word 版高二数学导数大题练习及详细答案一、解答题 1.已知函数()()2ln 0f x a x ax a =+-> (1)求()f x 的最大值(2)若()0f x ≤恒成立,求a 的值 2.已知函数()ln f x ax x =+ (1)讨论()f x 的单调区间;(2)设()2xg x =,若对任意的[]11,100x ∈,存在[]20,1x ∈,使()()12f x g x <成立,求实数a 的取值范围. 3.已知函数()1e -=xx f x . (1)求()f x 极值点;(2)若()()4g x f x =-,证明:2x >时,()()f x g x >成立.4.已知()()e 1xf x mx m =+<-.(1)当2m =-时,求曲线()y f x =上的斜率为1-的切线方程;(2)当0x ≥时,()2213222m f x x ≥+-恒成立,求实数m 的范围.5.已知函数()e xf x kx =-,()()28ln ag x x x a R x=--∈.(1)当1k =时,求函数()f x 在区间[]1,1-的最大值和最小值; (2)当()0f x =在1,22⎡⎤⎢⎥⎣⎦有解,求实数k 的取值范围;(3)当函数()g x 有两个极值点1x ,()212x x x <,且11x ≠时,是否存在实数m ,总有()21221ln 51a x m x x x >--成立,若存在,求出实数m 的取值范围,若不存在,请说明理由.6.已知函数()()32131.3f x x a x x =-++ (1)若1a =,求函数()f x 的单调区间; (2)证明:函数()2y f x a =-至多有一个零点. 7.已知函数2()2ln f x x x =-+,()()ag x x a x =+∈R . (1)求函数()f x 的单调区间;(2)若函数()f x 与()g x 有相同的极值点,求函数()g x 在区间1[,3]2上的最值.8.已知函数()322f x x ax bx =++-在2x =-时取得极值,且在点()()1,1f --处的切线的斜率为3- . (1)求()f x 的解析式;(2)若函数()y f x λ=-有三个零点,求实数λ的取值范围. 9.已知函数()321623f x x ax x =+-+在2x =处取得极值. (1)求()f x 的单调区间;(2)求()f x 在[]4,3-上的最小值和最大值.10.已知函数()222(0)e xmx x f x m +-=>. (1)判断()f x 的单调性;(2)若对[]12,1,2x x ∀∈,不等式()()1224e f x f x -≤恒成立,求实数m 的取值范围.【参考答案】一、解答题1.(1)22ln 2ln 2a a --+ (2)2a = 【解析】 【分析】(1)求导求解单调性即可求出最值;(2)要使()0f x ≤成立必须()22ln 2ln 20a a a ϕ=--+≤,求单调性求解即可. (1)因为()()2ln 0f x a x ax a =+->,所以()()20axf x a x-'=>, 由()0f x '>得20x a <<;()0f x '<得2x a>;所以()f x 在20,a⎛⎫⎪⎝⎭上单调递增,在2,a ⎛⎫+∞ ⎪⎝⎭上单调递减,故()222ln 2ln 2max f x f a a a ⎛⎫==--+ ⎪⎝⎭,即()()22ln 2ln 20a a a a ϕ=--+>.(2)要使()0f x ≤成立必须()22ln 2ln 20a a a ϕ=--+≤,因为()2a a aϕ-'=,所以当02a <<,()0a ϕ'<;当2a >时,()0a ϕ'>. 所以()a ϕ在()0,2上单调递减,在()2,+∞上单调递增. 所以()()20min a ϕϕ==,所以满足条件的a 只有2,即2a =. 【点睛】用导数求函数的单调区间或判断函数的单调性问题时应注意如下几方面: (1)在利用导数讨论函数的单调区间时,首先要确定函数的定义域; (2)不能随意将函数的2个独立的单调递增(或递减)区间写成并集形式; (3)利用导数解决含参函数的单调性问题时,一般将其转化为不等式恒成立问题,解题过程中要注意分类讨论和数形结合思想的应用. 2.(1)答案见解析 (2)31a e ≤-【解析】 【分析】(1)由()()110ax f x a x xx+=+=>',按0a ≥,0a <进行分类讨论求解; (2)由已知,转化为()()max max f x g x <,由已知得()()max 12g x g ==,由此能求出实数a 的取值范围. (1)()(]110ax f x a x x x+'=+=>, ①当0a ≥时,由于0x >,故10ax +>,()0f x '>, 所以()f x 的单调递增区间为()0,∞+; ②当0a <时,由()0f x '=,得1x a=-,在区间10,a ⎛⎫- ⎪⎝⎭上()0f x '>,在区间1,a∞⎛⎫-+ ⎪⎝⎭上()0f x '<, 所以,函数()f x 的单调递增区间为10,a ⎛⎫- ⎪⎝⎭,单调递减区间为1,a∞⎛⎫-+ ⎪⎝⎭;(2)由题目知,只需要()()max max f x g x <即可又因为()()max 12g x g ==,所以只需要()max 2f x <即可()max 2f x <即等价于()2f x <恒成立,由变量分离可知2ln xa x-<,[]1,100x ∈,令()2ln xh x x -=,下面求()h x 的最小值, 令()23ln xh x x-+'=,所以()0h x '=得3x e =, 所以()h x 在31,e ⎡⎤⎣⎦为减函数,3,100e ⎡⎤⎣⎦为增函数, 所以()()33min 1h x h e e -==,所以31a e ≤-. 3.(1)极大值点为2x =,无极小值点; (2)证明见解析. 【解析】 【分析】(1)利用导数求出函数的单调区间即得解;(2)令()()()()4e 31e e xx x x F x f x g x --=-=-,利用导数求出函数()F x 的最小值即得证. (1)解:由题意,得()2e xx f x -'=, 令()0f x '>,得2x <;()0f x '<,得2x >; 列表如下:所以f x 极大值点为2x =,无极小值点. (2)证明:()()()4e 34ex x g x f x -=-=, 令()()()()4e 31e exx x x F x f x g x --=-=-, ∴()()()()42442e ee 22e e e xxx x x x x F x +----'=-=.当2x >时,20x -<,24x >,从而42e e 0x -<,∴()0F x '>,()F x 在()2,+∞上是增函数,∴()()221120e e F x F >=-=. ∴当2x >时,()()f x g x >成立.4.(1)10x y +-=;(2)ln 3⎡-⎣.【解析】 【分析】(1)根据导数的几何意义可利用斜率求得切点坐标,由此可得切线方程;(2)令()()2213222m g x f x x ⎛⎫=-+- ⎪⎝⎭,将问题转化为当0x ≥时,()min 0g x ≥恒成立;①当10m +≥时,由导数可证得()g x 单调递增,由()00g ≥可求得m 范围; ②当10+<m 时,利用零点存在定理可说明存在()00g x '=,并得到()g x 单调性,知()()020min 13e e 022x xg x g x ==-++≥,由此可解得0x 的范围,根据00e x x m -=可求得m 范围. (1)当2m =-时,()e 2x f x x =-,()e 2xf x '=-;令()e 21xf x '=-=-,解得:0x =,∴切点坐标为()0,1,∴所求切线方程为:1y x =-+,即10x y +-=;(2)令()()22221313e 222222x m m g x f x x mx x ⎛⎫=-+-=+--+ ⎪⎝⎭,则原问题转化为:当0x ≥时,()0g x ≥恒成立,即()min 0g x ≥恒成立;()e x g x m x '=+-,()e 1x g x ''=-,则当0x ≥时,()0g x ''≥,()g x '∴在[)0,∞+上单调递增,()()01g x g m ''∴≥=+; ①当10m +≥,即1m ≥-时,()0g x '≥,()g x ∴在[)0,∞+上单调递增,()()2min301022m g x g ∴==-+≥,解得:m ≤≤m ⎡∴∈-⎣; ②当10+<m ,即1m <-时,()00g '<,当x →+∞时,()g x '→+∞;()00,x ∴∃∈+∞,使得()00g x '=,即00e x x m -=,则当()00,x x ∈时,()0g x '<;当()0,x x ∈+∞时,()0g x '>;()g x ∴在()00,x 上单调递减,在()0,x +∞上单调递增,()()()()00022022000000min e 1313e e e 222222x x x x x m g x g x mx x x x x -∴==+--+=+---+00213e e 022x x =-++≥, 解得:01e 3x -≤≤,即0ln 3x ≤,又()00,x ∈+∞,(]00,ln3x ∴∈,令()e xh x x =-,则()1e xh x '=-,∴当(]0,ln3x ∈时,()0h x '<,()h x ∴在(]0,ln3上单调递减,()[)000e ln33,1x h x x ∴=-∈--,即[)ln33,1m ∈--;综上所述:实数m 的取值范围为ln 3⎡-⎣.【点睛】思路点睛:本题重点考查了导数中的恒成立问题的求解,解题基本思路是通过构造函数的方式,将问题转化为()min 0g x ≥,从而利用对含参函数单调性的讨论来确定最小值点,根据最小值得到不等式求得参数范围. 5.(1)最大值为e 1-,最小值为1;(2)21e,?e 2⎡⎤⎢⎥⎣⎦; (3)(],1-∞-. 【解析】 【分析】(1)求得'()f x ,利用导数研究函数在区间上的单调性,再利用单调性求其最值即可;(2)分离参数并构造函数()e xh x x=,求其在区间上的值域即可求得参数的范围;(3)根据12,x x 是()g x 的极值点,求得12,,x x a 的等量关系以及取值范围,等价转化目标不等式,且构造函数()()212ln ,02m x m x x x x-=+<<,对参数进行分类讨论,利用导数研究其值域,即可求得参数范围. (1)当1k =时,()e xf x x =-,'()f x e 1x =-,令'()f x 0=,解得0x =,当()1,,0x ∈-时,()f x 单调递减,当()0,1x ∈时,()f x 单调递增; 又()()()111,01,1e 1ef f f -=+==-,且()()11f f >-, 故()f x 在[]1,1-上的最大值为e 1-,最小值为1. (2)令()e xf x kx =-0=,因为1,22x ⎡⎤∈⎢⎥⎣⎦,则0x ≠,故e x k x =, 令()e 1,,22x h x x x ⎡⎤=∈⎢⎥⎣⎦,则'()h x ()2e 1 x x x -=,故当1,12x ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭,()h x 单调递减,当()1,2x ∈,()h x 单调递增,又()()2111e,2e 22h h h ⎛⎫=== ⎪⎝⎭,且()122h h ⎛⎫> ⎪⎝⎭,故()h x 的值域为21e,?e 2⎡⎤⎢⎥⎣⎦,则要满足题意,只需21e,?e 2k ⎡⎤∈⎢⎥⎣⎦.即()h x 的取值范围为:21e,?e 2⎡⎤⎢⎥⎣⎦.(3)因为()28ln a g x x x x =--,'()g x 2228282a x x a x x x -+=+-=,因为()g x 有两个极值点12,x x ,故可得12126480,4,02a a x x x x ->+==>, 也即08a <<,且12124,2a x x x x +==. 因为11x ≠,12x x <,故()()10,11,2x ∈⋃,则()21221ln 51a xm x x x >--,即()()()211111124ln 5441x x x m x x x -⎡⎤>---⎣⎦-, 因为140x ->,故上式等价于()11112ln 11x x m x x >+-,即()21111112ln 01m x x x x x ⎡⎤-⎢⎥+>-⎢⎥⎣⎦,又当()0,1x ∈时,1101x x >-,当()1,2x ∈时,1101xx <-,令()()212ln ,02m x m x x x x-=+<<,则'()m x 222mxx mx ++=, 当0m ≥时,'()m x 0>,故()m x 在()0,2单调递增,又()10m =, 故当()0,1x ∈时,()0m x <,当()1,2x ∈时,()0m x >,故不满足题意;当0m <时,令()22n x mx x m =++,若方程()0n x =对应的2440m =-≤时,即1m ≤-时,'()m x 0≤,()m x 单调递减, 又()10m =,故当()0,1x ∈时,()0m x >,当()1,2x ∈时,()0m x <,满足题意; 若2440m =->,即10m -<<时,又()y n x =的对称轴11x m=->,且开口向下, 又()1220n m =+>,不妨取1min ,2b m ⎧⎫=-⎨⎬⎩⎭, 故当()1,x b ∈,'()m x 0>,()m x 单调递增,又()10m =, 故此时()0m x >,不满足题意,舍去; 综上所述:m 的取值范围为(],1-∞-. 【点睛】本题考察利用导数研究函数值域,有解问题,以及利用导数处理恒成立问题;其中第三问中,合理的处理12,,x x a 以及m 多变量问题,以及构造函数,是解决本题的关键,属综合困难题.6.(1)()f x 在(,1)-∞-,(3,)+∞上单调递增,在(1,3)-上单调递减 (2)证明见解析 【解析】 【分析】(1)直接求导后判断单调性即可;(2)先变形得到323033x a x x -=++,构造函数,求导后说明单调性即可证明. (1)当1a =时,()()321313f x x x x =-++,2()23f x x x '=--.令()0f x '=,解得1x =-或3x =,当()(),13,x ∞∞∈--⋃+时,()0f x '>;当(1,3)x ∈-时,()0f x '<, 故()f x 在(,1)-∞-,(3,)+∞上单调递增,在(1,3)-上单调递减.(2)()321()2333y f x a x a x x =-=-++,由于2330x x ++>,所以()20f x a -=等价于3230.33x a x x -=++设()32333x g x a x x =-++, 则()g x '()()222269033x x x xx ++=++,当且仅当0x =或3x =-时,()0g x '=,所以()g x 在(,)-∞+∞上单调递增,故()g x 至多有一个零点,从而()2y f x a =-至多有一个零点. 7.(1)单增区间为(0,1),单减区间为(1,)+∞(2)min ()2g x =,max 10()3g x =【解析】 【分析】(1)求导之后,分别令()0f x '>,()0f x '<即可求出()f x 的单调区间; (2)由有相同的极值点求出a 的值,再利用对勾函数的单调性求出()g x 在区间1,32⎡⎤⎢⎥⎣⎦上的最值.(1)()f x 的定义域:()0,∞+()()22122x f x x x x--'=-+=,由()0f x '>得01x <<,由()0f x '<得1x >, ∴()f x 的单增区间为()0,1,单减区间为()1,+∞. (2)()21ag x x ='-,由(1)知()f x 的极值点为1. ∵函数()f x 与()g x 有相同的极值点, ∴()10g '=,即10a -=,∴1a =,从而()1g x x x =+,()g x 在1,12⎡⎤⎢⎥⎣⎦上单调递减,在(]1,3上递增,又1522g ⎛⎫= ⎪⎝⎭,()1033g =,∴在区间1,32⎡⎤⎢⎥⎣⎦上,()()min 12g x g ==,()max 103g x =. 8.(1)()3232f x x x =+- (2)()2,2- 【解析】 【分析】(1)由已知可得()()2013f f ⎧-=⎪⎨-=-''⎪⎩,可得出关于实数a 、b 的方程组,解出这两个未知数的值,即可得出函数()f x 的解析式;(2)分析可知,直线y λ=与函数()f x 的图象有3个交点,利用导数分析函数()f x 的单调性与极值,数形结合可得出实数λ的取值范围.(1)解:因为()322f x x ax bx =++-,则()232f x x ax b '=++,由题意可得()()212401323f a b f a b ⎧-=-+=⎪⎨-=-+=-''⎪⎩,解得30a b =⎧⎨=⎩,所以,()3232f x x x =+-.当3a =,0b =时,()236f x x x '=+,经检验可知,函数()f x 在2x =-处取得极值. 因此,()3232f x x x =+-.(2)解:问题等价于()f x λ=有三个不等的实数根,求λ的范围.由()2360f x x x '=+>,得2x <-或0x >,由()2360f x x x '=+<,得20x -<<,所以()f x 在(),2-∞-、()0,∞+上单调递增,在()2,0-上单调递减, 则函数()f x 的极大值为()22f -=,极小值为()02f =-,如下图所示:由图可知,当22λ-<<时,直线y λ=与函数()f x 的图象有3个交点, 因此,实数λ的取值范围是()2,2-.9.(1)增区间为(),3-∞-,()2,+∞,减区间为()3,2- (2)()max 312f x =,()min 163f x =- 【解析】 【分析】(1)根据题意得()20f '=,进而得12a =,再根据导数与单调性的关系求解即可;(2)由(1)知[]4,3x ∈-时,()f x 的增区间为[)4,3--,(]2,3,减区间为()3,2-,进而求解()4f -,()3f -,()2f ,()3f 的值即可得答案. (1)解:(1)()226f x x ax '=+-,因为()f x 在2x =处取得极值,所以()24460f a '=+-=,解得12a =. 检验得12a =时,()f x 在2x =处取得极小值,满足条件.所以()26f x x x '=+-,令()0f x '>,解得3x <-或2x >,令()0f x '<,解得32x -<<, 所以()f x 的增区间为(),3-∞-,()2,+∞,减区间为()3,2-; (2)解:令()260f x x x '=+-=,解得3x =-或2x =,由(1)知()f x 的增区间为(),3-∞-,()2,+∞,减区间为()3,2-; 当[]4,3x ∈-时,()f x 的增区间为[)4,3--,(]2,3,减区间为()3,2- 又()()()()321138444642323f -=⨯-+⨯--⨯-+=, ()()()()321131333632322f -=⨯-+⨯--⨯-+=, ()321116222622323f =⨯+⨯-⨯+=-, ()32115333632322f =⨯+⨯-⨯+=-, 所以()max 312f x =,()min 163f x =-. 10.(1)单调增区间为2,2m ⎛⎫-⎪⎝⎭,单调减区间为[)2,,2,m ∞∞⎛⎤--+ ⎥⎝⎦ (2)20,4e ⎛⎤ ⎥-⎝⎦ 【解析】【分析】(1)先对函数求导,然后由导数的正负可求出函数的单调区间, (2)由函数()f x 在[]1,2上为增函数,求出函数的最值,则()()max min 24e 2()()e m g m f x f x -+=-=,然后将问题转化为()224e 24e e m -+≥,从而可求出实数m 的取值范围.(1)()()()()221422(0)e e x x mx m x mx x f x m -+-+-+-=>'=令()0f x '=,解得2x m =-或2x =,且22m-< 当2,x m ∞⎛⎤∈-- ⎥⎝⎦时,()0f x '≤,当2,2x m ⎛⎫∈- ⎪⎝⎭时,()0f x '>, 当[)2,x ∞∈+时,()0f x '≤即()f x 的单调增区间为2,2m ⎛⎫-⎪⎝⎭,单调减区间为[)2,,2,m ∞∞⎛⎤--+ ⎥⎝⎦ (2)由(1)知,当[]0,1,2m x >∈时,()0f x '>恒成立所以()f x 在[]1,2上为增函数,即()()max min 242()2,()1e e m m f x f f x f +====.()()12f x f x -的最大值为()()max min 24e 2()()e m g m f x f x -+=-= ()()1224e f x f x ⎡⎤≥-⎣⎦恒成立 ()224e 24e e m -+∴≥ 即24e m ≤-, 又0m > 20,4e m ⎛⎤∴∈ ⎥-⎝⎦故m 的取值范围20,4e ⎛⎤ ⎥-⎝⎦。