第五章 一元函数的导数及其应用 章末检测(原卷版)
(时间:120分钟,满分150分)
一、选择题:本题共8小题,每小题5分,共40分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的.
1.(2022年长治月考)下列求导不正确的是( )
A.[(3x+5)3]′=9(3x+5)2
B.(x3ln x)′=3x2ln x+x2
C.′=
D.(2x+cos x)′=2xln 2-sin x
2.曲线y=在点(1,1)处的切线方程为( )
A.x-y-2=0 B.x+y-2=0
C.x+4y-5=0 D.x-4y-5=0
3.设函数f(x)是R上以5为周期的可导偶函数,则曲线y=f(x)在x=5处的切线的斜率为( )
A.- B.0
C. D.5
4.已知函数y=f(x),其导函数y=f′(x)的图象如右图所示,则y=f(x)( )
A.在(-∞,0)上单调递减
B.在x=0处取极小值
C.在(1,2)上单调递减
D.在x=2处取极大值
5.函数f(x)=ax3+ax2-2ax+1的图象经过四个象限,则实数a的取值范围是( )
A.
B.
C.
D.∪
6.(2021年山东诊断)若函数f(x)在R上可导,且满足f(x)-xf′(x)>0,则( )
A.3f(1)<f(3) B.3f(1)>f(3)
C.3f(1)=f(3) D.f(1)=f(3)
7.(2022年丽江期末)已知f(x)是定义在R上的偶函数,当x>0时,>0,且f(-1)=0,则不等式>0的解集是( )
A.(-1,0)∪(0,1)
B.(-∞,1)∪(1,+∞)
C.(-∞,-1)∪(0,1)
D.(-1,0)∪(1,+∞)
8.(2022年汕头三模)已知函数f(x)=(x-1)ex-ae2x+ax只有一个极值点,则实数a的取值范围是( )
A.(-∞,0]∪
B.(-∞,0]∪
C.(-∞,0]∪
D.∪[0,+∞)
二、选择题:本题共4小题,每小题5分,共20分.在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得5分,部分选对的得2分,有选错的得0分.
9.若直线l与曲线C满足下列两个条件:①直线l在点P(x0,y0)处与曲线C相切;②曲线C在点P附近位于直线l的两侧,则称直线l在点P处“切过”曲线C.下列命题正确的是( )
A.直线l:y=0在点P(0,0)处“切过”曲线C:y=x3
B.直线l:x=-1在点P(-1,0)处“切过”曲线C:y=(x+1)2
C.直线l:y=x在点P(0,0)处“切过”曲线C:y=sin x
D.直线l:y=x在点P(0,0)处“切过”曲线C:y=tan x
10.(2022年运城期末)已知f′(x)是函数f(x)的导函数,函数f(x)对任意的x∈R,都满足f′(x)>f(x),则下列不等式成立的是( )
A.ef(0)
f(1)
C.f(2)e4f(-2)
11.(2022年扬州开学)已知函数f(x)=aex+sin x(a∈R),则下列说法中正确的有( )
A.当a=-2时,f(x)在x=0处的切线方程为y=-x-2
B.当a=1时,f(x)在上恰有2个零点
C.当a<0时,f(x)在上单调递减
D.当a>0时,f(x)≥0在上恒成立
12.(2021年菏泽期末)关于函数f(x)=+ln x,下列判断正确的是( )
A.x=2是f(x)的极小值点
B.存在正实数k,使得f(x)>kx恒成立
C.函数y=f(x)-2有两个零点
D.对任意两个正实数x1,x2,且x2>x1,若f(x1)=f(x2),则x1+x2<4
三、填空题:本题共4小题,每小题5分,共20分.
13.已知函数f(x)=sin x+cos x,f′(x)是f(x)的导函数.若f(x)=2f′(x),则tan x=________.
14.已知函数f(x)=x3-2x+ex-,其中e是自然对数的底数.若f(a-1)+f(2a2)≤0,则实数a的取值范围是________.
15.设二次函数f(x)=ax2+bx+c(a≠0)的导数为f′(x),f′(0)>0,若 x∈R,恒有f(x)≥0,则的最小值是________.
16.(2022年北京月考)已知函数f(x)=则函数f(x)的值域为________.若函数g(x)=f(x)-k有3个零点,则k的范围是________.
四、解答题:本题共6小题,共70分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤.
17.(10分)已知函数f(x)=x3-3ax2+2bx在点x=1处有极小值-1.
(1)求a,b;
(2)求f(x)的单调区间.
18.(12分)已知函数f(x)=aln x-bx2,a,b∈R,且曲线y=f(x)在x=1处与直线y=-相切.
(1)求a,b的值;
(2)求f(x)在上的最大值.
19.(12分)请你设计一个包装盒.如图所示,四边形ABCD是边长为60 cm的正方形硬纸片,切去阴影部分所示的四个全等的等腰直角三角形,再沿虚线折起,使得A,B,C,D四个点重合于图中的点P,正好形成一个正四棱柱形状的包装盒.E,F在AB上,是被切去的一个等腰直角三角形斜边的两个端点.设AE=FB=x(cm).
(1)若广告商要求包装盒的侧面积S(cm2)最大,试问x应取何值?
(2)某厂商要求包装盒的容积V(cm3)最大,试问x应取何值?并求出此时包装盒的高与底面边长的比值.
20.(12分)已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c在x=-与x=1时都取得极值.
(1)求a,b的值与函数f(x)的单调区间;
(2)若对x∈[-1,2],不等式f(x)21.(12分)设函数f(x)=2x3+ax2+bx+1的导函数为f′(x),若函数f′(x)的图象关于直线x=-对称,且f′(1)=0.
(1)求实数a,b的值;
(2)求函数f(x)的极值.
22.(12分)(2022年咸阳期末)已知函数f(x)=(2x2-4ax)ln x+x2.
(1)若函数f(x)在[1,+∞)上的最小值为1,求实数a的取值范围;
(2)若a>,讨论函数f(x)在[1,+∞)上的零点个数.
第五章 一元函数的导数及其应用 章末检测(解析版)
(时间:120分钟,满分150分)
一、选择题:本题共8小题,每小题5分,共40分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的.
1.(2022年长治月考)下列求导不正确的是( )
A.[(3x+5)3]′=9(3x+5)2
B.(x3ln x)′=3x2ln x+x2
C.′=
D.(2x+cos x)′=2xln 2-sin x
【答案】C 【解析】[(3x+5)3]′=(3x+5)′·3(3x+5)2=9(3x+5)2,故A正确;(x3ln x)′=(x3)′·ln x+x3(ln x)′=3x2ln x+x2,故B正确;′==,故C错误;(2x+cos x)′=(2x)′+(cos x)′=2xln 2-sin x,故D正确.故选C.
2.曲线y=在点(1,1)处的切线方程为( )
A.x-y-2=0 B.x+y-2=0
C.x+4y-5=0 D.x-4y-5=0
【答案】B 【解析】y′==,y′|x=1==-1,
∴y-1=-1×(x-1),即x+y-2=0.
3.设函数f(x)是R上以5为周期的可导偶函数,则曲线y=f(x)在x=5处的切线的斜率为( )
A.- B.0
C. D.5
【答案】B 【解析】由切线斜率的几何意义和周期函数的意义,知f′(5)=f′(0)=0.
4.已知函数y=f(x),其导函数y=f′(x)的图象如右图所示,则y=f(x)( )
A.在(-∞,0)上单调递减
B.在x=0处取极小值
C.在(1,2)上单调递减
D.在x=2处取极大值
【答案】C 【解析】在(-∞,0)上,f′(x)>0,故f(x)在(-∞,0)上单调递增,A错;在x=0处,导数由正变负,f(x)由增变减,故在x=0处取极大值,B错;在(1,2)上,f′(x)<0,f(x)单调递减,C对;在x=2处取极小值,D错.
5.函数f(x)=ax3+ax2-2ax+1的图象经过四个象限,则实数a的取值范围是( )
A.
B.
C.
D.∪
【答案】D 【解析】f′(x)=ax2+ax-2a=a(x+2)(x-1),要使函数f(x)的图象经过四个象限,则f(-2)f(1)<0,即<0,解得a<-或a>.
6.(2021年山东诊断)若函数f(x)在R上可导,且满足f(x)-xf′(x)>0,则( )
A.3f(1)<f(3) B.3f(1)>f(3)
C.3f(1)=f(3) D.f(1)=f(3)
【答案】B 【解析】由于f(x)>xf′(x),则′=<0恒成立,因此y=在R上单调递减,所以<,即3f(1)>f(3).
7.(2022年丽江期末)已知f(x)是定义在R上的偶函数,当x>0时,>0,且f(-1)=0,则不等式>0的解集是( )
A.(-1,0)∪(0,1)
B.(-∞,1)∪(1,+∞)
C.(-∞,-1)∪(0,1)
D.(-1,0)∪(1,+∞)
【答案】D 【解析】由题意知,当x>0时,=′>0,则函数在(0,+∞)上单调递增,而f(x)是定义在R上的偶函数,容易判断是定义在(-∞,0)∪(0,+∞)上的奇函数,所以在(-∞,0)上单调递增,而f(-1)=0,则=0,=0.所以当x∈(-1,0)∪(1,+∞)时,>0.故选D.
8.(2022年汕头三模)已知函数f(x)=(x-1)ex-ae2x+ax只有一个极值点,则实数a的取值范围是( )
A.(-∞,0]∪
B.(-∞,0]∪
C.(-∞,0]∪
D.∪[0,+∞)
【答案】A 【解析】∵f(x)=(x-1)ex-ae2x+ax,∴f′(x)=xex-ae2x+a.∵f(x)只有一个极值点,∴f′(x)只有一个变号零点.
(1)当a=0时,f′(x)=xex,易知x=0是f(x)的唯一极值点;
(2)当a≠0时,方程f′(x)=xex-ae2x+a=0可化为x=ex-e-x,令g(x)=x,h(x)=ex-e-x,可得两函数均为奇函数,∴只需判断x>0时,两函数无交点即可.
①当a<0时,g(x)=x<0,h(x)=ex-e-x>0,∴g(x)与h(x)有唯一交点x=0,且当x>0时,g(x)<h(x),当x<0时,g(x)>h(x),∴x=0是f(x)的唯一极值点;②当a>0时,h′(x)=ex+e-x>0,即h(x)在(0,+∞)上单调递增,且h(0)=0,h(x)=+∞.设h(x)过原点的切线为y=kx,切点为(m,km)(m>0),则,解得m=0,k=2,如图所示,当y=x在直线y=2x下方(第一象限)或与y=2x重合时,x=0是唯一交点,能满足f′(x)=0的变号零点,即函数f(x)的极值点,∴a≥.
综上所述,实数a的取值范围为(-∞,0]∪.
二、选择题:本题共4小题,每小题5分,共20分.在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得5分,部分选对的得2分,有选错的得0分.
9.若直线l与曲线C满足下列两个条件:①直线l在点P(x0,y0)处与曲线C相切;②曲线C在点P附近位于直线l的两侧,则称直线l在点P处“切过”曲线C.下列命题正确的是( )
A.直线l:y=0在点P(0,0)处“切过”曲线C:y=x3
B.直线l:x=-1在点P(-1,0)处“切过”曲线C:y=(x+1)2
C.直线l:y=x在点P(0,0)处“切过”曲线C:y=sin x
D.直线l:y=x在点P(0,0)处“切过”曲线C:y=tan x
【答案】ACD 【解析】y′=3x2,y′|x=0=0,所以l:y=0是曲线C:y=x3在点P(0,0)处的切线,显然曲线C:y=x3在点P(0,0)附近位于直线l,即x轴的两侧,A正确;因为y′=2(x+1),y′|x=-1=0,而直线l:x=-1的斜率不存在,所以l:x=-1不是曲线C:y=(x+1)2在点P(-1,0)处的切线,B错误;y′=cos x,y′|x=0=1,在点P(0,0)处的切线为l:y=x.令g(x)=sin x-x,g′(x)=cos x-1≤0,所以g(x)是上的单调减函数,且g(0)=0,所以曲线C:y=sin x在点P(0,0)附近位于直线l的两侧,C正确;y′=,y′|x=0==1,在点P(0,0)处的切线为l:y=x,所以曲线C:y=tan x在点P(0,0)附近位于直线l的两侧,D正确.
10.(2022年运城期末)已知f′(x)是函数f(x)的导函数,函数f(x)对任意的x∈R,都满足f′(x)>f(x),则下列不等式成立的是( )
A.ef(0)f(1)
C.f(2)e4f(-2)
【答案】AD 【解析】令g(x)=(x∈R,e=2.718 28…),g′(x)=,因为f′(x)>f(x),ex>0,所以g′(x)>0,所以g(x)在R上单调递增,所以g(0)e4f(-2),所以C错误,D正确.故选AD.
11.(2022年扬州开学)已知函数f(x)=aex+sin x(a∈R),则下列说法中正确的有( )
A.当a=-2时,f(x)在x=0处的切线方程为y=-x-2
B.当a=1时,f(x)在上恰有2个零点
C.当a<0时,f(x)在上单调递减
D.当a>0时,f(x)≥0在上恒成立
【答案】ABC 【解析】f(x)=aex+sin x(a∈R),当a=-2时,f(x)=-2ex+sin x,f′(x)=-2ex+cos x f′(0)=-2+1=-1,又因为f(0)=-2,故f(x)在x=0处的切线方程为y-(-2)=-(x-0),即y=-x-2,故A正确;当a=1时,f(x)=ex+sin x,令f(x)=0,得ex=-sin x,作出函数 y=ex与y=-sin x的大致图象,由图知,y=ex与y=-sin x在上恰有2个交点,即当a=1时,f(x)在上恰有2个零点,故B正确;当a<0且x∈时,f′(x)=aex+cos x<0,故f(x)在上单调递减,故C正确;取a=1时,f(x)=ex+sin x,f=e--1<0,故D错误.故选ABC.
12.(2021年菏泽期末)关于函数f(x)=+ln x,下列判断正确的是( )
A.x=2是f(x)的极小值点
B.存在正实数k,使得f(x)>kx恒成立
C.函数y=f(x)-2有两个零点
D.对任意两个正实数x1,x2,且x2>x1,若f(x1)=f(x2),则x1+x2<4
【答案】AC 【解析】函数的定义域为(0,+∞),f′(x)=-+=.∵x∈(0,2)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,x∈(2,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,∴x=2是f(x)的极小值点,A正确;若f(x)>kx,可得k<+,令g(x)=+,则g′(x)=,令h(x)=-4+x-xln x,则h′(x)=-ln x,∴当x∈(0,1)时,h(x)单调递增,x∈(1,+∞)时,h(x)单调递减,∴h(x)≤h(1)<0,∴g′(x)<0,∴g(x)在(0,+∞)上单调递减,函数无最小值,∴不存在正实数k,使得f(x)>kx恒成立,B不正确;令t(x)=f(x)-2=+ln x-2,t′(x)=-+=,∴当x∈(0,2)时,t(x)<0,t(x)单调递减,x∈(2,+∞)时,t(x)>0,t(x)单调递增,∴t(x)极小值=t(2)=-1+ln 2<0,而t(1)=0,t(e2)=>0,故y=f(x)-2有两个零点,C正确;令t∈(0,2),则2-t∈(0,2),2+t>2,令g(t)=f(2+t)-f(2-t)=+ln(2+t)--ln(2-t)=+ln ,则g′(t)=+·=+=<0,∴g(t)在(0,2)上单调递减,则g(t)<g(0)=0,令x1=2-t,由f(x1)=f(x2),得x2>2+t,则x1+x2>2-t+2+t=4,当x2≥4时,x1+x2>4显然成立,∴对任意两个正实数x1,x2,且x2>x1,若f(x1)=f(x2),则x1+x2>4,D错误.
三、填空题:本题共4小题,每小题5分,共20分.
13.已知函数f(x)=sin x+cos x,f′(x)是f(x)的导函数.若f(x)=2f′(x),则tan x=________.
【答案】 【解析】由f(x)=sin x+cos x,得f′(x)=cos x-sin x.又由f(x)=2f′(x),即sin x+cos x=2(cos x-sin x),变形可得cos x=3sin x,即tan x=.
14.已知函数f(x)=x3-2x+ex-,其中e是自然对数的底数.若f(a-1)+f(2a2)≤0,则实数a的取值范围是________.
【答案】 【解析】因为f(-x)=-x3+2x+-ex=-f(x),所以函数f(x)是奇函数.因为f′(x)=3x2-2+ex+e-x≥3x2-2+2≥0,所以函数f(x)在R上单调递增.又f(a-1)+f(2a2)≤0,即f(2a2)≤f(1-a),所以2a2≤1-a,即2a2+a-1≤0,解得-1≤a≤,故实数a的取值范围为.
15.设二次函数f(x)=ax2+bx+c(a≠0)的导数为f′(x),f′(0)>0,若 x∈R,恒有f(x)≥0,则的最小值是________.
【答案】2 【解析】二次函数f(x)=ax2+bx+c(a≠0)的导数为f′(x)=2ax+b,由f′(0)>0,得b>0.又对 x∈R,恒有f(x)≥0,则a>0,且Δ=b2-4ac≤0,故c>0,所以==++1≥2+1≥2+1=2,当且仅当a=c时,取等号,所以的最小值为2.
16.(2022年北京月考)已知函数f(x)=则函数f(x)的值域为________.若函数g(x)=f(x)-k有3个零点,则k的范围是________.
【答案】[-1,+∞) (-e-2,0)
【解析】因为f(x)=当x<1时,f(x)=(x+1)ex,则f′(x)=(x+2)ex,当x<-2时f′(x)<0,当-20,即f(x)在(-∞,-2)上单调递减,在(-2,1)上单调递增,则当x=-2时取得极小值,且f(-2)=-e-2 ,当x≥1时,f(x)=x2-2x=(x-1)2-1,函数图象如下所示,
由函数图象可知函数的值域为[-1,+∞),函数g(x)=f(x)-k有3个零点,即y=f(x)与y=k有3个交点,所以-e-2四、解答题:本题共6小题,共70分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤.
17.(10分)已知函数f(x)=x3-3ax2+2bx在点x=1处有极小值-1.
(1)求a,b;
(2)求f(x)的单调区间.
解:(1)由已知,可得f(1)=1-3a+2b=-1①.
又∵f′(x)=3x2-6ax+2b,∴f′(1)=3-6a+2b=0②.
由①②解得a=,b=-.
(2)由(1)得函数的解析式为f(x)=x3-x2-x.
由此得f′(x)=3x2-2x-1.
f′(x)=0时,x=-或x=1,根据二次函数的性质,
当x<-或x>1时,f′(x)>0;
当-所以函数f(x)的单调递增区间为和(1,+∞);
单调递减区间为
18.(12分)已知函数f(x)=aln x-bx2,a,b∈R,且曲线y=f(x)在x=1处与直线y=-相切.
(1)求a,b的值;
(2)求f(x)在上的最大值.
解:(1)由f(x)=aln x-bx2,得f′(x)=-2bx.
由y=f(x)在x=1处与直线y=-相切,得解得
(2)由(1)得f(x)=ln x-x2,定义域为(0,+∞),f′(x)=-x=.
令f′(x)>0,解得01,
∴f(x)在上单调递增,在(1,e)上单调递减,
∴f(x)在上的最大值为f(1)=-.
19.(12分)请你设计一个包装盒.如图所示,四边形ABCD是边长为60 cm的正方形硬纸片,切去阴影部分所示的四个全等的等腰直角三角形,再沿虚线折起,使得A,B,C,D四个点重合于图中的点P,正好形成一个正四棱柱形状的包装盒.E,F在AB上,是被切去的一个等腰直角三角形斜边的两个端点.设AE=FB=x(cm).
(1)若广告商要求包装盒的侧面积S(cm2)最大,试问x应取何值?
(2)某厂商要求包装盒的容积V(cm3)最大,试问x应取何值?并求出此时包装盒的高与底面边长的比值.
解:设包装盒的高为h(cm),底面边长为a(cm).
由已知得a=x,h==(30-x),0(1)S=4ah=8x(30-x)=-8(x-15)2+1800,
所以当x=15时,S取得最大值.
(2)V=a2h=2(-x3+30x2),
V′=6x(20-x).
由V′=0得x=0(舍去)或x=20.
当x∈(0,20)时,V′>0;当x∈(20,30)时,V′<0,
所以当x=20时,V取得极大值,也是最大值,
此时=,即包装盒的高与底面边长的比值为.
20.(12分)已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c在x=-与x=1时都取得极值.
(1)求a,b的值与函数f(x)的单调区间;
(2)若对x∈[-1,2],不等式f(x)解:(1)f(x)=x3+ax2+bx+c,
f′(x)=3x2+2ax+b,
由f′=-a+b=0,
f′(1)=3+2a+b=0,
得a=-,b=-2.
f′(x)=3x2-x-2=(3x+2)(x-1),
令f′(x)>0,得x<-或x>1;
令f′(x)<0,得-所以函数f(x)的递增区间是和(1,+∞),递减区间是.
(2)f(x)=x3-x2-2x+c,x∈[-1,2],由(1)知,
当x=-时,f=+c为极大值,
而f(2)=2+c,则f(2)=2+c为最大值,
要使f(x)则只需要c2>f(2)=2+c,
得c<-1或c>2.
21.(12分)设函数f(x)=2x3+ax2+bx+1的导函数为f′(x),若函数f′(x)的图象关于直线x=-对称,且f′(1)=0.
(1)求实数a,b的值;
(2)求函数f(x)的极值.
解:(1)因为f(x)=2x3+ax2+bx+1,
所以f′(x)=6x2+2ax+b.
所以f′(x)=6+b-,
即f′(x)的图象关于直线x=-对称,
则-=-,即a=3.
又因为f′(1)=0,即6+2a+b=0,
所以b=-12.
(2)由(1)知f(x)=2x3+3x2-12x+1,
f′(x)=6x2+6x-12=6(x-1)(x+2).
令f′(x)=0,解得x=-2或x=1.
当x∈(-∞,-2)时,f′(x)>0,即f(x)在(-∞,-2)上单调递增;
当x∈(-2,1)时,f′(x)<0,即f(x)在(-2,1)上单调递减;
当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,即f(x)在(1,+∞)上单调递增.
所以函数f(x)在x=-2处取得极大值为f(-2)=21,在x=1处取得极小值为f(1)=-6.
22.(12分)(2022年咸阳期末)已知函数f(x)=(2x2-4ax)ln x+x2.
(1)若函数f(x)在[1,+∞)上的最小值为1,求实数a的取值范围;
(2)若a>,讨论函数f(x)在[1,+∞)上的零点个数.
解:(1)f′(x)=(4x-4a)ln x+2x-4a+2x=4(x-a)·(ln x+1),x∈[1,+∞),
当a≤1时,f′(x)≥0,
∴f(x)为单调递增函数,f(x)min=f(1)=1,符合题意;
当a>1时,在[1,a)上,f′(x)<0,f(x)单调递减,
在(a,+∞)上,f′(x)>0,f(x)单调递增,
∴f(x)min=f(a).
∵f(1)=1,故f(a)故实数a的取值范围为(-∞,1].
(2)由(1)可知,当当a>1时,f(x)min=f(a)=-2a2ln a+a2,令g(x)=-2x2ln x+x2,x∈(1,+∞),
则g′(x)=-4xln x-2x+2x=-4xln x<0,函数g(x)单调递减,
令g(x)=-2x2ln x+x2=0,解得x=e,
∴当x∈(1,e)时,g(x)>0,x=e时,g(x)=0,x∈(e,+∞),g(x)<0,
∴当a∈时,f(x)min>0,此时函数f(x)在[1,+∞)上的零点个数为0;
当a=e时,f(x)min=0,此时函数f(x)在[1,+∞)上的零点个数为1;
当a∈时,f(x)min<0,又f(1)=1>0,故f(x)在(1,a)存在一个零点.
f(2a)=4a2>0,故f(x)在(a,2a)存在一个零点,
此时函数f(x)在[1,+∞)上的零点个数为2.
综上,可得a∈时,函数f(x)在[1,+∞)上的零点个数为0;
a=e时,函数f(x)在[1,+∞)上的零点个数为1;
a∈(e,+∞),函数f(x)在f′(x)>0上的零点个数为2.