专题3 导数及其应用 考点8 导数的综合应用 题组1-【区块练】2021-2025年五年高考真题分类汇编数学

2025-10-30
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山东育博苑文化传媒有限公司
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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 -
年级 高三
章节 -
类型 题集-试题汇编
知识点 导数及其应用
使用场景 高考复习-真题
学年 2025-2026
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 ZIP
文件大小 281 KB
发布时间 2025-10-30
更新时间 2025-10-30
作者 山东育博苑文化传媒有限公司
品牌系列 区块练·高考真题分类汇编
审核时间 2025-10-30
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来源 学科网

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. ( 1 ) 学科网(北京)股份有限公司 $ 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]. ( 1 ) 学科网(北京)股份有限公司 $

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专题3 导数及其应用 考点8 导数的综合应用 题组1-【区块练】2021-2025年五年高考真题分类汇编数学
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