高考数学总复习导数及其应用
- 格式:pdf
- 大小:18.27 MB
- 文档页数:52
高考数学导数及其应用知识点数学导数及其应用知识点一函数的单调性在a,b内可导函数fx,f′x在a,b任意子区间内都不恒等于0.f′x≥0?fx在a,b上为增函数.f′x≤0?fx在a,b上为减函数.1、f′x>0与fx为增函数的关系:f′x>0能推出fx为增函数,但反之不一定.如函数fx=x3在-∞,+∞上单调递增,但f′x≥0,所以f′x>0是fx为增函数的充分不必要条件.2、可导函数的极值点必须是导数为0的点,但导数为0的点不一定是极值点,即f′x0=0是可导函数fx在x=x0处取得极值的必要不充分条件.例如函数y=x3在x=0处有y′|x=0=0,但x=0不是极值点.此外,函数不可导的点也可能是函数的极值点.3、可导函数的极值表示函数在一点附近的情况,是在局部对函数值的比较;函数的最值是表示函数在一个区间上的情况,是对函数在整个区间上的函数值的比较.数学导数及其应用知识点二函数的极值1、函数的极小值:函数y=fx在点x=a的函数值fa比它在点x=a附近其它点的函数值都小,f′a=0,而且在点x=a附近的左侧f′x<0,右侧f′x>0,则点a叫做函数y=fx的极小值点,fa叫做函数y=fx的极小值.2、函数的极大值:函数y=fx在点x=b的函数值fb比它在点x=b附近的其他点的函数值都大,f′b=0,而且在点x=b附近的左侧f′x>0,右侧f′x<0,则点b叫做函数y=fx的极大值点,fb叫做函数y=fx的极大值.极小值点,极大值点统称为极值点,极大值和极小值统称为极值.数学导数及其应用知识点三函数的最值1、在闭区间[a,b]上连续的函数fx在[a,b]上必有最大值与最小值.2、若函数fx在[a,b]上单调递增,则fa为函数的最小值,fb为函数的最大值;若函数fx在[a,b]上单调递减,则fa为函数的最大值,fb为函数的最小值.数学导数及其应用知识点四求可导函数单调区间的一般步骤和方法1、确定函数fx的定义域;2、求f′x,令f′x=0,求出它在定义域内的一切实数根;3、把函数fx的间断点即fx的无定义点的横坐标和上面的各实数根按由小到大的顺序排列起来,然后用这些点把函数fx的定义区间分成若干个小区间;4、确定f′x在各个开区间内的符号,根据f′x的符号判定函数fx在每个相应小开区间内的增减性.数学导数及其应用知识点五函数极值的步骤1、确定函数的定义域;2、求方程f′x=0的根;3、用方程f′x=0的根顺次将函数的定义域分成若干个小开区间,并形成表格;4、由f′x=0根的两侧导数的符号来判断f′x在这个根处取极值的情况.六、求函数fx在[a,b]上的最大值和最小值的步骤1、求函数在a,b内的极值;2、求函数在区间端点的函数值fa,fb;3、将函数fx的各极值与fa,fb比较,其中最大的一个为最大值,最小的一个为最小值.感谢您的阅读,祝您生活愉快。
2024年高考数学总复习第三章《导数及其应用》测试卷及答案解析(时间:120分钟满分:150分)一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分)1.已知曲线y=f(x)在x=5处的切线方程是y=-x+5,则f(5)与f′(5)分别为() A.5,-1B.-1,5C.-1,0D.0,-1答案D解析由题意可得f(5)=-5+5=0,f′(5)=-1,故选D.2.已知函数f(x)=x sin x+ax,且f1,则a等于()A.0B.1C.2D.4答案A解析∵f′(x)=sin x+x cos x+a,且f1,∴sin π2+π2cosπ2+a=1,即a=0.3.若曲线y=mx+ln x在点(1,m)处的切线垂直于y轴,则实数m等于() A.-1B.0C.1D.2答案A解析f(x)的导数为f′(x)=m+1x,曲线y=f(x)在点(1,m)处的切线斜率为k=m+1=0,可得m=-1.故选A.4.已知f1(x)=sin x+cos x,f n+1(x)是f n(x)的导函数,即f2(x)=f1′(x),f3(x)=f2′(x),…,f n+1(x)=f n′(x),n∈N*,则f2020(x)等于()A.-sin x-cos x B.sin x-cos xC.-sin x+cos x D.sin x+cos x答案B解析∵f1(x)=sin x+cos x,∴f2(x)=f1′(x)=cos x-sin x,∴f3(x)=f2′(x)=-sin x-cos x,∴f4(x)=f3′(x)=-cos x+sin x,∴f5(x)=f4′(x)=sin x+cos x=f1(x),∴f n(x)是以4为周期的函数,∴f2020(x)=f4(x)=sin x-cos x,故选B.5.已知函数f(x)的导函数为f′(x),且满足f(x)=2xf′(e)+ln x(其中e为自然对数的底数),则f′(e)等于()A .1B .-1C .-eD .-e -1答案D解析已知f (x )=2xf ′(e)+ln x ,其导数f ′(x )=2f ′(e)+1x,令x =e ,可得f ′(e)=2f ′(e)+1e ,变形可得f ′(e)=-1e ,故选D.6.函数y =12x 2-ln x 的单调递减区间为()A .(-1,1]B .(0,1]C .[1,+∞)D .(0,+∞)答案B解析由题意知,函数的定义域为(0,+∞),又由y ′=x -1x≤0,解得0<x ≤1,所以函数的单调递减区间为(0,1].7.(2019·沈阳东北育才学校模拟)已知定义在(0,+∞)上的函数f (x )=x 2+m ,g (x )=6ln x -4x ,设两曲线y =f (x )与y =g (x )在公共点处的切线相同,则m 值等于()A .5B .3C .-3D .-5答案D解析f ′(x )=2x ,g ′(x )=6x -4,令2x =6x-4,解得x =1,这就是切点的横坐标,代入g (x )求得切点的纵坐标为-4,将(1,-4)代入f (x )得1+m =-4,m =-5.故选D.8.(2019·新乡模拟)若函数f (x )=a e x +sin x 在-π2,0上单调递增,则a 的取值范围为()B .[-1,1]C .[-1,+∞)D .[0,+∞)答案D解析依题意得,f ′(x )=a e x +cos x ≥0,即a ≥-cos xe x 对x ∈-π2,0恒成立,设g (x )=-cos xe x ,x ∈-π2,0,g ′(x )g ′(x )=0,则x =-π4,当x ∈-π2,-g ′(x )<0;当x -π4,0时,g ′(x )>0,故g (x )max =g (0,则a ≥0.故选D.9.(2019·河北衡水中学调研)如图所示,某几何体由底面半径和高均为5的圆柱与半径为5的半球面对接而成,该封闭几何体内部放入一个小圆柱体,且小圆柱体的上下底面均与外层圆柱的底面平行,则小圆柱体积的最大值为()A.2000π9B.4000π27C .81πD .128π答案B解析小圆柱的高分为上下两部分,上部分同大圆柱一样为5,下部分深入底部半球内设为h (0<h <5),小圆柱的底面半径设为r (0<r <5),由于r ,h 和球的半径5满足勾股定理,即r 2+h 2=52,所以小圆柱体积V =πr 2(h +5)=π(25-h 2)(h +5)(0<h <5),求导V ′=-π(3h -5)·(h +5),当0<h ≤53时,体积V 单调递增,当53<h <5时,体积V 单调递减.所以当h =53时,小圆柱体积取得最大值,V max ==4000π27,故选B.10.(2019·凉山诊断)若对任意的0<x 1<x 2<a 都有x 2ln x 1-x 1ln x 2<x 1-x 2成立,则a 的最大值为()A.12B .1C .eD .2e答案B解析原不等式可转化为1+ln x 1x 1<1+ln x 2x 2,构造函数f (x )=1+ln x x ,f ′(x )=-ln xx2,故函数在(0,1)上导数大于零,单调递增,在(1,+∞)上导数小于零,单调递减.由于x 1<x 2且f (x 1)<f (x 2),故x 1,x 2在区间(0,1)上,故a 的最大值为1,故选B.11.(2019·洛阳、许昌质检)设函数y =f (x ),x ∈R 的导函数为f ′(x ),且f (x )=f (-x ),f ′(x )<f (x ),则下列不等式成立的是(注:e 为自然对数的底数)()A .f (0)<e -1f (1)<e 2f (2)B .e -1f (1)<f (0)<e 2f (2)C .e 2f (2)<e -1f (1)<f (0)D .e 2f (2)<f (0)<e -1f (1)答案B解析设g (x )=e -x f (x ),∴g ′(x )=-e -x f (x )+e -x f ′(x )=e -x (f ′(x )-f (x )),∵f ′(x )<f (x ),∴g ′(x )<0,∴g (x )为减函数.∵g (0)=e 0f (0)=f (0),g (1)=e -1f (1),g (-2)=e 2f (-2)=e 2f (2),且g (-2)>g (0)>g (1),∴e -1f (1)<f (0)<e 2f (2),故选B.12.(2019·廊坊省级示范高中联考)已知函数f (x )=-13x 3-12x 2+ax -b 的图象在x =0处的切线方程为2x -y -a =0,若关于x 的方程f (x 2)=m 有四个不同的实数解,则m 的取值范围为()A.-323,-B.-2-323,-2答案D解析由函数f (x )=-13x 3-12x 2+ax -b ,可得f ′(x )=-x 2-x +a ,则f (0)=-b =-a ,f ′(0)=a =2,则b =2,即f (x )=-13x 3-12x 2+2x -2,f ′(x )=-x 2-x +2=-(x -1)(x +2),所以函数f (x )在(-2,1)上单调递增,在(-∞,-2),(1,+∞)上单调递减,又由关于x 的方程f (x 2)=m 有四个不同的实数解,等价于函数f (x )的图象与直线y =m 在x ∈(0,+∞),上有两个交点,又f (0)=-2,f (1)=-56,所以-2<m <-56,故选D.二、填空题(本大题共4小题,每小题5分,共20分)13.(2019·陕西四校联考)已知函数f (x )=ln x +2x 2-4x ,则函数f (x )的图象在x =1处的切线方程为________________.答案x -y -3=0解析∵f (x )=ln x +2x 2-4x ,∴f ′(x )=1x +4x -4,∴f ′(1)=1,又f (1)=-2,∴所求切线方程为y -(-2)=x -1,即x -y -3=0.14.已知函数f (x )=(x -a )ln x (a ∈R ),若函数f (x )存在三个单调区间,则实数a 的取值范围是________.答案-1e2,解析f ′(x )=ln x +1x (x -a )=ln x +1-ax,函数f (x )=(x -a )ln x (a ∈R ),若函数f (x )存在三个单调区间,则f ′(x )有两个变号零点,即f ′(x )=0有两个不等实根,即a =x (ln x +1)有两个不等实根,转化为y =a 与y =x (ln x +1)的图象有两个不同的交点.令g (x )=x (ln x +1),则g ′(x )=ln x +2,令ln x +2=0,则x =1e 2,即g (x )=x (ln x +1)[g (x )]min =-1e 2,当x →0时,g (x )→0,当x →+∞时,f (x )→+∞,所以结合f (x )的图象(图略)可知a -1e 2,15.(2019·山师大附中模拟)已知函数f (x )=x 3-2x +e x -1e x ,其中e 是自然对数的底数,f (a -1)+f (2a 2)≤0,则实数a 的取值范围是________.答案-1,12解析由函数f (x )=x 3-2x +e x -1e x f ′(x )=3x 2-2+e x +1e x ≥-2+e x +1ex ≥-2+2e x ·1e x=0,当且仅当x =0时等号成立,可得f (x )在R 上递增,又f (-x )+f (x )=(-x )3+2x +e -x -e x +x 3-2x +e x -1e x 0,可得f (x )为奇函数,则f (a -1)+f (2a 2)≤0,即有f (2a 2)≤0-f (a -1)=f (1-a ),即有2a 2≤1-a ,解得-1≤a ≤12.16.(2019·湖北黄冈中学、华师附中等八校联考)定义在R 上的函数f (x )满足f (-x )=f (x ),且对任意的不相等的实数x 1,x 2∈[0,+∞)有f (x 1)-f (x 2)x 1-x 2<0成立,若关于x 的不等式f (2mx -ln x-3)≥2f (3)-f (-2mx +ln x +3)在x ∈[1,3]上恒成立,则实数m 的取值范围是______________.答案12e ,1+ln 36解析∵函数f (x )满足f (-x )=f (x ),∴函数f (x )为偶函数.又f (2mx -ln x -3)≥2f (3)-f (-2mx +ln x +3)=2f (3)-f (2mx -ln x -3),∴f (2mx -ln x -3)≥f (3).由题意可得函数f (x )在(-∞,0)上单调递增,在[0,+∞)上单调递减.∴|2mx -ln x -3|≤3对x ∈[1,3]恒成立,∴-3≤2mx -ln x -3≤3对x ∈[1,3]恒成立,即ln x2x ≤m ≤ln x +62x对x ∈[1,3]恒成立.令g (x )=ln x2x ,x ∈[1,3],则g ′(x )=1-ln x 2x 2∴g (x )在[1,e ]上单调递增,在(e,3]上单调递减,∴g (x )max =g (e)=12e .令h (x )=ln x +62x ,x ∈[1,3],则h ′(x )=-5-ln x2x 2<0,∴h (x )在[1,3]上单调递减,∴h (x )min =h (3)=6+ln 36=1+ln 36.综上可得实数m 的取值范围为12e ,1+ln 36.三、解答题(本大题共70分)17.(10分)(2019·辽宁重点高中联考)已知函数f (x )=x 3+mx 2-m 2x +1(m 为常数,且m >0)有极大值9.(1)求m 的值;(2)若斜率为-5的直线是曲线y =f (x )的切线,求此直线方程.解(1)f ′(x )=3x 2+2mx -m 2=(x +m )(3x -m )=0,令f ′(x )=0,则x =-m 或x =13m ,当x 变化时,f ′(x )与f (x )的变化情况如下表:f ′(x )+0-0+f (x )增极大值减极小值增从而可知,当x =-m 时,函数f (x )取得极大值9,即f (-m )=-m 3+m 3+m 3+1=9,∴m =2.(2)由(1)知,f (x )=x 3+2x 2-4x +1,依题意知f ′(x )=3x 2+4x -4=-5,∴x =-1或x =-13,又f (-1)=6,=6827,所以切线方程为y -6=-5(x +1)或y -6827=-即5x +y -1=0或135x +27y -23=0.18.(12分)(2019·成都七中诊断)已知函数f (x )=x sin x +2cos x +ax +2,其中a 为常数.(1)若曲线y =f (x )在x =π2处的切线斜率为-2,求该切线的方程;(2)求函数f (x )在x ∈[0,π]上的最小值.解(1)求导得f ′(x )=x cos x -sin x +a ,由f a -1=-2,解得a =-1.此时2,所以该切线的方程为y -2=-2x +y -2-π=0.(2)对任意x ∈[0,π],f ″(x )=-x sin x ≤0,所以f ′(x )在[0,π]内单调递减.当a ≤0时,f ′(x )≤f ′(0)=a ≤0,∴f (x )在区间[0,π]上单调递减,故f (x )min =f (π)=a π.当a ≥π时,f ′(x )≥f ′(π)=a -π≥0,∴f (x )在区间[0,π]上单调递增,故f (x )min =f (0)=4.当0<a <π时,因为f ′(0)=a >0,f ′(π)=a -π<0,且f ′(x )在区间[0,π]上单调递减,结合零点存在定理可知,存在唯一x 0∈(0,π),使得f ′(x 0)=0,且f (x )在[0,x 0]上单调递增,在[x 0,π]上单调递减.故f (x )的最小值等于f (0)=4和f (π)=a π中较小的一个值.①当4π≤a <π时,f (0)≤f (π),故f (x )的最小值为f (0)=4.②当0<a <4π时,f (π)≤f (0),故f (x )的最小值为f (π)=a π.综上所述,函数f (x )的最小值f (x )min,a ≥4π,π,a <4π.19.(12分)(2019·武汉示范高中联考)已知函数f (x )=4ln x -mx 2+1(m ∈R ).(1)若函数f (x )在点(1,f (1))处的切线与直线2x -y -1=0平行,求实数m 的值;(2)若对于任意x ∈[1,e ],f (x )≤0恒成立,求实数m 的取值范围.解(1)∵f (x )=4ln x -mx 2+1,∴f ′(x )=4x -2mx ,∴f ′(1)=4-2m ,∵函数f (x )在(1,f (1))处的切线与直线2x -y -1=0平行,∴f ′(1)=4-2m =2,∴m =1.(2)∵对于任意x ∈[1,e ],f (x )≤0恒成立,∴4ln x -mx 2+1≤0,在x ∈[1,e ]上恒成立,即对于任意x ∈[1,e ],m ≥4ln x +1x 2恒成立,令g (x )=4ln x +1x 2,x ∈[1,e ],g ′(x )=2(1-4ln x )x 3,令g ′(x )>0,得1<x <14e ,令g ′(x )<0,得14e <x <e ,当x 变化时,g ′(x ),g (x )的变化如下表:x 14(1,e )14e14(e ,e)g ′(x )+0-g (x )极大值∴函数g (x )在区间[1,e ]上的最大值g (x )max =g (14e )=141244ln e 1(e )+=2e e ,∴m ≥2ee,即实数m 的取值范围是2ee ,+20.(12分)已知函数f (x )=ln x -ax (ax +1),其中a ∈R .(1)讨论函数f (x )的单调性;(2)若函数f (x )在(0,1]内至少有1个零点,求实数a 的取值范围.解(1)依题意知,函数f (x )的定义域为(0,+∞),且f ′(x )=1x -2a 2x -a =2a 2x 2+ax -1-x =(2ax -1)(ax +1)-x,当a =0时,f (x )=ln x ,函数f (x )在(0,+∞)上单调递增;当a >0时,由f ′(x )>0,得0<x <12a,由f ′(x )<0,得x >12a,函数f (x )当a <0时,由f ′(x )>0,得0<x <-1a ,由f ′(x )<0,得x >-1a ,函数f (x )-1a,+.(2)①当a =0时,函数f (x )在(0,1]内有1个零点x 0=1;②当a >0时,由(1)知函数f (x )若12a ≥1,即0<a ≤12时,f (x )在(0,1]上单调递增,由于当x →0时,f (x )→-∞且f (1)=-a 2-a <0知,函数f (x )在(0,1]内无零点;若0<12a <1,即当a >12时,f (x )1上单调递减,要使函数f (x )在(0,1]内至少有1个零点,只需满足0,即ln 12a ≥34,又∵a >12,∴ln 12a <0,∴不等式不成立.∴f (x )在(0,1]内无零点;③当a <0时,由(1)知函数f (x )-1a,+若-1a ≥1,即-1≤a <0时,f (x )在(0,1]上单调递增,由于当x →0时,f (x )→-∞,且f (1)=-a 2-a >0,知函数f (x )在(0,1]内有1个零点;若0<-1a <1,即a <-1时,函数f (x )-1a,1上单调递减,由于当x →0时,f (x )→-∞,且当a <-1时,,知函数f (x )在(0,1]内无零点.综上可得a 的取值范围是[-1,0].21.(12分)(2019·湖北黄冈中学、华师附中等八校联考)在工业生产中,对一正三角形薄钢板(厚度不计)进行裁剪可以得到一种梯形钢板零件,现有一边长为3(单位:米)的正三角形钢板(如图),沿平行于边BC 的直线DE 将△ADE 剪去,得到所需的梯形钢板BCED ,记这个梯形钢板的周长为x (单位:米),面积为S (单位:平方米).(1)求梯形BCED 的面积S 关于它的周长x 的函数关系式;(2)若在生产中,梯形BCED 试确定这个梯形的周长x 为多少时,该零件才可以在生产中使用?解(1)∵DE ∥BC ,△ABC 是正三角形,∴△ADE 是正三角形,AD =DE =AE ,BD =CE =3-AD ,则DE +2(3-AD )+3=9-AD =x ,S =(3+AD )·(3-AD )·sin 60°2=3(12-x )(x -6)4(6<x <9),化简得S =34(-x 2+18x -72)(6<x <9).故梯形BCED 的面积S 关于它的周长x 的函数关系式为S =34(-x 2+18x -72)(6<x <9).(2)∵由(1)得S =34(-x 2+18x -72)(6<x <9),令f (x )=S x =x -72x +x <9),∴f ′(x )1令f ′(x )=0,得x =62或x =-62(舍去),f (x ),f ′(x )随x 的变化如下表:x(6,62)62(62,9)f ′(x )+0-f (x )单调递增极大值单调递减∴当x =62时,函数f (x )=S x有最大值,为f (62)=923-36.∴当x =62米时,该零件才可以在生产中使用.22.(12分)(2019·衡水中学调研)已知函数f (x )=k e x -x 2(其中k ∈R ,e 是自然对数的底数).(1)若k =2,当x ∈(0,+∞)时,试比较f (x )与2的大小;(2)若函数f (x )有两个极值点x 1,x 2(x 1<x 2),求k 的取值范围,并证明:0<f (x 1)<1.解(1)当k =2时,f (x )=2e x -x 2,则f ′(x )=2e x -2x ,令h (x )=2e x -2x ,h ′(x )=2e x -2,由于x ∈(0,+∞),故h ′(x )=2e x -2>0,于是h (x )=2e x -2x 在(0,+∞)上为增函数,所以h (x )=2e x -2x >h (0)=2>0,即f ′(x )=2e x -2x >0在(0,+∞)上恒成立,从而f (x )=2e x -x 2在(0,+∞)上为增函数,故f (x )=2e x -x 2>f (0)=2.(2)函数f (x )有两个极值点x 1,x 2,则x 1,x 2是f ′(x )=k e x -2x =0的两个根,即方程k =2x ex 有两个根,设φ(x )=2x e x ,则φ′(x )=2-2x ex ,当x <0时,φ′(x )>0,函数φ(x )单调递增且φ(x )<0;当0<x <1时,φ′(x )>0,函数φ(x )单调递增且φ(x )>0;当x >1时,φ′(x )<0,函数φ(x )单调递减且φ(x )>0.作出函数φ(x )的图象如图所示,要使方程k =2x e x 有两个根,只需0<k <φ(1)=2e,故实数k f (x )的两个极值点x 1,x 2满足0<x 1<1<x 2,由f ′(x 1)=1e x k -2x 1=0得k =112e x x ,所以f (x 1)=1e x k -x 21=112e x x 1e x -x 21=-x 21+2x 1=-(x 1-1)2+1,由于x 1∈(0,1),所以0<-(x 1-1)2+1<1,所以0<f (x 1)<1.。
第五章一元函数的导数及其应用(公式、定理、结论图表)一.导数定义:()f x 在点0x 处的导数记作xx f x x f x f x x y x ∆-∆+='=='→∆)()(lim)(|00000二.导数的几何意义函数()f x 在0x 处导数的几何意义,曲线()y f x =在点()()00,P x f x 处切线的斜率是()0k f x '=。
于是相应的切线方程是:()()000y y f x x x '-=-。
注意两种情况:1.曲线()y f x =在点()()00,P x f x 处切线:性质:()0k f x '=切线。
相应的切线方程是:()()000y y f x x x '-=-2.曲线()y f x =过点()00,P x y 处切线:先设切点,切点为(,)Q a b ,则斜率k='()f a ,切点(,)Q a b 在曲线()y f x =上,切点(,)Q a b 在切线()()00y y f a x x '-=-上,切点(,)Q a b 坐标代入方程得关于a,b 的方程组,解方程组来确定切点,最后求斜率k='()f a ,确定切线方程。
三.常见函数的导数公式:①'0C =;②'1()n n x nx -=;③'(sin )cos x x =;④'(cos )sin x x =-;⑤'()ln x x a a a =;⑥x x e e =')(;⑦'1(log )ln a x x a =;⑧xx 1)(ln '=。
四.导数的四则运算和复合函数的求导法则:(1)[()()]()()f x g x f x g x '''±=±(2))()()()(])()(['+'='x g x f x g x f x g x f (3)2)()()()()()()(x g x g x f x g x f x g x f '-'='⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛(4)'⋅'='x u u f x u f ))((五.导数的应用:1.利用导数判断函数单调性:设函数()y f x =在某个区间内可导,①'()0f x >⇒()f x 该区间内为增函数;②'()0f x <⇒()f x 该区间内为减函数;注意:当'()f x 在某个区间内个别点处为零,在其余点处为正(或负)时,()f x 在这个区间上仍是递增(或递减)的。