内容正文:
微练(二十一)
导数的概念及运算
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基础过关
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素养提升
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一、单项选择题
1.记函数f(x)的导函数为f′(x).若f(x)=exsin 2x,则f′(0)=( )
A.2 B.1 C.0 D.-1
因为f(x)=exsin 2x,则f′(x)=ex(sin 2x+2cos 2x),所以f′(0)=e0(sin 0+2cos 0)=2.故选A.
2.(2025·山东德州调研)已知某容器的高度为20 cm,现在向容器内注入液体,且容器内液体的高度h(单位:cm)与时间t(单位:s)的函数关系式为h=t3+t2,当t=t0时,液体上升高度的瞬时变化率为3 cm/s,则当t=t0+1时,液体上升高度的瞬时变化率为( )
A.5 cm/s B.6 cm/s C.8 cm/s D.10 cm/s
由h=t3+t2,求导得h′=t2+2t. 当t=t0时,h′=t+2t0=3,解得t0=1(t0=-3舍去).故当t=t0+1=2时,液体上升高度的瞬时变化率为22+2×2=8(cm/s).故选C.
3.若函数f(x)满足f(x+1)=(ex-e-x)sin x,则f′(1)=( )
A.0 B.1 C.2 D.-1
解法一:f(x+1)=(ex-e-x)sin x,令x+1=t,则x=t-1,所以f(t)=
(et-1-e1-t)sin(t-1),即f(x)=(ex-1-e1-x)sin(x-1),所以f′(x)=(ex-1+
e1-x)sin(x-1)+(ex-1-e1-x)cos(x-1),则f′(1)=0+0=0,故选A.
解法二:f(x+1)=(ex-e-x)sin x,两边同时求导,得f′(x+1)·(x+1)′=(ex+e-x)sin x+(ex-e-x)cos x,即f′(x+1)=(ex+e-x)sin x+(ex-e-x)cos x,令x=0,得f′(1)=0+0=0,故选A.
4.(2025·济南质量检测)已知曲线y=ln x与曲线y=a在交点(1,0)处有相同的切线,则a=( )
A.1 B. C.- D.-1
因为(ln x)′=,′=a,曲线y=ln x与曲线y=a在交点(1,0)处有相同的切线,所以2a=1,a=.故选B.
5.直线l与曲线y=ex+1和y=ex+1均相切,则l的斜率为( )
A. B.1 C.2 D.e
由y=ex+1,可得y′=ex;由y=ex+1,可得y′=ex+1,设两个切点分别为(x1,ex1+1)和(x2,ex2+1),直线l的斜率k=ex1=ex2+1,故x1=x2+1,即x1≠x2,所以k===1,即直线l的斜率为1.故选B.
6.(2025·西安模拟)函数f(x)=x-aln x在区间(1,6)的图象上存在两条相互垂直的切线,则a的取值范围是( )
A.(1,6) B.(1,3) C.(3,4) D.(4,6)
设切点横坐标为x0,所作切线斜率为k,则k=f′(x0)=1-,当a≤0时,k=1->0,故不存在k1k2=-1;当a>0时,满足所以3<a<4.故选C.
二、多项选择题
7.(2025·广东质检)已知函数f(x)=x3-3x2+1的图象在点(m,f(m))处的切线为lm,则( )
A.lm的斜率的最小值为-2
B.lm的斜率的最小值为-3
C.l0的方程为y=1
D.l-1的方程为y=9x+6
因为f′(x)=3x2-6x=3(x-1)2-3≥-3,所以lm的斜率的最小值为-3.因为f′(0)=0,f(0)=1,所以l0的方程为y=1.因为f′(-1)=9,f(-1)=-3,所以l-1的方程为y+3=9(x+1),即y=9x+6.故选BCD.
8.对于函数f(x)=ln x-1,则下列判断正确的是( )
A.直线y=是f(x)过原点的一条切线
B.f(x)关于y=x对称的函数是y=ex-1
C.若过点(a,b)有2条直线与f(x)相切,则ln a<b+1
D.f(x)≤x-2
对于A,设切点为(m,ln m-1),则k=f′(m)==,所以ln m-1=·m,所以ln m=2,所以m=e2,k=.所以过原点的切线方程为
y=,故A正确;对于B,由反函数的概念可得y+1=ln x⇒ey+1=x,故与f(x)关于y=x对称的函数为 y=ex+1,故B错误;
对于C,若过点(a,b)有2条直线与f(x)相切,则点(a,b)在f(x)上方,如图所示,即b>f(a),即b>ln a-1,故C正确;对于D,由于∀x>0,设g(x)=x-ln x-1,则g′(x)=,令g′(x)>0,
得x>1,令g′(x)<0,得0<x<1,所以g(x)在(1,
+∞)上单调递增,在(0,1)上单调递减,所以g(x)≥
g(1)=0,即ln x≤x-1,即f(x)≤x-2,故D正确.故选ACD.
三、填空题
9.函数f(x)=x3-aln x的图象在点(1,f(1))处的切线与直线2x+y+1=0平行,则实数a=________.
f′(x)=3x2-,因为函数f(x)的图象在点(1,f(1))处的切线与直线2x+y+1=0平行,所以f′(1)=3-a=-2,即a=5,经检验符合题意.
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10.若抛物线y=x2-x+c上的一点P的横坐标是-2,抛物线在点P处的切线恰好过坐标原点,则实数c的值为________.
因为y′=2x-1,所以y′|x=-2=-5.又P(-2,6+c),所以=
-5,所以c=4.
4
11.已知函数f(x)=ln x+x的零点为x0,过原点作曲线y=f(x)的切线l,切点为P(m,n),则mx0e x0=______.
易知f′(x)=+1,切点为P(m,ln m+m),则切线方程为y=(x-m)+ln m+m,因为过原点,所以0=(-m)+ln m+m,解得m=e,则P(e,e+1),由ln x0+x0=0,可得x0=-ln x0,故mx0ex0=ex0·e-ln x0=ex0·=e.
e
四、解答题
12.已知函数f(x)=x3-4x2+5x-4.
(1)求曲线f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;
因为f′(x)=3x2-8x+5,所以f′(2)=1,又f(2)=-2,所以曲线f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为y-(-2)=x-2,即x-y-4=0.
(2)求经过点A(2,-2)的曲线f(x)的切线方程.
设切点坐标为(x0,x-4x+5x0-4),因为f′(x0)=3x-8x0+5,所以切线方程为y-(-2)=(3x-8x0+5)·(x-2),又切线过点(x0,x-4x+5x0-4),所以x-4x+5x0-2=(3x-8x0+5)·(x0-2),整理得(x0-2)2(x0-1)=0,解得x0=2或x0=1,所以经过点A(2,-2)的曲线f(x)的切线方程为x-y-4=0或y+2=0.
13.设函数f(x)=ax-,曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为7x-4y-12=0.
(1)求f(x)的解析式;
方程7x-4y-12=0可化为y=x-3,当x=2时,y=,又因为f′(x)=a+,所以解得所以f(x)=x-.
(2)证明曲线f(x)上任一点处的切线与直线x=0和直线y=x所围成的三角形面积为定值,并求此定值.
设P(x0,y0)为曲线y=f(x)上任一点,由y′=1+知曲线在点P(x0,y0)处的切线方程为y-=(x-x0).令x=0,得y=-,所以切线与直线x=0的交点坐标为.令y=x,得y=x=2x0,所以切线与直线y=x的交点坐标为(2x0,2x0).所以曲线y=f(x)在点P(x0,y0)处的切
线与直线x=0和y=x所围成的三角形的面积S=·|2x0|=6.故曲线y=f(x)上任一点处的切线与直线x=0和y=x所围成的三角形面积为定值,且此定值为6.
14.已知函数f0(x)=xex,记函数fn(x)为fn-1(x)的导函数(n∈N*),函数y=fn(x)的图象在点(1,fn(1))处的切线与x轴交点的横坐标为xn,则ixi+1=( )
A. B.
C. D.
f1(x)=(x+1)ex,其图象对应的切点为(1,2e),f2(x)=(x+2)ex,令x=1,得f2(1)=3e,故函数y=f1(x)的图象在点(1,2e)处的切线方程为y-2e=3e(x-1),令y=0,得x=,即x1=.易知fn(x)=(x+n)ex,其图象对应的切点为(1,(1+n)e),fn+1(x)=(x+n+1)ex,函数y=fn(x)的图象在点(1,(1+n)e)处的切线斜率k=(n+2)e,切线方程为y-(1+n)e=(n+2)e(x-1),令y=0,得xn=,所以xnxn+1==-,ixi+1=-+-+…+-=-=.故选B.
15.(2022·全国甲卷)已知函数f(x)=x3-x,g(x)=x2+a,曲线y=f(x)在点(x1,f(x1))处的切线也是曲线y=g(x)的切线.
(1)若x1=-1,求a;
(2)求a的取值范围.
解法一:由题意可知f′(x)=3x2-1,f(x1)= x-x1,则曲线y=f(x)在点(x1,f(x1))处的切线方程为 y-(x-x1)=(3x-1)(x-x1),即y=(3x-1)x-2x.因为曲线y=f(x)在点(x1,f(x1))处的切线也是曲线y=g(x)的切线,所以有且仅有一组解,即方程x2-(3x-1)x+2x+
a=0有两个相等的实数根,从而Δ=(3x-1)2-4(2x+a)=0⇔4a=9x-8x-6x+1.
(1)若x1=-1,则4a=12⇔a=3.
(2)4a=9x-8x-6x+1,令h(x)=9x4-8x3-6x2+1,则h′(x)=36x3-24x2-12x=12x(x-1)(3x+1),令h′(x)>0,得-<x<0或 x>1,令h′(x)<0,得x<-或0<x<1,所以h(x)在和(1,+∞)上单调递增,在和(0,1)上单调递减,又h(1)=-4,h=,所以h(x)≥-4,所以a≥-1.
解法二:由题意可知f′(x)= 3x2-1,f(x1)=x-x1,则曲线y=f(x)在点(x1,f(x1))处的切线方程为y-(x-x1)=(3x-1)(x-x1),即y=(3x-1)x-2x①,设公切线与曲线y=g(x)的切点为(x2,x+a),又g′(x2)= 2x2,则切线可表示为y-(x+a)=2x2(x-x2),即y=2x2x-x+a②,因为①②表示同一直线方程,所以则(3x-1)2-8x=4a,所以4a=9x-8x-6x+1.下面同解法一.
$$