2017-2018学年高中数学第三章导数及其应用阶段质量检测B卷(含解析)

  • 格式:doc
  • 大小:169.02 KB
  • 文档页数:10

第三章 导数及其应用(时间120分钟,满分150分)一、选择题(本题共12小题,每小题5分,共60分) 1.下列求导运算正确的是( ) A.⎝ ⎛⎭⎪⎫x +1x ′=1+1x2B .(log 2x )′=1x ln 2C .(3x)′=3xlog 3e D .(x 2cos x )′=-2x sin x解析:选B A 中⎝ ⎛⎭⎪⎫x +1x ′=1-1x2;B 正确;C 中(3x )′=3x ln 3;D 中(x 2cos x )′=2x cosx -x 2sin x .2.函数f (x )=4x -13x 3的单调递增区间是( )A .(-∞,-2)B .(2,+∞)C .(-∞,-2)和(2,+∞)D .(-2,2)解析:选D f ′(x )=4-x 2,令f ′(x )>0得-2<x <2,即f (x )的单调递增区间是(-2,2). 3.若函数f (x )=log a x 的图象与直线y =13x 相切,则a 的值为( )A .e e 2B .e 3eC.5e e D .e e 4解析:选B 设切点(x 0,y 0),因为f ′(x 0)=1x 0ln a,根据题意有⎩⎪⎨⎪⎧y 0=13x 0,y 0=log a x 0,13=1x 0ln a ,解得x 0=e ,a =e 3e.4.若a >0,b >0,且函数ƒ(x )=4x 3-ax 2-2bx +2在x =1处有极值,则ab 的最大值等于( )A .2B .3C .6D .9解析:选D 函数的导数为f ′(x )=12x 2-2ax -2b ,由函数f (x ) 在x =1处有极值,可知函数f (x )在x =1处的导数值为零,12-2a -2b =0,所以a +b =6,由题意知a ,b 都是正实数, 所以ab ≤⎝ ⎛⎭⎪⎫a +b 22=⎝ ⎛⎭⎪⎫622=9,当且仅当a =b =3时取到等号.5.如图所示是函数f (x )=x 3+bx 2+cx +d 的大致图象,则x 21+x 22等于( ) A.89 B.109 C.169 D.54解析:选C 函数f (x )=(x +1)·x ·(x -2)=x 3-x 2-2x ,所以f ′(x )=3x 2-2x -2.而x 1,x 2是方程f ′(x )=0的两根.x 21+x 22=(x 1+x 2)2-2x 1x 2=⎝ ⎛⎭⎪⎫232-2×⎝ ⎛⎭⎪⎫-23=169.6.定义在R 上的函数f (x )的图象如图所示,则关于x 的不等式xf ′(x )<0的解集为( )A .(-2,-1)∪(1,2)B .(-1,0)∪(1,+∞)C .(-∞,-1)∪(0,1)D .(-∞,-2)∪(2,+∞)解析:选C 由图知xf ′(x )<0等价于⎩⎪⎨⎪⎧x >0,f x ,或⎩⎪⎨⎪⎧x <0,f x ,则⎩⎪⎨⎪⎧x >0,0<x <1,或⎩⎪⎨⎪⎧x <0,x <-1,即0<x <1或x <-1.7.函数f (x )=x +2cos x 在区间⎣⎢⎡⎦⎥⎤-π2,0上的最小值是( )A .-π2 B .2C.π6+ 3 D.π3+1 解析:选A f ′(x )=1-2sin x .∵x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤-π2,0, ∴sin x ∈[-1,0],∴-2sin x ∈[0,2].∴f ′(x )=1-2sin x >0在⎣⎢⎡⎦⎥⎤-π2,0上恒成立,∴f (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤-π2,0上单调递增.∴f (x )min =-π2+2cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫-π2=-π2.8.若f (x )=x 2-2x -4ln x ,则f ′(x )>0的解集为( ) A .(0,+∞) B.(-1,0)∪(2,+∞) C .(2,+∞) D.(-1,0) 解析:选C 令f ′(x )=2x -2-4x=x -x +x>0,利用数轴标根法可解得-1<x <0或x >2,又x >0,所以x >2.故选C.9.函数f (x )=x 2+2m ln x (m <0)的单调递减区间为( ) A .(0,+∞) B .(0,-m ) C .(-m ,+∞)D .(0,-m )∪(-m ,+∞)解析:选B 由条件知函数f (x )的定义域为(0,+∞). 因为m <0,则f ′(x )=x +-mx --mx.当x 变化时,f ′(x ),f (x )的变化情况如下表:10.函数f (x )=ax 3+bx 2+cx +d 的图象如图,则函数y =ax 2+32bx +c 3的单调递增区间是( )A .(-∞,-2] B.⎣⎢⎡⎭⎪⎫12,+∞C .[-2,3] D.⎣⎢⎡⎭⎪⎫98,+∞ 解析:选D 由题图可知d =0.不妨取a =1,∵f (x )=x 3+bx 2+cx ,∴f ′(x )=3x 2+2bx +c .由图可知f ′(-2)=0,f ′(3)=0,∴12-4b +c =0,27+6b +c =0,∴b =-32,c =-18.∴y =x 2-94x -6,y ′=2x -94. 当x >98时,y ′>0,∴y =x 2-94x -6的单调递增区间为⎣⎢⎡⎭⎪⎫98,+∞.故选D.11.已知f (x )的定义域为(0,+∞),f ′(x )为f (x )的导函数,且满足f (x )<-xf ′(x ),则不等式f (x +1)>(x -1)f (x 2-1)的解集是( )A .(0,1)B .(1,+∞)C .(1,2)D .(2,+∞)解析:选D 令g (x )=xf (x ),则g ′(x )=f (x )+xf ′(x ),因为f (x )<-xf ′(x ),所以g ′(x )<0,即函数g (x )=xf (x )在(0,+∞)上单调递减,由f (x +1)>(x -1)f (x 2-1)得(x +1)f (x +1)>(x 2-1)f (x 2-1),即g (x +1)>g (x 2-1),所以x +1<x 2-1,又因为f (x )的定义域为(0,+∞),所以解得x >2.12.已知函数f (x )=a ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -1x -2ln x ,g (x )=-a x,若至少存在一个x 0∈[1,e],使得f (x 0)>g (x 0)成立,则实数a 的取值范围为( )A .[1,+∞) B.(1,+∞) C .[0,+∞) D.(0,+∞)解析:选D 设h (x )=f (x )-g (x )=ax -2ln x ,则h ′(x )=a -2x.若a ≤0,h (x )在[1,e]上的最大值为h (1)=a ≤0,∴不存在x 0∈[1,e],使得h (x 0)>0,即f (x 0)>g (x 0)成立;若a >0,则由h (1)=a >0知,总存在x 0=1使得f (x 0)>g (x 0)成立.故实数a 的范围为(0,+∞).二、填空题(本题共4小题,每小题5分,共20分)13.设函数f (x )=x (e x+1)+12x 2,则函数f (x )的单调增区间为________.解析:因为f (x )=x (e x+1)+12x 2,所以f ′(x )=e x +1+x e x +x =(e x+1)(x +1). 令f ′(x )>0,即(e x+1)(x +1)>0,解得x >-1. 所以函数f (x )的单调增区间为(-1,+∞). 答案:(-1,+∞)14.若曲线y =e -x上点P 处的切线平行于直线2x +y +1=0,则点P 的坐标是________. 解析:由题意有y ′=-e -x,设P (m ,n ),直线2x +y +1=0的斜率为-2,则由题意得-e -m=-2,解得m =-ln 2,所以n =e-(-ln 2)=2.答案:(-ln 2,2)15.若曲线f (x )=ax 3+ln x 存在垂直于y 轴的切线,则实数a 的取值范围是________. 解析:f ′(x )=3ax 2+1x (x >0),若曲线存在垂直于y 轴的切线,则方程3ax 2+1x=0在(0,+∞)内有解.所以a ≠0,且a =-13x3,此时a <0,即a 的取值范围为(-∞,0).答案:(-∞,0)16.(全国丙卷)已知f (x )为偶函数,当x ≤0时,f (x )=e -x -1-x ,则曲线y =f (x )在点(1,2)处的切线方程是________.解析:设x >0,则-x <0,f (-x )=e x -1+x .∵f (x )为偶函数,∴f (-x )=f (x ), ∴f (x )=ex -1+x .∵当x >0时,f ′(x )=e x -1+1,∴f ′(1)=e1-1+1=1+1=2.∴曲线y =f (x )在点(1,2)处的切线方程为y -2=2(x -1),即2x -y =0. 答案:2x -y =0三、解答题(本题共6小题,共70分.解答时应写出文字说明、证明过程或演算步骤) 17.(本小题满分10分)已知函数f (x )=ax -6x 2+b的图象在点(-1,f (-1))处的切线方程为x +2y +5=0,求y =f (x )的解析式.解:由已知:-1+2f (-1)+5=0, ∴f (-1)=-2, 即切点为(-1,-2).又f ′(x )=ax -x 2+b -ax -x 2+bx 2+b 2=-ax 2+12x +ab x 2+b 2,∴⎩⎪⎨⎪⎧-a -61+b =-2,-a -12+ab +b 2=-12,解得:⎩⎪⎨⎪⎧a =2,b =3,∴f (x )=2x -6x 2+3.18.(本小题满分12分)已知函数f (x )=-12x 2+2x -a e x.(1)若a =1,求f (x )在x =1处的切线方程; (2)若f (x )在R 上是增函数,求实数a 的取值范围.解:(1)当a =1时,f (x )=-12x 2+2x -e x,则f (1)=-12×12+2×1-e =32-e ,f ′(x )=-x +2-e x ,f ′(1)=-1+2-e =1-e ,故曲线y =f (x )在x =1处的切线方程为y -⎝ ⎛⎭⎪⎫32-e =(1-e)(x -1),即y =(1-e)x +12.(2)∵f (x )在R 上是增函数,∴f ′(x )≥0在R 上恒成立,∵f (x )=-12x 2+2x -a e x,∴f ′(x )=-x +2-a e x ,于是有不等式-x +2-a e x≥0在R 上恒成立,即a ≤2-xex 在R 上恒成立,令g (x )=2-x e x ,则g ′(x )=x -3ex ,令g ′(x )=0,解得x =3,列表如下:单调递减单调递增故函数即g (x )min =-1e 3,所以a ≤-1e 3,即实数a 的取值范围是⎝⎛⎦⎥⎤-∞,-1e 3.19.(本小题满分12分)已知函数f (x )=2ax -32x 2-3ln x ,其中a ∈R ,为常数.(1)若f (x )在x ∈[1,+∞)上是减函数,求实数a 的取值范围; (2)若x =3是f (x )的极值点,求f (x )在x ∈[1,a ]上的最大值.解:f ′(x )=2a -3x -3x =-3x 2+2ax -3x.(1)由题意知f ′(x )≤0对x ∈[1,+∞)恒成立, 即-3x 2+2ax -3x≤0,又x >0,所以-3x 2+2ax -3≤0恒成立,即3⎝⎛⎭⎪⎫x +1x ≥2a 恒成立,6≥2a ,所以a ≤3.∴a 的取值范围为(-∞,3]. (2)依题意f ′(3)=0, 即-3×32+2a ×3-33=0,解得a =5,此时f ′(x )=-3x 2+10x -3x=-x -3x -x,易知x ∈[1,3]时f ′(x )≥0,原函数递增,x ∈[3,5]时,f ′(x )≤0,原函数递减, 所以最大值为f (3)=332-3ln 3.20.(本小题满分12分)两县城A 和B 相距20 km ,现计划在两县城外以AB 为直径的半圆弧AB 上选择一点C 建造垃圾处理厂,其对城市的影响度与所选地点到城市的距离有关,对城A 和城B 的总影响度为对城A 与对城B 的影响度之和.记C 点到城A 的距离为x km ,建在C 处的垃圾处理厂对城A 和城B 的总影响度为y .统计调查表明:垃圾处理厂对城A 的影响度与所选地点到城A 的距离的平方成反比,比例系数为4;对城B 的影响度与所选地点到城B 的距离的平方成反比,比例系数为k .当垃圾处理厂建在弧AB 的中点时,对城A 和城B 的总影响度为0.065.(1)将y 表示成x 的函数;(2)讨论(1)中函数的单调性,并判断弧AB 上是否存在一点,使建在此处的垃圾处理厂对城A 和城B 的总影响度最小?若存在,求出该点到城A 的距离;若不存在,请说明理由.解:(1)根据题意∠ACB =90°,AC =x km ,BC =400-x 2 km ,且建在C 处的垃圾处理厂对城A 的影响度为4x 2,对城B 的影响度为k400-x 2,因此,总影响度y =4x 2+k400-x 2(0<x <20).又因为垃圾处理厂建在弧AB 的中点时,对城A 和城B 的总影响度为0.065, 则有4102+1022+k400-102+1022=0.065,解得k =9,所以y =4x2+9400-x2(0<x <20). (2)因为y ′=-8x3+18x-x22=18x 4--x 22x 3-x22=x 2+x 2-x 2-x22.由y ′=0解得x =410或=-410(舍去), 易知410∈(0,20).y ,y ′随x 的变化情况如下表:由表可知,最小值=y |x =410=116. ∴当x =410时,y 最小,故在AB 上存在C 点,使得建在此处的垃圾处理厂对城A 和城B 的总影响度最小,该点与城A 的距离x =410 km.21.(本小题满分12分)(北京高考)设函数f (x )=x 22-k ln x ,k >0.(1)求f (x )的单调区间和极值;(2)证明:若f (x )存在零点,则f (x )在区间(1, e ]上仅有一个零点. 解:(1)由f (x )=x 22-k ln x (k >0),得x >0且f ′(x )=x -k x =x 2-kx.由f ′(x )=0,解得x =k (负值舍去).f (x )与f ′(x )在区间(0,+∞)上的情况如下:k-ln k2所以,f (x )在x =k 处取得极小值f (k )=k-ln k2.(2)证明:由(1)知,f (x )在区间(0,+∞)上的最小值为f (k )=k-ln k2.因为f (x )存在零点,所以k-ln k2≤0,从而k ≥e.当k =e 时,f (x )在区间(1,e)上单调递减,且f (e)=0, 所以x =e 是f (x )在区间(1, e ]上的唯一零点.当k >e 时,f (x )在区间(1, e ]上单调递减,且f (1)=12>0,f (e)=e -k2<0,所以f (x )在区间(1, e ]上仅有一个零点.综上可知,若f (x )存在零点,则f (x )在区间(1, e ]上仅有一个零点. 22.(本小题满分12分)设函数f (x )=(x -1)2+b ln x ,其中b 为常数. (1)当b >12时,判断函数f (x )在定义域上的单调性;(2)若函数f (x )有极值点,求b 的取值范围及f (x )的极值点. 解:(1)由题意知,f (x )的定义域为(0,+∞),f ′(x )=2x -2+b x=2x 2-2x +b x=2⎝ ⎛⎭⎪⎫x -122+b -12x(x >0),∴当b >12时,f ′(x )>0,函数f (x )在定义域(0,+∞)上单调递增.(2)①由(1)得,当b ≥12时,f ′(x )≥0,函数f (x )无极值点.②当b <12时,f ′(x )=0有两个不同解,x 1=12-1-2b 2,x 2=12+1-2b2,所以(ⅰ)b ≤0时,x 1=12-1-2b2≤0∉(0,+∞),舍去,而x 2=12+1-2b 2≥1∈(0,+∞),此时f ′(x ),f (x )随x 在定义域上的变化情况如下表:单调递减单调递增(ⅱ)当0<b <12时,0<x 1<x 2<1,此时,f ′(x ),f (x )随x 的变化情况如下表:单调递增单调递减单调递增1-2b2. 综上所述:当b ≤0时,f (x )有惟一极小值点x =12+1-2b2;当0<b <12时,f (x )有一个极大值点x =12-1-2b 2和一个极小值点x =12+1-2b2.。