导数与切线间的关系专题练习-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 导数与切线间的关系专题练习-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 69.3KB
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 14:24:43

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文档简介

导数与切线间的关系
例1.已知正数m,n,满足mn=,则曲线f(x)=x3+n2x在点(m,f(m))处的切线的倾斜角的取值范围为(  )
A.[,π) B.[,) C.[,] D.[,)
例2.设函数,D是由x轴和曲线y=f(x)及该曲线在点(1,0)处的切线所围成的封闭区域,则z=x+2y在D上的最大值为(  )
A.﹣2 B.﹣1 C.0 D.1
例3.已知函数f(x)=ex﹣mx+1的图象是曲线C,若曲线C不存在与直线y=ex垂直的切线,则实数m的取值范围是(  )
A.(﹣∞,﹣) B.[,+∞) C.(﹣∞,) D.(﹣∞,]
例4.曲线y=lnx﹣2x在点(1,﹣2)处的切线与坐标轴所围成的三角形的面积是(  )
A. B. C.1 D.2
 
例5.已知函数f(x)=2lnx﹣xf′(1),则曲线y=f(x)在x=1处的切线方程是   .
例6.P为曲线C1:y=ex上一点,Q为曲线C2:y=lnx上一点,则|PQ|的最小值为   .
 
例7.已知函数f(x)=3xlnx+2
(1)求函数f(x)在(1,f(1))处的切线方程;
(2)对任意的x>1,都有f(x)≤x2﹣cx,求实数c的取值范围.
例8.设函数,已知曲线y=f(x)在x=0处的切线l方程为y=kx+b,且k≥b.
(1)求m的取值范围;
(2)当x≥﹣2时,f(x)≥0,求m的最大值.
例9.已知函数,a∈R.
(I)若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与直线x+2y=0垂直,求a的值;
(II)当a=1时,试问曲线y=f(x)与直线y=2x﹣3是否有公共点?如果有,求出所有公共点;若没有,请说明理由.
例10.已知函数f(x)=(a﹣1)x2+2lnx,g(x)=f(x)﹣2ax(a∈R).
(1)当a=0时,求f(x)在点f(x)(e,f(e))的切线方程;
(2)若对 x∈(1,+∞),g(x)<0恒成立,求a的取值范围.
例11.已知函数f(x)=alnx+bx(a,b∈R)在点(1,f(1))处的切线方程为x﹣2y﹣2=0.
(1)求a,b的值;
(2)当x>1时,f(x)+<0恒成立,求实数k的取值范围.
例12.设函数f(x)=2xlnx﹣1.
(1)求函数f(x)的最小值及曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)若不等式f(x)≤3x3+2ax恒成立,求实数a的取值范围.
 
参考答案与试题解析
 
一.选择题(共4小题)
1.已知正数m,n,满足mn=,则曲线f(x)=x3+n2x在点(m,f(m))处的切线的倾斜角的取值范围为(  )
A.[,π) B.[,) C.[,] D.[,)
解:f(x)=x3+n2x的导数为f′(x)=x2+n2,
可得f(x)在点(m,f(m))处的切线的斜率为k=m2+n2,
由正数m,n,满足mn=,
可得k=m2+n2≥2mn=,
则倾斜角的范围是[,).
故选:D.
 
2.设函数,D是由x轴和曲线y=f(x)及该曲线在点(1,0)处的切线所围成的封闭区域,则z=x+2y在D上的最大值为(  )
A.﹣2 B.﹣1 C.0 D.1
解:∵,f'(1)=1,
∴曲线y=f(x)及该曲线在点(1,0)处的切线方程为y=x﹣1.
∴由x轴和曲线y=f(x)及y=x﹣1围成的封闭区域为三角形.
z=x+2y在点(1,0)处取得最大值1.
故选:D.
 
3.已知函数f(x)=ex﹣mx+1的图象是曲线C,若曲线C不存在与直线y=ex垂直的切线,则实数m的取值范围是(  )
A.(﹣∞,﹣) B.[,+∞) C.(﹣∞,) D.(﹣∞,]
解:函数f(x)=ex﹣mx+1的导数为f′(x)=ex﹣m,
设切点为(s,t),即有切线的斜率为es﹣m,
若曲线C不存在与直线y=ex垂直的切线,
则关于s的方程es﹣m=﹣无实数解,
由于es>0,即有m﹣≤0,
解得m≤.
故选:D.
 
4.曲线y=lnx﹣2x在点(1,﹣2)处的切线与坐标轴所围成的三角形的面积是(  )
A. B. C.1 D.2
解:由题意得y′=﹣2,则在点M(1,﹣2)处的切线斜率k=﹣1,
故切线方程为:y+2=﹣(x﹣1),即y=﹣x﹣1,
令x=0得,y=﹣1;令y=0得,x=﹣1,
∴切线与坐标轴围成三角形的面积S==,
故选A.
 
二.填空题(共2小题)
5.已知函数f(x)=2lnx﹣xf′(1),则曲线y=f(x)在x=1处的切线方程是 x﹣y﹣2=0 .
解:f′(x)=2ln x﹣xf′(1),
由题意可知,曲线在(1,f(1))处切线方程的斜率k=f′(1),
则f′(1)=2﹣f′(1),解得f′(1)=1,
则f(1)=﹣1,所以切点(1,﹣1),
所以切线方程为:y+1=x﹣1,化简得x﹣y﹣2=0
故答案为:x﹣y﹣2=0.
 
6.P为曲线C1:y=ex上一点,Q为曲线C2:y=lnx上一点,则|PQ|的最小值为  .
解:∵曲线y=ex与曲线y=lnx互为反函数,其图象关于y=x对称,
故可先求点P到直线y=x的最近距离d,
设曲线y=ex上斜率为1的切线为y=x+b,
∵y′=ex,由ex=1,得x=0,
故切点坐标为(0,1),即b=1,
∴d==,
∴丨PQ丨的最小值为2d=2×=.
故答案为:.
 
三.解答题(共6小题)
7.已知函数f(x)=3xlnx+2
(1)求函数f(x)在(1,f(1))处的切线方程;
(2)对任意的x>1,都有f(x)≤x2﹣cx,求实数c的取值范围.
解:(1)函数f(x)=3xlnx+2
导数f′(x)=3lnx+3,
函数f(x)在(1,f(1))处的切线的斜率k为f′(1)=3+3ln1=3,
又因为f(1)=2,即切点坐标为(1,2),
所以切线方程为y﹣2=3(x﹣1),
即3x﹣y﹣1=0;
(2)任意的x>1,都有f(x)≤x2﹣cx,即3xlnx+2≤x2﹣cx,
可得c≤=x﹣3lnx﹣,
设h(x)=x﹣3lnx﹣,
则h′(x)=1﹣+=,
当x<1时,h′(x)>0,1<x<2时,h′(x)<0,x>2时,h′(x)>0,
即h(x)的增区间为(﹣∞,1)和(2,+∞),减区间为(1,2),
所以当x>1时,函数h(x)有最小值h(2)=1﹣3ln2,
c≤h(x)恒成立,即c≤1﹣3ln2.
 
8.设函数,已知曲线y=f(x)在x=0处的切线l方程为y=kx+b,且k≥b.
(1)求m的取值范围;
(2)当x≥﹣2时,f(x)≥0,求m的最大值.
解:(1)f'(x)=(x+2)(mex﹣1).
因为f(0)=m﹣1,f'(0)=2(m﹣1),
所以切线l方程为y=2(m﹣1)x+m﹣1.
由2(m﹣1)≥m﹣1,得m的取值范围为[1,+∞).…(5分)
(2)令f'(x)=0,得x1=﹣2,x2=﹣lnm.
若1≤m<e2,则﹣2<x2≤0.从而当x∈(﹣2,x2)时,f'(x)<0;
当x∈(x2,+∞)时,f'(x)>0.
即f(x)在(﹣2,x2)单调递减,在(x2,+∞)单调递增.
故f(x)在[﹣2,+∞)的最小值为f(x2).
而,故当x≥﹣2时,f(x)≥0.
若m=e2,f'(x)=e2(x+2)(ex﹣e﹣2).
当x≥﹣2时,f'(x)>0.即f(x)在[﹣2,+∞)单调递增.
故当x≥﹣2时,f(x)≥f(﹣2)=0.
若m>e2,则f(﹣2)=﹣me﹣2+1=﹣e﹣2(m﹣e2)<0.
从而当x≥﹣2时,f(x)≥0不恒成立.
综上m的最大值为e2.…(12分)
 
9.已知函数,a∈R.
(I)若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与直线x+2y=0垂直,求a的值;
(II)当a=1时,试问曲线y=f(x)与直线y=2x﹣3是否有公共点?如果有,求出所有公共点;若没有,请说明理由.
解:(I)函数f(x)的定义域为{x|x>0},(2分)
又曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与直线x+2y=0垂直,
所以f'(1)=a+1=2,即a=1(15分)
(II)当a=1时,,x∈(0,+∞)
令,
(7分)
当x>1时,g'(x)<0,g(x)在(1,+∞)单调递减;
当0<x<1时,g'(x)>0,g(x)在(0,1)单调递增.(10分)
又g(1)=0,所以g(x)在(0,1)∪(1,+∞)恒负
因此,曲线y=f(x)与直线y=2x﹣3仅有一个公共点,公共点为(1,﹣1).(13分)
 
10.已知函数f(x)=(a﹣1)x2+2lnx,g(x)=f(x)﹣2ax(a∈R).
(1)当a=0时,求f(x)在点f(x)(e,f(e))的切线方程;
(2)若对 x∈(1,+∞),g(x)<0恒成立,求a的取值范围.
解:(1)当a=0时,f(x)=﹣x2+2lnx,
∴,f(e)=﹣e2+2,
故在点(e,f(e))的切线方程为y﹣f(e)=f′(e)(x﹣e),
化简得y=.
(2)g(x)=f(x)﹣2ax=(a﹣1)x2﹣2ax+2lnx,
则g(x)的定义域为(0,+∞).
g′(x)=(2a﹣2)x﹣2a+==
①若a>1,令g′(x)=0,得极值点x1=1,,
当x2>x1=1,即1<a<2时,
在(0,1)上有g′(x)>0,在(1,x2)上有g′(x)<0,
在(x2,+∞)上有g′(x)>0,
此时g(x)在区间(x2,+∞)上是增函数,
并且在该区间上有g(x)∈(g(x2),+∞),不合题意;
当x2≤x1=1,即a>2时,
同理可知,g(x)在区间(1,+∞)上恒有g′(x)>0,
g(x)在区间(1,+∞)上是增函数,
有g(x)∈(g(1),+∞),也不合题意;
②若a≤1,则有2a﹣2≤0,此时在区间(1,+∞)上恒有g′(x)<0,
∴g(x)在(1,+∞)上是减函数;
要使g(x)<0在此区间上恒成立,
只须满足g(1)=a﹣1﹣2a≤0即可,可得a≥﹣1,
∴a的范围是[﹣1,1].
综合①②可知,当a∈[﹣1,1]时,
对 x∈(1,+∞),g(x)<0恒成立.
 
11.已知函数f(x)=alnx+bx(a,b∈R)在点(1,f(1))处的切线方程为x﹣2y﹣2=0.
(1)求a,b的值;
(2)当x>1时,f(x)+<0恒成立,求实数k的取值范围.
(1)解:∵f(x)=alnx+bx,
∴f′(x)=+b.
∵直线x﹣2y﹣2=0的斜率为0.5,且过点(1,﹣0.5),…(1分)
∴f(1)=﹣0.5,f′(1)=0.5
解得a=1,b=﹣0.5.…(3分)
(2)解:由(1)得f(x)=lnx﹣0.5x.
当x>1时,f(x)+<0恒成立,等价于k<0.5x2﹣xlnx.…(4分)
令g(x)=0.5x2﹣xlnx,则g′(x)=x﹣1﹣lnx.…(5分)
令h(x)=x﹣1﹣lnx,则h′(x)=,
当x>1时,h′(x)>0,函数h(x)在(1,+∞)上单调递增,
故h(x)>h(1)=0…(6分)
从而,当x>1时,g′(x)>0,即函数g(x)在(1,+∞)上单调递增,
故g(x)>g(1)=0.5.…(7分)
∴k≤0.5.…(9分)
 
12.设函数f(x)=2xlnx﹣1.
(1)求函数f(x)的最小值及曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(2)若不等式f(x)≤3x3+2ax恒成立,求实数a的取值范围.
解:(1)函数f(x)=2xlnx﹣1的导数为f′(x)=2(lnx+1),
当x>时,f′(x)>0,f(x)递增;
当0<x<时,f′(x)<0,f(x)递减.
即有x=取得极小值,也为最小值,且为﹣﹣1;
可得曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线斜率为k=f′(1)=2,
切点为(1,﹣1),曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y+1=2(x﹣1),
即为2x﹣y﹣3=0;
(2)不等式f(x)≤3x3+2ax恒成立,
可得:a≥lnx﹣﹣,在(0,+∞)上恒成立,
设h(x)=lnx﹣﹣,h′(x)=﹣+=﹣,
h′(x)=0,得:x=1,x=﹣(舍去),
当0<x<1时,h′(x)>0,
当x>1时,h′(x)<0,
∴当x=1时,h(x)max=﹣2,
∴a≥﹣2,
∴实数a的取值范围:[﹣2,+∞).