高中数学 第四章 导数应用本章整合课件 北师大版选修11
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第四章 §1 1.1一、选择题1.函数f (x )=x +ln x 在(0,6)上是( ) A .单调增函数 B .单调减函数C .在(0,1e )上是减函数,在(1e ,6)上是增函数D .在(0,1e )上是增函数,在(1e ,6)上是减函数[答案] A[解析] ∵0<x <6,∴f ′(x )=1+1x >0,∴函数在(0,6)上单调递增.2.设f (x )=x 2(2-x ),则f (x )的单调增区间是( ) A .(0,43)B .(43,+∞)C .(-∞,0)D .(-∞,0)∪(43,+∞)[答案] A[解析] f (x )=x 2(2-x )=2x 2-x 3,f ′(x )=4x -3x 2,令f ′(x )>0,得0<x <43,故选A.3.(2014·新课标Ⅱ文,11)若函数f (x )=kx -ln x 在区间(1,+∞)上单调递增,则k 的取值范围是( )A .(-∞,-2]B .(-∞,-1]C .[2,+∞)D .[1,+∞) [答案] D[解析] 由条件知f ′(x )=k -1x ≥0在(1,+∞)上恒成立,∴k ≥1.把函数的单调性转化为恒成立问题是解决问题的关键.4.设f ′(x )是函数f (x )的导函数,y =f ′(x )的图像如图所示,则y =f (x )的图像最有可能的是( )[答案] C[分析]由导函数f′(x)的图像位于x轴上方(下方),确定f(x)的单调性,对比f(x)的图像,用排除法求解.[解析]由f′(x)的图像知,x∈(-∞,0)时,f′(x)>0,f(x)为增函数,x∈(0,2)时,f′(x)<0,f(x)为减函数,x∈(2,+∞)时,f′(x)>0,f(x)为增函数.只有C符合题意,故选C.5.已知对任意实数x,有f(-x)=-f(x),g(-x)=g(x),且当x>0,有f′(x)>0,g′(x)>0,则当x<0时,有()A.f′(x)>0,g′(x)>0B.f′(x)>0,g′(x)<0C.f′(x)<0′,g′(x)>0D.f′(x)<0,g′(x)<0[答案] B[解析]由已知f(x)为奇函数,g(x)为偶函数.∵x>0时,f′(x)>0,g′(x)>0,∴f(x),g(x)在(0,+∞)上递增.∴x<0时,f(x)递增,g(x)递减.∴x<0时f′(x)>0,g′(x)<0.6.设函数f(x)在定义域内可导,y=f(x)的图像如图所示,则导函数y=f′(x)的图像可能为()[答案] D[解析] 函数f (x )在(-∞,0)上单调递增,则f ′(x )在(-∞,0)上恒大于0,排除A 、C ;函数f (x )在(0,+∞)上先增加,再减少,最后又增加,则f ′(x )在(0,+∞)上先为正,再为负,最后又为正,故D 选项符合.二、填空题7.函数f (x )=x 3-5x 2+3x +6的单调递减区间为________. [答案] (13,3)[解析] f ′(x )=3x 2-10x +3=(3x -1)(x -3),令f ′(x )<0,得13<x <3,故函数f (x )的单调递减区间为(13,3).8.函数f (x )=x 3-mx 2+m -2的单调递减区间为(0,3),则m =____________. [答案] 92[解析] 令f ′(x )=3x 2-2mx =0,解得x =0或x =23m ,所以23m =3,m =92.9.(2014·福建省闽侯二中、永泰二中、连江侨中、长乐二中联考)已知函数f (x )=x 3-ax 2-3x 在区间[1,+∞)上是增函数,则实数a 的取值范围是________.[答案] (-∞,0][解析] ∵f (x )=x 3-ax 2-3x ,∴f ′(x )=3x 2-2ax -3, 又因为f (x )=x 3-ax 2-3x 在区间[1,+∞)上是增函数, f ′(x )=3x 2-2ax -3≥0在区间[1,+∞)上恒成立, ∴⎩⎪⎨⎪⎧a 3≤1,f ′(1)=3×12-2a -3≥0,解得a ≤0,故答案为(-∞,0].三、解答题10.(2014·甘肃省金昌市二中期中)已知函数f (x )=x 3+ax 2+bx (a 、b ∈R )的图像过点P (1,2),且在点P 处的切线斜率为8.(1)求a 、b 的值;(2)求函数f (x )的单调区间.[答案] (1)a =4,b =-3 (2)增区间(-∞,-3),(13,+∞),减区间(-3,13)[解析] (1)∵函数f (x )的图像过点P (1,2), ∴f (1)=2. ∴a +b =1.①又函数图像在点P 处的切线斜率为8, ∴f ′(1)=8,又f ′(x )=3x 2+2ax +b , ∴2a +b =5.②解由①②组成的方程组,可得a =4,b =-3. (2)由(1)得f ′(x )=3x 2+8x -3, 令f ′(x )>0,可得x <-3或x >13;令f ′(x )<0,可得-3<x <13.∴函数f (x )的单调增区间为(-∞,-3),(13,+∞),单调减区间为(-3,13).一、选择题11.若函数y =f (x )的导函数...在区间[a ,b ]上是增函数,则函数y =f (x )在区间[a ,b ]上的图像可能是( )[答案] A[解析] ∵导函数f ′(x )是增函数,∴切线的斜率随着切点横坐标的增大,逐渐增大,故选A. 12.函数f (x )=-xe x (a <b <1),则( )A .f (a )=f (b )B .f (a )<f (b )C .f (a )>f (b )D .f (a ),f (b )的大小关系不能确定 [答案] C[解析] f ′(x )=(-xe x )′=(-x )′·e x -(-x )·(e x )′(e x )2=x -1ex .当x <1时,f ′(x )<0,∴f (x )为减函数, ∵a <b <1,∴f (a )>f (b ).13.(2014·福建省闽侯二中、永泰二中、连江侨中、长乐二中联考)设函数F (x )=f (x )e x 是定义在R上的函数,其中f (x )的导函数f ′(x )满足f ′(x )<f (x )对于x ∈R 恒成立,则( )A .f (2)>e 2f (0),f (2012)>e 2012f (0)B .f (2)<e 2f (0),f (2012)>e 2012f (0)C .f (2)<e 2f (0),f (2012)<e 2012f (0)D .f (2)>e 2f (0),f (2012)<e 2012f (0) [答案] C[解析] ∵函数F (x )=f (x )ex 的导数F ′(x )=f ′(x )e x -f (x )e x (e x )2=f ′(x )-f (x )e x <0,∴函数F (x )=f (x )ex 是定义在R 上的减函数,∴F (2)<F (0),即f (2)e 2<f (0)e 0,故有f (2)<e 2f (0).同理可得f (2012)<e 2012f (0).故选C.14.函数y =f (x )的图像如图所示,则y =f ′(x )的图像可能是( )[答案] D[解析] 由f (x )的图像知,f (x )在(-∞,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减,∴在(0,+∞)上f ′(x )≤0,在(-∞,0)上f ′(x )≥0,故选D.二、填空题15.若函数f (x )=ax 3+x 恰有三个单调区间,则a 的取值范围是____________. [答案] a <0[解析] 由题知f ′(x )=3ax 2+1=0有两个不等实根,∴⎩⎪⎨⎪⎧a ≠0,Δ=-12a >0,∴a <0. 16.已知函数f (x )=ax +1x +2在(-2,+∞)上单调递减,则a 的取值范围是________.[答案] (-∞,12)[解析] f ′(x )=a (x +2)-ax -1(x +2)2=2a -1(x +2)2,由题意得x >-2时,f ′(x )≤0恒成立, ∴2a -1≤0,∴a ≤12.又当a =12时,f (x )=12x +1x +2=12,此时,函数f (x )在(-2,+∞)上不是减函数,∴a ≠12.综上可知,a 的取值范围为(-∞,12).三、解答题17.设函数f (x )=x 3-3ax 2+3bx 的图像与直线12x +y -1=0相切于点(1,-11). (1)求a 、b 的值;(2)讨论函数f (x )的单调性.[答案] (1)a =1,b =-3 (2)增区间(-∞,-1),(3,+∞) 减区间(-1,3) [解析] (1)f ′(x )=3x 2-6ax +3b .因为f (x )的图像与直线12x +y -1=0相切于点(1,-11),所以f (1)=-11,f ′(1)=-12,即⎩⎪⎨⎪⎧1-3a +3b =-113-6a +3b =-12,解得a =1,b =-3. (2)由a =1,b =-3得f ′(x )=3x 2-6ax +3b =3(x 2-2x -3)=3(x +1)(x -3). 令f ′(x )>0,解得x <-1或x >3; 又令f ′(x )<0,解得-1<x <3.故当x ∈(-∞,-1)时,f (x )是增函数; 当x ∈(3,+∞)时,f (x )也是增函数; 当x ∈(-1,3)时,f (x )是减函数. 18.已知f (x )=e x -ax -1.(1)若f (x )在定义域R 内单调递增,求a 的取值范围;(2)是否存在实数a 使f (x )在(-∞,0]上单调递减,在[0,+∞)上单调递增?若存在,求出a 的值;若不存在,说明理由.[答案] (1)a ≤0 (2)a =1 [解析] (1)∵f (x )=e x -ax -1, ∴f ′(x )=e x -a . ∵f (x )在R 上单调递增,∴f ′(x )=e x -a ≥0(等号只能在有限个点处取得)恒成立,即a ≤e x ,x ∈R 恒成立. ∵x ∈R 时,e x ∈(0,+∞),∴a ≤0. (2)f ′(x )=e x -a .若f(x)在(-∞,0]上是单调递减函数⇒e x-a≤0在x∈(-∞,0]时恒成立⇒a≥(e x)max. 当x∈(-∞,0]时,e x∈(0,1],∴a≥1. ①若f(x)在[0,+∞)上是单调递增函数⇒e x-a≥0在x∈[0,+∞)时恒成立⇒a≤(e x)min.当x∈[0,+∞)时,e x∈[1,+∞),∴a≤1. ②由①②知a=1,故存在a=1满足条件.。
第四章 §2 2.2 第2课时一、选择题1.要制做一个圆锥形的漏斗,其母线长为20cm ,要使其体积最大,则高为( ) A.33cm B.1033cmC.1633cmD.2033cm[答案] D[解析] 设圆锥的高为x ,则底面半径为202-x 2,其体积为V =13πx (400-x 2) (0<x <20),V ′=13π(400-3x 2),令V ′=0,解得x =2033.当0<x <2033时,V ′>0;当2033<x <20时,V ′<0,所以当x =2033时,V 取最大值.2.将数8拆分为两个非负数之和,使其立方之和为最小,则分法为( ) A .2和6 B .4和4 C .3和5 D .以上都不对[答案] B[解析] 设一个数为x ,则另一个数为8-x ,则y =x 3+(8-x )3,0≤x ≤8,y ′=3x 2-3(8-x )2,令y ′=0,即3x 2-3(8-x )2=0,解得x =4.当0≤x <4时,y ′<0,函数单调递减;当4<x ≤8时,y ′>0,函数单调递增,所以x =4时,y 最小.3.用总长为6m 的钢条制作一个长方体容器的框架,如果所制作容器的底面的相邻两边长之比为,那么容器容积最大时,高为( ) A .0.5m B .1m C .0.8m D .1.5m [答案] A[解析] 设容器底面相邻两边长分别为3x m 、4x m ,则高为6-12x -16x 4=⎝⎛⎭⎫32-7x (m),容积V =3x ·4x ·⎝⎛⎭⎫32-7x =18x 2-84x 3⎝⎛⎭⎫0<x <314,V ′=36x -252x 2,由V ′=0得x =17或x =0(舍去).x ∈⎝⎛⎭⎫0,17时,V ′>0,x ∈⎝⎛⎭⎫17,314时,V ′<0,所以在x =17处,V 有最大值,此时高为0.5m.4.内接于半径为R 的球且体积最大的圆锥的高为( ) A .R B .2R C.43R D.34R [答案] C[解析] 设圆锥高为h ,底面半径为r ,则R 2=(R -h )2+r 2,∴r 2=2Rh -h 2, ∴V =13πr 2h =π3h (2Rh -h 2)=23πRh 2-π3h 3,V ′=43πRh -πh 2.令V ′=0得h =43R .当0<h <43R 时,V ′>0;当4R3<h <2R 时,V ′<0.因此当h =43R 时,圆锥体积最大.故应选C.5.设圆柱的体积为V ,那么其表面积最小时,底面半径为( ) A.3V B.3V πC.34V D .23V 2π[答案] D[解析] 设底面圆半径为r ,高为h ,则V =πr 2h ,∴h =V πr 2.∴S 表=2S 底+S 侧=2πr 2+2πr ·h =2πr 2+2πr ·V πr 2=2πr 2+2V r .∴S 表′=4πr -2Vr 2,令S 表′=0得,r =3V 2π,又当x ∈(0,3V 2π)时,S 表′<0;当x ∈(3V 2π,V )时,S 表′>0,∴当r =3V2π时,表面积最小.6.福建炼油厂某分厂将原油精炼为汽油,需对原油进行冷却和加热,如果第x 小时时,原油温度(单位:℃)为f (x )=13x 3-x 2+8(0≤x ≤5),那么,原油温度的瞬时变化率的最小值是( )A .8 B.203 C .-1 D .-8[答案] C[解析] 瞬时变化率即为f ′(x )=x 2-2x 为二次函数,且f ′(x )=(x -1)2-1,又x ∈[0,5],故x =1时,f ′(x )min =-1. 二、填空题7.做一个无盖的圆柱形水桶,若要使其体积是27π,且用料最小,则圆柱的底面半径为________. [答案] 3[解析] 设圆柱的底面半径为R ,母线长为L ,则V =πR 2L =27π,∴L =27R 2,要使用料最省,只需使圆柱形表面积最小,∴S 表=πR 2+2πRL =πR 2+2π27R,∴S ′(R )=2πR -54πR 2=0,令S ′=0得R =3,∴当R =3时,S 表最小.8.一艘轮船在航行中的燃料费和它的速度的立方成正比,已知在速度为10km/h 时燃料费是每小时6元 ,而其他与速度无关的费用是每小时96元,则此轮船的速度为______km/h 航行时,能使行驶每公里的费用总和最小.[答案] 20[解析] 设船速为每小时x (x >0)公里,燃料费为Q 元,则Q =kx 3, 由已知得:6=k ·103, ∴k =3500,即Q =3500x 3.记行驶每公里的费用总和为y 元,则 y =(3500x 3+96)·1x =3500x 2+96xy ′=3250x -96x 2,令y ′=0,即3250x -96x 2=0,解之得:x =20.这就是说,该函数在定义域(0,+∞)内有唯一的极值点,该极值必有所求的最小值,即当船速为每小时20公里时,航行每公里的总费用最小,最小值为7.2元.9.如图所示,一窗户的上部是半圆,下部是矩形,如果窗户面积一定,窗户周长最小时,x 与h 的比为________.[答案][解析] 设窗户面积为S ,周长为L ,则S =π2x 2+2hx ,h =S 2x -π4x ,∴窗户周长L =πx +2x +2h=π2x +2x +Sx, ∴L ′=π2+2-S x 2.由L ′=0,得x =2Sπ+4,x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,2S π+4时,L ′<0,x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫2S π+4,+∞时,L ′>0,∴当x =2S π+4时,L 取最小值,此时h x =2S -πx 24x 2=2S 4x 2-π4=π+44-π4=1. 三、解答题10.(2014·福州市八县联考)永泰某景区为提高经济效益,现对某一景点进行改造升级,从而扩大内需,提高旅游增加值,经过市场调查,旅游增加值y 万元与投入x (x ≥10)万元之间满足:y =f (x )=ax 2+10150x -b ln x10,a ,b 为常数.当x =10万元时,y =19.2万元;当x =30万元时,y =50.5万元.(参考数据:ln2=0.7,ln3=1.1,ln5=1.6).(1)求f (x )的解析式;(2)求该景点改造升级后旅游利润T (x )的最大值.(利润=旅游增加值-投入). [答案] (1)f (x )=-x 2100+10150x -ln x10(x ≥10) (2)24.4万元[解析] (1)由条件可得⎩⎨⎧a ×102+10150×10-b ln1=19.2,a ×302+10150×30-b ln3=50.5,解得a =-1100,b =1, 则f (x )=-x 2100+10150x -ln x10(x ≥10).(2)T (x )=f (x )-x =-x 2100+5150x -ln x10(x ≥10),则T ′(x )=-x 50+5150-1x =-(x -1)(x -50)50x ,令T ′(x )=0,则x =1(舍)或x =50,当x ∈(10,50)时,T ′(x )>0,因此T (x )在(10,50)上是增函数; 当x ∈(50,+∞)时,T ′(x )<0,因此T (x )在(50,+∞)上是减函数, ∴当x =50时,T (x )取最大值.T (50)=-502100+5150×50-ln 5010=24.4(万元).即该景点改造升级后旅游利润T (x )的最大值为24.4万元.一、选择题11.以长为10的线段AB 为直径画半圆,则它的内接矩形面积的最大值为( ) A .10 B .15 C .25 D .50[答案] C[解析] 如图,设∠NOB =θ,则矩形面积S =5sin θ·2·5cos θ=50sin θ·cos θ=25sin2θ,故S max =25.12.若一球的半径为r ,作内接于球的圆柱,则圆柱侧面积的最大值为( ) A .2πr 2 B .πr 2 C .4πr 2 D.12πr 2 [答案] A[解析] 设内接圆柱的底面半径为r 1,高为t , 则S =2πr 1t =2πr 12r 2-r 21=4πr 1r 2-r 21.∴S =4πr 2r 21-r 41.令(r 2r 21-r 41)′=0得r 1=22r . 此时S =4π·22r ·r 2-⎝⎛⎭⎫22r 2=4π·22r ·22r =2πr 2.13.某公司生产一种产品,固定成本为20 000元,每生产一单位的产品,成本增加100元,若总收入R 与年产量x (0≤x ≤390)的关系是R (x )=-x 39 000+400x,0≤x ≤390,则当总利润最大时,每年生产的产品单位数是( )A .150B .200C .250D .300[答案] D[解析] 由题意可得总利润P (x )=-x 3900+300x -20 000,0≤x ≤390.由P ′(x )=0,得x =300.当0≤x ≤300时,p ′(x )>0;当300<x ≤390时,P ′(x )<0,所以当x =300时,P (x )最大,故选D.二、填空题14.用长为18m 的钢条围成一个长方体形状的框架,要求长方体的长与宽之比为,该长方体的最大体积是________.[答案] 3m 3[解析] 设长方体的宽为x ,则长为2x ,高为92-3x (0<x <32),故体积为V =2x 2⎝⎛⎭⎫92-3x =-6x 3+9x 2,V ′=-18x 2+18x ,令V ′=0得,x =0或1, ∵0<x <2,∴x =1.∴该长方体的长、宽、高各为2m 、1m 、1.5m 时,体积最大,最大体积V max =3m 3.15.某厂生产某种产品x 件的总成本:C (x )=1 200+275x 3,又产品单价的平方与产品件数x 成反比,生产100件这样的产品的单价为50元,总利润最大时,产量应定为________件.[答案] 25[解析] 设产品单价为a 元,又产品单价的平方与产品件数x 成反比,即a 2x =k , 由题知a =500x .总利润y =500x -275x 3-1200(x >0),y ′=250x -225x 2,由y ′=0,得x =25,x ∈(0,25)时,y ′>0,x ∈(25,+∞)时,y ′<0,所以x =25时,y 取最大值.三、解答题16.(2014·三峡名校联盟联考)时下,网校教学越来越受到广大学生的喜爱,它已经成为学生们课外学习的一种趋势,假设某网校的套题每日的销售量y (单位:千套)与销售价格x (单位:元/套)满足的关系式y =mx -2+4(x -6)2,其中2<x <6,m 为常数.已知销售价格为4元/套时,每日可售出套题21千套.(1)求m 的值;(2)假设网校的员工工资、办公等所有开销折合为每套题2元(只考虑销售出的套数),试确定销售价格x 的值,使网校每日销售套题所获得的利润最大.(保留1位小数)[答案] (1)10 (2)3.3元/套 [解析] (1)因为x =4时,y =21,代入关系式y =m x -2+4(x -6)2,得m2+16=21,解得m =10.(2)由(1)可知,套题每日的销售量y =10x -2+4(x -6)2,所以每日销售套题所获得的利润f (x )=(x -2)[10x -2+4(x -6)2]=10+4(x -6)2(x -2)=4x 3-56x 2+240x -278(2<x <6),从而f ′(x )=12x 2-112x +240=4(3x -10)(x -6)(2<x <6).令f ′(x )=0,得x =103,且在(0,103)上,f ′(x )>0,函数f (x )单调递增;在(103,6)上,f ′(x )<0,函数f (x )单调递减,所以x =103是函数f (x )在(2,6)内的极大值点,也是最大值点,所以当x =103≈3.3时,函数f (x )取得最大值.故当销售价格为3.3元/套时,网校每日销售套题所获得的利润最大.17.(2014·山东省德州市期中)统计表明某型号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)的函数为y =1128000x 3-380x +8(0<x <120). (1)当x =64千米/小时时,行驶100千米耗油量多少升? (2)若油箱有22.5升油,则该型号汽车最多行驶多少千米? [答案] (1)11.95升 (2)200千米[解析] (1)当x =64千米/小时时,要行驶100千米需要10064=2516小时,要耗油(1128000×643-380×64+8)×2516=11.95(升).(2)设22.5升油能使该型号汽车行驶a 千米,由题意得, (1128000x 3-380x +8)×ax =22.5, ∴a =22.51128000x 2+8x -380,设h (x )=1128000x 2+8x -380, 则当h (x )最小时,a 取最大值,h ′(x )=164000x -8x 2=x 3-80364000x 2,令h ′(x )=0⇒x =80,当x ∈(0,80)时,h ′(x )<0,当x ∈(80,120)时,h ′(x )>0,故当x ∈(0,80)时,函数h (x )为减函数,当x ∈(80,120)时,函数h (x )为增函数, ∴当x =80时,h (x )取得最小值,此时a 取最大值为 ∴a =22.51128000×802+880-380=200.答:若油箱有22.5升油,则该型号汽车最多行驶200千米.18.设有一个容积V 一定的有铝合金盖的圆柱形铁桶,已知单位面积铝合金的价格是铁的3倍,问如何设计使总造价最小?[答案] 当此铁桶的高与底面半径之比为时,总造价最小.[解析] 设圆柱体的高为h ,底面半径为r ,又设单位面积铁的造价为m ,桶的总造价为y ,则y =3m πr 2+m (πr 2+2πrh ).由于V =πr 2h ,得h =V πr 2,所以y =4m πr 2+2mV r (r >0).所以y ′=8m πr -2mVr2,令y ′=0,得r =⎝⎛⎭⎫V 4π13 ,此时,h =V πr2=4⎝⎛⎭⎫V 4π13 . 当r ∈⎝⎛⎭⎫0,⎝⎛⎭⎫V 4π13时,y ′<0,当r ∈⎝⎛⎭⎫⎝⎛⎭⎫V 4π13,+∞时,y ′>0,因此r =⎝⎛⎭⎫V 4π13 是函数y =4m πr 2+2mVr(r >0)的极小值点,也是最小值点.故当r =⎝⎛⎭⎫V 4π13时,y 有最小值,即h r =时,总造价最小.。