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微练(二十四)
导数中的函数构造问题
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一、单项选择题
1.(2025·福建福州质检)已知a=,b=ln,c=ln,则( )
A.a>b>c B.b>c>a C.a>c>b D.c>a>b
a==,b=ln==,c=ln=.令f(x)=,则f′(x)=,当x≥e时,f′(x)≤0,故f(x)在区间[e,+∞)上单调递减,所以a>b>c,故选A.
2.已知f(x)的定义域为R,f(1)=2 023,且f′(x)>6x恒成立,则不等式f(x)>3x2+2 020的解集为( )
A.(-1,1)
B.(1,+∞)
C.(-∞,-1)
D.(-∞,-1)∪(1,+∞)
令函数g(x)=f(x)-3x2,因为g′(x)=f′(x)-6x>0,所以g(x)在R上单调递增.因为g(1)=f(1)-3=2 020,所以不等式f(x)>3x2+2 020等价于g(x)>g(1),所以x>1.故选B.
3.(2025·江苏模拟)已知函数f(x)的导函数为f′(x),且f′(x)<f(x)对任意的x∈R恒成立,则( )
A.f(ln 3)>3f(0) B.f(2)<e2f(0)
C.f(ln 2)>2f(0) D.f(2)>e2f(0)
由题意,构造函数g(x)=,则g′(x)=<0对任意的x∈R恒成立,所以g(x)在R上是减函数.对A,因为ln 3>0,所以g(ln 3)<g(0),即<=,得f(ln 3)<3f(0),故A错误,对C,因为ln 2>0,所以
<=,即f(ln 2)<2f(0),故C错误.对B、D,因为g(2)<g(0),所以<,即f(2)<e2f(0),故D错误,B正确.故选B.
4.若ln x-ln y<-(x>1,y>1),则( )
A.ey-x>1 B.ey-x<1 C.ey-x-1>1 D.ey-x-1<1
依题意,ln x-<ln y-,x>1,y>1,则ln x>0,ln y>0,令f(t)=t-(t>0),则f′(t)=1+>0,所以f(t)在(0,+∞)上单调递增,则f(ln x)<f(ln y),即ln x<ln y,所以1<x<y,即y-x>0,所以ey-x>e0=1,A正确,B不正确;又无法确定y-x-1与0的关系,故C、D不正确.故选A.
5.已知实数a,b分别满足ea=1.02,ln(b+1)=0.02,且c=,则( )
A.a<b<c B.b<a<c C.b<c<a D.c<a<b
由ea=1.02,得a=ln 1.02,由ln(b+1)=0.02,得b=e0.02-1,令f(x)=ex-1-ln(1+x),x>0,则f′(x)=ex-,令h(x)=ex-,x>0,h′(x)=ex+>0恒成立,故f′(x)在(0,+∞)上单调递增,又f′(0)=e0-=0,故f′(x)>0恒成立,故f(x)在(0,+∞)上单调递增,故f(0.02)=e0.02
-1-ln(1+0.02)>f(0)=0,即e0.02-1>ln 1.02,即b>a.a=ln 1.02,c===1-=1-,令g(x)=ln x-,x>1,则g′(x)=-=,则当x>1时,g′(x)>0,故g(x)在(1,+∞)上单调递增,故g(1.02)=ln 1.02->g(1)=0,即a>c,故c<a<b.故选D.
二、多项选择题
6.已知a,b∈(0,e),且a<b,则下列式子中可能成立的是( )
A.aeb<bea B.aeb>bea
C.aln b<bln a D.aln b>bln a
设g(x)=(x∈(0,e)),则g′(x)=,所以g(x)=在(0,1)上单调递减,在(1,e)上单调递增.所以当a,b∈(0,e),a<b时,不能判断出
g(a)与g(b)的大小.所以A、B都有可能正确.设f(x)=(x∈(0,e)),则f′(x)=,由0<x<e,得f′(x)>0,所以f(x)在(0,e)上单调递增,因为a,b∈(0,e),且a<b,所以<,即aln b>bln a.所以C不正确,D正确.故选ABD.
三、填空题
7.设f(x)是R上的奇函数,当x≥0时,f′(x)-cos x<0,则不等式f(x)<sin x的解集为__________.
令φ(x)=f(x)-sin x,所以当x≥0时,φ′(x)=f′(x)-cos x<0,所以φ(x)在[0,+∞)上单调递减,又f(x)为R上的奇函数,所以φ(x)为R上的奇函数,所以φ(x)在(-∞,0]上单调递减,故φ(x)在R上单调递减且φ(0)=0,不等式f(x)<sin x 可化为f(x)-sin x<0,即φ(x)<0,即φ(x)<φ(0),故x>0,所以原不等式的解集为(0,+∞).
(0,+∞)
8.已知定义在R上的可导函数f(x)的导函数为f′(x),2f(x)+f′(x)<0,且f(x+1)=f(1-x),f(0)=e,则不等式f(x)>e5-2x的解集是__________.
设g(x)=e2xf(x),则g′(x)=e2x[2f(x)+f′(x)]<0,所以g(x)在R上单调递减.因为f(x+1)=f(1-x),所以f(x)的图象关于直线x=1对称,所以f(2)=f(0)=e,所以g(2)=e4f(2)=e5.因为f(x)>e5-2x,所以e2xf(x)>e5,即g(x)>g(2),所以x<2,故不等式f(x)>e5-2x的解集是(-∞,2).
(-∞,2)
9.已知a>0,若在(1,+∞)上存在x使得不等式ex-x≤xa-aln x成立,则a的最小值为________.
因为xa=eln xa=ealn x,所以不等式即为ex-x≤ealn x-aln x,因为a>0且x>1,所以aln x>0,设y=ex-x,x>0,则y′=ex-1>0,故y=ex-x在(0,+∞)上单调递增,所以1<x≤aln x,即a≥,所以a≥min,设f(x)=(x>1),则f′(x)=,当x∈(1,e)时,f′(x)<0;当x∈
e
(e,+∞)时,f′(x)>0,所以f(x)在(1,e)上单调递减,在(e,+∞)上单调递增,所以f(x)min=f(e)=e,所以a≥e.故a的最小值为e.
四、解答题
10.(2025·漳州质检)已知函数f(x)=aex+x+1.
(1)讨论f(x)的单调性;
依题意,得f′(x)=aex+1.当a≥0时,f′(x)>0,所以f(x)在R上是增函数.当a<0时,令f′(x)>0,可得x<-ln(-a);令f′(x)<0,可得x>-ln(-a),所以f(x)在(-∞,-ln(-a))上单调递增,在(-ln(-a),+∞)上单调递减,综上所述,当a≥0时,f(x)在R上是增函数;当a<0时,f(x)在(-∞,-ln(-a))上单调递增,在(-ln(-a),+∞)上单调递减.
(2)当x>1时,f(x)>ln +x,求实数a的取值范围.
因为当x>1时,f(x)>ln +x,所以aex+x+1>ln +x,即eln aex+x+1>ln(x-1)-ln a+x,即ex+ln a+ln a+x>ln(x-1)+x-1,即ex+ln a+x+ln a>eln(x-1)+ln(x-1).令h(x)=ex+x,则有h(x+ln a)>h(ln(x-1))对∀x∈(1,+∞)恒成立.因为h′(x)=ex+1>0,所以h(x)在R上是增函数,故只需x+ln a>ln(x-1),即ln a>ln(x-1)-x对∀x∈(1,+∞)恒成立,
令F(x)=ln(x-1)-x,则F′(x)=-1=,令F′(x)=0,得x=2.当x∈(1,2)时,F′(x)>0,当x∈(2,+∞)时,F′(x)<0,所以F(x)在(1,2)上单调递增,在(2,+∞)上单调递减,所以F(x)≤F(2)=-2.因此ln a>
-2,所以a>,即a的取值范围为.
$$