内容正文:
一、选择题
1.(多选)(2024·新课标Ⅰ卷)设函数f(x)=(x-1)2(x-4),则( )
A.x=3是f(x)的极小值点
B.当0<x<1时,f(x)<f(x2)
C.当1<x<2时,-4<f(2x-1)<0
D.当-1<x<0时,f(2-x)>f(x)
2.(多选)(2024·新课标Ⅱ卷)设函数f(x)=2x3-3ax2+1,则( )
A.当a>1时,f(x)有三个零点
B.当a<0时,x=0是f(x)的极大值点
C.存在a,b,使得x=b为曲线y=f(x)的对称轴
D.存在a,使得点(1,f(1))为曲线y=f(x)的对称中心
3.(多选)(2024·新课标Ⅰ卷)设计一条美丽的丝带,其造型可以看作图中的曲线C的一部分.已知C过坐标原点O,且C上的点满足:横坐标大于-2,到点F(2,0)的距离与到定直线x=a(a<0)的距离之积为4,则( )
A.a=-2
B.点(2,0)在C上
C.C在第一象限的点的纵坐标的最大值为1
D.当点(x0,y0)在C上时,y0≤
4.(2023·新课标Ⅱ卷)已知函数f(x)=aex-ln x在区间(1,2)单调递增,则a的最小值为( )
A.e2 B.e
C.e-1 D.e-2
5.(多选)(2023·新课标Ⅱ卷)若函数f(x)=aln x++(a≠0)既有极大值也有极小值,则( )
A.bc>0 B.ab>0
C.b2+8ac>0 D.ac<0
6.(2022·新高考Ⅰ卷)已知正四棱锥的侧棱长为l,其各顶点都在同一球面上.若该球的体积为36π,且3≤l≤3,则该正四棱锥体积的取值范围是( )
A. B.
C. D.[18,27]
7.(多选)(2022·新高考Ⅰ卷)已知函数f(x)及其导数f′(x)的定义域均为R,记g(x)=f′(x).若f,g(2+x)均为偶函数,则( )
A.f(0)=0 B.g=0
C.f(-1)=f(4) D.g(-1)=g(2)
二、填空题
8.(2023·全国乙卷·理)设a∈,若函数f=ax+x在上单调递增,则a的取值范围是________.
9.(2022·全国乙卷)已知x=x1和x=x2分别是函数f(x)=2ax-ex2(a>0且a≠1)的极小值点和极大值点.若x1<x2,则a的取值范围是________________.
10.(2021·新高考Ⅱ卷)写出一个同时具有下列性质①②③的函数f(x):________.
①f(x1x2)=f(x1)f(x2);
②当x∈(0,+∞)时,f′(x)>0;
③f′(x)是奇函数.
三、解答题
11.(2025·全国二卷)已知函数f(x)=ln(1+x)-x+x2-kx3,其中0<k<.
(1)证明:f(x)在区间(0,+∞)存在唯一的极值点和唯一的零点;
(2)设x1,x2分别为f(x)在区间(0,+∞)的极值点和零点.
(ⅰ)设函数g(t)=f(x1+t)-f(x1-t).
证明:g(t)在区间(0,x1)单调递减;
(ⅱ)比较2x1与x2的大小,并证明你的结论.
12.(2025·上海卷)已知f(x)=x2-(m+2)x+mln x,m∈R.
(1)若f(1)=0,求不等式f(x)≤x2-1的解集;
(2)若函数y=f(x)满足在(0,+∞)上存在极大值,求m的取值范围.
13.(2025·全国一卷)(1)求函数f(x)=5cos x-cos 5x在区间的最大值;
(2)给定θ∈(0,π)和a∈R,证明:存在y∈[a-θ,a+θ],使得cos y≤cos θ;
(3)设b∈R,若存在φ∈R使得5cos x-cos(5x+φ)≤b对x∈R恒成立,求b的最小值.
14.(2024·新课标Ⅰ卷)已知函数f(x)=ln+ax+b(x-1)3.
(1)若b=0,且f′(x)≥0,求a的最小值;
(2)证明:曲线y=f(x)是中心对称图形;
(3)若f(x)>-2当且仅当1<x<2,求b的取值范围.
15.(2024·全国甲卷·理)已知函数f(x)=(1-ax)ln(1+x)-x.
(1)当a=-2时,求f(x)的极值;
(2)当x≥0时,f(x)≥0,求a的取值范围.
16.(2023·新课标Ⅰ卷)已知函数f=a-x.
(1)讨论f的单调性;
(2)证明:当a>0时,f>2ln a+.
17.(2023·全国甲卷·理)已知函数f(x)=ax-,x∈.
(1)若a=8,讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)<sin 2x,求a的取值范围.
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1
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考点8 题组一
1.解析 因为f(x)=(x-1)2(x-4),所以f′(x)=2(x-1)(x-4)+(x-1)2=3(x-1)(x-3),令f′(x)=0,解得x=1或x=3,当x<1或x>3时,f′(x)>0;当1<x<3时,f′(x)<0,所以函数f(x)的单调递增区间为(-∞,1),(3,+∞),单调递减区间为(1,3),故x=1是函数f(x)的极大值点,x=3是函数f(x)的极小值点,所以A正确.
当0<x<1时,x-x2=x(1-x)>0,即0<x2<x<1,又函数f(x)在(0,1)上单调递增,所以f(x2)<f(x),所以B错误.
当1<x<2时,1<2x-1<3,函数f(x)在(1,3)上单调递减,所以-4=f(3)<f(2x-1)<f(1)=0,所以C正确.
当-1<x<0时,f(2-x)-f(x)=(2-x-1)2·(2-x-4)-(x-1)2(x-4)=(x-1)2(-x-2)-(x-1)2(x-4)=(x-1)2(-2x+2)=-2(x-1)3>0,所以f(2-x)>f(x),所以D正确.
综上,选ACD.
答案 ACD
2.解析 由题可知,f′(x)=6x(x-a).
对于A,当a>1时,由f′(x)<0得0<x<a,由f′(x)>0得x<0或x>a,则f(x)在(-∞,0)上单调递增,在(0,a)上单调递减,在(a,+∞)上单调递增,且当x→-∞时,f(x)→-∞,f(0)=1,f(a)=-a3+1<0,当x→+∞时,f(x)→+∞,故f(x)有三个零点,A正确;
对于B,当a<0时,由f′(x)<0得a<x<0,由f′(x)>0得x>0或x<a,则f(x)在(-∞,a)上单调递增,在(a,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,故x=0是f(x)的极小值点,B错误;
对于C,当x→+∞时,f(x)→+∞,当x→-∞时,f(x)→-∞,故曲线y=f(x)必不存在对称轴,C错误;
对于D,f(x)=2x3-3ax2+1=23-a2+1-,令t=x-,则f(x)可转化为g(t)=2t3-a2t+1-,由y=2t3-a2t为奇函数,且其图象关于原点对称,可知g(t)的图象关于点对称,则f(x)的图象关于点对称,故存在a=2,使得点(1,f(1))为曲线y=f(x)的对称中心,D正确.故选AD.
答案 AD
3.解析 (定义法+逻辑推理法+放缩法) 因为坐标原点O在曲线C上,所以2×|a|=4,又a<0,所以a=-2,所以A正确.
因为点(2,0)到点F(2,0)的距离与到定直线x=-2的距离之积为(2-2)(2+2)=4,所以点(2,0)在曲线C上,所以B正确.
设P(x,y)(x>0,y>0)是曲线C在第一象限的点,则有(x+2)=4,所以y2=-(x-2)2,令f(x)=-(x-2)2,则f′(x)=--2(x-2),因为f(2)=1,且f′(2)<0,所以函数f(x)在x=2 附近单调递减(若f′(x0)>0,则函数f(x)在x=x0附近单调递增;若f′(x0)<0,则函数f(x)在x=x0附近单调递减),即必定存在一小区间(2-ε,2+ε)使得f(x)单调递减,所以在区间(2-ε,2)上均有f(x)>1,所以P(x,y)的纵坐标的最大值一定大于1,所以C错误.
因为点(x0,y0)在C上,所以x0>-2且(x0-2)=4,得y=-(x0-2)2≤,所以y0≤|y0|≤ =,所以D正确.综上,选ABD.
答案 ABD
4.解析 f′(x)=aex-≥0对∀x∈(1,2)恒成立,
∴a≥,g(x)=在(1,2)单调递减,
∴g(x)<g(1)=,∴a≥,选C.
答案 C
5.解析 ∵f′(x)=--==0有两个正根x1,x2,
∴x1+x2=>0,x1x2=>0,
Δ=b2+8ac>0,
∴ab>0,ac<0,则bc<0,选BCD.
答案 BCD
6.解析 记三棱锥高与侧棱夹角为θ,高为h,底面中心到各顶点的距离为m,cos θ==∈,则l=6cos θ,m=l·sin θ=6sin θcos θ,
h===6cos2 θ,S底=×2m×2m=2m2,故V=S底·h=×2m2h=144(sin θcos2 θ)2,
令y=sin θcos2 θ=sin θ(1-sin2 θ)=x(1-x2)=-x3+x,x=sin θ∈,y′=-3x2+1,
故x∈,y′>0,x∈,y′<0,
即Vmax=144y=144×2=,
Vmin=144×2=.
答案 C
7.解析 由f为偶函数可知f(x)关于直线x=对称,
由g(2+x)为偶函数可知g(x)关于直线x=2对称,
结合g(x)=f′(x),根据g(x)关于直线x=2对称可知f(x)关于点(2,t)对称,
根据f(x)关于直线x=对称可知g(x)关于点对称,
综上,函数f(x)与g(x)均是周期为2的周期函数,所以有f(0)=f(2)=t,所以A不正确;
f(-1)=f(1),f(4)=f(2),f(1)=f(2),
故f(-1)=f(4),所以C正确.
g=g=0,g(-1)=g(1),所以B正确;
又g(1)+g(2)=0,所以g(-1)+g(2)=0,所以D不正确.故选BC.
答案 BC
8.解析 原问题等价于f′=axln a+x·ln≥0恒成立,据此将所得的不等式进行恒等变形,可得x≥-,由右侧函数的单调性可得实数a的二次不等式,求解二次不等式后可确定实数a的取值范围.
由函数的解析式可得f′=axln a+x·ln≥0在区间上恒成立,
则xln≥-axln a,即x≥-在区间上恒成立,
故0=1≥-,而a+1∈,
故ln>0,故
即故≤a<1,
结合题意可得实数a的取值范围是.
故答案为.
答案
9.解析 法一:由f(x)=2ax-ex2,得f′(x)=2axln a-2ex.令f′(x)=0,得axln a=ex,因为a>0且a≠1,所以显然x≠0,所以e=.令g(x)=,则g′(x)==.令g′(x)=0,得x=.故当x>时,g′(x)>0,g(x)单调递增;当x<时,g′(x)<0,g(x)单调递减.所以g(x)极小值=g==a(ln a)2,也是最小值.因为f(x)有极小值点x=x1和极大值点x=x2,故f′(x)=0有两个不同的根x=x1,x=x2,故g(x)的图象与直线y=e有两个交点,所以g<e,即a(ln a)2<e,又a=a=alogae=e,所以(ln a)2<1,又x1<x2,所以易知当x∈(-∞,x1),(x2,+∞)时,f′(x)<0;当x∈(x1,x2)时,f′(x)>0.若a>1,则当x→+∞时,f′(x)→+∞,不符合题意,所以0<a<1,则-1<ln a<0,所以a∈.
法二:由题意,f′(x)=2axln a-2ex,根据f(x)有极小值点x=x1和极大值点x=x2可知,x=x1,x=x2为f′(x)=0的两个不同的根,又x1<x2,所以易知当x∈(-∞,x1),(x2,+∞)时,f′(x)<0;当x∈(x1,x2)时,f′(x)>0.由f′(x)=0可得ax·ln a=ex.①若a>1,则当x→+∞时,f′(x)→+∞,不符合题意,舍去.②若0<a<1,令g(x)=axln a,h(x)=ex,在同一平面直角坐标系中作出函数g(x)和h(x)的图象,如图所示.因为f′(x)=0有两个不同的根,所以g(x)与h(x)的图象需要有两个交点,则过原点且与g(x)的图象相切的直线l的斜率k<e.不妨设直线l与g(x)的图象的切点坐标为(x0,ax0ln a),因为g′(x)=ax(ln a)2,所以k=ax0(ln a)2=,可得x0=,从而k=a(ln a)2<e,即e·(ln a)2<e,则(ln a)2<1,又0<a<1,所以-1<ln a<0,所以a∈.
答案
10.解析 根据幂函数的性质可得所求的f(x).
取f(x)=x4,则
f(x1x2)=(x1x2)4=xx=f(x1)f(x2),满足①,
f′(x)=4x3,x>0时有f′(x)>0,满足②,
f′(x)=4x3的定义域为R,
又f′(-x)=-4x3=-f′(x),故f′(x)是奇函数,满足③.
故答案为f(x)=x4(答案不唯一,f(x)=x2n(n∈N*)均满足).
答案 f(x)=x4(答案不唯一,f(x)=x2n(n∈N*)均满足)
11.解析 (1)证明 因为f(x)=ln(1+x)-x+x2-kx3,k∈,所以f′(x)=-1+x-3kx2===x2.
当x>0时,令f′(x)=0,解得x=-1>0,
所以当0<x<-1时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x>-1时,f′(x)<0,f(x)单调递减.
所以x=-1是f(x)在(0,+∞)上唯一的极值点,是极大值点.
因为f>f(0)=0,f=ln-+-=ln-<0,
所以存在唯一x0∈,使得f(x0)=0,
所以x0是f(x)在(0,+∞)上唯一的零点.
(2)(ⅰ)证明 因为g(t)=f(x1+t)-f(x1-t),
所以g′(t)=f′(x1+t)+f′(x1-t)
=(x1+t-x1)+(x1-t-x1)
=3kt
=.
因为t∈(0,x1),
所以t2-x-2x1<0,(1+x1)2-t2>0,
所以g′(t)=<0,
即g(t)在区间(0,x1)单调递减.
(ⅱ)由(ⅰ)得,g(t)在(0,x1)上单调递减,
所以g(x1)<g(0),
即f(2x1)-f(0)<f(x1)-f(x1)=0,
又f(0)=0,所以f(2x1)<0,
因为x2是f(x)的零点,所以f(x2)=0,
所以f(2x1)<f(x2),
又x2>x1,2x1>x1,且f(x)在(x1,+∞)上单调递减,
所以2x1>x2.
12.解析 (1)因为f(1)=0,故1-m-2+0=0,
故m=-1,故f(x)=x2-x-ln x,
故f(x)≤x2-1即为x+ln x≥1,
设s(x)=x+ln x,x>0,则s′(x)=1+>0,
故s(x)在(0,+∞)上为增函数,
而x+ln x≥1即为s(x)≥s(1),故x≥1,
故原不等式的解集为[1,+∞).
(2)f(x)在(0,+∞)有极大值即为有极大值点.
f′(x)=2x-(m+2)+==,
若m≤0,则x∈(0,1)时,f′(x)<0;x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,
故x=1为f(x)的极小值点,无极大值点,故舍去;
若0<<1,即0<m<2,则x∈时,f′(x)<0;x∈∪(1,+∞)时,f′(x)>0,
故x=为f(x)的极大值点,符合题设要求;
若m=2,则x∈(0,+∞)时,f′(x)≥0,f(x)无极值点,舍去;
若>1即m>2,则x∈时,f′(x)<0;
x∈(0,1)∪时,f′(x)>0,
故x=1为f(x)的极大值点,符合题设要求;
综上,m>0且m≠2.
即m的取值范围为{m|m>0且m≠2}.
13.解析 (1)因为f(x)=5cos x-cos 5x,
所以f′(x)=-5sin x+5sin 5x,
令f′(x)=0,得sin x=sin 5x,
又x∈,所以x=5x或x=π-5x,
所以x=0或x=,
所以x,f′(x),f(x)的关系如表所示:
x
0
f′(x)
0
大于0
0
小于0
f(x)
单调递增
极大值
单调递减
因为f=5cos -cos =3,
所以函数f(x)=5cos x-cos 5x在区间的最大值为3.
(2)证明 因为余弦函数的周期为2π,所以不妨设a∈(0,2π],
当a≤2θ时,a-θ≤θ,则θ∈[a-θ,a+θ),此时存在y=θ,使得cos y=cos θ;
当a>2θ时,θ<a-θ≤2π-θ,
作出余弦函数的大致图象(如图所示),
所以cos(a-θ)≤cos θ,
只需要取y=a-θ,即可得到cos y≤cos θ.
综上可得,给定θ∈(0,π)和a∈R,存在y∈[a-θ,a+θ]使得cos y≤cos θ.
(3)令h(x)=5cos x-cos(5x+φ),当φ=0时,因为h(x)=h(-x),h(x)=h(x+2π),所以h(x)为偶函数,且2π为h(x)的周期,所以讨论h(x)在[0,2π)上的情况,由(1)可知h(x)在上单调递增,在上单调递减,在上单调递增,结合对称性,及h(π)=-4,可知x∈[0,2π)时h(x)≤3,所以此时b的最小值为3.
要证3为b的最小值,对于任意的φ,只需要证明h(x)的最大值不小于3,
只需要证明存在x0,使得h(x0)≥3.
当|x0|≤时,令y0=5x0+φ,
则y0∈.
由(2)可知,取θ=,a=φ,可得存在y0∈使得cos y0≤cos =-,
所以h(x0)=5cos x0-cos(5x0+φ)=5cos x0-cos y0≥5×-=3,
综上可得,bmin=3.
14.解析 (1)f(x)的定义域为(0,2),
若b=0,则f(x)=ln+ax,f′(x)=·+a=+a,
当x∈(0,2)时,x(2-x)∈(0,1],f′(x)min=2+a≥0,则a≥-2,故a的最小值为-2.
(2)证明 f(2-x)=ln+a(2-x)+b(1-x)3=-ln -ax-b(x-1)3+2a=-f(x)+2a,
故曲线y=f(x)关于点(1,a)中心对称.
(3)由题知f(1)=a=-2,
此时f(x)=ln-2x+b(x-1)3,
f′(x)=·-2+3b(x-1)2
=-2+3b(x-1)2
=(x-1)2.
记g(x)=+3b,x∈(0,2),易知g(x)在(0,1)上单调递减,在(1,2)上单调递增,g(1)=2+3b,
当b≥-时,g(x)≥0,f′(x)≥0,f(x)在(0,2)上单调递增,又f(1)=-2,故符合题意.
当b<-时,g(1)<0,g(x)=+3b=,
令g(x)=0,得x=1± ,
因为b<-,所以 ∈(0,1),
故1+∈(1,2),1-∈(0,1),
所以当x∈ 时,g(x)<0,f′(x)<0,f(x)在上单调递减,
故f<f(1)=-2,不符合题意.
综上,b的取值范围为.
15.解析 (1)当a=-2时,f(x)=(1+2x)ln(1+x)-x,x∈(-1,+∞),
f′(x)=2ln(1+x)+-1=2ln(1+x)-+1.
易知f′(x)在(-1,+∞)上单调递增,且f′(0)=0,
所以当x∈(-1,0)时,f′(x)<0,当x∈(0,+∞)时,f′(x)>0,
所以f(x)在(-1,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,
所以当x=0时,f(x)取得极小值,为f(0)=0,f(x)无极大值.
(2)f(x)=(1-ax)ln(1+x)-x,x∈(-1,+∞),
则f′(x)=-aln(1+x)-,设g(x)=-aln(1+x)-,则 g′(x)=--.
因为当x≥0时,f(x)≥0,且f(0)=0,f′(0)=0,
所以g′(0)=-2a-1≥0,得a≤-,
故a≤-是原不等式成立的一个必要条件.
下面证明其充分性:
当a≤-,x≥0时,g′(x)≥-=≥0,
所以f′(x)在[0,+∞)上单调递增,
且f′(x)≥f′(0)=0,
所以f(x)在[0,+∞)上单调递增,
且f(x)≥f(0)=0.
综上,a的取值范围是.
16.解析 (1)因为f(x)=a-x,定义域为R,所以f′=aex-1,
当a≤0时,由于ex>0,则aex≤0,故f′=aex-1<0恒成立,
所以f在R上单调递减;
当a>0时,令f′=aex-1=0,
解得x=-ln a,
当x<-ln a时,f′<0,则f在上单调递减;
当x>-ln a时,f′>0,则f在上单调递增;
综上:当a≤0时,f在R上单调递减;
当a>0时,f在上单调递减,f在上单调递增.
(2)证明 法一:由(1)得,fmin=f=a+ln a=1+a2+ln a,
要证f(x)>2ln a+,即证1+a2+ln a>2ln a+,即证a2--ln a>0恒成立,
令g=a2--ln a,
则g′=2a-=,
令g′<0,则0<a<;
令g′>0,则a>.
所以g在上单调递减,在上单调递增,
所以gmin=g=2--ln=ln>0,则g>0恒成立,
所以当a>0时,f(x)>2ln a+恒成立,证毕.
法二:令h=ex-x-1,则h′=ex-1,
由于y=ex在R上单调递增,所以h′=ex-1在R上单调递增,又h′=e0-1=0,
所以当x<0时,h′<0;
当x>0时,h′>0;
所以h在上单调递减,在上单调递增,
故h≥h=0,则ex≥x+1,当且仅当x=0时,等号成立,
因为f(x)=a-x=aex+a2-x=ex+ln a+a2-x≥x+ln a+1+a2-x,
当且仅当x+ln a=0,即x=-ln a时,等号成立,
所以要证f(x)>2ln a+,即证x+ln a+1+a2-x>2ln a+,即证a2--ln a>0,
令g=a2--ln a,
则g′=2a-=,
令g′<0,则0<a<;
令g′>0,则a>.
所以g在上单调递减,在上单调递增,
所以gmin=g=2--ln=ln>0,则g>0恒成立,
所以当a>0时,f(x)>2ln a+恒成立,证毕.
17.解析 (1)f′(x)=a-
=a-=a-,
令cos2x=t,则t∈(0,1),
则f′(x)=g(t)=a-=,
当a=8时,
f′(x)=g(t)==,
当t∈,即x∈时,f′(x)<0.
当t∈,即x∈时,f′(x)>0.
所以f(x)在上单调递增,在上单调递减.
(2)设g(x)=f(x)-sin 2x,
g′(x)=f′(x)-2cos 2x=g(t)-2=-2(2t-1)=a+2-4t+-,
设φ(t)=a+2-4t+-,
φ′(t)=-4-+==->0,
所以φ(t)<φ(1)=a-3.
若a∈(-∞,3],g′(x)=φ(t)<a-3≤0,
即g(x)在上单调递减,
所以g(x)<g(0)=0.
所以当a∈(-∞,3],f(x)<sin 2x,符合题意.
若a∈(3,+∞),
当t→0,-=-32+→-∞,
所以φ(t)→-∞.φ(1)=a-3>0.
所以∃t0∈(0,1),使得φ=0,
即∃x0∈,使得g′=0.
当t∈时,φ(t)>0,即当x∈时,g′(x)>0,g(x)单调递增.
所以当x∈,g(x)>g(0)=0,不合题意.
综上,a的取值范围为(-∞,3].
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