内容正文:
导数的概念及其意义、导数的运算
微练(十九)
高考复习顶层设计 数学
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B级 素能提升
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一、单项选择题
1.已知函数f(x)=x2+,则 =( )
A.1 B. C.2 D.4
由题意,知f′(x)=2x-,则f′(1)=1.所以 = =f′(1)=.故选B.
2.已知函数f(x)=-,则曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为( )
A.3x+2y-3=0 B.3x-2y-3=0
C.2x-3y-2=0 D.2x-3y+2=0
f(1)=0,切点为(1,0),f′(x)=+,k=f′(1)=,所以切线方程为y=(x-1),即3x-2y-3=0.
3.如图,已知函数f(x)的图象在点P(2,f(2))处的切线为直线l,则f(2)+f′(2)=( )
A.-3 B.-2
C.2 D.1
由导数的几何意义可得,切线l的斜率为f′(2)==-1,则直线l的方程为y=-x+4.又因为点P(2,f(2))在直线l上,所以f(2)=-2+4=2,因此f(2)+f′(2)=2-1=1.
4.(2024·河南三模)动点P在函数y=ln(4-x)-ln x的图象上,以P为切点的切线的倾斜角取值范围是( )
A. B.∪
C. D.
令解得0<x<4,故y=ln(4-x)-ln x的定义域为(0,4),y′=--=≤=-1,当且仅当4-x=x,即x=2时,等号成立,故y′≤-1,故以P为切点的切线的倾斜角取值范围是.故选C.
5.(2025·广东高三联考)吹气球时,气球的体积V(单位:L)与半径r(单位:dm)之间的关系是V=πr3.当V= L时,气球的瞬时膨胀率为( )
A. dm/L B. dm/L
C.3 dm/L D.4π dm/L
因为V=πr3,所以r=,所以r′=×V,当V=时,r′=××=××=×=(dm/L).故选A.
6.(2025·四川模拟)若曲线y=ex+a在x=0处的切线也是曲线y=ln x的切线,则a=( )
A.-2 B.1 C.-1 D.e
由曲线y=ex+a,得y′=ex,在x=0处的切线斜率为1,当x=0时,y=1+a,曲线y=ex+a在x=0处的切线为y-(1+a)=1×(x-0),即y=x+1+a,y=ln x的导数为y′=,设切点为(x0,y0),则=1,解得x0=1,y0=0,切点在切线y=x+1+a上,即有0=1+1+a,得a=-2.故选A.
二、多项选择题
7.函数y=ex的切线方程有( )
A.y=x+1 B.y=x-1
C.y=ex D.y=x
设切点为P(x0,ex0),y′=ex,则切线的斜率k=ex0,若k=ex0=1,则x0=0,切点为P(0,1),故切线方程为y=x+1,故A正确,B错误;若k=ex0=e,则x0=1,切点为P(1,e),故切线方程为y-e=e(x-1),即y=ex,故C正确;若k=ex0=,则x0=-1,切点为P,故切线方程为y-=(x+1),即y=x+,故D错误.
8.若函数f(x)在D上可导,即f′(x)存在,且导函数f′(x)在D上也可导,则称f(x)在D上存在二阶导函数,记f″(x)=[f′(x)]′.若f″(x)<0在D上恒成立,则称f(x)在D上为凸函数.以下四个函数在上是凸函数的是( )
A.f(x)=-x3+3x+4
B.f(x)=ln x+2x
C.f(x)=sin x+cos x
D.f(x)=xex
对A,f(x)=-x3+3x+4,f′(x)=-3x2+3,f″(x)=-6x,当x∈时,f″(x)<0,故A为凸函数;对B,f(x)=ln x+2x,f′(x)=+2,f″(x)=-,当x∈时,f″(x)<0,故B为凸函数;对C,f(x)=sin x+cos x,f′(x)=cos x-sin x,f″(x)=-sin x-cos x=-sin ,当x∈时,f″(x)<0,故C为凸函数;对D,f(x)=xex,f′(x)=(x+1)ex,f″(x)=(x+2)ex,当x∈时,f″(x)>0,故D不是凸函数.
三、填空题
9.(2025·江苏南京模拟)若曲线y=x3+3ax+16与x轴相切,则实数a的值是________.
-4
令f(x)=x3+3ax+16,f′(x)=3x2+3a,由题意知,切点为(x0,0),则0=x+3ax0+16 ①,因为曲线y=x3+3ax+16与x轴相切,所以3x+3a=0 ②,联立①②可得,x0=2,a=-4.
10.某酒杯上半部分的形状为倒立的圆锥,杯深8 cm,上口宽6 cm,若以3 cm3/s的匀速往杯中注水,当时间为3s时,酒杯中水升高的瞬时变化
率是________cm/s.
由题意,设t时刻水面高为h,水面圆半径为r,则=,即r=h,则此时水的体积为×π×r2×h=h3,又以3 cm3/s的匀速往杯中注水,则此时水的体积为3t,即3t=h3⇒h=⇒h′=×,当时间为3 s时,酒杯中水升高的瞬时变化率是h′|t=3=×==.
11.若函数f(x)=aln x-在点(1,f(1))处的切线斜率为1,其中a>0,b>0,则ab的最大值为________.
因为f(x)=aln x-,则f′(x)=+,故f(x)在(1,f(1))处的切线斜率为f′(1)=a+b,所以a+b=1.因为a>0,b>0,由基本不等式可得ab≤=,当且仅当a=b=时等号成立,故ab的最大值为.
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;
(1)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.
(2)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.(2025·沧衡联考)已知函数f(x)=x3-x2+2x-5.
(1)求曲线y=f(x)在x=1处的切线方程;
(1)因为f(x)=x3-x2+2x-5,所以f′(x)=3x2-2x+2,所以f(1)=-3,f′(1)=3.则所求切线方程为y-(-3)=3(x-1),即3x-y-6=0.
(2)若过点(1,m)(m≠-3)可作曲线y=f(x)的三条切线,求m的取值范围.
(2)设过点(1,m)(m≠-3)的切线的切点为(x0,y0).由(1)可知f′(x)=3x2-2x+2,则所作切线斜率k=f′(x0)=3x-2x0+2.由直线的斜率计算公式可得k==,则=3x-2x0+2,所以2x-4x+2x0+m+3=0.因为过点(1,m)(m≠-3)可作曲线y=f(x)的三条切线,所以关于x的方程2x3-4x2+2x+m+3=0有三个不同的
实数根.设函数g(x)=2x3-4x2+2x+m+3,则g′(x)=6x2-8x+2=2(3x-1)(x-1).由g′(x)>0,得x<或x>1,则g(x)在和(1,+∞)上单调递增;由g′(x)<0,得<x<1,则g(x)在上单调递减.由题意可得解得-<m<-3,即m的取值范围为.
14.设直线l与曲线f(x)=2x3-x+1相切于点M(x1,f(x1)),相交于另一点N(x2,f(x2)),则( )
A.x2=-2x1 B.x2=2x1
C.x2=-2x1-1 D.x2=2x1-1
因为f(x)=2x3-x+1,切点M(x1,f(x1)),所以f′(x)=6x2-1,所以切线斜率k=6x-1.又因为直线l与曲线相交于另一点N(x2,f(x2)),所以k=,所以(6x-1)(x2-x1)=f(x2)-f(x1)=(2x-x2+1)-(2x-x1+1)=2x-2x-x2+x1=2(x2-x1)(x+x1x2+x)-(x2-x1),因为x2≠x1,所以3x=x+x1x2+x,即x+x1x2-2x=0,(x2+2x1)(x2-x1)=0,所以x2=-2x1,故选A.
15.(2025·北京检测)已知a,b为正实数,直线y=2x-a与曲线y=ln(2x+b)相切,则a与b满足的关系式为________,+的最小值为________.
a+b=1
5+2
由题意,得y′=,曲线y=ln(2x+b)在切点处的切线的斜率等于2,所以=2,即x=,此时y=0,则切点为,所以相应的切线方程为y=2=2x-1+b,则-a=-1+b,所以a+b=1.又a>0,b>0,所以+=(a+b)=5++≥5+2,当且仅当=,即a=-2,b=3-时取等号,所以+的最小值为5+2.
16.已知函数f(x)=x-1+(a∈R,e为自然对数的底数).
(1) 若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线平行于x轴,求实数a的值;
(1)f′(x)=1-,因为曲线y=f(x) 在点(1,f(1)) 处的切线平行于x 轴,即f′(1)=1-=0,解得a=e.
(2) 当a=1时,若直线l:y=kx-1与曲线y=f(x)相切,求直线l的方程.
(2)当a=1 时,f(x)=x-1+,f′(x)=1-.设切点为(x0,y0),因为f(x0)=x0-1+=kx0-1 ①,f′(x0)=1-=k ②,①+②,得x0=kx0-1+k,即(k-1)(x0+1)=0.若k=1,则②式无解,所以x0=-1,k=1-e,所以直线l 的方程为y=(1-e)x-1.
$$