导数与函数单调性 专题练习-2022-2023学年高二下学期数学人教A版(2019)选择性必修第二册(含答案)

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名称 导数与函数单调性 专题练习-2022-2023学年高二下学期数学人教A版(2019)选择性必修第二册(含答案)
格式 docx
文件大小 128.2KB
资源类型 教案
版本资源 人教A版(2019)
科目 数学
更新时间 2023-02-21 14:21:56

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文档简介

  导数与函数单调性关系
例1.设函数f'(x)是奇函数f(x)(x∈R)的导函数,f(﹣1)=0,当x>0时,xf'(x)﹣f(x)>0,则使得f(x)>0成立的x的取值范围是(  )
A.(﹣∞,﹣1)∪(﹣1,0) B.(0,1)∪(1,+∞)
C.(﹣∞,﹣1)∪(0,1) D.(﹣1,0)∪(1,+∞)
例2.若f(x)=x3+ax2+(a+3)x+b在R上不是单调函数,则实数a的取值范围是(  )
A.﹣2≤a≤6 B.a≤﹣2或a≥6 C.﹣2<a<6 D.a<﹣2或a>6
 
例3.已知函数f(x)=mx2+lnx﹣2x在定义域内是增函数,则实数m的取值范围为   .
例4.设f(x)是定义在R上的奇函数,且f(2)=0,当x>0时,有恒成立,则不等式x2f(x)>0的解集为   .
 
例5.设函数f(x)=mx2﹣(2m+1)x+lnx,m∈R.
(1)当m=3时,求f(x)的极值;
(2)设m>0,讨论函数f(x)的单调性.
例6.已知二次函数h(x)=ax2+bx+2,其导函数y=h′(x)的图象如图,f(x)=6lnx+h(x).
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若函数f(x)在区间上是单调函数,求实数m的取值范围.
例7.已知函数f(x)=mx3﹣3(m+1)x2+(3m+6)x+1,其中m<0
(1)若f(x)的单调增区间是(0,1),求m的值;
(2)当x∈[﹣1,1]时,函数y=f(x)的图象上任意一点的切线斜率恒大于3m,求m的取值范围.
例8.定义在R上的函数f(x)=ax3+bx2+cx+3同时满足以下条件:
①f(x)在(0,1)上是减函数,在(1,+∞)上是增函数;
②f′(x)是偶函数;
③f(x)在x=0处的切线与直线y=x+2垂直.
(Ⅰ)求函数y=f(x)的解析式;
(Ⅱ)设g(x)=lnx﹣,若存在x∈[1,e],使g(x)<f′(x),求实数m的取值范围.
例9.已知函数
(1)若f′(1)=2,求m的值;
(2)若函数y=f(x)在[1,+∞)上为单调函数,求m的取值范围.
例10.(1)已知函数f(x)=axekx﹣1,g(x)=lnx+kx.当a=1时,若f(x)在(1,+∞)上为减函数,g(x)在(0,1)上为增函数,求实数k的值
(2)已知函数f(x)=x+﹣2lnx,a∈R,讨论函数f(x)的单调区间.
例11.已知函数f(x)=ax﹣
(Ⅰ)若函数f(x)在区间[1,+∞)上是单调函数,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)讨论函数f(x)的单调区间.
例12.已知:三次函数f(x)=x3+ax2+bx+c,在(﹣∞,﹣1),(2,+∞)上单调增,在(﹣1,2)上单调减,当且仅当x>4时,
f(x)>x2﹣4x+5.
(1)求函数f (x)的解析式;
(2)若函数,求h(x)的单调区间.
 
参考答案与试题解析
1.设函数f'(x)是奇函数f(x)(x∈R)的导函数,f(﹣1)=0,当x>0时,xf'(x)﹣f(x)>0,则使得f(x)>0成立的x的取值范围是(  )
A.(﹣∞,﹣1)∪(﹣1,0) B.(0,1)∪(1,+∞) C.(﹣∞,﹣1)∪(0,1) D.(﹣1,0)∪(1,+∞)
解:由题意设g(x)=,则g′(x)=
∵当x>0时,有xf′(x)﹣f(x)>0,
∴当x>0时,g′(x)>0,
∴函数g(x)=在(0,+∞)上为增函数,
∵函数f(x)是奇函数,
∴g(﹣x)=g(x),
∴函数g(x)为定义域上的偶函数,
g(x)在(﹣∞,0)上递减,
由f(﹣1)=0得,g(﹣1)=0,
∵不等式f(x)>0 x g(x)>0,
∴或,
即有x>1或﹣1<x<0,
∴使得f(x)>0成立的x的取值范围是:(﹣1,0)∪(1,+∞),
故选:D.
 
2.若f(x)=x3+ax2+(a+3)x+b在R上不是单调函数,则实数a的取值范围是(  )
A.﹣2≤a≤6 B.a≤﹣2或a≥6 C.﹣2<a<6 D.a<﹣2或a>6
解:f′(x)=x2+ax+(a+3),
∵若函数f(x)在R上不是单调函数,
∴f′(x)有两个不等的根,
∴△=a2﹣4(a+3)>0则a>6或a<﹣2,
故选:D.
 
3.已知函数f(x)=mx2+lnx﹣2x在定义域内是增函数,则实数m的取值范围为 [1,+∞) .
解:∵函数f(x)=mx2+lnx﹣2x在定义域(x>0)内是增函数,∴≥0,化为.
令g(x)=,=﹣,解g′(x)>0,得0<x<1;解g′(x)<0,得x>1.
因此当x=1时,g(x)取得最大值,g(1)=1.
∴m≥1.
故答案为[1,+∞).
 
4.设f(x)是定义在R上的奇函数,且f(2)=0,当x>0时,有恒成立,则不等式x2f(x)>0的解集为 (﹣∞,﹣2)∪(0,2) .
解:因为当x>0时,有 恒成立,即[]′<0恒成立,
所以 在(0,+∞)内单调递减.
因为f(2)=0,
所以在(0,2)内恒有f(x)>0;在(2,+∞)内恒有f(x)<0.
又因为f(x)是定义在R上的奇函数,
所以在(﹣∞,﹣2)内恒有f(x)>0;在(﹣2,0)内恒有f(x)<0.
又不等式x2f(x)>0的解集,即不等式f(x)>0的解集.
故答案为:(﹣∞,﹣2)∪(0,2).
 
5.设函数f(x)=mx2﹣(2m+1)x+lnx,m∈R.
(1)当m=3时,求f(x)的极值;
(2)设m>0,讨论函数f(x)的单调性.
解:(1)当m=3时,f(x)=3x2﹣7x+lnx,
∴,
令f'(x)>0,解得或x>1;令f'(x)<0,解得,
∴f(x)在和(1,+∞)上单调递增,在上单调递减,
∴f(x)的极大值为,极小值为f(1)=﹣4.
(2)由题意知,函数f(x)的定义域为(0,+∞),

由f'(x)=0得.
①当,即时,f'(x)≥0恒成立,
则函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
②当,即时,令f'(x)>0,解得0<x<1或,
令f'(x)<0,解得,
则函数f(x)在(0,1)和上单调递增,在上单调递减;
③当,即时,令f'(x)>0,解得或x>1,
令f'(x)<0,解得,
则函数f(x)在和(1,+∞)上单调递增,在上单调递减.
 
6.已知二次函数h(x)=ax2+bx+2,其导函数y=h′(x)的图象如图,f(x)=6lnx+h(x).
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若函数f(x)在区间上是单调函数,求实数m的取值范围.
解:(1)由已知,h′(x)=2ax+b,
其图象为直线,且过(0,﹣8),(4,0)两点,
把两点坐标代入h′(x)=2ax+b,
∴,解得:,
∴h(x)=x2﹣8x+2,h′(x)=2x﹣8,
∴f(x)=6lnx+x2﹣8x+2,
(2)f′(x)=+2x﹣8,
∵x>0,∴x,f′(x),f(x)的变化如下:
x (0,1) 1 (1,3) 3 (3,+∞)
f′(x) + 0 ﹣ 0 +
f(x) 递增 递减 递增
∴f(x)的单调递增区间为(0,1)和(3,+∞)∴f(x)的单调递减区间为(1,3)
要使函数f(x)在区间(1,m+)上是单调函数,
则 ,解得:<m≤.
 
7.已知函数f(x)=mx3﹣3(m+1)x2+(3m+6)x+1,其中m<0
(1)若f(x)的单调增区间是(0,1),求m的值;
(2)当x∈[﹣1,1]时,函数y=f(x)的图象上任意一点的切线斜率恒大于3m,求m的取值范围.
解:(1)f(x)=mx3﹣3(m+1)x2+(3m+6)x+1,m<0,
f′(x)=3mx2﹣6(m+1)x+(3m+6)(m<0)
因为f(x)的增区间是(0,1)
则f′(x)=3mx2﹣6(m+1)x+(3m+6)>0的解集为(0,1)
所以f′(0)=3m+6=0,f′(1)=3m﹣6(m+1)+3m+6=0
解得m=﹣2 (4分)
(2)设M(x0,y0)为y=f(x)(﹣1≤x≤1)图象上任意一点
切线斜率K=f′(x)=3m﹣6(m+1)x0+(3m+6)>3m,
即3m﹣6(m+1)x0+6>0在x0∈[﹣1,1],m<0)
设g(x0)=3m﹣6(m+1)x0+6,则g(﹣1)>0且g(1)>0,
即3m+6(m+1)+6>0解得m>﹣,又3m﹣6(m+1)+6>0解得m<0,

综上所述:m的取值范围:(﹣,0).
 
8.定义在R上的函数f(x)=ax3+bx2+cx+3同时满足以下条件:
①f(x)在(0,1)上是减函数,在(1,+∞)上是增函数;
②f′(x)是偶函数;
③f(x)在x=0处的切线与直线y=x+2垂直.
(Ⅰ)求函数y=f(x)的解析式;
(Ⅱ)设g(x)=lnx﹣,若存在x∈[1,e],使g(x)<f′(x),求实数m的取值范围.
解:(Ⅰ)f'(x)=3ax2+2bx+c
∵f(x)在(0,1)上是减函数,在(1,+∞)上是增函数,
∴f′(1)=3a+2b+c=0①
由f′(x)是偶函数得:b=0②
又f(x)在x=0处的切线与直线y=x+2垂直,f'(0)=c=﹣1③]
由①②③得:,即
(Ⅱ)由已知得:存在x∈[1,e],使
即存在x∈[1,e],使m>xlnx﹣x3+x
设,则M'(x)=lnx﹣3x2+2设H(x)=M'(x)=lnx﹣3x2+2,则∵x∈[1,e],∴H'(x)<0,即H(x)在[1,e]递减
于是,H(x)≤H(1),即H(x)≤﹣1<0,即M'(x)<0∴M(x)在[1,e]上递减,∴M(x)≥M(e)=2e﹣e3
于是有m>2e﹣e3为所求.
 
9.已知函数
(1)若f′(1)=2,求m的值;
(2)若函数y=f(x)在[1,+∞)上为单调函数,求m的取值范围.
解:(1),由已知,f'(1)=m﹣2+m=2,
所以m=2;
(2)若函数y=f(x)在[1,+∞)上为单调函数,则在[1,+∞)上
有恒成立,或恒成立
即,或对x∈[1,+∞)恒成立,
因为,
而当x∈[1,+∞)时,∈[2,+∞),故,
所以m≥1或m≤0.
即m的取值范围是m≥1或m≤0.
 
10.(1)已知函数f(x)=axekx﹣1,g(x)=lnx+kx.当a=1时,若f(x)在(1,+∞)上为减函数,g(x)在(0,1)上为增函数,求实数k的值
(2)已知函数f(x)=x+﹣2lnx,a∈R,讨论函数f(x)的单调区间.
解:(1)a=1时,f(x)=xekx﹣1,
∴f′(x)=(kx+1)ekx,g′(x)=+k,
f(x)在(1,+∞)上为减函数,
则 x>1,f′(x)≤0 k≤﹣,
∴k≤﹣1;
∵g(x)在(0,1)上为增函数,
则 x∈(0,1),g′(x)≥0 k≥﹣,
∴k≥﹣1;
综上所述:k=﹣1;
(2)函数f(x)的定义域为(0,+∞),
∴f′(x)=1﹣﹣=,
①当△=4+4a≤0,即a≤﹣1时,得x2﹣2x﹣a≥0,则f′(x)≥0.
∴函数f(x)在(0,+∞)上单调递增.
②当△=4+4a>0,即a>﹣1时,令f′(x)=0得x2﹣2x﹣a=0,
解得x1=1﹣,x2=1+>0,
(ⅰ) 若﹣1<a≤0,则x1=1﹣≥0,∵x∈(0,+∞),
∴f(x)在(0,1﹣),(1+,+∞)递增,在(1﹣,1+)递减,
(ⅱ)若a>0,则x1<0,x∈( 0,1+)时,f′(x)<0,x∈(1+,+∞)时,f′(x)>0,
∴函数f(x)在区间(0,1﹣)上单调递减,在区间(1+,+∞)上单调递增.
 
11.已知函数f(x)=ax﹣
(Ⅰ)若函数f(x)在区间[1,+∞)上是单调函数,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)讨论函数f(x)的单调区间.
解:(I)=(x>0).
①当a≤0时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减;
②当a>0时,令g(x)=ax2﹣2x+a,
∵函数f(x)在区间[1,+∞)上是单调函数,
∴g(x)≥0在区间[1,+∞)上恒成立,
∴,在区间[1,+∞)上恒成立.
令u(x)=,x∈[1,+∞).
∵u(x)=≤=1,当且仅当x=1时取等号.
∴a≥1.
∴当a≥1时,函数f(x)单调递增.
∴实数a的取值范围是(﹣∞,0]∪[1,+∞);
(2)由(1)可知:①当a≤0时,f′(x)<0,函数f(x)在(0,+∞)单调递减;
②当a≥1时,此时函数f(x)在(0,+∞)单调递增.
③当0<a<1时,由ax2﹣2x+a=0,解得,.
∴函数f(x)在(0,x1),(x2,+∞)上单调递增,在(x1,x2)上单调递减.
 
12.已知:三次函数f(x)=x3+ax2+bx+c,在(﹣∞,﹣1),(2,+∞)上单调增,在(﹣1,2)上单调减,当且仅当x>4时,
f(x)>x2﹣4x+5.
(1)求函数f (x)的解析式;
(2)若函数,求h(x)的单调区间.
解:(1)∵f(x)在(﹣∞,﹣1),(2,+∞)上单增,(﹣1,2)上单减
∴f'(x)=3x2+2ax+b=0有两根﹣1,2
∴…2
令g′(x)=3x2﹣5x﹣2=(3x+1)(x﹣2)单调增,单调减

故.…5
(2)∵f′(x)=3x2﹣3x﹣6
h(x)的定义域:…6∴h(x)=x+1﹣(m+1)ln(x+m)(x>﹣m且x≠2)…7
∴…9
①m>﹣1时,﹣m<1.x∈(﹣m,1)2时,h'(x)<03;x∈(1,2)∪(2,+∞)4时,h'(x)>05
∴h(x)在(﹣m,1)单减;在(1,2),(2,+∞)上单增;
②﹣2<m≤﹣1时,h'(x)>0在定义域内恒成立,h(x)在(﹣m,2),(2,+∞)上单增
③当m≤﹣2时,此时h(x)的定义域为:(﹣m,+∞),h(x)在(﹣m,+∞)上单增
综上:当m≤﹣2时,h(x)在(﹣m,+∞)上单增;
当﹣2<m≤﹣1时,h(x)在(﹣m,2),(2,+∞)上单增;
当m>﹣1时,在(1,2),(2,+∞)上单增;在(﹣m,1)单减.…12