0,a=f(0),b
=f 12
æ
è
ç
ö
ø
÷,c=f(3),则a,b,c的大小关系是
( )
A.a>b>c B.c>a>b
C.c>b>a D.b>a>c
3.已知函数f(x)=ex-ax2(x>0)无零点,则实
数a的取值范围为 ( )
A.-∞,e2
æ
è
ç
ö
ø
÷ B.-∞,e
2
4
æ
è
ç
ö
ø
÷
C.e
2
4
,+∞æ
è
ç
ö
ø
÷ D.e2
,+∞æ
è
ç
ö
ø
÷
4.已知函数f(x)=ax3-3x2+1,若f(x)存在
唯一的零点x0,且x0>0,则实数a的取值范
围是 ( )
A.(2,+∞) B.(-∞,-2)
C.(1,+∞) D.(-∞,-1)
5.(多选)已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c,下
列结论中正确的是 ( )
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
6.已知函数f(x)=ax+lnx-1
(a>0)在定义域
内有零点,则实数a的取值范围是 .
7.已知函数f(x)=-12x
2+4x-3lnx在[t,t+
1]上不单调,则t的取值范围是 .
8.已知函数f(x)=a+ x lnx(a∈R),试求
f(x)的零点个数.
[能力提升练]
9.(多选)(2022新高考Ⅰ卷)已知函数f(x)=
x3-x+1,则 ( )
A.f(x)有两个极值点
B.f(x)有三个零点
C.点(0,1)是曲线y=f(x)的对称中心
D.直线y=2x是曲线y=f(x)的切线
10.已知函数f(x)的定义域为[-1,5],部分对
应值如下表,f(x)的导数y=f′(x)的图像如
下图所示,下列关于函数f(x)的结论正确的
是 ( )
x -1 0 4 5
f(x) 1 2 2 1
A.函数f(x)的极大值点有2个
B.函数f(x)在[0,2]上是减函数
C.若当x∈[-1,t]时,f(x)的最大值是2,
则t的最大值为4
D.当1<a<2时,函数y=f(x)-a有4个
零点
11.已知函数f(x)=sinx-1,g(x)=a2lnx-
x,若对任意 x1∈R 都存在 x2∈(1,e)使
f(x1)<g(x2)成立,则实数a的取值范围是
.
93
第二章 导数及其应用
12.设函数f(x)=lnx-x+1.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)求证:当x∈(1,+∞)时,1<x-1lnx<x.
[素养培优练]
13.(多选)对于函数f(x)=lnxx2
,下列说法正确
的是 ( )
A.f(x)在x=e处取得极大值12e
B.f(x)有两个不同的零点
C.f(2)<f(π)<f(3)
D.若f(x)<k-1x2
在(0,+∞)上恒成立,则k
>e2
14.已知函数f(x)=(x-1)lnx-x-1.
证明:(1)f(x)存在唯一的极值点;
(2)f(x)=0有且仅有两个实根,且两个实根
互为倒数.
04
数学(BS)选择性必修第二册
12.解:(1)设日销售量为k
ex
,则 k
e40
=10,∴k=10e40,则日
售量为10e
40
ex
件.
则日利润L(x)=(x-30-a)10e
40
ex
=10e40×x-30-a
ex
;
所以该商店的日利润L(x)元与每件产品的日售价x元
的函数关系式为L(x)=10e40x-30-a
ex
.
(2)L′(x)=10e4031+a-x
ex
.
①当2≤a≤4时,33≤a+31≤35,
当35<x<41时,L′(x)<0.∴当x=35时,L(x)取最
大值为10(5-a)e5;
②当4<a≤5时,35≤a+31≤36,
令L′(x)=0,得x=a+31,易知当x=a+31时,L(x)
取最大值为10e9-a.
综上可得L(x)max=
10(5-a)e5,(2≤a≤4)
10e9-a,(4<a≤5){ .
所以当2≤a≤4时,当每件产品的日售价为35元时,L
(x)取最大值为10(5-a)e5;当4<a≤5时,每件产品
的日售价为a+31元时,该商品的日利润L(x)最大,最
大值为10e9-a.
13.解:(1)由题意知,BM=100sinθ,AB=100+100cosθ,
故S==12AB
BM=5000sinθ(1+cosθ)(0<θ<π).
(2)因为S5000sinθ(1+cosθ)(0<θ<π),
所以S′=5000(cosθ+cos2θ-sin2θ)
=5000(2cos2θ+cosθ-1)=5000(cosθ+1)(2cosθ-1).
令S′=0,得cosθ=12
或cosθ=-1(舍去),又θ∈(0,
π),故θ=π3 .
当0<θ<π3
时,1
2 <cosθ<1
,S′>0,S为增函数;
当 π
3 <θ<π
时,-1<cosθ<12
,S′<0,S为减函数.
故当θ=π3
时,S取得极大值,也是最大值,最大值为3
750 3 ,此时AB=150.
即当点A 距路边的距离为150m 时,绿化面积最大,最
大面积为3750 3m2.
14.解:由题意可知,每瓶饮料的利润是y=f(r)=0.2×43πr
3
-0.8πr2=0.8π r
3
3-r
2( ) ,0<r≤6.
所以f′(r)=0.8π(r2-2r)
令f′(r)=0,解得r=2.
当x∈(0,2)时,f′(r)<0;当x∈(2.6)时,f′(r)>0.
因此,当半径r>2时,f′(r)>0,f(r)单调递增,即半径
越大,利润越高;当半径r<2时,f′(r)<0,f(r)单调递
减,即半径越大,利润越低.
(1)半径为6cm 时,利润最大
(2)半径2cm 时,利润最小,这时f(2)<0,表示此种瓶
内饮料的利润还不够瓶子的成本,此时利润为负值.
§8 数学探究活动(二)
探究函数性质
1.C [由题意可知f′(x)=-x+ bx+2<0
,在x∈(-1,+
∞)上恒成立,即b<x(x+2)在x∈(-1,+∞)上恒成
立,由于x≠-1,所以b≤-1,故 C正确.]
2.D [∵(x-1)f′(x)<0,∴当x>1时,f′(x)<0,此时
函数f(x)单调递减;当x<1时,f′(x)>0,此时函数f
(x)单调递增.又f(19+x)=f(01-x),∴f(x)=f(2
-x),∴f(3)=f[2-(-1)]=f(-1),∵-1<0< 12
,
∴f(-1)<f(0)<f 12( ) ,∴f(3)<f(0)<f
1
2( ) ,
∴b>a>c.]
3.B [因为函数f(x)=ex-ax2(x>0)无零点,所以方程
ex-ax2=0在x∈(0,+∞)上无解,即a=e
x
x2
在x∈(0,
+∞)上无解,令g(x)=e
x
x2
(x>0),g′(x)=e
x(x-2)
x3
,
当x>2时,g′(x)>0,函数g(x)单调递增,当0<x<2
时,g′(x)<0,函数g(x)单调递减,所以x=2时,函数g
(x)有唯一的极小值,也是最小值.因为g(2)=e
2
4
,所以
g(x)≥e
2
4.
若a=e
x
x2
无解,则a<e
2
4
,故选:B.]
4.B [由题意a≠0,f′(x)=3ax2-6x=0,得x=0或x=
2
a.
当a>0时,f(x)在(-∞,0)和 2a
,+∞( ) 上单调递
增,在 0,2a( ) 上单调递减.且f(0)=1>0,故f(x)有小
于0的零点,不符合题意,排除 AC.当a<0时,要使x0
>0且唯一,只需f 2a( ) >0,即a
2>4,∴a<-2.]
5.ABD [由于三次函数的三次项系数为正值,当x→-∞
86
数学(BS)选择性必修第二册
时,函数值→-∞,当x→+∞时,函数值→+∞,又三次
函数的图 像 是 连 续 不 断 的,故 一 定 穿 过 x 轴,即 一 定
∃x0∈R,f(x0)=0,选项 A中的结论正确;函数f(x)的
解析式可以通过配方的方法化为形如(x+m)3+n(x+
m)+h的形式,通过平移函数图像,函数的解析式可以
化为y=x3+nx 的形式,这是一个奇函数,其图像关于
坐标原点对称,故函数f(x)的图像是中心对称图形,选
项B中的结 论 正 确;由 于 三 次 函 数 的 三 次 项 系 数 为 正
值,故函数如果存在极值点x1,x2,则极小值点x2>x1,
即函数在-∞到极小值点的区间上是先递增后递减的,
所以选项 C中的结论错误;根据导数与极值的关系,显
然选项 D中的结论正确.]
6.解析:函数f(x)定义域为(0,+∞).因为函数f(x)=ax
+lnx-1(a>0)在定义域内有零点,所以a=x-xlnx
有解,令h(x)=x-xlnx,所以h′(x)=-lnx,所以h(x)
的增区间为(0,1),减区间为(1,+∞),所以h(x)max=h(1)
=1,故0<a≤1.
答案:0<a≤1
7.解析:由题意知f′(x)=-x+4- 3x =
-x2+4x-3
x =
-
(x-1)(x-3)
x
,
由f′(x)=0得函数f(x)的两个极值点为1、3,
则只要这两个极值点有一个在区间(t,t+1)内,
函数f(x)在区间[t,t+1]上就不单调,
由t<1<t+1或t<3<t+1,得0<t<1或2<t<3.
答案:(0,1)∪(2,3)
8.解:函数f(x)=a+ x lnx的定义域为(0,+∞),
f′(x)=(x )′lnx+ x 1x=
x(lnx+2)
2x
,
令f′(x)>0,解 得 x>e-2;令 f′(x)<0,解 得 0<x
<e-2.
所以f(x)在(0,e-2)上单调递减,在(e-2,+∞)上单调
递增.f(x)min=f(e-2)=a-
2
e
,
显然当a> 2e
时,f(x)min>0,f(x)无 零 点;当a=
2
e
时,f(x)min=0,f(x)有1个零点;当a<
2
e
时,f(x)min
<0,f(x)有2个零点.
9.AC [由题意,f′(x)=3x2-1,令f′(x)>0得x> 33
或
x<- 33
,
令f′(x)<0得- 33<x<
3
3
,
所以f(x)在(- 33
,3
3
)上单调递减,在(-∞,- 33
),
(3
3
,+∞)上单调递增,
所以x=± 33
是极值点,故 A正确;
因f(- 33
)=1+2 39 >0
,f(33
)=1-2 39 >0
,f(-2)
=-5<0,
所以,函数f(x)在 -∞,- 33
æ
è
ç
ö
ø
÷ 上有一个零点,
当x≥ 33
时,f(x)≥f 33
æ
è
ç
ö
ø
÷ >0,即 函 数 f(x)在
3
3
,+∞
æ
è
ç
ö
ø
÷ 上无零点,
综上所述,函数f(x)有一个零点,故B错误;
令h(x)=x3-x,该函数的定义域为 R,h(-x)=(-x)3
-(-x)=-x3+x=-h(x),
则h(x)是奇函数,(0,0)是h(x)的对称中心,
将h(x)的图象向上移动一个单位得到f(x)的图象,
所以点(0,1)是曲线y=f(x)的对称中心,故 C正确;
令f′(x)=3x2-1=2,可得x=±1,又f(1)=f(-1)
=1,
当切点为(1,1)时,切 线 方 程 为y=2x-1,当 切 点 为
(-1,1)时,切线方程为y=2x+3,
故 D错误.]
10.AB [根据y=f′(x)的图像,当-1≤x<0或2<x<4
时,f′(x)>0,函数f(x)为增函数;当0<x<2或4<x
≤5时,f′(x)<0,函数f(x)为减函数.∴当x=0时,
函数f(x)取得极大值;当x=4时,函数f(x)取得极大
值.∴函数f(x)有两个极大值点.∴A正确.函数f(x)
在[0,2]上是减函数,∴B正确.
作出f(x)的图像如图所示,若x∈[-1,t]时,f(x)的
最大值是2,则t满足0≤t≤5,即t的最大值是5.∴C
错误.由y=f(x)-a=0,得f(x)=a,若f(2)≤1,则当
1<a<2时,f(x)=a有4个根.
若1<f(2)<2,则当1<a<2时,f(x)=a不一定有4
个根,有可能是2个根.∴函数y=f(x)-a有4个零
点不一定正确.∴D错误.]
96
参考答案
11.解析:对 任 意 x1 ∈R 都 存 在 x2 ∈(1,e)使 f(x1)<
g(x2)成 立,所 以 得 到f(x)max<g(x)max,而f(x)=
sinx-1,所以f(x)max=0,即存在x∈(1,e),使
a
2lnx
-x>0,此时lnx>0,x>0,所以a>0,因此将问题转
化为存在x∈(1,e),使 2a <
lnx
x
成立,设h(x)=lnxx
,
则2
a<h
(x)max,h′(x)=
1-lnx
x2
,当x∈(1,e),h′(x)>
0,h(x)单调递增,所以h(x)<h(e)=1e
,即 2
a <
1
e
,所
以a>2e,所以实数a的取值范围是(2e,+∞).
答案:(2e,+∞)
12.解:(1)f′(x)=1x-1
(x>0).
由f′(x)>0,解得0<x<1;由f′(x)<0,解得x>1.
∴f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减.
(2)证明:要证当x∈(1,+∞)时,1<x-1lnx<x
,即证
lnx<x-1<xlnx.
由(1)得f(x)=lnx-x+1在(1,+∞)上单调递减,
∴当x ∈ (1,+ ∞ )时,f (x)< f (1)= 0,即
有lnx<x-1.
设F(x)=xlnx-x+1,则F′(x)=1+lnx-1=lnx.
当x∈(1,+∞)时,F′(x)>0,F(x)单调递增.
∴F(x)>F(1)=0,即 有xlnx>x-1.∴原 不 等 式
成立.
13.ACD [由 题 意,函 数 f(x)=lnxx2
,可 得f′(x)=
1-2lnx
x3
(x>0),令f′(x)=0,即1-2lnxx3
=0,解得x
= e,当0<x< e时,f′(x)>0,函数f(x)在(0,e)上
单调递增;当x> e时,f′(x)<0,函数f(x)在(e,+∞)
上单调递减,所以当x=e时,函数f(x)取得极大值,极大
值为f(e)=12e
,所以 A 正确;由当x=1时,f(1)=0,
因为f(x)在 (0,e)上 单 调 递 增,所 以 函 数 f(x)在
(0,e)上只有一个零点,当x> e时,可得f(x)>0,所
以函数 在 (e,+ ∞)上 没 有 零 点,综 上 可 得 函 数 在
(0,+∞)只有一个零点,所以 B不正确;由函数f(x)
在(e,+∞)上 单 调 递 减,可 得f(3)>f(π),由 于
f(2)=ln 22 =
ln2
4
,f(π)=lnππ =
lnπ
2π
,
则f(π)-f(2)=lnπ2π-
ln2
4 =
lnπ2
4π -
ln2π
4π
,
因为π2>2π,所 以 f(π)-f(2)>0,即 f(π)>
f(2),所以f(2)<f(π)<f(3),所以 C 正确;由
f(x)<k-1x2
在(0,+∞)上恒成立,即k>f(x)+1x2
=
lnx+1
x2
在(0,+∞)上恒成立,
设g(x)=lnx+1x2
,则g′(x)=-2lnx-1x3
,
令g′(x)=0,即-2lnx-1x3
=0,解得x=1
e
,
所以当0<x<1
e
时,g′(x)>0,函数g(x)在 0,
1
e
æ
è
ç
ö
ø
÷ 上
单调递 增;当 x> 1
e
时,g′(x)<0,函 数 g(x)在
1
e
,+∞æ
è
ç
ö
ø
÷ 上单调递减,所以当x=1
e
时,函数g(x)取
得最大值,最 大 值 为g
1
e
æ
è
ç
ö
ø
÷ =e- e2 =
e
2
,所 以k>
e
2
,所以 D正确,故选:ACD.]
14.证明 (1)f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=x-1x +lnx-1=lnx-
1
x.
因为y=lnx在(0,+∞)上单调递增,y=1x
在(0,+∞)
上单调递减,
所以f′(x)在(0,+∞)上单调递增.
又f′(1)=-1<0,f′(2)=ln2-12=
ln4-1
2 >0
,故存在
唯一x0∈(1,2),使得f′(x0)=0.
又当x<x0 时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当x>x0 时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
所以,f(x)存在唯一的极值点.
(2)由(1)知f(x0)<f(1)=-2,又f(e2)=e2-3>0,所以
f(x)=0在(x0,+∞)内存在唯一根x=α.
由α>x0>1,得
1
α<1<x0.
又f 1α( )=
1
α-1( )ln
1
α-
1
α-1=
f(α)
α =0
,
故1
α
是f(x)=0在(0,x0)内的唯一根.
所以f(x)=0 有 且 仅 有 两 个 实 根,且 两 个 实 根 互 为
倒数.
07
数学(BS)选择性必修第二册