内容正文:
导数与函数的单调性
微练(二十一)
高考复习顶层设计 数学
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A级 基础过关
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B级 素能提升
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一、单项选择题
1.函数f(x)=x2-ln x的单调递减区间是( )
A.(-1,1) B.(0,1)
C.(1,+∞) D.(0,2)
f(x)的定义域为(0,+∞),解f′(x)=x-=<0,可得0<x<1,故函数f(x)=x2-ln x的单调递减区间为(0,1).故选B.
2.函数f(x)=的图象大致为( )
由题知f′(x)=,所以当0<x<2 时,f′(x)>0;当x<0 或x>2 时,f′(x)<0.故f(x) 在(0,2) 上单调递增,在(-∞,0),(2,+∞)上单调递减.故选A.
3. (2025·山东师大附中月考)已知定义在R上的函数f(x),其导函数f′(x)的大致图象如图所示,则下列叙述正确的是( )
A.f(b)>f(c)>f(d)
B.f(b)>f(a)>f(e)
C.f(c)>f(b)>f(a)
D.f(c)>f(e)>f(d)
依题意得,当x∈(-∞,c)时,f′(x)>0,所以函数f(x)在(-∞,c)上单调递增,因为a<b<c,所以f(c)>f(b)>f(a).故选C.
4.已知函数f(x)=ln x+x2+ax的单调递减区间为,则( )
A.a∈(-∞,-3] B.a=-3
C.a=3 D.a∈(-∞,3]
由题意得f′(x)=+2x+a<0(x>0)的解集为,所以不等式2x2+ax+1<0的解集为,所以+1=-,解得a=-3.
5.已知函数f(x)=x+cos x,x∈R,设a=f(0.3-1),b=f(2-0.3),c=f(log20.2),则( )
A.b<c<a B.c<a<b
C.b<a<c D.c<b<a
由题意可得f′(x)=1-sin x≥0,且不恒为零,所以f(x)在R上单调递增,又由0.3-1>2-0.3>log20.2,可得f(0.3-1)>f(2-0.3)>f(log20.2),所以c<b<a.故选D.
6.已知函数f(x)与f′(x)的图象如图所示,则函数g(x)=的单调递增区间为( )
A.(0,4)
B.(-∞,-1),
C.
D.(-∞,0),(1,4)
易知f′(x)过点(0,0)与,当x<0或1<x<4时,f′(x)>f(x),即g′(x)=>0,则函数g(x)=的单调递增区间为(-∞,0),(1,4).
二、多项选择题
7.(2025·浙江嘉兴测试)已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c在R上单调递增,f′(x)为其导函数,则下列结论正确的是( )
A.f′(1)≥0 B.f(1)≥0
C.a2-3b≤0 D.a2-3b≥0
因为函数f(x)=x3+ax2+bx+c,所以f′(x)=3x2+2ax+b.因为函数f(x)在R上单调递增,所以f′(x)≥0对于任意的x∈R恒成立,所以f′(1)≥0恒成立,但f(1)大小未知.对于方程3x2+2ax+b=0,Δ=4a2-12b≤0,即a2-3b≤0.所以正确的是AC.
8.若函数f(x)=x3+bx2+x恰有三个单调区间,则实数b的取值可以是( )
A.-2 B.-
C.e D.2
由题意得f′(x)=3x2+2bx+1,函数f(x)=x3+bx2+x恰有三个单调区间,则函数f(x)=x3+bx2+x有两个极值点,即f′(x)=3x2+2bx+1的图象与x轴有两个交点,则判别式Δ=4b2-12>0,解得b>或b<-.所以实数b的取值范围为(-∞,-)∪(,+∞).
三、填空题
9.(2025·丽水模拟)已知函数f(x)=x3+mx2+nx+1的单调递减区间是(-3,1),则m+n的值为________.
-2
f′(x)=x2+2mx+n,由f(x)的单调递减区间是(-3,1),得f′(x)<0的解集为(-3,1),则-3,1是f′(x)=0的解,所以-2m=-3+1=-2,n=1×(-3)=-3,可得m=1,n=-3,故m+n=-2.
10.已知函数y=f(x)(x∈R)的图象如图所示,则不等式xf′(x)≥0的解集为__________________________.
∪[2,+∞)
由题中f(x) 的图象特征可得,在区间 和[2,+∞) 上,f′(x)≥0,在区间 上,f′(x)≤0,所以xf′(x)≥0⇔ 或解得0≤x≤或x≥2,所以xf′(x)≥0 的解集为∪[2,+∞).
11.已知函数f(x)满足下列条件:①f(x)的导函数f′(x)为偶函数;②f(x)在区间(-∞,-2),(2,+∞)上单调递增,则f(x)的一个解析式为f(x)=
__________________________.(答案不唯一)
x3-4x(答案不唯一)
因为f(x)在区间(-∞,-2),(2,+∞)上单调递增,所以当x∈(-∞,-2)∪(2,+∞)时,f′(x)>0.又f(x)的导函数f′(x)为偶函数,所以令f′(x)=x2-4,满足题意,所以f(x)=x3-4x答案不唯一.
四、解答题
12.已知函数f(x)=(a-x)ln x.
(1)求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(1)根据题意,函数f(x)的定义域为(0,+∞),f(1)=0,f′(x)=-ln x+,所以f′(1)=a-1,所以曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y=(a-1)(x-1).
(2)若函数f(x)在(0,+∞)上单调递减,求实数a的取值范围.
(2)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=-ln x+=,令g(x)=-xln x-x+a,则g′(x)=-ln x-2,令g′(x)=0,则x=,令g′(x)>0,则0<x<;令g′(x)<0,则x>,所以g(x)在上单调递增,在上单调递减,g(x)max=g=+a,因为f(x)在(0,+∞)上单调递减,所以f′(x)≤0在(0,+∞)上恒成立,即+a≤0,所以a≤-,即a的取值范围为.
13.(2025·江西吉安质检)已知函数f(x)=3aln x-x2-(a-3)x,a∈R.
(1)当a=1时,求曲线g(x)=f(x)-3ln x+x2-sin x在x=处的切线方程;
(1)当a=1时,g(x)=f(x)-3ln x+x2-sin x=2x-sin x,则g=π-1,g′(x)=2-cos x,所以g′=2,所以曲线g(x)在x=处的切线方程为y-(π-1)=2,即2x-y-1=0.
(2)试讨论f(x)的单调性.
(2)由题意,f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=-x-(a-3)=-=-,
①若a≥0,则当0<x<3时,f′(x)>0,当x>3时,f′(x)<0,所以f(x)在(0,3)上单调递增,在(3,+∞)上单调递减;
②若-3<a<0,由f′(x)<0,得0<x<-a或x>3,由f′(x)>0,得-a<x<3,所以f(x)在(0,-a),(3,+∞)上单调递减,在(-a,3)上单调递增;
③若a=-3,则f′(x)≤0恒成立,所以f(x)在(0,+∞)上单调递减;
④若a<-3,由f′(x)<0,得0<x<3或x>-a,由f′(x)>0,得3<x<-a,所以f(x)在(0,3),(-a,+∞)上单调递减,在(3,-a)上单调递增.
14.(2025·江西赣州模拟)“-<a<”是“函数f(x)=x3+ax2+2x+1在定义域R上单调递增”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
若函数f(x)=x3+ax2+2x+1在定义域R上单调递增,则f′(x)=3x2+2ax+2≥0恒成立,即Δ=4a2-4×3×2≤0,解得-≤a≤.因为“-<a<”是“-≤a≤”的充分不必要条件,所以“-<a<”是“函数f(x)=x3+ax2+2x+1在定义域R上单调递增”的充分不必要条件.
15.(多选题)如果函数y=f(x)在区间I上是增函数,且在区间I是减函数,那么称函数y=f(x)是区间I上的“缓增函数”,区间I叫做“缓增区间”.则下列函数是区间[1,]上的“缓增函数”的是( )
A.f(x)=ex
B.f(x)=ln x
C.f(x)=x2-2x+3
D.f(x)=-x2+2x+3
f(x)=ex在[1,]上单调递增,设g(x)==,g′(x)=,x∈[1,],由g′(x)=>0,知g(x)为增函数,故A错误;f(x)=ln x在[1,]上单调递增,设h(x)==,h′(x)=,x∈[1,],由h′(x)>0,知h(x)为增函数,故B错误;f(x)=x2-2x+3在[1,]上单调递增,设k(x)==x-2+,k′(x)=,x∈[1,],由k′(x)<0,
知k(x)为减函数,故C正确;f(x)=-x2+2x+3在[1,]上单调递增,设q(x)==-x+2+,q′(x)=-1-,x∈[1,],由q′(x)<0,知q(x)为减函数,故D正确.
16.已知函数f(x)=aln x+-1(a∈R).
(1)求函数f(x)的单调区间;
(1)由已知得f(x)的定义域为(0,+∞),则f′(x)=-=.当a≤0时,f′(x)<0在(0,+∞)恒成立,故f(x)在(0,+∞)上单调递减;当a>0时,令f′(x)>0,得x>,f(x)在上单调递增;令f′(x)<0,得0<x<,f(x)在上单调递减.综上所述,当a≤0时,f(x)的单调递减区间为(0,+∞);当a>0时,f(x)的单调递增区间为,单调递减区间为.
(2)若对于任意的x1,x2∈(0,1),且x1≠x2,恒有<2,求实数a的取值范围.
(2)不妨设0<x1<x2<1,则不等式等价于f(x1)-f(x2)>2(x1-x2),即f(x1)-2x1>f(x2)-2x2,令g(x)=f(x)-2x,则函数g(x)在(0,1)内单调递减,则g′(x)=f′(x)-2=--2≤0在(0,1)内恒成立,所以a≤+2x在(0,1)内恒成立,所以a≤min.因为y=2x+在内单调递减,在内单
调递增,所以2x+≥2,当且仅当2x=,即x=时等号成立,所以实数a的取值范围为.
$$