2012届二轮复习:1-1-4导数与积分的概念及运算、导数的应用 50张
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第一节导数的概念及运算、定积分1.导数的概念(1)函数y =f (x )在x =x 0处的导数:函数y =f (x )在x =x 0处的瞬时变化率li m Δx →0 ΔyΔx=li mΔx →0 f (x 0+Δx )-f (x 0)Δx ❶为函数y =f (x )在x =x 0处的导数,记作f ′(x 0)或y ′x =x 0,即f ′(x 0)=li mΔx →0 ΔyΔx =li m Δx →0 f (x 0+Δx )-f (x 0)Δx.函数y =f (x )的导数f ′(x )反映了函数f (x )的瞬时变化趋势,其正负号反映了变化的方向,其大小|f ′(x )|反映了变化的快慢,|f ′(x )|越大,曲线在这点处的切线越“陡”.(2)导数的几何意义:函数f (x )在x =x 0处的导数f ′(x 0)的几何意义是在曲线y =f (x )上点P (x 0,y 0)❷处的切线的斜率(瞬时速度就是位移函数s (t )对时间t 的导数).相应地,切线方程为y -y 0=f ′(x 0)(x -x 0).❷曲线y =f (x )在点P (x 0,y 0)处的切线是指P 为切点,斜率为k =f ′(x 0)的切线,是唯一的一条切线.(3)函数f (x )的导函数:称函数f ′(x )=li mΔx →0 f (x +Δx )-f (x )Δx为f (x )的导函数.(4)f ′(x )是一个函数,f ′(x 0)是函数f ′(x )在x 0处的函数值(常数),[f ′(x 0)]′=0. 2.基本初等函数的导数公式3.(1)[f (x )±g (x )]′=f ′(x )±g ′(x ); (2)[f (x )·g (x )]′=f ′(x )g (x )+f (x )g ′(x );(3)⎣⎡⎦⎤f (x )g (x )′=f ′(x )g (x )-f (x )g ′(x )[g (x )]2(g (x )≠0). 4.复合函数的导数复合函数y =f (g (x ))的导数和函数y =f (u ),u =g (x )的导数间的关系为y x ′=y u ′·u x ′,即y 对x 的导数等于y 对u 的导数与u 对x 的导数的乘积.5.定积分的概念在∫b a f (x )d x 中,a ,b 分别叫做积分下限与积分上限,区间[a ,b ]叫做积分区间,f (x )叫做被积函数,x 叫做积分变量,f (x )d x 叫做被积式.6.定积分的性质(1)∫b a kf (x )d x =k ∫b a f (x )d x (k 为常数); (2)∫b a [f 1(x )±f 2(x )]d x =∫ba f 1(x )d x ±∫b a f 2(x )d x ; (3)∫b a f (x )d x =∫c a f (x )d x +∫b c f (x )d x (其中a <c <b ).❸❸求分段函数的定积分,可以先确定不同区间上的函数解析式,然后根据定积分的性质(3)进行计算.7.微积分基本定理一般地,如果f (x )是区间[a ,b ]上的连续函数,并且F ′(x )=f (x ),那么∫b a f (x )d x =F (b )-F (a ),常把F (b )-F (a )记作F (x )|b a ,即∫b a f (x )d x =F (x )|ba =F (b )-F (a ).8.定积分的几何意义❹定积分∫b a f (x )d x 的几何意义是介于x 轴、曲线y =f (x )及直线x =a ,x =b 之间的曲边梯形的面积的代数和,其值可正可负,具体来说,如图,设阴影部分的面积为S .①S =∫b a f (x )d x ;②S =-∫b a f (x )d x ;③S =∫c a f (x )d x -∫bc f (x )d x ; ④S =∫b a f (x )d x -∫b a g (x )d x =∫b a [f (x )-g (x )]d x .❹(1)定积分的几何意义是曲边梯形的面积,但要注意:面积非负,而定积分的结果可正可负.(2)当曲边梯形位于x 轴上方时,定积分的值为正;当曲边梯形位于x 轴下方时,定积分的值为负;当位于x 轴上方的曲边梯形与位于x 轴下方的曲边梯形面积相等时,定积分的值为零.[熟记常用结论]1.奇函数的导数是偶函数,偶函数的导数是奇函数,周期函数的导数还是周期函数. 2.熟记以下结论:(1)⎝⎛⎭⎫1x ′=-1x2;(2)(ln|x |)′=1x ;(3)⎣⎡⎦⎤1f (x )′=-f ′(x )[f (x )]2(f (x )≠0); (4)[af (x )±bg (x )]′=af ′(x )±bg ′(x ). 3.常见被积函数的原函数 (1)∫b a c d x =cx |b a ;(2)∫b ax nd x =x n +1n +1|b a (n ≠-1);(3)∫b a sin x d x =-cos x |b a ;(4)∫b a cos x d x =sin x |ba ;(5)∫b a 1xd x =ln|x ||b a ;(6)∫b ae x d x =e x |b a . [小题查验基础]一、判断题(对的打“√”,错的打“×”)(1)曲线的切线不一定与曲线只有一个公共点.( ) (2)因为(ln x )′=1x,所以⎝⎛⎭⎫1x ′=ln x .( ) (3)设函数y =f (x )在区间[a ,b ]上连续,则∫b a f (x )d x =∫b a f (t )d t .( )(4)定积分一定是曲边梯形的面积.( ) 答案:(1)√ (2)× (3)√ (4)× 二、选填题1.下列求导运算正确的是( ) A.⎝⎛⎭⎫x +1x ′=1+1x 2 B .(log 2x )′=1x ln 2C .(3x )′=3x log 3eD .(x 2cos x )′=-2sin x解析:选B ⎝⎛⎭⎫x +1x ′=x ′+⎝⎛⎭⎫1x ′=1-1x 2;(3x )′=3x ln 3;(x 2cos x )′=(x 2)′cos x +x 2(cos x )′=2x cos x -x 2sin x .故选B.2.如图所示为函数y =f (x ),y =g (x )的导函数的图象,那么y =f (x ),y =g (x )的图象可能是( )解析:选D 由y =f ′(x )的图象知,y =f ′(x )在(0,+∞)上单调递减,说明函数y =f (x )的切线的斜率在(0,+∞)上也单调递减,故可排除A 、C.又由图象知y =f ′(x )与y =g ′(x )的图象在x =x 0处相交,说明y =f (x )与y =g (x )的图象在x =x 0处的切线的斜率相同,故可排除B.故选D.3.已知t 是常数,若⎠⎛0t (2x -2)d x =8,则t =( )A .1B .-2C .-2或4D .4解析:选D 由⎠⎛0t (2x -2)d x =8,得(x 2-2x)|t 0=t 2-2t =8,解得t =4或t =-2(舍去).4.若f (x )=x ·e x ,则f ′(1)=________. 解析:∵f ′(x )=e x +x e x ,∴f ′(1)=2e. 答案:2e5.曲线y =1-2x +2在点(-1,-1)处的切线方程为______________________.解析:∵y ′=2(x +2)2,∴y ′|x =-1=2. 故所求切线方程为2x -y +1=0. 答案:2x -y +1=0考点一导数的运算[基础自学过关][题组练透]1.f (x )=x (2 018+ln x ),若f ′(x 0)=2 019,则x 0等于( ) A .e 2 B .1 C .ln 2D .e解析:选B f ′(x )=2 018+ln x +x ×1x =2 019+ln x ,故由f ′(x 0)=2 019,得2 019+ln x 0=2 019,则ln x 0=0,解得x 0=1.2.(2019·宜昌联考)已知f ′(x )是函数f (x )的导数,f (x )=f ′(1)·2x +x 2,则f ′(2)=( ) A.12-8ln 21-2ln 2 B.21-2ln 2 C.41-2ln 2D .-2解析:选C 因为f ′(x )=f ′(1)·2x ln 2+2x ,所以f ′(1)=f ′(1)·2ln 2+2,解得f ′(1)=21-2ln 2,所以f ′(x )=21-2ln 2·2x ln 2+2x ,所以f ′(2)=21-2ln 2×22ln 2+2×2=41-2ln 2.3.若函数f (x )=ax 4+bx 2+c 满足f ′(1)=2,则f ′(-1)=________. 解析:f ′(x )=4ax 3+2bx ,∵f ′(x )为奇函数且f ′(1)=2, ∴f ′(-1)=-2. 答案:-24.求下列函数的导数. (1)y =x 2sin x ; (2)y =ln x +1x ;(3)y =cos xe x; (4)y =x sin ⎝⎛⎭⎫2x +π2cos ⎝⎛⎭⎫2x +π2. 解:(1)y ′=(x 2)′sin x +x 2(sin x )′ =2x sin x +x 2cos x .(2)y ′=⎝⎛⎭⎫ln x +1x ′=(ln x )′+⎝⎛⎭⎫1x ′=1x -1x2. (3)y ′=⎝⎛⎭⎫cos x e x ′=(cos x )′e x-cos x (e x)′(e x )2=-sin x +cos x e x .(4)∵y =x sin ⎝⎛⎭⎫2x +π2cos ⎝⎛⎭⎫2x +π2 =12x sin(4x +π) =-12x sin 4x ,∴y ′=-12sin 4x -12x ·4cos 4x=-12sin 4x -2x cos 4x .[名师微点]1.求函数导数的总原则:先化简解析式,再求导. 2.常见形式及具体求导6种方法[提醒] 对解析式中含有导数值的函数,即解析式类似于f (x )=f ′(x 0)g (x )+h (x )(x 0为常数)的函数,解决这类问题的关键是明确f ′(x 0)是常数,其导数值为0.因此先求导数f ′(x ),令x =x 0,即可得到f ′(x 0)的值,进而得到函数解析式,求得所求导数值.考点二导数的几何意义及其应用[全析考法过关][考法全析]考法(一) 求切线方程[例1] (2018·全国卷Ⅰ)设函数f (x )=x 3+(a -1)·x 2+ax ,若f (x )为奇函数,则曲线y =f (x )在点(0,0)处的切线方程为( )A .y =-2xB .y =-xC .y =2xD .y =x[解析] 法一:∵f (x )=x 3+(a -1)x 2+ax , ∴f ′(x )=3x 2+2(a -1)x +a .又f (x )为奇函数,∴f (-x )=-f (x )恒成立,即-x 3+(a -1)x 2-ax =-x 3-(a -1)x 2-ax 恒成立, ∴a =1,∴f ′(x )=3x 2+1,∴f ′(0)=1, ∴曲线y =f (x )在点(0,0)处的切线方程为y =x . 法二:∵f (x )=x 3+(a -1)x 2+ax 为奇函数, ∴f ′(x )=3x 2+2(a -1)x +a 为偶函数, ∴a =1,即f ′(x )=3x 2+1,∴f ′(0)=1, ∴曲线y =f (x )在点(0,0)处的切线方程为y =x . [答案] D考法(二) 求切点坐标[例2] 已知函数f (x )=x ln x 在点P (x 0,f (x 0))处的切线与直线x +y =0垂直,则切点P (x 0,f (x 0))的坐标为________.[解析] ∵f (x )=x ln x ,∴f ′(x )=ln x +1,由题意得f ′(x 0)·(-1)=-1,即f ′(x 0)=1,∴ln x 0+1=1,ln x 0=0,∴x 0=1,∴f (x 0)=0,即P (1,0).[答案] (1,0)考法(三) 由曲线的切线(斜率)求参数的值(范围)[例3] (1)(2018·商丘二模)设曲线f (x )=-e x -x (e 为自然对数的底数)上任意一点处的切线为l 1,总存在曲线g (x )=3ax +2cos x 上某点处的切线l 2,使得l 1⊥l 2,则实数a 的取值范围是( )A .[-1,2]B .(3,+∞) C.⎣⎡⎦⎤-23,13 D.⎣⎡⎦⎤-13,23 (2)(2018·全国卷Ⅲ)曲线y =(ax +1)e x 在点(0,1)处的切线的斜率为-2,则a =________.[解析] (1)由f (x )=-e x -x ,得f ′(x )=-e x -1, ∵e x +1>1,∴1e x+1∈(0,1).由g (x )=3ax +2cos x ,得g ′(x )=3a -2sin x ,又-2sin x ∈[-2,2],∴3a -2sin x ∈[-2+3a ,2+3a ].要使过曲线f (x )=-e x -x 上任意一点的切线l 1,总存在过曲线g (x )=3ax +2cos x 上某点处的切线l 2,使得l 1⊥l 2,则⎩⎪⎨⎪⎧-2+3a ≤0,2+3a ≥1,解得-13≤a ≤23.(2)∵y ′=(ax +a +1)e x , ∴当x =0时,y ′=a +1, ∴a +1=-2,解得a =-3. [答案] (1)D (2)-3考法(四) 两曲线的公切线问题[例4] 已知曲线f (x )=x 3+ax +14在x =0处的切线与曲线g (x )=-ln x 相切,则a 的值为________.[解析] 由f (x )=x 3+ax +14,得f ′(x )=3x 2+a .∵f ′(0)=a ,f (0)=14,∴曲线y =f (x )在x =0处的切线方程为y -14=ax .设直线y -14=ax 与曲线g (x )=-ln x 相切于点(x 0,-ln x 0),g ′(x )=-1x ,∴⎩⎪⎨⎪⎧-ln x 0-14=ax 0, ①a =-1x, ②将②代入①得ln x 0=34,∴x 0=e 34,∴a =-1e 34=-e -34.[答案] -e -34[规律探求]1.[口诀第1、2句]曲线y =x -1x +1在点(0,-1)处的切线与两坐标轴围成的封闭图形的面积为( )A.18B.14C.12 D .1 解析:选B 因为y ′=2(x +1)2,所以y ′x =0=2,所以曲线在点(0,-1)处的切线方程为y +1=2x ,即y =2x -1,与两坐标轴的交点坐标分别为(0,-1),⎝⎛⎭⎫12,0,所以与两坐标轴围成的三角形的面积S =12×|-1|×12=14.2.[口诀第3、4句]已知直线2x -y +1=0与曲线y =a e x +x 相切(其中e 为自然对数的底数),则实数a 的值为________.解析:由题意知y ′=a e x +1=2,则a >0,x =-ln a ,代入曲线方程得y =1-ln a ,所以切线方程为y -(1-ln a )=2(x +ln a ),即y =2x +ln a +1=2x +1⇒a =1.答案:13.[口诀第3、4句]若一直线与曲线y =ln x 和曲线x 2=ay (a >0)相切于同一点P ,则a 的值为________.解析:设切点P (x 0,y 0),则由y =ln x ,得y ′=1x ,由x 2=ay ,得y ′=2a x ,则有⎩⎪⎨⎪⎧1x 0=2a x 0,y 0=ln x 0,x 2=ay 0,解得a =2e.答案:2e考点三定积分的运算及应用[基础自学过关][题组练透]1. ⎠⎛0π(sin x -cos x )d x =________.解析:⎠⎛0π (sin x -cos x )d x=⎠⎛0πsin x d x -⎠⎛0πcos x d x =-cos x ⎪⎪⎪π0-sin x ⎪⎪⎪π=2. 答案:2 2. ⎠⎛1e 1x d x +⎠⎛-224-x 2d x =________.解析:⎠⎛1e 1x d x =ln x ⎪⎪⎪e1=1-0=1,因为⎠⎛-224-x 2d x 表示的是圆x 2+y 2=4在x 轴及其上方的面积,故⎠⎛-224-x 2d x =12π×22=2π,故答案为2π+1.答案:2π+13.由曲线y =x ,y =2-x ,y =-13x 所围成图形的面积为____________.解析:法一:画出草图,如图所示.解方程组⎩⎨⎧y =x ,x +y =2,⎩⎪⎨⎪⎧ y =x ,y =-13x及⎩⎪⎨⎪⎧x +y =2,y =-13x ,得交点分别为(1,1),(0,0),(3,-1), 所以所求图形的面积S =⎠⎛01⎣⎡⎦⎤ x -⎝⎛⎭⎫-13x d x +⎠⎛13⎣⎡⎦⎤(2-x )-⎝⎛⎭⎫-13x d x =⎠⎛01⎝⎛⎭⎫ x +13x d x +⎠⎛13⎝⎛⎭⎫2-23x d x =⎝⎛⎭⎫23x 32+16x 2⎪⎪⎪10+⎝⎛⎭⎫2x -13x 2⎪⎪⎪31 =56+6-13×9-2+13=136. 法二:如图所求阴影的面积就是三角形OAB 的面积减去由y 轴,y =x ,y =2-x 围成的曲边三角形的面积,即S =12×2×3-⎠⎛01 (2-x -x )d x=3-⎝⎛⎭⎫2x -12x 2-23x 32⎪⎪⎪1=3-⎝⎛⎭⎫2-12-23=136. 答案:1364.一物体在力F (x ) =⎩⎪⎨⎪⎧5,0≤x ≤2,3x +4,x >2(单位:N)的作用下沿与力F 相同的方向,从x=0处运动到x =4(单位:m)处,则力F (x )做的功为________J.解析:由题意知,力F (x )所做的功为W =⎠⎛04F (x )d x =⎠⎛025d x +⎠⎛24(3x +4)d x =5×2+⎝⎛⎭⎫32x 2+4x ⎪⎪⎪42=10+⎣⎡⎦⎤32×42+4×4-⎝⎛⎭⎫32×22+4×2=36(J). 答案:36[名师微点]1.正确选用求定积分的4个常用方法2.利用定积分求平面图形面积的4个步骤3.定积分在物理中的2个应用(1)求物体做变速直线运动的路程,如果变速直线运动物体的速度为v =v (t ),那么从时刻t =a 到t =b 所经过的路程s =⎠⎛ab v (t )d t .(2)变力做功,一物体在变力F (x )的作用下,沿着与F (x )相同的方向从x =a 移动到x =b 时,力F (x )所做的功是W =⎠⎛ab F (x )d x .[课时跟踪检测]一、题点全面练1.曲线y =e x -ln x 在点(1,e)处的切线方程为( ) A .(1-e)x -y +1=0 B .(1-e)x -y -1=0 C .(e -1)x -y +1=0D .(e -1)x -y -1=0解析:选C 由于y ′=e -1x ,所以y ′|x =1=e -1,故曲线y =e x -ln x 在点(1,e)处的切线方程为y -e =(e -1)(x -1),即(e -1)x -y +1=0.2.曲线f (x )=x 3-x +3在点P 处的切线平行于直线y =2x -1,则P 点的坐标为( ) A .(1,3) B .(-1,3)C .(1,3)和(-1,3)D .(1,-3)解析:选C f ′(x )=3x 2-1,令f ′(x )=2,则3x 2-1=2,解得x =1或x =-1,∴P (1,3)或(-1,3),经检验,点(1,3),(-1,3)均不在直线y =2x -1上,故选C.3.已知函数f (x )的导函数为f ′(x ),且满足关系式f (x )=x 2+3xf ′(2)+ln x ,则f ′(2)的值等于( )A .-2B .2C .-94 D.94解析:选C 因为f (x )=x 2+3xf ′(2)+ln x ,所以f ′(x )=2x +3f ′(2)+1x ,所以f ′(2)=2×2+3f ′(2)+12,解得f ′(2)=-94.4.(2019·四川名校联考)已知函数f (x )的图象如图所示,f ′(x )是f (x )的导函数,则下列数值排序正确的是( )A .0<f ′(2)<f ′(3)<f (3)-f (2)B .0<f ′(3)<f ′(2)<f (3)-f (2)C .0<f ′(3)<f (3)-f (2)<f ′(2)D .0<f (3)-f (2)<f ′(2)<f ′(3)解析:选C 设f ′(3),f (3)-f (2),f ′(2)分别表示直线n ,m ,l 的斜率,数形结合知0<f ′(3)<f (3)-f (2)<f ′(2),故选C.5.(2019·玉林模拟)由曲线y =x 2和曲线y =x 围成的一个叶形图如图所示,则图中阴影部分的面积为( )A.13 B.310 C.14D.15解析:选A 由⎩⎨⎧ y =x 2,y =x ,解得⎩⎪⎨⎪⎧ x =0,y =0或⎩⎪⎨⎪⎧x =1,y =1,所以阴影部分的面积为⎠⎛01 (x -x 2)d x =⎝⎛⎭⎫23x 32-13x 3⎪⎪⎪10=13.6.(2018·安庆模拟)设曲线y =e ax -ln(x +1)在x =0处的切线方程为2x -y +1=0,则a =( )A .0B .1C .2D .3解析:选D ∵y =e ax -ln(x +1),∴y ′=a e ax -1x +1,∴当x =0时,y ′=a -1.∵曲线y =e ax -ln(x +1)在x =0处的切线方程为2x -y +1=0,∴a -1=2,即a =3.7.(2018·延边期中)设点P 是曲线y =x 3-3x +23上的任意一点,则曲线在点P 处切线的倾斜角α的取值范围为( )A.⎣⎡⎭⎫0,π2∪⎣⎡⎭⎫5π6,π B.⎣⎡⎭⎫2π3,π C.⎣⎡⎭⎫0,π2∪⎣⎡⎭⎫2π3,π D.⎝⎛⎦⎤π2,5π6解析:选C 因为y ′=3x 2-3≥-3,故切线的斜率k ≥-3,所以切线的倾斜角α的取值范围为⎣⎡⎭⎫0,π2∪⎣⎡⎭⎫2π3,π. 8.若曲线f (x )=x sin x +1在x =π2处的切线与直线ax +2y +1=0 相互垂直,则实数a=________.解析:因为f ′(x )=sin x +x cos x ,所以f ′⎝⎛⎭⎫π2=sin π2+π2cos π2=1.又直线ax +2y +1=0的斜率为-a2,所以1×⎝⎛⎭⎫-a 2=-1,解得a =2. 答案:29.(2019·重庆质检)若曲线y =ln(x +a )的一条切线为y =e x +b ,其中a ,b 为正实数,则a +eb +2的取值范围为________.解析:由y =ln(x +a ),得y ′=1x +a.设切点为(x 0,y 0),则有⎩⎪⎨⎪⎧1x 0+a =e ,ln (x 0+a )=e x 0+b ⇒b=a e -2.∵b >0,∴a >2e,∴a +e b +2=a +1a ≥2,当且仅当a =1时等号成立.答案:[2,+∞)10.(2018·烟台期中)设函数F (x )=ln x +ax (0<x ≤3)的图象上任意一点P (x 0,y 0)处切线的斜率k ≤12恒成立,则实数a 的取值范围为________.解析:由F (x )=ln x +ax (0<x ≤3),得F ′(x )=x -a x 2(0<x ≤3 ),则有k =F ′(x 0)=x 0-a x 20≤12在(0,3]上恒成立,所以a ≥⎝⎛⎭⎫-12x 20+x 0max .当x 0=1时,-12x 20+x 0在(0,3]上取得最大值12,所以a ≥12.答案:⎣⎡⎭⎫12,+∞ 二、专项培优练(一)易错专练——不丢怨枉分1.若f (x )=x 2+2⎠⎛01f (x )d x ,则⎠⎛01f (x )d x =( )A .-1B .-13C.13D .1解析:选B ∵f (x )=x 2+2⎠⎛01f (x )d x ,∴⎠⎛01f (x )d x =⎝ ⎛⎭⎪⎫13x 3+2x ⎠⎛01f (x )d x ⎪⎪⎪10=13+2⎠⎛01f (x )d x ,∴⎠⎛01f (x )d x =-13.2.设f (x )=⎩⎨⎧1-x 2,x ∈[-1,1],x 2-1,x ∈(1,2],则⎠⎛-12f (x )d x 的值为( )A.π2+43 B.π2+3 C.π4+43D.π4+3 解析:选A ⎠⎛-12f (x )d x =⎠⎛-111-x 2d x +⎠⎛12 (x 2-1)d x =12π×12+⎝⎛⎭⎫13x 3-x ⎪⎪⎪21=π2+43. 3.等比数列{a n }中,a 1=2,a 8=4,函数f (x )=x (x -a 1)·(x -a 2)·…·(x -a 8),则f ′(0)=( )A .26B .29C .212D .215解析:选C 因为f ′(x )=x ′·[(x -a 1)(x -a 2)·…·(x -a 8)]+[(x -a 1)(x -a 2)·…·(x -a 8)]′·x =(x -a 1)(x -a 2)·…·(x -a 8)+[(x -a 1)(x -a 2)·…·(x -a 8)]′·x ,所以f ′(0)=(0-a 1)(0-a 2)·…·(0-a 8)+0=a 1a 2·…·a 8.因为数列{a n }为等比数列, 所以a 2a 7=a 3a 6=a 4a 5=a 1a 8=8, 所以f ′(0)=84=212.4.若存在过点(1,0)的直线与曲线y =x 3和y =ax 2+154x -9都相切,则a 等于( ) A .-1或-2564 B .-1或214C .-74或-2564D .-74或7解析:选A 因为y =x 3,所以y ′=3x 2, 设过点(1,0)的直线与y =x 3相切于点(x 0,x 30), 则在该点处的切线斜率为k =3x 20,所以切线方程为y -x 30=3x 20(x -x 0),即y =3x 20x -2x 30.又点(1,0)在切线上,所以x 0=0或x 0=32.当x 0=0时,切线方程为y =0.由y =0与y =ax 2+154x -9相切可得a =-2564; 当x 0=32时,切线方程为y =274x -274,由y =274x -274与y =ax 2+154x -9相切,可得a=-1.综上,a 的值为-1或-2564. (二)素养专练——学会更学通5.[逻辑推理]已知f 1(x )=sin x +cos x ,f n +1(x )是f n (x )的导函数,即f 2(x )=f 1′(x ),f 3(x )=f 2′(x ),…,f n +1(x )=f n ′(x ),n ∈N *,则f 2 019(x )=( )A .-sin x -cos xB .sin x -cos xC .-sin x +cos xD .sin x +cos x解析:选A ∵f 1(x )=sin x +cos x ,∴f 2(x )=f 1′(x )=cos x -sin x ,f 3(x )=f 2′(x )=-sin x -cos x ,f 4(x )=f 3′(x )=-cos x +sin x ,f 5(x )=f 4′(x )=sin x +cos x ,…,∴f n (x )的解析式以4为周期重复出现,∵2 019=4×504+3,∴f 2 019(x )=f 3(x )=-sin x -cos x .6.[逻辑推理]曲线y =ln(2x -1)上的点到直线2x -y +8=0的最短距离是( ) A .2 5 B .2 C .2 3D. 3解析:选A 设M (x 0,ln(2x 0-1))为曲线上的任意一点,则曲线在点M 处的切线与直线2x -y +8=0平行时,点M 到直线的距离即为曲线y =ln(2x -1)上的点到直线2x -y +8=0的最短距离.∵y ′=22x -1,∴22x 0-1=2,解得x 0=1,∴M (1,0).记点M 到直线2x -y +8=0的距离为d ,则d =|2+8|4+1=2 5.7.[直观想象]如图,y =f (x )是可导函数,直线l :y =kx +2是曲线y =f (x )在x =3处的切线,令g (x )=xf (x ),则曲线g (x )在x =3处的切线方程为________.解析:由题图可知曲线y =f (x )在x =3处的切线斜率等于-13,即f ′(3)=-13.又g (x )=xf (x ),所以g ′(x )=f (x )+xf ′(x ),g ′(3)=f (3)+3f ′(3),由题图可知f (3)=1,所以g (3)=3f (3)=3,g ′(3)=1+3×⎝⎛⎭⎫-13=0,则曲线g (x )在x =3处的切线方程为y -3=0. 答案:y -3=08.[逻辑推理、数学运算]设函数f (x )=ax -bx ,曲线y =f (x )在点(2,f (2))处的切线方程为7x -4y -12=0.(1)求f (x )的解析式;(2)曲线y =f (x )上任一点处的切线与直线x =0和直线y =x 所围成的三角形的面积是否为定值,若是,求此定值;若不是,说明理由.解:(1)方程7x -4y -12=0可化为y =74x -3,当x =2时,y =12.又f ′(x )=a +bx 2,所以⎩⎨⎧2a -b 2=12,a +b 4=74,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =1,b =3.故f (x )=x -3x .(2)是定值,理由如下:设P (x 0,y 0)为曲线y =f (x )上任一点,由f ′(x )=1+3x 2知曲线在点P (x 0,y 0)处的切线方程为y -y 0=⎝⎛⎭⎫1+3x 20(x -x 0), 即y -⎝⎛⎭⎫x 0-3x 0=⎝⎛⎭⎫1+3x 20(x -x 0). 令x =0,得y =-6x 0,得切线与直线x =0的交点坐标为⎝⎛⎭⎫0,-6x 0. 令y =x ,得y =x =2x 0,得切线与直线y =x 的交点坐标为(2x 0,2x 0).所以曲线y =f (x )在点P (x 0,y 0)处的切线与直线x =0,y =x 所围成的三角形的面积S =12⎪⎪⎪⎪-6x 0·|2x 0|=6. 故曲线y =f (x )上任一点处的切线与直线x =0和直线y =x 所围成的三角形的面积为定值,且此定值为6.9.[逻辑推理、数学运算]已知函数f (x )=ln x -a (x +1)x -1,曲线y =f (x )在点⎝⎛⎭⎫12,f ⎝⎛⎭⎫12处的切线平行于直线y =10x +1.(1)求函数f (x )的单调区间;(2)设直线l 为函数g (x )=ln x 图象上任意一点A (x 0,y 0)处的切线,问:在区间(1,+∞)上是否存在x 0,使得直线l 与曲线h (x )=e x 也相切?若存在,满足条件的 x 0有几个?解:(1)∵函数f (x )=ln x -a (x +1)x -1(x >0且x ≠1), ∴f ′(x )=1x +2a (x -1)2,∵曲线y =f (x )在点⎝⎛⎭⎫12,f ⎝⎛⎭⎫12处的切线平行于直线y =10x +1,∴f ′⎝⎛⎭⎫12=2+8a =10,∴a =1,∴f ′(x )=x 2+1x (x -1)2. ∵x >0且x ≠1,∴f ′(x )>0,∴函数f (x )的单调递增区间为(0,1)和(1,+∞),无单调递减区间. (2)在区间(1,+∞)上存在唯一一个满足条件的x 0. ∵g (x )=ln x ,∴g ′(x )=1x ,∴切线l 的方程为y -ln x 0=1x 0(x -x 0),即y =1x 0x +ln x 0-1.①设直线l 与曲线h (x )=e x 相切于点(x 1,e x 1), ∵h ′(x )=e x ,∴e x 1=1x 0,∴x 1=-ln x 0,∴直线l 的方程也可以写成y -1x 0=1x 0(x +ln x 0),即y =1x 0x +ln x 0x 0+1x 0.②由①②得ln x 0-1=ln x 0x 0+1x 0,∴ln x 0= x 0+1x 0-1. 下证在区间(1,+∞)上存在唯一一个满足条件的x 0. 由(1)可知,f (x )=ln x -x +1x -1在区间(1,+∞)上单调递增, 又∵f (e)=-2e -1<0,f (e 2)=e 2-3e 2-1>0,∴结合零点存在性定理,知方程f (x )=0在区间(e ,e 2)上有唯一的实数根,这个根就是所求的唯一满足条件的x 0.。
高考专题训练四导数与积分的概念及运算、导数的应用班级________ 姓名________ 时间:45分钟 分值:75分 总得分________一、选择题:本大题共6小题,每小题5分,共30分.在每小题给出的四个选项中,选出符合题目要求的一项填在答题卡上.1.(2011·全国)曲线y =e -2x +1在点(0,2)处的切线与直线y =0和y =x 围成的三角形的面积为( )A .13 B .12 C .23 D .1解析:y ′=-2e -2x ,y ′|x =0=-2,在点(0,2)处的切线为:y -2=-2x ,即2x +y -2=0由⎩⎪⎨⎪⎧y =x 2x +y -2=0得⎩⎪⎨⎪⎧x =23y =23,A ⎝⎛⎭⎪⎫23,23,S △ABO =12·23=13.答案:A2.(2011·辽宁)函数f(x)的定义域为R ,f (-1)=2,对任意x ∈R ,f ′(x )>2,则f (x )>2x +4的解集为( )A .(-1,1)B .(-1,+∞)C .(-∞,-1)D .(-∞,+∞)解析:f (x )>2x +4,即f (x )-2x -4>0.构造F (x )=f (x )-2x -4,F ′(x )=f ′(x )-2>0.F (x )在R 上为增函数,而F (-1)=f (-1)-2x (-1)-4=0.x ∈(-1,+∞),F (x )>F (-1),∴x >-1.答案:B3.(2011·烟台市高三年级诊断性检测)设a =⎠⎛0π(sin x +cos x)d x ,则(a x-1x)6的二项展开式中含x 2的系数是( )A .192B .-192C .96D .-96解析:因为a =⎠⎛0π(sin x +cos x)d x =(-cos x +sin x)| π0= (-cosπ+sinπ)-(-cos 0+sin 0)=2,所以(a x -1x)6= ⎝⎛⎭⎪⎫2x -1x 6,则可知其通项T r +1=(-1)r C r 626-r x 6-r 2-r 2=(-1)r C r 626-r x 3-r,令3-r =2⇒r =1,所以展开式中含x 2项的系数是(-1)r C r 626-r =(-1)1C 1626-1=-192,故答案选B .答案:B4.(2011·山东省高考调研卷)已知函数f(x)=12x 3-x 2-72x ,则f(-a 2)与f(4)的大小关系为( )A .f(-a 2)≤f(4)B .f(-a 2)<f(4)C .f(-a 2)≥f(4)D .f(-a 2)与f(4)的大小关系不确定解析:∵f(x)=12x 3-x 2-72x ,∴f ′(x)=32x 2-2x -72.由f ′(x)=12(3x -7)(x +1)=0得x =-1或x =73.当x<-1时,f(x)为增函数; 当-1<x<73时,f(x)为减函数;当x>73时,f(x)为增函数,计算可得f(-1)=f(4)=2,又-a 2≤0,由图象可知 f(-a 2)≤f(4). 答案:A5.(2011·山东省高考调研卷)已知函数f(x)=x 3+bx 2-3x +1(b ∈R)在x =x 1和x =x 2(x 1>x 2)处都取得极值,且x 1-x 2=2,则下列说法正确的是( )A .f (x )在x =x 1处取极小值,在x =x 2处取极小值B .f (x )在x =x 1处取极小值,在x =x 2处取极大值C .f (x )在x =x 1处取极大值,在x =x 2处取极小值D .f (x )在x =x 1处取极大值,在x =x 2处取极大值解析:因为f (x )=x 3+bx 2-3x +1,所以f ′(x )=3x 2+2bx -3,由题意可知f ′(x 1)=0,f ′(x 2)=0,即x 1,x 2为方程3x 2+2bx -3=0的两根,所以x 1-x 2=(x 1+x 2)2-4x 1x 2=4b 2+363,由x 1-x 2=2,得b =0.从而f (x )=x 3-3x +1,f ′(x )=3x 2-3=3(x +1)(x -1),因为x 1>x 2,所以x 1=1,x 2=-1,当x ∈(-∞,-1)时,f ′(x )>0,所以f (x )在x 1=1处取极小值,极小值为f (1)=-1,在x 2=-1处取极大值,极大值为f (-1)=3.答案:B6.(2011·合肥市高三第三次教学质量检测)对任意x 1,x 2∈(0,π2),x 2>x 1,y 1=1+sin x 1x 1,y 2=1+sin x 2x 2,则( )A .y 1=y 2B .y 1>y 2C .y 1<y 2D .y 1,y 2的大小关系不能确定解析:设f (x )=1+sin x x ,则f ′(x )=x cos x -sin x -1x 2=cos x (x -tan x )-1x 2.当x ∈(0,π2)时,x -tan x <0,故f ′(x )<0,所以f (x )在(0,π2)上是减函数,故由x 2>x 1得y 2<y 1.答案:B二、填空题:本大题共4小题,每小题5分,共20分.把答案填在答题卡上.7.(2011·广东)函数f (x )=x 3-3x 2+1在x =________处取得极小值. 解析:由f ′(x )=3x 2-6x =3x (x -2)=0,解得x 1=0,x 2=2 当x <0时,f ′(x )>0,当0<x <2时,f ′(x )<0,当x >2时,f ′(x )>0. ∴当x =2时,f (x )有极小值是f (2)=23-3×22+1=-3. 答案:28.(2011·潍坊市高三第一次教学质量检测)若等比数列{a n }的首项为23,且a 4=⎠⎛14(1+2x)d x ,则公比等于________.解析:⎠⎛14(1+2x)d x =(x +x 2)|41=(4+16)-(1+1)=18,即a 4=18=23·q3⇒q =3.答案:39.(2009·山东省高考调研卷)已知函数f(x)=3x 2+2x +1,若⎠⎛-11f(x)d x=2f(a)成立,则a =________.解析:因为⎠⎛-11f(x)d x =⎠⎛-11(3x 2+2x +1)d x =(x 3+x 2+x)|1-1=4,所以2(3a 2+2a +1)=4⇒a =-1或a =13.答案:-1或1310.(2009·山东省高考调研卷)曲线y =1x +2x +2e 2x ,直线x =1,x =e和x 轴所围成的区域的面积是________.解析:⎠⎛1e (1x +2x +2e 2x )d x =⎠⎛1e 1x d x +⎠⎛1e 2x d x +⎠⎛1e 2e 2x d x =ln x|e 1+x 2|e 1+e 2x |e 1=e 2e .答案:e 2e三、解答题:本大题共2小题,共25分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤.11.(12分)(2011·北京)已知函数f(x)=(x -k)2e x k (1)求f(x)的单调区间;(2)若对于任意的x ∈(0,+∞),都有f(x)≤1e ,求k 的取值范围. 解:(1)f ′(x)=1k (x 2-k 2)e xk令f ′(x)=0,得x =±k当k>0时,f(x)与f ′(x)的情况如下: ↗↘↗是(-k ,k).当k<0时,f(x)与f ′(x)的情况如下:↘ ↗↘是(k ,-k).(2)当k>0时,因为f(k +1)=e k+1k >1e ,所以不会有∀x ∈(0,+∞),f(x)≤1e当k<0时,由(1)知f(x)在(0,+∞)上的最大值是f(-k)=4k 2e 所以∀x ∈(0,+∞),f(x)≤1e 等价于f(-k)=4k 2e ≤1e .解得-12≤k<0.故当∀x ∈(0,+∞),f(x)≤1e 时,k 的取值范围是⎣⎢⎡⎭⎪⎫-12,0.12.(13分)(2011·课标)已知函数f(x)=a ln x x +1+bx ,曲线y =f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为x +2y -3=0.(1)求a ,b 的值;(2)如果当x>0,且x ≠1时,f(x)>ln x x -1+kx,求k 的取值范围.解:(1)f ′(x)=a ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+x x -ln x (x +1)2-bx2. 因为直线x +2y -3=0的斜率为-12,且过点(1,1),故⎩⎨⎧f (1)=1,f ′(1)=-12,即⎩⎨⎧b =1,a 2-b =-12.解得a =1,b =1.(2)由(1)知f(x)=ln x x +1+1x,所以f(x)-⎝ ⎛⎭⎪⎫ln x x -1+k x =11-x 2⎝ ⎛⎭⎪⎫2ln x +(k -1)(x 2-1)x . 考虑函数h(x)=2ln x +(k -1)(x 2-1)x (x>0),则h ′(x)=(k -1)(x 2+1)+2xx 2.(ⅰ)设k ≤0,则h ′(x)=k (x 2+1)-(x -1)2x 2知,当x ≠1时,h ′(x)<0,而h(1)=0,故当x ∈(0,1)时,h(x)>0,可得11-x 2h(x)>0;当x ∈(1,+∞)时,h(x)<0,可得11-x 2h(x)>0.从而当x>0,且x ≠1时,f(x)-⎝ ⎛⎭⎪⎫ln x x -1+k x >0,即f(x)>ln x x -1+kx .(ⅱ)设0<k<1,因为当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫1,11-k 时,(k -1)·(x 2+1)+2x>0,故h ′(x)>0.而h(1)=0,故当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫1,11-k 时,h(x)>0,可得11-x 2h(x)<0,与题设矛盾.(ⅲ)设k ≥1,此时h ′(x)>0,而h(1)=0,故当x ∈(1,+∞)时,h(x)>0,可得11-x2h(x)<0,与题设矛盾. 综合得,k 的取值范围为(-∞,0].。
第10节导数的概念及运算一应用能力提升 n 電氏申升爭恩威【选题明细表】基础巩固(时间:30分钟)1.下列求导数的运算中错误的是(C )X X(A) (3 ) ' =3 In 3XSUIX - COSX,:*2.(2018 •江西重点中学盟校第一次联考)函数y=x 3的图象在原点处的切线方程为(C )(A) y=x (B)x=0(C)y=0 (D)不存在解析:函数y=x 3的导数为y =3x 2,则在原点处的切线斜率为0,所以在原点处的切线方程为y-0=0(x-0).2(B) (x ln‘ =2x In x+x(D)(s in X -cos x) ‘ 二cos 2x解析:因为(X ) ‘ =-xsittx - COSX尤' ,C 项错误.即y=0.3.(2018 •达州测验)已知函数f(x)在R上可导,其部分图象如图所示,f(4)-心设 4 = 2 =a,则下列不等式正确的是(B )解析:由题中图象可知,在[2,4]上函数的增长速度越来越快,故曲线上点的斜率随x的增大越来越大,f⑷-f (町所以(2,f(2)),(4,f(4)) 两点连线的斜率=a,在点(2,f(2)) 处的切线斜率f ‘⑵ 与点(4,f(4))处的切线斜率f ‘⑷ 之间, 所以f ‘⑵vavf ‘ (4),故选B.4.(2018 •河南适应性测试)已知直线ax-by-2=0与曲线y=x3在点P(1,1) 处的切线互相垂直,贝y亦勺值为(D )12! 11(A)3(B) 》(C)- k t (D)-绍解析:由题意科'=3x1当x=1 时,y | x=1=3,a所以心3=-1,5.(2018 •鹰潭一模)已知曲线f(x)=2x 2+1在点M(X0,f(x 0))处的瞬时变(A)avf ‘ (2)<f ' (4) (B) f ' (2)vavf ‘ (4)(C) f ‘ (4)<f ' (2)<a (D) f ' (2)vf ‘ (4)<a化率为-8,则点M的坐标为解析:因为f(x)=2x 2+1,所以 f ‘(x)=4x.令4x0=-8,则x o=-2,所以f(x o)=9,所以点M的坐标是(-2,9).答案:(-2,9)6.(2017 •天津卷)已知a€ R,设函数f(x)=ax-In x的图象在点(1,f(1)) 处的切线为I,则I在y轴上的截距为解析:因为f’ (x)=a-所以 f ‘ (1)=a-1.又因为f(1)=a,所以切线I的斜率为a-1,且过点(1,a),所以切线I的方程为y-a=(a-1)(x-1).令x=0,得y=1,故I在y轴上的截距为1.答案:17.如图,y=f(x)是可导函数,直线I:y=kx+2是曲线y=f(x)在x=3处的切线,令g(x)=xf(x), 其中g ‘ (x)是g(x)的导函数,则g ‘(3)= 解析:由图形可知,f(3)=1.1 f ’ (3)=- d,因为g’ (x)=f(x)+xf ‘ (x),所以g’ (3)=f(3)+3f ' (3)=1-1=0.答案:08.函数g(x)=ln x图象上一点P到直线y=x的最短距离为解析:设与直线y=x平行且与曲线g(x)=ln x相切的直线的切点坐标为1(x o,ln x o),因为g’ (x)=(ln x) ’ = 则1丹,所以x o=1, 则切点坐标为(1,0), 所以最短距离为(1,0)至U直线y=x的距离,答案:2能力提升(时间:15分钟)9.(2018 •广东广州第一次调研)已知直线y=kx-2与曲线y=xln x相切, 则实数k的值为(D )(A)ln 2 (B)1 (C)1-ln 2 (D)1+ln 2解析:由y=xln x得y ‘ =ln x+1,设切点为(x o,y o),贝J k=l n x o+1,因为切点(x o,y o)既在曲线y=xln x上又在直线y=kx-2上,所以所以kx0-2=X0ln x 0,所以k=l n x 0严气所以In x o+"=ln x o+1,所以x o=2.所以k=ln 2+1.故选D 10.(2018 •广东东莞二调)设函数f(x)=x 3+ax2,若曲线y=f(x)在点P(x o,f(x 0))处的切线方程为x+y=0,则点P的坐标为(D ) (A)(0,0) (B)(1,-1) (C)(-1,1) (D)(1,-1)或(-1,1)解析:因为f(x)=x 3+ax2,所以 f ‘ (x)=3x 2+2ax.因为曲线在点P(X0,f(x 0))处的切线方程为x+y=0,所以3靖+2ax0=-1.因为X0+对+品=0, 所以当X0=1 时,f(X 0)=-1,当X0=-1 时,f(x 0)=1.所以点P的坐标为(1,-1)或(-1,1).11.若函数y=f(x)的图象上存在两点,使得函数的图象在这两点处的切线互相垂直,则称y=f(x)具有T性质,下列函数中具有T性质的是(A)y=s in x (B)y=ln x (C)y=e x (D)y=x 3解析:若y=f(x)的图象上存在两点(x i,f(x i)),(x 2,f(x 2)),使得函数图象在这两点处的切线互相垂直,则f ‘ (x i) • f ‘(X2)=-1.对于A:y ‘ 二cos X,若有cos X 1 • cos X 2=-1,则当X i=2k n ,x 2=2kn + n (k € Z)时,结论成立;=-1,贝y x i X2=-i,因为X i>0,X2>0,所以不存在X i,X2,使得X i X2=-1;对于C:y ‘ =e x,若有-1,=-1.显然不存在这样的X1,X2; 对于D:y ‘ =3x2,若有3卅• 3卅=-1, 即9卅对=-1,显然不存在这样的X1,x 2.故选A.12.(2018 •广东珠海一中等六校第三次联考)已知函数y=f(x)的图象在点(2,f(2)) 处的切线方程为y=2x-1,则曲线g(x)=x2+f(x)在点(2,g(2))处的切线方程为解析:由题意,知f(2)=2 X 2-1=3,所以g(2)=4+3=7,因为 g ’(x )=2x+f ‘(x ),f ‘(2)=2, 所以 g ’ (2)=2 X 2+2=6, 所以曲线g(x)=x 2+f(x)在点(2,g(2))处的切线方程为y-7=6(x-2),即 6x-y-5=0.答案:6x-y-5=013.若函数f(x)= 2x 2-ax+ln x 存在垂直于y 轴的切线,则实数a 的取值 范围是1解析:因为 f (x )= 2x 2-ax+ln x, 1所以 f ’ (x )=x-a+ x (x>0).因为f(x)存在垂直于y 轴的切线, 所以f ’ (x)存在零点,1即x+H-a=0有解,1所以a=x 存>2(当且仅当x=1时取等号).答案:[2,+ 乂)解析:设过点(1,0)的直线与y=x 3相切于点(x 0,卅), 所以切线方程为y-卅=3昭l (x-x 0),即 y=^o x-^a ,14.若存在过点(1,0)的直线与曲线y=x 3和 ISy=ax 2+4 x-9都相切,则a 等3又(1,0)在切线上,则X0=O或X0=2,15当x o=O时,由y=0与y=ax2+4 x-9相切可得2Sa二-启4,25答案:-1或#42715当xo J时,由y眾冋与y=ax2血-9相切可得a=-1.。