江苏专用2019版高考数学专题复习专题3导数及其应用第24练高考大题突破练--导数练习
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专题3.4 导数的实际应用1.某商场销售某种商品的经验表明,该商品每日的销售量y(单位:千克)与销售价格x(单位:元/千克)满足关系式y=ax-3+10(x-6)2,其中3<x<6,a为常数.已知销售价格为5元/千克时,每日可售出该商品11千克.(1)求a的值;(2)若该商品的成本为3元/千克,试确定销售价格x的值,使商场每日销售该商品所获得的利润最大.【答案】(1) a=2. (2) x=42.某创业投资公司拟投资开发某种新能源产品,估计能获得10万元~1 000万元的投资收益.现准备制订一个对科研课题组的奖励方案:奖金y(万元)随投资收益x(万元)的增加而增加,且资金不超过9万元,同时奖金不超过投资收益的20%.(1)若建立函数f(x)模型制订奖励方案,试用数学语言表述公司对奖励函数f(x)模型的基本要求;(2)现有两个奖励函数模型:①y =x150+2;②y =4lg x -3.试分析这两个函数模型是否符合公司要求? 【答案】(1)详见解析(2) ①不符合②符合则f (x )max =f (1 000)=4lg 1 000-3=9. 所以f (x )≤9恒成立.设g (x )=4lg x -3-x 5,则g ′(x )=4x ln 10-15.当x ≥10时,g ′(x )=4x ln 10-15≤2-ln 105ln 10<0, 所以g (x )在[10,1 000]上是减函数, 从而g (x )≤g (10)=-1<0.所以4lg x -3-x 5<0,即4lg x -3<x5,所以f (x )≤x5恒成立. 故该函数模型符合公司要求.3.某公司生产某种产品,固定成本为20 000元,每生产一单位产品,成本增加100元,已知总营业收入R 与年产量x 的年关系是R =R (x )=⎩⎪⎨⎪⎧400x -12x 2 x,x ,则总利润最大时,每年生产的产品是_______. 【答案】3004.统计表明,某种型号的汽车在匀速行驶中每小时的耗油量y (升)关于行驶速度x (千米/小时)的函数解析式可以表示为y =1128 000x 3-380x +8(0<x ≤120).已知甲、乙两地相距100千米.(1)当汽车以40千米/小时的速度匀速行驶时,从甲地到乙地要耗油多少升? (2)当汽车以多大的速度匀速行驶时,从甲地到乙地耗油最少?最少为多少升? 【答案】(1) 17.5(2) 80千米/小时,11.25升【解析】(1)当x =40时,汽车从甲地到乙地行驶了10040小时,共耗油10040×(1128 000×403-380×40+8)=17.5(升).因此,当汽车以40千米/小时的速度匀速行驶时,从甲地到乙地要耗油17.5升. (2)当速度为x 千米/小时时, 汽车从甲地到乙地行驶了100x小时,设耗油量为h (x )升,依题意得h (x )=(1128 000x 3-380x +8)·100x=11 280x 2+800x -154(0<x ≤120), h ′(x )=x640-800x 2=x 3-803640x 2(0<x ≤120).令h ′(x )=0,得x =80.当x ∈(0,80)时,h ′(x )<0,h (x )是减函数; 当x ∈(80,120)时,h ′(x )>0,h (x )是增函数, ∴当x =80时,h (x )取得极小值h (80)=11.25. 易知h (80)是h (x )在(0,120]上的最小值.故当汽车以80千米/小时的速度匀速行驶时,从甲地到乙地耗油最少,为11.25升. 5.把一个周长为12 cm 的长方形围成一个圆柱,当圆柱的体积最大时,该圆柱的底面周长与高的比为________. 【答案】2∶1【解析】设圆柱高为x ,底面半径为r ,则r =6-x 2π,圆柱体积V =π⎝ ⎛⎭⎪⎫6-x 2π2x =14π(x 3-12x 2+36x )(0<x <6),V ′=34π(x -2)(x -6). 当x =2时,V 最大.此时底面周长为6-x =4,4∶2=2∶1.6.用长为90cm ,宽为48cm 的长方形铁皮做一个无盖的容器,先在四角分别截去一个小正方形,然后把四边翻折900角,再焊接而成,问该容器的高为多少时,容器的容积最大?最大的容积是多少?【答案】该容器的高为10cm 时,容器有最大容积196003cm7.某厂生产某种产品x 件的总成本37521200)(x x c +=(万元),已知产品单价的平方与产品件数x 成反比,生产100件这样的产品单价为50万元,产量定为多少时总利润最大? 【答案】258.某公司为一家制冷设备厂设计生产某种型号的长方形薄板,其周长为4 m ,这种薄板须沿其对角线折叠后使用.如图所示,四边形ABCD (AB >AD )为长方形薄板,沿AC 折叠后AB ′交DC 于点P .当△ADP 的面积最大时最节能,凹多边形ACB ′PD 的面积最大时制冷效果最好.(1)设AB =x m ,用x 表示图中DP 的长度,并写出x 的取值范围; (2)若要求最节能,应怎样设计薄板的长和宽? (3)若要求制冷效果最好,应怎样设计薄板的长和宽?【答案】(1) y =2⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1x ,1<x <2. (2) 长为32 m ,宽为(2-32)m【解析】(1)由题意AB =x ,BC =2-x . 因为x >2-x ,所以1<x <2. 设DP =y ,则PC =x -y .因为△ADP ≌△CB ′P ,所以PA =PC =x -y .9.轮滑是穿着带滚轮的特制鞋在坚硬的场地上滑行的运动.如图,助跑道ABC是一段抛物线,某轮滑运动员通过助跑道获取速度后飞离跑道然后落到离地面高为1 m的平台上E处,飞行的轨迹是一段抛物线CDE(抛物线CDE与抛物线ABC在同一平面内),D为这段抛物线的最高点.现在运动员的滑行轮迹所在平面上建立如图所示的直角坐标系,x轴在地面上,助跑道一端点A(0,4),另一端点C(3,1),点B(2,0),单位:m.(1)求助跑道所在的抛物线方程;(2)若助跑道所在抛物线与飞行轨迹所在抛物线在点C处有相同的切线,为使运动员安全和空中姿态优美,要求运动员的飞行距离在4 m到6 m之间(包括4 m和6 m),试求运动员飞行过程中距离平台最大高度的取值范围.(注:飞行距离指点C与点E的水平距离,即这两点横坐标差的绝对值)【答案】(1) f (x )=x 2-4x +4,x ∈[0,3]. (2) 在2 m 到3 m 之间【解析】(1)设助跑道所在的抛物线方程为f (x )=a 0x 2+b 0x +c 0,依题意⎩⎪⎨⎪⎧c 0=4,4a 0+2b 0+c 0=0,9a 0+3b 0+c 0=1,解得 a 0=1,b 0=-4,c 0=4,所以助跑道所在的抛物线方程为10. 一位创业青年租用了一块边长为1百米的正方形田地ABCD 来养蜂、产蜜与售蜜,他在正方形的边,BC CD 上分别取点,E F (不与正方形的顶点重合),连接,,AE EF FA ,使得45EAF ∠=︒. 现拟将图中阴影部分规划为蜂源植物生长区,AEF ∆部分规划为蜂巢区,CEF ∆部分规划为蜂蜜交易区. 若蜂源植物生长区的投入约为5210⨯元/百米2,蜂巢区与蜂蜜交易区的投入约为510元/百米2,则这三个区域的总投入最少需要多少元?510从而三个区域的总投入T510元. ...............14分 (说明:这里S 的最小值也可以用导数来求解:因为2(1))(1))2(1)x x S x +-'=+,则由0S '=,得1x =.C E第17题图当1)x ∈时,0S '<,S递减;当1,1)x ∈时,0S '>,S 递增.所以当1x =时,S取得最小值为1).)解法二:设阴影部分面积为S ,三个区域的总投入为T . 则55521010(1)10(1)T S S S =⨯⋅+⋅-=⋅+,从而只要求S 的最小值. ...............2分因为9045EAF αβ+=︒-∠=︒,所以tan tan tan()11tan tan αβαβαβ++==-,........8分 所以2tan tan tan tan 1tan tan 1()2αβαβαβ++=-≥-, ..............10分即221S S ≥-,解得1S ≥,即S 取得最小值为1),从而三个区域的总投入T 510元. ...............14分11. 经市场调查,某商品每吨的价格为(114)x x <<百元时,该商品的月供给量为1y 万吨,217(0)2y ax a a a =+->;月需求量为2y 万吨,22111224112y x x =--+. 当该商品的需求量大于供给量时,销售量等于供给量;当该商品的需求量不大于供给量时,销售量等于需求量,该商品的月销售额等于月销售量与价格的乘积.(1)若17a =,问商品的价格为多少时,该商品的月销售额最大? (2)记需求量与供给量相等时的价格为均衡价格,若该商品的均衡价格不低于每吨6百元,求实数a 的取值范围.【答案】(1)8(2)1(0,]7【解析】 (1) 若17a =,由21y y >,得221117111()2241127277x x x --+>+-. 解得406x -<< . …………………………………………………………………3分 因为114x <<,所以16x <<.(2)若该商品的均衡价格不低于每吨6百元,实数a 的取值范围是1(0,]7.12. 某经销商计划销售一款新型的空气净化器,经市场调研发现以下规律:当每台净化器的利润为x (单位:元,0x >)时,销售量()q x (单位:百台)与x 的关系满足:若x 不超过20,则1260()1q x x =+;若x 大于或等于180,则销售量为零;当20180x ≤≤时,()q x a =-a ,b 为实常数).(1)求函数()q x 的表达式;(2)当x 为多少时,总利润(单位:元)取得最大值,并求出该最大值.【答案】(1)1260,020,1()90180,0,180x x q x x x ⎧<⎪+⎪⎪-<⎨⎪>⎪⎪⎩≤=≤(2)当x 等于80元时,总利润取得最大值240000元当20180x <≤时,()9000f x x -=()9000f x '-=令()0f x '=,得80x =. …………10分 当2080x <<时,()0f x '>,()f x 单调递增,当8080x <≤1时,()0f x '<,()f x 单调递减,所以当80x =时,()f x 有最大值240000. …………12分 当180x <时,()0f x =﹒答:当x 等于80元时,总利润取得最大值240000元. …………14分13.如图,已知海岛A 到海岸公路BC 的距离AB 为50㎞,B ,C 间的距离为100㎞,从A 到C 必须先坐船到BC 上的某一点D ,船速为25㎞/h ,再乘汽车到C ,车速为50㎞/h ,记∠BDA =θ.(1)试将由A 到C 所用的时间t 表示为θ的函数t (θ);(2)问θ为多少时,由A 到C 所用的时间t 最少?【答案】(1)t (θ)=2cos sin θθ-+2(θ0<θ<2π,其中tan θ0=12)(2)θ=3π14.植物园拟建一个多边形苗圃,苗圃的一边紧靠着长度大于30m 的围墙.现有两种方案: 方案① 多边形为直角三角形AEB (90AEB ∠=),如图1所示,其中30m AE EB +=; 方案② 多边形为等腰梯形AEFB (AB EF >),如图2所示,其中10m AE EF BF ===. 请你分别求出两种方案中苗圃的最大面积,并从中确定使苗圃面积最大的方案.BACD θ【答案】方案①,②苗圃的最大面积分别为222252m ,建苗圃时用方案②,且3BAE π∠=所以当3θ=时,()2max S = ................................................12分因为2252<3BAE π∠=.答:方案①,②苗圃的最大面积分别为222252m ,建苗圃时用方案②,且3BAE π∠=.。
(g(x) HO).第三章 导数及其应用第一节导数的概念及导数的运算本节主要包括2个知识点:1•导数的概念及运算; 2.导数的儿何意义.突破点(一)导数的概念及运算基础联通抓主干知识的“源”与“流”1. 瞬时速度和瞬时加速度‘ ‘ △ S △s⑴瞬时速度:对于tE [心,to+ A 刃时的平均速度v =R:,当A f-*o 时,v 趋 近于一个常数,这个常数就是t=t.的瞬时速度.-------------------------------------------------- △ V -- △ V (2)瞬时加速度:对于tE [ to, to+ A 刃时的平均加速度a =冬〒,当A r-*0时,a =冬〒趋近于一个常数,这个常数就是t=h 的瞬时加速度.2. 函数y=f (x )在/=*)处的导数A / 设函数尸心)在区|'可(臼,b )上有定义,心b ),若厶/无限趋近于0吋,比值二函数fd )在处的导数,记作尸(心).3. 函数厂(0的导函数若函数f (x )在区间(曰,方)内任意一点都可导,则代方在各点的导数也随着自变量丸 的变化而变化,因而也是自变量/的函数,该函数称为fd )的导函数,记作尸3.4. 基本初等函数的求导公式原函数a X R (日>0,且 N HI)log^(c?>0,且占1)X eIn x sin x cos X导函数a xaln a1 x\x\ aeA丄 Xcos X — sin x5.导数运算法则(1) [fd)±g3]‘ =f (方 ±呂’ 3;(2) [f (动 g(x) ]' =f (x)g(x)+f(x)g‘(力;(3) [g)]‘ =Cf C Y )(C 为常数);f Xo+ A X — f XoA T无限趋近于 个常数昇,则称f (x )在X=Ab 处可导,并称常数A 为In xI IIx — x fIn x= 2X一 • x~ln x x1 —In x= 2 ・ Xsin x ' cos x —sin xcos xcos"cos xcos x —sin x —sin /coshIICOS X(4)/ =(3VT — (2')‘ +(e)z= (3・ e”+3W)' —(2・ = 3A (ln 3)・ e'+3 e A -2v ln 2 = (ln 3+1) • (3e)J-2'ln 2.[方法技巧]导数的运算方法考点贯通 抓高考命题的“形”与“神”"一已知函数的解析式求导数[例1]求下列函数的导数:(3)y=tan x\ ⑷ y=3e x -2v +e.(3)/pin x (cos x.(2)/(1)连乘积形式:先展开化为多项式的形式,再求导.(2)分式形式:观察函数的结构特征,先化为整式函数或较为简单的分式函数,再求导.(3)对数形式:先化为和、差的形式,再求导.(4)根式形式:先化为分数指数幕的形式,再求导.(5)三角形式:先利用三角函数公式转化为和或差的形式,再求导.二导数运算的应用[例2](1) (2017 •济宁二模)已知函数f3=/(2 017+ln 方,F仏)=2 018,则Xa= ________ .(2)已知£(力=*#+2/尸(2 017) +2 0171n %,则f' (1)= .[解析](1)由题意可知尸(^) = 2 017 + ln x+x• ~=2 018 +In x.由尸(%o) =2 018, x得]n Ao=O,解得Xo=[.9 ni7(2)由题意得尸(力=才+2尸(2 017)+ ------------- ,2017所以尸(2 017)=2 017 + 2尸(2 017)+亍而■即f (2 017) =-(2 017 + 1)=-2 018.故尸(1)=1+2X (-2 018)+2 017 = -2 018.[答案]仃)1⑵-2 018[方法技巧]能力练通抓应用体验的“得”与“失”1.[考点二 1 (2018 •太仓中学月考)已知£(A) = sin x+cos “ iE fi(x)= f i(x),石3 =f 2(方,…,力(劝n-dx)且刀22),则彳£+彳£------------ _________________ •解析:fig = f i(x)=cosx—sin “ fi(x) = f 2(A r) = —sin cos x, f\3=f‘ 3(方= sin cos x, =f 4(x)=sin x+cos x.故周期为4,前四项和为0,所以原式=答案:12.[考点X](2018 •徐州期初检测)记定义在R上的函数y =f(0的导函数为f (0.如果存在刃£3,方],使得flS = F(心)。
导数综合问题--2024届新高考满分突破压轴大题(学生版)压轴秘籍1.导函数与原函数的关系f (x)>0,k>0,f(x)单调递增,f (x)<0,k<0,f(x)单调递减2.极值(1)极值的定义f(x)在x=x0处先↗后↘,f(x)在x=x0处取得极大值f(x)在x=x0处先↘后↗,f(x)在x=x0处取得极小值3.两招破解不等式的恒成立问题(1)a≥f(x)恒成立⇔a≥f(x)max;(2)a≤f(x)恒成立⇔a≤f(x)min.(1)分离参数法第一步:将原不等式分离参数,转化为不含参数的函数的最值问题;第二步:利用导数求该函数的最值;第三步:根据要求得所求范围.(2)函数思想法第一步将不等式转化为含待求参数的函数的最值问题;第二步:利用导数求该函数的极值;第三步:构建不等式求解.4.常用函数不等式:①e x≥x+1,其加强不等式e x≥12x2+x+1;②e x≥ex,其加强不等式e x≥ex+(x-1)2.③e x−1≥x,ln x≤x−1,ln(x+1)≤x放缩1−1x<12x−1x<x−1x<ln x<2(x−1)x+1<−12x2+2x−32<x−1(0<x<1)1−1x <−12x2+2x−32<2(x−1)x+1<ln x<x−1x<12x−1x<x−1(1<x<2)−1 2x2+2x−32<1−1x<2(x−1)x+1<ln x<x−1x<12x−1x<x−1(x>2)x+1<e x<11−x (x<1),11−x<x+1<e x(x>1)5.利用导数证明不等式问题:(1)直接构造函数法:证明不等式f x >g x (或f x <g x )转化为证明f x -g x >0(或f x -g x <0),进而构造辅助函数h x =f x -g x ;(2)转化为证不等式h(x)>0(或h(x)<0),进而转化为证明h(x)min>0(h(x)max>0),因此只需在所给区间内判断h (x)的符号,从而得到函数h(x)的单调性,并求出函数h(x)的最小值即可.6.证明极值点偏移的相关问题,一般有以下几种方法:(1)证明x 1+x 2<2a (或x 1+x 2>2a ):①首先构造函数g x =f x -f 2a -x ,求导,确定函数y =f x 和函数y =g x 的单调性;②确定两个零点x 1<a <x 2,且f x 1 =f x 2 ,由函数值g x 1 与g a 的大小关系,得g x 1 =f x 1 -f 2a -x 1 =f x 2 -f 2a -x 1 与零进行大小比较;③再由函数y =f x 在区间a ,+∞ 上的单调性得到x 2与2a -x 1的大小,从而证明相应问题;(2)证明x 1x 2<a 2(或x 1x 2>a 2)(x 1、x 2都为正数):①首先构造函数g x =f x -f a 2x,求导,确定函数y =f x 和函数y =g x 的单调性;②确定两个零点x 1<a <x 2,且f x 1 =f x 2 ,由函数值g x 1 与g a 的大小关系,得g x 1 =f x 1 -f a 2x 1 =f x 2 -f a 2x 1与零进行大小比较;③再由函数y =f x 在区间a ,+∞ 上的单调性得到x 2与a 2x 1的大小,从而证明相应问题;(3)应用对数平均不等式x 1x 2<x 1-x 2ln x 1-ln x 2<x 1+x 22证明极值点偏移:①由题中等式中产生对数;②将所得含对数的等式进行变形得到x 1-x 2ln x 1-ln x 2;③利用对数平均不等式来证明相应的问题.题型训练一、问答题7(2023·吉林·统考一模)已知函数f x =-2x +ln x .(1)求曲线y =f x 在1,f 1 处的切线方程;(2)若对∀x ∈0,+∞ ,f x ≤ax 2-2x 恒成立.求实数a 的取值范围.8(2023·云南红河·统考一模)已知函数f(x)=mx-ln x-1(m∈R).(1)讨论函数f(x)的单调性;(2)若关于x的不等式e x-1+a ln x-(a+1)x+a≥0恒成立,求实数a的取值范围.9(2023·全国·模拟预测)已知函数f x =2e x-x.(1)求f x 的最值;(2)若方程f x =ae x-ae2x有两个不同的解,求实数a的取值范围.10(2023·浙江金华·校联考模拟预测)已知f(x)=ax2-ax-1x-ln x+e1-x(a>0).(1)若当x=1时函数f x 取到极值,求a的值;(2)讨论函数f x 在区间(1,+∞)上的零点个数.11(2022·江苏南通·模拟预测)已知函数f x =x-ae x-x2.(1)若a=1,x∈0,1,求函数f x 的最值;(2)若a∈Z,函数f x 在x∈0,+∞)上是增函数,求a的最大整数值.12(2023·江苏徐州·校考模拟预测)已知函数f(x)=-2x3+mx2,m∈R,且g(x)=|f(x)|在x∈(0, 2)上的极大值为1.(1)求实数m的值;(2)若b=f(a),c=f(b),a=f(c),求a,b,c的值.13(2023·安徽·校联考模拟预测)已知函数f x =ae x-e-x,(a∈R).(1)若f x 为偶函数,求此时f x 在点0,f0处的切线方程;(2)设函数g(x)=f(x)-(a+1)x,且存在x1,x2分别为g(x)的极大值点和极小值点.(ⅰ)求实数a的取值范围;(ⅱ)若a∈(0,1),且g x1+kg x2>0,求实数k的取值范围.14(2023上·广东深圳·高三深圳中学校考阶段练习)已知函数f x =x-mln x-n,其中m,n ∈R.(1)若m=n=1,求f x 在x=1处的切线方程;(2)已知不等式f x ≥x恒成立,当nm取最大值时,求m的值.15(2023·广东韶关·统考一模)已知函数f x =e x,g x =2x.(1)若f x 在x=0处的切线与g x 的图象切于点P,求P的坐标;(2)若函数F x =f axx2-a+2 a的极小值小于零,求实数a的取值范围.16(2023·湖北黄冈·统考模拟预测)已知函数f (x )=a ln x -2x +12x 2.(1)讨论函数f x 的极值点个数;(2)若不等式f (x )≤x e x +12x -a -2 -1恒成立,求实数a 的取值范围.17(2023·山东潍坊·统考模拟预测)已知函数f (x )=m x -1+ln (x +1),m ∈R .(1)若函数f x 图象上存在关于原点对称的两点,求m 的取值范围;(2)当s >t >1时,(2s -2t )k s +t -2+f (t -2)+m s -3<f (s -2)+m t -3恒成立,求正实数k 的最大值.18(2023·河北保定·统考二模)已知函数f x =x2e x+m,m∈R.(1)当m=-1时,求f x 在点A1,e-1处的切线方程.(2)若g x =f xx-ln x-1的图象恒在x轴上方,求实数m的取值范围.19(2023下·福建宁德·高三统考阶段练习)已知函数f(x)=e x+2ax-1,其中a为实数,e为自然对数底数,e=2.71828⋯.(1)已知函数x∈R,f(x)≥0,求实数a取值的集合;(2)已知函数F(x)=f(x)-ax2有两个不同极值点x1、x2,证明2a(x1+x2)>3x1x220(2023·广东·统考二模)已知a∈R,函数f x =x-1ln1-x-x-a cos x,f x 为f x 的导函数.(1)当a=0时,求函数f x 的单调区间;(2)讨论f x 在区间0,1上的零点个数;(3)比较110cos110与ln109的大小,并说明理由.二、证明题21(2023·福建·校联考模拟预测)设函数f x =2x-2x-a ln x(a∈R).(1)讨论f x 的单调性;(2)若f x 有两个极值点x1,x2,记过点A x1,f x1,B x2,f x2的直线的斜率为k,若x2∈1,e,证明:2-4e-1<k<0.22(2023·福建龙岩·统考二模)已知函数f(x)=ln x,g(x)=x-2 x.(1)若x0满足f x0=x0+1x0-1,证明:曲线y=f(x)在点A x0,ln x0处的切线也是曲线y=e x的切线;(2)若F(x)=f(x)-g(x),且F x1=F x2x1≠x2,证明:F x1+F x2<4ln2-7.23(2023·浙江·统考一模)已知函数f x =x cos x+a sin x.(1)若a=-1,证明:当0<x<1时,f x >-x33;(2)求所有的实数a,使得函数y=f x 在-π,π上单调.24(2023下·江苏南京·高三南京师范大学附属中学江宁分校校联考阶段练习)已知函数f x =ax e x和函数g x =ln x ax 有相同的最大值.(1)求a 的值;(2)设集合A =x f (x )=b ,B =x g (x )=b (b 为常数).①证明:存在实数b ,使得集合A ∪B 中有且仅有3个元素;②设A ∪B =x 1,x 2,x 3 ,x 1<x 2<x 3,求证:x 1+x 3>2x 2.25(2023·云南大理·统考一模)已知函数f x =2x -sin x .(1)判断函数f x 的单调性;(2)已知函数g x =f x -4x +2m ln x ,其中m >1,若存在g x 1 =g x 2 x 1≠x 2 ,证明:x 1+x 2>1+ln m .26(2023上·湖南·高三邵阳市第二中学校联考阶段练习)已知函数f x =2ln x-ax+1a∈R.(1)讨论函数f x 的零点个数;(2)已知函数g x =e ax-ex2a∈R,当0<a<2ee时,关于x的方程f x =g x 有两个实根x1,x2x1<x2,求证:x1-e<1x2-1e.(注:e=2.71828⋯是自然对数的底数)27(2023·吉林长春·东北师大附中校考一模)已知函数f x =ln x-kx+1.(1)讨论函数f x 的单调性;(2)若函数g x =e xax,求证:当a∈0,e2 2时,g x >f x +kx-1.28(2023·河北沧州·校考三模)已知函数f x =ln 1x+ax -2,a ∈R .(1)若f x ≥0恒成立,求实数a 的取值范围;(2)证明:对任意的k ∈N *,1+112+1 1+122+2 1+132+3 ⋯1+1k 2+k<e ,e 为自然对数的底数.29(2023·山西临汾·校考模拟预测)已知函数f x =a ln x +1 +12x -1 2a ∈R .(1)若a =2,求f x 的图像在x =0处的切线方程;(2)若f x 恰有两个极值点x 1,x 2,且x 1<x 2.①求a 的取值范围;②求证:2f x 2 >x 1+1.30(2023·湖南·湖南师大附中校联考一模)已知f x =e xx,g x =a sin x,直线l1是y=f x 在x=1处的切线,直线l2是y=g x 在x=0处的切线,若两直线l1、l2夹角的正切值为2,且当x>0时,直线l2恒在函数y=g x 图象的下方.(1)求a的值;(2)设F x =f x +g x ,若x0是F x 在-π,0上的一个极值点,求证:x0是函数F x 在-π,0上的唯一极大值点,且0<F x0<2.31(2023·湖北武汉·华中师大一附中校考模拟预测)已知函数f x =ae2x-1-x2ln x+1 2(1)若a=0,证明:f x ≥x22-x3;(2)设g x =xf x +x2e x ,若∀x>1,xgln xx-1<g x ln xx-1恒成立,求实数a的取值范围.32(2023上·北京·高三北京市八一中学校考阶段练习)已知函数f (x )=x cos x -ax +a ,x ∈0,π2,(a ≠0).(1)当a ≥1时,求f (x )的单调区间;(2)求证:f (x )有且仅有一个零点.33(2023·重庆·统考模拟预测)已知函数f x =x aex -1和g x =a +ln x x 在同一处取得相同的最大值.(1)求实数a ;(2)设直线y =b 与两条曲线y =f x 和y =g x 共有四个不同的交点,其横坐标分别为x 1,x 2,x 3,x 4(x 1<x 2<x 3<x 4),证明:x 1x 4=x 2x 3.34(2023·辽宁抚顺·校考模拟预测)已知函数f x =ax2-x-ln x a∈R.(1)当a=12时,求函数f x 在[1,2]上的最大值.(2)若函数f x 在定义域内有两个不相等的零点x1,x2,证明:f x1+x2>2.+ln x1+x235(2023·山西·校考模拟预测)已知函数f x =ln x-a x+1,a∈R.(1)若f x ≤0,求a的取值范围;(2)若关于x的方程f x2=e ax-ex2有两个不同的正实根x1,x2,证明:x1+x2>2e.36(2023·湖南永州·统考一模)已知函数f x =ln x +1 ,g x =axe x -2ln a +3ln2+3.(1)当x ∈-1,0 ∪0,+∞ 时,求证:f x x >-12x +1;(2)若x ∈-1,+∞ 时,g x ≥f x ,求实数a 的取值范围.。
(某某专用)2018版高考数学专题复习 专题3 导数及其应用 第24练 高考大题突破练——导数练习 理1.(2016·某某一模)已知函数f (x )=ln x -x -a x,a ∈R . (1)当a =0时,求函数f (x )的极大值; (2)求函数f (x )的单调区间.2.(2015·课标全国Ⅱ)设函数f (x )=e mx+x 2-mx .(1)证明:f (x )在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增;(2)若对于任意x 1,x 2∈[-1,1],都有|f (x 1)-f (x 2)|≤e-1,求m 的取值X 围.3.(2015·课标全国Ⅰ)已知函数f (x )=x 3+ax +14,g (x )=-ln x .(1)当a 为何值时,x 轴为曲线y =f (x )的切线;(2)用min{m ,n }表示m ,n 中的最小值,设函数h (x )=min{f (x ),g (x )}(x >0),讨论h (x )零点的个数.4.(2016·某某)已知f (x )=a (x -ln x )+2x -1x2,a ∈R .(1)讨论f (x )的单调性;(2)当a =1时,证明f (x )>f ′(x )+32对于任意的x ∈[1,2]成立.5.已知函数f (x )=x ln x 和g (x )=m (x 2-1)(m ∈R ). (1)m =1时,求方程f (x )=g (x )的实根;(2)若对任意的x ∈(1,+∞),函数y =g (x )的图象总在函数y =f (x )图象的上方,求m 的取值X 围;(3)求证:44×12-1+4×24×22-1+…+4×n 4×n 2-1>ln(2n +1)(n ∈N *). 答案精析1.解 函数f (x )的定义域为(0,+∞). (1)当a =0时,f (x )=ln x -x ,f ′(x )=1x-1.令f ′(x )=0,得x =1.当x 变化时,f ′(x ),f (x )的变化情况如下表:所以f (x )(2)f ′(x )=1x -1+a x 2=-x 2+x +ax2. 令f ′(x )=0,得-x 2+x +a =0,则Δ=1+4a . ①当a ≤-14时,f ′(x )≤0恒成立,所以函数f (x )的单调减区间为(0,+∞); ②当a >-14时,由f ′(x )=0,得x 1=1+1+4a 2,x 2=1-1+4a 2.(i)若-14<a <0,则x 1>x 2>0,由f ′(x )<0,得0<x <x 2,x >x 1; 由f ′(x )>0,得x 2<x <x 1. 所以f (x )的单调减区间为(0,1-1+4a 2),(1+1+4a 2,+∞),单调增区间为(1-1+4a 2,1+1+4a 2).(ii)若a =0,由(1)知f (x )的单调增区间为(0,1),单调减区间为(1,+∞). (iii)若a >0,则x 1>0>x 2, 由f ′(x )<0,得x >x 1; 由f ′(x )>0,得0<x <x 1. 所以f (x )的单调减区间为(1+1+4a2,+∞), 单调增区间为(0,1+1+4a2).综上所述, 当a ≤-14时,f (x )的单调减区间为(0,+∞);当-14<a <0时,f (x )的单调减区间为(0,1-1+4a 2),(1+1+4a 2,+∞),单调增区间为(1-1+4a 2,1+1+4a 2);当a ≥0时,f (x )的单调减区间为(1+1+4a2,+∞),单调增区间为(0,1+1+4a2).2.(1)证明 f ′(x )=m (e mx-1)+2x . 若m ≥0,则当x ∈(-∞,0)时, e mx-1≤0,f ′(x )<0;当x ∈(0,+∞)时,e mx-1≥0,f ′(x )>0. 若m <0,则当x ∈(-∞,0)时, e mx-1>0,f ′(x )<0;当x ∈(0,+∞)时,e mx-1<0,f ′(x )>0. 所以函数f (x )在(-∞,0)上单调递减, 在(0,+∞)上单调递增. (2)解 由(1)知,对任意的m ,f (x )在[-1,0]上单调递减,在[0,1]上单调递增,故f (x )在x =0处取得最小值.所以对于任意x 1,x 2∈[-1,1],|f (x 1)-f (x 2)|≤e-1的充要条件是⎩⎪⎨⎪⎧f1-f 0≤e-1,f -1-f 0≤e-1,即⎩⎪⎨⎪⎧e m-m ≤e-1,e -m+m ≤e-1.①设函数g (t )=e t-t -e +1, 则g ′(t )=e t-1.当t <0时,g ′(t )<0;当t >0时,g ′(t )>0.故g (t )在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增. 又g (1)=0,g (-1)=e -1+2-e <0, 故当t ∈[-1,1]时,g (t )≤0.当m ∈[-1,1]时,g (m )≤0,g (-m )≤0,即①式成立; 当m >1时,g (m )>0,即e m-m >e -1; 当m <-1时,g (-m )>0, 即e -m+m >e -1.综上,m 的取值X 围是[-1,1].3.解 (1)设曲线y =f (x )与x 轴相切于点(x 0,0), 则f (x 0)=0,f ′(x 0)=0, 即⎩⎪⎨⎪⎧x 30+ax 0+14=0,3x 20+a =0,解得x 0=12,a =-34.因此,当a =-34时,x 轴为曲线y =f (x )的切线.(2)当x ∈(1,+∞)时,g (x )=-ln x <0,从而h (x )=min{f (x ),g (x )}≤g (x )<0,故h (x )在(1,+∞)上无零点.当x =1时,若a ≥-54,则f (1)=a +54≥0,h (1)=min{f (1),g (1)}=g (1)=0,故1是h (x )的一个零点;若a <-54,则f (1)<0,h (1)=min{f (1),g (1)}=f (1)<0,故1不是h (x )的零点.当x ∈(0,1)时,g (x )=-ln x >0.所以只需考虑f (x )在(0,1)上的零点个数.(ⅰ)若a ≤-3或a ≥0,则f ′(x )=3x 2+a 在(0,1)上无零点,故f (x )在(0,1)上单调.而f (0)=14,f (1)=a +54,所以当a ≤-3时,f (x )在(0,1)上有一个零点;当a ≥0时,f (x )在(0,1)上没有零点.(ⅱ)若-3<a <0,则f (x )在(0, -a3)上单调递减,在( -a3,1)上单调递增,故在(0,1)中,当x = -a3时,f (x )取得最小值,最小值为f ( -a 3)=2a 3-a 3+14. ①若f (-a 3)>0,即-34<a <0, f (x )在(0,1)上无零点;②若f (-a 3)=0,即a =-34, 则f (x )在(0,1)上有唯一零点; ③若f (-a 3)<0,即-3<a <-34,由于f (0)=14,f (1)=a +54,所以 当-54<a <-34时,f (x )在(0,1)上有两个零点;当-3<a ≤-54时,f (x )在(0,1)上有一个零点.综上,当a >-34或a <-54时,h (x )有一个零点;当a =-34或a =-54时,h (x )有两个零点;当-54<a <-34时,h (x )有三个零点.4.(1)解 f (x )的定义域为(0,+∞),f ′(x )=a -a x -2x 2+2x 3=ax 2-2x -1x3. 当a ≤0时,x ∈(0,1)时,f ′(x )>0,f (x )单调递增,x ∈(1,+∞)时,f ′(x )<0, f (x )单调递减.当a >0时,f ′(x )=a x -1x 3· ⎝⎛⎭⎪⎫x -2a ⎝⎛⎭⎪⎫x +2a .①当0<a <2时,2a>1,当x ∈(0,1)或x ∈⎝⎛⎭⎪⎫2a,+∞时,f ′(x )>0,f (x )单调递增,当x ∈⎝⎛⎭⎪⎫1,2a 时,f ′(x )<0,f (x )单调递减.②当a =2时,2a=1,在x ∈(0,+∞)内,f ′(x )≥0,f (x )单调递增. ③当a >2时,0<2a<1,当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,2a 或x ∈(1,+∞)时,f ′(x )>0,f (x )单调递增,当x ∈⎝⎛⎭⎪⎫2a,1时,f ′(x )<0,f (x )单调递减.综上所述,当a ≤0时,f (x )在(0,1)内单调递增,在(1,+∞)内单调递减; 当0<a <2时,f (x )在(0,1)内单调递增,在⎝⎛⎭⎪⎫1,2a 内单调递减,在⎝⎛⎭⎪⎫2a,+∞内单调递增;当a =2时,f (x )在(0,+∞)内单调递增; 当a >2时,f (x )在⎝⎛⎭⎪⎫0,2a 内单调递增,在⎝⎛⎭⎪⎫2a,1内单调递减,在(1,+∞)内单调递增. (2)证明 由(1)知,a =1时,f (x )-f ′(x )=x -ln x +2x -1x2-⎝⎛⎭⎪⎫1-1x -2x2+2x 3 =x -ln x +3x +1x 2-2x3-1,x ∈[1,2].设g (x )=x -ln x ,h (x )=3x +1x 2-2x3-1,x ∈[1,2],则f (x )-f ′(x )=g (x )+h (x ).由g ′(x )=x -1x≥0, 可得g (x )≥g (1)=1,当且仅当x =1时取得等号. 又h ′(x )=-3x 2-2x +6x4, 设φ(x )=-3x 2-2x +6,则φ(x )在x ∈[1,2]上单调递减. 因为φ(1)=1,φ(2)=-10,所以∃x 0∈(1,2), 使得x ∈(1,x 0)时,φ(x )>0,x ∈(x 0,2)时,φ(x )<0. 所以h (x )在(1,x 0)内单调递增,在(x 0,2)内单调递减.由h (1)=1,h (2)=12,可得h (x )≥h (2)=12,当且仅当x =2时取得等号.所以f (x )-f ′(x )>g (1)+h (2)=32,即f (x )>f ′(x )+32对于任意的x ∈[1,2]成立.5.(1)解 m =1时,f (x )=g (x ), 即x ln x =x 2-1,而x >0,所以方程即为ln x -x +1x=0.令h (x )=ln x -x +1x,则h ′(x )=1x -1-1x 2=-x 2+x -1x2=-[x -122+34]x 2<0,而h (1)=0,故方程f (x )=g (x )有唯一的实根x =1.(2)解 对于任意的x ∈(1,+∞),函数y =g (x )的图象总在函数y =f (x )图象的上方, 即∀x ∈(1,+∞),f (x )<g (x ), 即ln x <m (x -1x),设F (x )=ln x -m (x -1x),即∀x ∈(1,+∞),F (x )<0,F ′(x )=1x -m (1+1x2)=-mx 2+x -mx2. ①若m ≤0,则F ′(x )>0,F (x )>F (1)=0,这与题设F (x )<0矛盾. ②若m >0,方程-mx 2+x -m =0的判别式Δ=1-4m 2, 当Δ≤0,即m ≥12时,F ′(x )≤0,∴F (x )在(1,+∞)上单调递减, ∴F (x )<F (1)=0,即不等式成立.当Δ>0,即0<m <12时,方程-mx 2+x -m =0有两个实根,设两根为x 1,x 2且x 1<x 2,则⎩⎪⎨⎪⎧x 1+x 2=1m >2,x 1x 2=1,∴方程有两个正实根且0<x 1<1<x 2.当x ∈(1,x 2)时,F ′(x )>0,F (x )单调递增,F (x )>F (1)=0与题设矛盾.综上所述,实数m 的取值X 围是⎣⎢⎡⎭⎪⎫12,+∞. (3)证明 由(2)知,当x >1时,m =12时,ln x <12(x -1x )成立.不妨令x =2k +12k -1>1(k ∈N *),∴ln 2k +12k -1<12⎝ ⎛⎭⎪⎫2k +12k -1-2k -12k +1=4k4k 2-1, ln(2k +1)-ln(2k -1)<4k 4k 2-1(k ∈N *), ⎩⎪⎨⎪⎧ln 3-ln 1<44×12-1,ln 5-ln 3<4×24×22-1,…ln 2n +1-ln 2n -1<4×n 4×n 2-1n ∈N *,累加可得44×12-1+4×24×22-1+… +4×n 4×n 2-1>ln(2n +1)(n ∈N *).。
x训练目标(1)导数的综合应用:(2)压轴大题突破. 训练题型 ⑴导数与不等式的综合:⑵利用导数研究函数零点:(3)利用导数求参数范風 解题策略(1)不等式恒成立(或有解)可转化为函数的最值问题,函数零点可以和函数图象 相结合:(2)求参数范围可用分离参数法. •常州-模)已知函数 (1) 当a=0时,求函数的极大值:(2) 求函数f(x)的单调区间.2. (2015 •课标全国II)已知函数x+a(l-£.(1) 讨论f(x)的单调性:(2) 当有最大值,且最大值大于2a —2时,求a 的取值范围.3. 已知函数 Ax)= In x+-(a>0)・x(1) 求的单调区间:(2) 讨论关于x 的方程A.Y )= —一器勺实根情况.4. 已知函数 f&) = (l+x )rH 当-Y G [0, 1]时,求证:1 一xWfGJW 亠.1-+--Y5. 已知函数 Ax) =xln *和 g{x)(zoGR). (1) 加=1时,求方程f(x)=g(x)的实根; (2) 若对任意的-VG (1, +8),函数y=g(£的图象总在函数p=f(x)图象的上方,求加的 取值范围:4 4X9⑶求证:4X1—1+4X2二]+ “ ,,+4Xn=~l >ln (2n+1)心)・ 答案精析1. 解 函数f(x)的泄义域为(0, +8).(1)当 a=0 时,f(x)=ln x-耳、令 f' (x)=0,得 x=l ・当*变化时,/ (-0, f&)的变化情况如下表:(江苏专用)2018版高考数学专题复习专3导数及其应用第24 练高考大题突破练 导数练习所以Ax)的极大值为小、■彳\ 1 …a —才+x+a(2)Z C Y )=-一1+~= ------------ :——・X X X令 f (x)=0,得一£+x+a=0,则4=l+4a ・ ① 当—扌时,f (x)W0恒成立,所以函数f(x)的单调减区间为(0, +8):② 当a>-g 时,由f 3=0, 4/F1 l+£ + 4a 1_Q1+4K得弘= o ・Xz — 9⑴若-加vo,则宀>o,由 f' (-¥)<0,得 0<-Y>A F i :由 f r(-¥)>0,得 XWX\・所以的单调减区间为 (0,上驴),(土再,+8),单调增区间为(上梓,土再).(ii) 若3 = 0,由(1)知f&)的单调增区间为(0, 1),单调减区间为(1, +8).(iii) 若 a>0,则-Y I >0>-Y2>由 f r (-¥)<0,得-Y>A^:由 f r (-¥)>0,得 0<x<・£・ 所以的单调减区间为(匕匕£±匹,+8),综上所述, 当aW-g 时, 4f(x)的单调减区间为(0, +8):单调增区间为(0,l+Ul + 4a 、 2 '当一+<a<0时,f(x)的单调减区间为(0, 1_(1+辔"-Foo),单调增区间当时,f(x)的单调减区间为(出£七迢,+8), 2. 解(l)f(x)的定义域为(0, +8), f (-r) =-—a.x若aWO,则/ C Y )>0,所以f(£在(0, +8)上单调递增.若 a>0,则当曲(0,弓时,f C Y )>0:当.YG Q. +8)时,f GJVO.所以f(x)在(o, £上单调递增,在G ,+8)上单调递减.(2)由(1)知,当&W0时,f(x)在(0, +8)无最大值;当a>0时,f3在尸£取得最大值,最大值为彳2=lnC) + 41 —— In a+a-l.因此 4£)>2a —2 等价于 In a+a —1V0.令 g(a) = In a+ a — 1,则g(a)在(0, +8)上单调递增,g ⑴=0.于是,当 0<aVl 时,g(a)V0;当 a>l 时,g(a)>0・因此,a 的取值范围是(0,1)・3-解⑴心)=1"+资定义域为© +Q ,因为 &>0,由 f C Y ) >0,得 xG (a, +8),由 f rC Y )<0,得-YG (0, a),所以/'(£的单调递增区间为(a, +8),单调递减区间为(0, a). (2)由题意,将方程f3= -—+化简得为( 1_小+4& 2l+Ql + 4a 2丿单调增区间为(0, 1+Q1 + 4& 2则fb=lnx —厅”+歹 *丘(0, +8).令 A (-r) =ln x —~Y —Z>+~,当 (0, 1)时,h f (x)>0,当 JV G(1> +8)时,H C Y XO, 所以力(0在区间(0,1)上单调递增, 在区间(1, +8)上单凋递减. 所以方3在尸1处取得极大值,即最大值,最大值为A (l)=ln l-|xi=-/>+|=-Z>.所以当一b>0,即bVO 时,y=h3的图象与x 轴恰有两个交点, 方程f(x) = ——+有两个实根: 当6=0时,y= h(x)的图象与x 轴恰有一个交点,方程f3£严 -*有-个实根;当b>Q 时,y=h(x)的图象与x 轴无交点, 方程g 「十2?也冷无实根・4. 证明要证xG [0, 1]时,(1+对「汰鼻1 一匕只需证明(l+x)e r Xl —e A .记力C Y ) = (1 + x) e "― (1 —x)e", 则力'(x)=x(e“一e J.显然,当-YG (0, 1)时,h fC Y )>0, :.h{x)在[0,1]上是增函数,•••力3$力(0)=0・「•fCv) 21—弘 xW [0,1]・要 ill: xW [0, 1 ]时,(1 + x) e "W ]:、:,只需证明e^x+l.记 K(x) = e x — x — 1,则 K' (JV ) =e x —1.当 (0, 1)时,腔(力>0,:・K3在[0,1]上是增函数.:・K G )MK ©=Q ,.・・f3W 去,曲[0,1].1+x X 则“x综上,1—xWf(x) xG [0,1].5. (1)解加=1 时,即-rln x=x —l 9而左>0,所以方程即为In *一%+'=0・x令 h{x) =ln x —x+-, x 1 —y +-Y —1 ■ ■ X X而力⑴=0,故方程f3 =&3有唯一的实根-Y=l.(2)解 对于任意的A^(l, 4-00),函数尸g(x)的图象总在函数y=f(X )图象的上方, RPv jve(i, +8), f3Vg3,设尸 3=ln x-znCv--),即 V JV G (b +8),尸 3V0, xF (-v) =-—/z?(14-i)x x_ —mx - Vx —m2 •-¥① 若山WO,则F' (x)>0,尺x)>尸(1)=0,这与题设Ax) <0矛盾.② 若山>0,方程一云+x_m= 0的判别式4=1一4加,当 4W0,即皿2*时,F (x)W0,・•.尸(对在(1, +8)上单调递减,・••尸351)=0,即不等式成立.当4>0,即0<*玄1寸,方程一+X —m= 0有两个实根,设两根为及,及且Xi<x :,则 /心=1,・•・方程有两个正实根且0<^<1<^:.当曲(1,龙)时,F (刃>0,尸(%)单调递增,<0,1m尸&)>尸(1)= 0与题设矛盾. 综上所述,实数也的取值范困是(3) 证明由(2)知,当x>l 时,山=*时,• 2&+1「1印+1 2&—1] 4k不妨令x= 2A+1 2k-1ln(2^+l)-ln(2A-l)< 4k 4#-l (圧 N"), 4 累加可得药匸T 4X2 4X2:-14 4Xn 4Xn :-l>ln(2n+l) (nEN 4).。
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2019年高中数学单元测试卷导数及其应用学校:__________ 姓名:__________ 班级:__________ 考号:__________一、选择题1.32()32f x x x =-+在区间[]1,1-上的最大值是( )(A)-2 (B)0 (C )2 (D)4(2006浙江文)二、填空题2. 已知a > 0,方程x 2-2ax —2a ln x =0有唯一解,则a = . 123. 曲线21()cos 3f x x x =-在0x =处的切线的斜率为 ▲ 。
4.若函数f (x )=ax 4+bx 2+c 满足(1) 2f '=,则(1)f '-= .5.已知函数x x mx x f 2ln )(2-+=在定义域内是增函数,则实数m 的取值范围是 ▲ . 6.若曲线2ln y ax x =-在点(1,)a 处的切线平行于x 轴,则a =____________。
(2013年高考广东卷(文))7.函数32()15336f x x x x =--+的单调减区间为 . 解析 考查利用导数判断函数的单调性。
2()330333(11)(1)f x x x x x '=--=-+,由(11)(1)0x x -+<得单调减区间为(1,11)-。
江苏专用2019版高考数学专题复习专题3导数及其应用第24练高考
大题突破练--导数练习
(2)求函数f (x )的单调区间.
2.(2015·课标全国Ⅱ)已知函数f (x )=ln x +a (1-x ).
(1)讨论f (x )的单调性;
(2)当f (x )有最大值,且最大值大于2a -2时,求a 的取值范围.
3.已知函数f (x )=ln x +a x (a >0).
(1)求f (x )的单调区间;
(2)讨论关于x 的方程f (x )=
x 3+bx +a 2x -12的实根情况.
4.已知函数f (x )=(1+x )e
-2x ,当x ∈[0,1]时,求证:1-x ≤f (x )≤11+x
.
5.已知函数f (x )=x ln x 和g (x )=m (x 2-1)(m ∈R ). (1)m =1时,求方程f (x )=g (x )的实根;
(2)若对任意的x ∈(1,+∞),函数y =g (x )的图象总在函数y =f (x )图象的上方,求m 的取值范围;
(3)求证:44×12-1+4×24×22-1+…+4×n 4×n 2-1
>ln(2n +1)(n ∈N *).
答案精析
1.解 函数f (x )的定义域为(0,+∞).
(1)当a =0时,f (x )=ln x -x ,
f ′(x )=1x
-1. 令f ′(x )=0,得x =1.
当x 变化时,f ′(x ),f (x )的变化情况如下表:
所以f (x )的极大值为f (1)=-1. (2)f ′(x )=1x -1+a x 2=-x 2+x +a x
2. 令f ′(x )=0,得-x 2
+x +a =0,
则Δ=1+4a .
①当a ≤-14
时,f ′(x )≤0恒成立, 所以函数f (x )的单调减区间为(0,+∞);
②当a >-14
时,由f ′(x )=0, 得x 1=1+1+4a 2,x 2=1-1+4a 2
. (i)若-14
<a <0,则x 1>x 2>0, 由f ′(x )<0,得0<x <x 2,x >x 1;
由f ′(x )>0,得x 2<x <x 1.
所以f (x )的单调减区间为
(0,1-1+4a 2),(1+1+4a 2,+∞),单调增区间为(1-1+4a 2,1+1+4a 2
). (ii)若a =0,由(1)知f (x )的单调增区间为(0,1),单调减区间为(1,+∞).
(iii)若a >0,则x 1>0>x 2,
由f ′(x )<0,得x >x 1;
由f ′(x )>0,得0<x <x 1.
所以f (x )的单调减区间为(1+1+4a 2
,+∞), 单调增区间为(0,1+1+4a 2). 综上所述,
当a ≤-14
时, f (x )的单调减区间为(0,+∞);
当-14<a <0时,f (x )的单调减区间为(0,1-1+4a 2),(1+1+4a 2
,+∞),单调增区间为(1-1+4a 2,1+1+4a 2
); 当a ≥0时,f (x )的单调减区间为(1+1+4a 2
,+∞), 单调增区间为(0,1+1+4a 2
). 2.解 (1)f (x )的定义域为(0,+∞),
f ′(x )=1
x
-a . 若a ≤0,则f ′(x )>0,所以f (x )在(0,+∞)上单调递增. 若a >0,则当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1a 时,f ′(x )>0;当x ∈⎝ ⎛⎭
⎪⎫1a ,+∞时,f ′(x )<0. 所以f (x )在⎝ ⎛⎭
⎪⎫0,1a 上单调递增, 在⎝ ⎛⎭
⎪⎫1a ,+∞上单调递减. (2)由(1)知,当a ≤0时,f (x )在(0,+∞)无最大值;
当a >0时,f (x )在x =1a 取得最大值,最大值为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1a =ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1a +a ⎝ ⎛⎭
⎪⎫1-1a =-ln a +a -1. 因此f ⎝ ⎛⎭
⎪⎫1a >2a -2等价于ln a +a -1<0. 令g (a )=ln a +a -1,
则g (a )在(0,+∞)上单调递增,
g (1)=0.
于是,当0<a <1时,g (a )<0;
当a >1时,g (a )>0.
因此,a 的取值范围是(0,1).
3.解 (1)f (x )=ln x +a x 的定义域为(0,+∞),
则f ′(x )=1x -a x 2=x -a x 2. 因为a >0,由f ′(x )>0,
得x ∈(a ,+∞),
由f ′(x )<0,得x ∈(0,a ),
所以f (x )的单调递增区间为(a ,+∞),单调递减区间为(0,a ).
(2)由题意,将方程f (x )=
x 3+bx +a 2x -12化简得 b =ln x -12x 2+12,x ∈(0,+∞).
令h (x )=ln x -12x 2-b +12
, 则h ′(x )=1x -x =+x -x x .
当x ∈(0,1)时,h ′(x )>0,
当x ∈(1,+∞)时,h ′(x )<0,
所以h (x )在区间(0,1)上单调递增,
在区间(1,+∞)上单调递减.
所以h (x )在x =1处取得极大值,即最大值,最大值为h (1)=ln 1-12×12-b +12
=-b . 所以当-b >0,即b <0时,y =h (x )的图象与x 轴恰有两个交点,
方程f (x )=x 3+bx +a 2x -12
有两个实根; 当b =0时,y =h (x )的图象与x 轴恰有一个交点,
方程f (x )=x 3+bx +a 2x -12
有一个实根; 当b >0时,y =h (x )的图象与x 轴无交点,
方程f (x )=x 3+bx +a 2x -12
无实根. 4.证明 要证x ∈[0,1]时,(1+x )e
-2x ≥1-x , 只需证明(1+x )e -x ≥(1-x )e x .记h (x )=(1+x )e -x -(1-x )e x
,
则h ′(x )=x (e x -e -x ).
显然,当x ∈(0,1)时,h ′(x )>0,
∴h (x )在[0,1]上是增函数,
∴h (x )≥h (0)=0.
∴f (x )≥1-x ,x ∈[0,1].
要证x ∈[0,1]时,(1+x )e
-2x ≤11+x , 只需证明e x ≥x +1.
记K (x )=e x -x -1,则K ′(x )=e x -1.
当x ∈(0,1)时,K ′(x )>0,
∴K (x )在[0,1]上是增函数.
∴K (x )≥K (0)=0,
∴f (x )≤11+x
,x ∈[0,1]. 综上,1-x ≤f (x )≤11+x
,x ∈[0,1]. 5.(1)解 m =1时,f (x )=g (x ),
即x ln x =x 2-1,
而x >0,所以方程即为ln x -x +1x
=0. 令h (x )=ln x -x +1x
, 则h ′(x )=1x -1-1x 2=-x 2+x -1x 2 =-
x -122
+34]x 2<0,
而h (1)=0,故方程f (x )=g (x )有唯一的实根x =1.
(2)解 对于任意的x ∈(1,+∞),函数y =g (x )的图象总在函数y =f (x )图象的上方, 即∀x ∈(1,+∞),f (x )<g (x ),
即ln x <m (x -1x
), 设F (x )=ln x -m (x -1x
),即∀x ∈(1,+∞),F (x )<0, F ′(x )=1x -m (1+1x
2) =-mx 2+x -m x
2. ①若m ≤0,则F ′(x )>0,F (x )>F (1)=0,这与题设F (x )<0矛盾.
②若m >0,方程-mx 2+x -m =0的判别式Δ=1-4m 2
,
当Δ≤0,即m ≥12时,F ′(x )≤0,
∴F (x )在(1,+∞)上单调递减,
∴F (x )<F (1)=0,即不等式成立.
当Δ>0,即0<m <12
时,方程-mx 2+x -m =0有两个实根,设两根为x 1,x 2且x 1<x 2,则⎩⎪⎨⎪⎧ x 1+x 2=1m >2,x 1x 2=1,
∴方程有两个正实根且0<x 1<1<x 2.
当x ∈(1,x 2)时,F ′(x )>0,F (x )单调递增,
F (x )>F (1)=0与题设矛盾.
综上所述,实数m 的取值范围是
⎣⎢⎡⎭
⎪⎫12,+∞. (3)证明 由(2)知,当x >1时,m =12
时, ln x <12(x -1x
)成立. 不妨令x =2k +12k -1
>1(k ∈N *), ∴ln 2k +12k -1<12⎝ ⎛⎭
⎪⎫2k +12k -1-2k -12k +1 =4k 4k 2-1
, ln(2k +1)-ln(2k -1)<
4k 4k 2-1(k ∈N *), ⎩⎪⎨⎪⎧ ln 3-ln 1<44×12-1,ln 5-ln 3<4×24×22-1n ∈N *,…n +-n -<4×n 4×n 2-1,
累加可得44×12-1+4×24×22-1
+… +4×n 4×n 2-1>ln(2n +1)(n ∈N *).。