专题三 导数及其应用 第八讲 导数的综合应用答案部分 2019年1.解析(1)2()622(3)f x x ax x x a '=-=-.令()0f x '=,得x =0或3ax =. 若a >0,则当(,0),3a x ⎛⎫∈-∞+∞⎪⎝⎭U 时,()0f x '>;当0,3a x ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭时,()0f x '<.故()f x 在(,0),,3a ⎛⎫-∞+∞⎪⎝⎭单调递增,在0,3a ⎛⎫⎪⎝⎭单调递减; 若a =0,()f x 在(,)-∞+∞单调递增; 若a <0,则当,(0,)3a x ⎛⎫∈-∞+∞ ⎪⎝⎭U 时,()0f x '>;当,03a x ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭时,()0f x '<.故()f x 在,,(0,)3a ⎛⎫-∞+∞ ⎪⎝⎭单调递增,在,03a ⎛⎫ ⎪⎝⎭单调递减. (2)当03a <<时,由(1)知,()f x 在0,3a ⎛⎫ ⎪⎝⎭单调递减,在,13a ⎛⎫ ⎪⎝⎭单调递增,所以()f x 在[0,1]的最小值为32327a a f ⎛⎫=-+ ⎪⎝⎭,最大值为(0)=2f 或(1)=4f a -.于是 3227a m =-+,4,02,2,2 3.a a M a -<<⎧=⎨≤<⎩ 所以332,02,27,2 3.27a a a M m a a ⎧-+<<⎪⎪-=⎨⎪≤<⎪⎩ 当02a <<时,可知3227a a -+单调递减,所以M m -的取值范围是8,227⎛⎫⎪⎝⎭.当23a ≤<时,327a 单调递减,所以M m -的取值范围是8[,1)27.综上,M m -的取值范围是8[,2)27. 2.解析(Ⅰ)由321()4f x x x x =-+得23()214f x x x '=-+. 令()1f x '=,即232114x x -+=,得0x =或83x =.又(0)0f =,88()327f =,所以曲线()y f x =的斜率为1的切线方程是y x =与88273y x -=-,即y x =与6427y x =-.(Ⅱ)要证()6x f x x -剟,即证()60f x x--剟,令()(),[2,4]g x f x x x =-∈-.由321()4g x x x =-得23()24g'x x x =-. 令()0g'x =得0x =或83x =.(),()g'x g x 在区间[]2,4-上的情况如下:所以()g x 的最小值为6-,最大值为0. 故6()0g x -剟,即6()x f x x -剟.(Ⅲ)()()()[],2,4F x f x x a g x a x =--=-∈-,由(Ⅱ)知,()[]6,0g x ∈-, 当3a <-时,()(0)|(0)|3M F g a a a ≥=-=->; 当3a >-时,()(2)|(2)|63M F a g a a ≥-=--=+>; 当3a =-时,()3M a =. 综上,当()M a 最小时,3a =-.3.解析(1)因为a b c ==,所以3()()()()()f x x a x b x c x a =---=-.因为(4)8f =,所以3(4)8a -=,解得2a =.(2)因为b c =,所以2322()()()(2)(2)f x x a x b x a b x b a b x ab =--=-+++-,从而2()3()3a b f 'x x b x +⎛⎫=-- ⎪⎝⎭.令()0f 'x =,得x b =或23a b x +=. 因为2,,3a ba b +都在集合{3,1,3}-中,且a b ≠, 所以21,3,33a b a b +===-.此时2()(3)(3)f x x x =-+,()3(3)(1)f 'x x x =+-.令()0f 'x =,得3x =-或1x =.列表如下:所以()f x 的极小值为2(1)(13)(13)32f =-+=-.(3)因为0,1a c ==,所以32()()(1)(1)f x x x b x x b x bx =--=-++,2()32(1)f 'x x b x b =-++.因为01b <≤,所以224(1)12(21)30b b b ∆=+-=-+>,则()f 'x 有2个不同的零点,设为()1212,x x x x <.由()0f 'x =,得121133b b x x ++==.列表如下:所以()f x 的极大值()1M f x =. 解法一:()321111(1)M f x x b x bx ==-++()221111211(1)[32(1)]3999b b x b b b x b x b x -+++⎛⎫=-++--+ ⎪⎝⎭()2321(1)(1)227927b b b b b --+++=++23(1)2(1)(1)2272727b b b b +-+=-+(1)24272727b b +≤+≤.因此427M ≤. 解法二:因为01b <≤,所以1(0,1)x ∈.当(0,1)x ∈时,2()()(1)(1)f x x x b x x x =--≤-.令2()(1),(0,1)g x x x x =-∈,则1()3(1)3g'x x x ⎛⎫=-- ⎪⎝⎭.令()0g'x =,得1x =.列表如下:所以当13x =时,()g x 取得极大值,且是最大值,故max 14()327g x g ⎛⎫== ⎪⎝⎭.所以当(0,1)x ∈时,4()()27f x g x ≤≤,因此427M ≤.4.解析 (1)设()()g x f x '=,则()cos sin 1,()cos g x x x x g x x x '=+-=. 当π(0,)2x ∈时,()0g x '>;当π,π2x ⎛⎫∈⎪⎝⎭时,()0g x '<,所以()g x 在π(0,)2单调递增,在π,π2⎛⎫⎪⎝⎭单调递减. 又π(0)0,0,(π)22g g g ⎛⎫=>=-⎪⎝⎭,故()g x 在(0,π)存在唯一零点. 所以()f x '在(0,π)存在唯一零点.(2)由题设知(π)π,(π)0f a f =…,可得a ≤0.由(1)知,()f x '在(0,π)只有一个零点,设为0x ,且当()00,x x ∈时,()0f x '>;当()0,πx x ∈时,()0f x '<,所以()f x 在()00,x 单调递增,在()0,πx 单调递减.又(0)0,(π)0f f ==,所以,当[0,π]x ∈时,()0f x …. 又当0,[0,π]a x ∈„时,ax ≤0,故()f x ax …. 因此,a 的取值范围是(,0]-∞.5.解析 (1)设()()g x f x '=,则()cos sin 1,()cos g x x x x g x x x '=+-=. 当π(0,)2x ∈时,()0g x '>;当π,π2x ⎛⎫∈⎪⎝⎭时,()0g x '<,所以()g x 在π(0,)2单调递增,在π,π2⎛⎫⎪⎝⎭单调递减. 又π(0)0,0,(π)22g g g ⎛⎫=>=-⎪⎝⎭,故()g x 在(0,π)存在唯一零点. 所以()f x '在(0,π)存在唯一零点.(2)由题设知(π)π,(π)0f a f =…,可得a ≤0.由(1)知,()f x '在(0,π)只有一个零点,设为0x ,且当()00,x x ∈时,()0f x '>;当()0,πx x ∈时,()0f x '<,所以()f x 在()00,x 单调递增,在()0,πx 单调递减.又(0)0,(π)0f f ==,所以,当[0,π]x ∈时,()0f x …. 又当0,[0,π]a x ∈„时,ax ≤0,故()f x ax …. 因此,a 的取值范围是(,0]-∞.6.解析(1)()f x 的定义域为(0,+∞).11()ln 1ln x f x x x x x-'=+-=-. 因为ln y x =单调递增,1y x=单调递减,所以()f x '单调递增,又(1)10f '=-<,1ln 41(2)ln 2022f -'=-=>,故存在唯一0(1,2)x ∈,使得()00f x '=.又当0x x <时,()0f x '<,()f x 单调递减;当0x x >时,()0f x '>,()f x 单调递增. 因此,()f x 存在唯一的极值点.(2)由(1)知()0(1)2f x f <=-,又()22e e 30f =->,所以()0f x =在()0,x +∞内存在唯一根x α=. 由01x α>>得011x α<<.又1111()1ln 10f f αααααα⎛⎫⎛⎫=---==⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,故1α是()0f x =在()00,x 的唯一根. 综上,()0f x =有且仅有两个实根,且两个实根互为倒数. 7.解析(Ⅰ)由已知,()f x 的定义域为(0,)+∞,且211e ()e (1)e x x xax f x a a x x x'-⎡⎤=-+-=⎣⎦, 因此当0a ≤时,21e 0x ax -> ,从而()0f x '>,所以()f x 在(0,)+∞内单调递增.(Ⅱ)(i )由(Ⅰ)知21()x ax e f x x '-=.令2()1xg x ax e =-,由10a e<<,可知()g x 在(0,)+∞内单调递减,又(1)10g ae =->,且221111ln 1ln 1ln 0g a a a a a ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-=-< ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭. 故()0g x =在(0,)+∞内有唯一解,从而()0f x '=在(0,)+∞内有唯一解,不妨设为0x ,则011lnx a<<. 当()00,x x ∈时,()0()()0g x g x f x x x'=>=,所以()f x 在()00,x 内单调递增;当0(),x x ∈+∞时,()0()()0g x g x f x x x'=<=,所以()f x 在0(),x +∞内单调递减,因此0x 是()f x 的唯一极值点.令()ln 1h x x x =-+,则当1x >时,1()10h x x'=-<,故()h x 在(1,)+∞内单调递减,从而当1x >时,()()10h x h <= ,所以ln 1x x <-.从而1ln 111111ln ln ln ln 1e ln ln ln 1ln 0a f a h a a a a a a ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=--=-+=< ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭,又因为()0(1)0f x f >=,所以()f x 在(1,)+∞内有唯一零点.又()f x 在()00,x 内有唯一零点1,从而,()f x 在(1,)+∞内恰有两个零点.(ii )由题意,()()010,0,f x f x '⎧=⎪⎨=⎪⎩即()120111ln 1x x ax e x a x e ⎧=⎪⎨=-⎪⎩,从而1011201ln x x x x e x --=,即102011ln 1x x x x ex -=-.因为当1x >时,ln 1x x <- ,又101x x >>,故()102012011e 1x x x x x x --<=-,两边取对数,得120ln ln x x e x -<,于是()10002ln 21x x x x -<<-,整理得0132x x ->. 8.解析(Ⅰ)当34a =-时,3()ln 04f x x x =-+>.3()4f 'x x =-=, 所以,函数()f x 的单调递减区间为(0,3),单调递增区间为(3,+∞).(Ⅱ)由1(1)2f a≤,得04a <≤.当04a <≤时,()2f x a≤等价于22ln 0x a a --≥. 令1t a=,则t ≥.设()22ln ,g t t x t =≥,则()2ln g t g x ≥=.(i )当1,7x ⎡⎫∈+∞⎪⎢⎣⎭≤()2ln g t g x ≥=.记1()ln ,7p x x x =≥,则1()p'x x ==. 故所以,()(1)0p x p ≥= .因此,()2()0g t g p x ≥=≥.(ii )当211,e 7x ⎡⎫∈⎪⎢⎣⎭时,()g t g =….令211()(1),,e 7q x x x x ⎡⎤=++∈⎢⎥⎣⎦,则()10q'x =>, 故()q x 在211,e 7⎡⎤⎢⎥⎣⎦上单调递增,所以1()7q x q ⎛⎫ ⎪⎝⎭„.由(i )得11(1)077q p p ⎛⎫⎛⎫=<= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭. 所以,()<0q x .因此()0g t g =>….由(i )(ii )得对任意21,e x ⎡⎫∈+∞⎪⎢⎣⎭,),()0t g t ∈+∞…,即对任意21,e x ⎡⎫∈+∞⎪⎢⎣⎭,均有()2f x a „. 综上所述,所求a的取值范围是0,4⎛ ⎝⎦.2010-2018年1.C 【解析】由2(1)()(2)x f x x x -'=-,02x <<知,()f x 在(0,1)上单调递增,在(1,2)上单调递减,排除A 、B ;又(2)ln(2)ln ()f x x x f x -=-+=, 所以()f x 的图象关于1x =对称,C 正确.2.D 【解析】由导函数的图象可知,()y f x =的单调性是减→增→减→增,排除 A 、C ;由导函数的图象可知,()y f x =的极值点一负两正,所以D 符合,选D . 3.C 【解析】函数1()sin 2sin 3f x x x a x =-+在(,)-∞+∞单调递增,等价于2245()1cos2cos cos cos 0333f x x a x x a x '=-+=-++… 在(,)-∞+∞恒成立. 设cos x t =,则245()033g t t at =-++…在[1,1]-恒成立, 所以45(1)03345(1)033g a g a ⎧=-++⎪⎪⎨⎪-=--+⎪⎩……,解得1133a-剟.故选C . 4.D 【解析】因为2()3123(2)(2)f x x x x '=-=+-,令()0f x '=,2x =±,当(,2)x ∈-∞-时()0f x '>,()f x 单调递增;当(2,2)x ∈-时()0f x '<,()f x 单调递减;当(2,)x ∈-+∞时()0f x '>,()f x 单调递增.所以2a =.故选D . 5.D 【解析】∵()ln f x kx x =-,∴1()f x k x'=-,∵()f x 在(1,+∞)单调递增, 所以当1x > 时,1()0f x k x '=-≥恒成立,即1k x≥在(1,+∞)上恒成立,∵1x >,∴101x<<,所以k ≥1,故选D .6.C 【解析】由正弦型函数的图象可知:()f x 的极值点0x 满足0()f x =,则22x k m πππ=+()k Z ∈,从而得01()()2x k m k Z =+∈.所以不等式()22200[]x f x m +<,即为2221()32k m m ++<,变形得21[1()]32m k -+>,其中k Z ∈.由题意,存在整数k 使得不等式21[1()]32m k -+>成立.当1k ≠-且0k ≠时,必有21()12k +>,此时不等式显然不能成立,故1k =-或0k =,此时,不等式即为2334m >,解得2m <-或2m >. 7.C 【解析】当(0,1]x ∈时,得321113()4()a x x x --+≥,令1t x=,则[1,)t ∈+∞,3234a t t t --+≥,令()g t =3234t t t --+,[1,)t ∈+∞,则()2981(1)(91)g x t t t t '=--+=-+-,显然在[1,)+∞上,()0g t '<,()g t 单调递减,所以max ()(1)6g t g ==-,因此6a -≥;同理,当[2,0)x ∈-时,得2a -≤.由以上两种情况得62a --≤≤.显然当0x =时也成立,故实数a 的取值范围为[6,2]--.8.C 【解析】设()ln xf x e x =-,则1()xf x e x'=-,故()f x 在(0,1)上有一个极值点,即()f x 在(0,1)上不是单调函数,无法判断1()f x 与2()f x 的大小,故A 、B 错;构造函数()x e g x x =,2(1)()x e x g x x -'=,故()g x 在(0,1)上单调递减,所以()()12g x g x >,选C .9.B 【解析】当0a =,可得图象D ;记2()2af x ax x =-+, 232()2()g x a x ax x a a R =-++∈,取12a =,211()(1)24f x x =--,令()0g x '=,得2,23x =,易知()g x 的极小值为1(2)2g =,又1(2)4f =,所以(2)(2)g f >,所以图象A 有可能;同理取2a =,可得图象C 有可能;利用排除法可知选B .10.C 【解析】若0c =则有(0)0f =,所以A 正确。