高考理科数学真题练习题导数与函数的零点问题理含解析

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高考数学复习 课时作业17 导数与函数的零点问题

1.已知f (x )=ax 2

-(b +1)x ln x -b ,曲线y =f (x )在点P (e ,f (e))处的切线方程为2x +y =0.

(1)求f (x )的解析式;

(2)研究函数f (x )在区间(0,e 4

]内的零点的个数.

解:(1)由题知⎩

⎪⎨

⎪⎧

f e =-2e ,

f ′e =-2,得⎩

⎪⎨

⎪⎧

a =1,

b =e ,

∴f (x )=x 2

-(e +1)x ln x -e.

(2)x 2-(e +1)x ln x -e =0⇒x -(e +1)ln x -e x

=0,x ∈(0,e 4

].

设g (x )=x -(e +1)ln x -e x

,x ∈(0,e 4

],

则g ′(x )=1-e +1x +e

x

2=

x -1

x -e

x

2

.

由g ′(x )=0得x 1=1,x 2=e , 当x ∈(0,1)时,g ′(x )>0, 当x ∈(1,e)时,g ′(x )<0, 当x ∈(e ,e 4

]时,g ′(x )>0,

所以g (x )在(0,1)上单调递增,在(1,e)上单调递减,在(e ,e 4

]上单调递增. 极大值g (1)=1-e<0,极小值g (e)=-2<0,g (e 4)=e 4

-4(e +1)-1e 3,

∵4(e +1)+1

e 3<4×4+1=17,

e 4

>2.74

>2.54

>62

=36,

∴g (e 4

)>0.

综上,g (x )在(0,e 4

]内有唯一零点, 因此,f (x )在(0,e 4]内有唯一零点.

2.(2019·郑州第一次质量预测)已知函数f (x )=ln x +1ax -1

a

,a ∈R 且a ≠0.

(1)讨论函数f (x )的单调性;

(2)当x ∈[1e ,e]时,试判断函数g (x )=(ln x -1)e x

+x -m 的零点个数.

解:(1)f ′(x )=

ax -1

ax 2

(x >0), 当a <0时,f ′(x )>0恒成立, ∴函数f (x )在(0,+∞)上单调递增; 当a >0时,由f ′(x )=ax -1ax 2>0,得x >1

a

, 由f ′(x )=

ax -1ax 2<0,得0

a , ∴函数f (x )在(1a

,+∞)上单调递增,在(0,1

a

)上单调递减. 综上所述,当a <0时,函数f (x )在(0,+∞)上单调递增;

当a >0时,函数f (x )在(1a ,+∞)上单调递增,在(0,1

a

)上单调递减.

(2)∵当x ∈[1e ,e]时,函数g (x )=(ln x -1)e x

+x -m 的零点,即当x ∈[1e ,e]时,方

程(ln x -1)e x

+x =m 的根.

令h (x )=(ln x -1)e x +x ,h ′(x )=(1x

+ln x -1)e x

+1.

由(1)知当a =1时,f (x )=ln x +1x -1在(1

e ,1)上单调递减,在(1,e)上单调递增,

∴当x ∈[1

e ,e]时,

f (x )≥f (1)=0.

∴1x +ln x -1≥0在x ∈[1

e ,e]上恒成立. ∴h ′(x )=(1x

+ln x -1)e x

+1≥0+1>0,

∴h (x )=(ln x -1)e x

+x 在x ∈[1e ,e]上单调递增.

∴h (x )min =h (1

e )=-2e 1e +1e

h (x )max =e.

∴当m <-2e 1

e +1e 或m >e 时,函数g (x )在[1

e ,e]上没有零点;

当-2e 1

e +1e ≤m ≤e 时,函数g (x )在[1

e ,e]上有一个零点.

3.(2019·辽宁五校联考)已知函数f (x )=x 2

+2x

-a ln x (a ∈R ).

(1)若f (x )在x =2处取得极值,求曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线方程; (2)当a >0时,若f (x )有唯一的零点x 0,求[x 0].

注:[x ]表示不超过x 的最大整数,如[0.6]=0,[2.1]=2,[-1.5]=-2. 参考数据:ln2=0.693,ln3=1.099,ln5=1.609,ln7=1.946. 解:(1)∵f (x )=x 2

+2x

-a ln x ,

∴f ′(x )=2x 3

-ax -2

x

2

(x >0), 由题意得f ′(2)=0,则2×23

-2a -2=0,a =7, 经验证,当a =7时,f (x )在x =2处取得极值, ∴f (x )=x 2

+2x -7ln x ,f ′(x )=2x -2x 2-7x

∴f ′(1)=-7,f (1)=3,

则曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线方程为y -3 =-7(x -1),即7x +y -10=0. (2)令g (x )=2x 3

-ax -2(x >0), 则g ′(x )=6x 2-a , 由a >0,g ′(x )=0,可得x =a

6

, ∴g (x )在(0,

a

6

)上单调递减,在(

a

6

,+∞)上单调递增. 由于g (0)=-2<0,故当x ∈(0,

a

6

)时,g (x )<0, 又g (1)=-a <0,故g (x )在(1,+∞)上有唯一零点,设为x 1,从而可知f (x )在(0,x 1)上单调递减,在(x 1,+∞)上单调递增,

由于f (x )有唯一零点x 0,故x 1=x 0,且x 0>1, 则g (x 0)=0,f (x 0)=0,可得2ln x 0-3

x 30

-1

-1=0. 令h (x )=2ln x -

3

x 3

-1

-1(x >1),易知h (x )在(1,+∞)上单调递增, 由于h (2)=2ln2-107<2×0.7-10

7

<0,