章末检测(六) 导数及其应用
(时间:120分钟 满分:150分)
一、单项选择题(本大题共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.已知函数f(x)=xln x+x2-1,则f'(1)=( )
A.0 B.1
C.2 D.3
2.以正弦曲线y=sin x上一点P为切点的切线为直线l,则直线l的倾斜角的取值范围是( )
A.∪ B.[0,π)
C. D.∪
3.设函数f(x)的图象如图,则函数y=f'(x)的图象可能是下列选项中的( )
4.函数f(x)=x2-ln x的单调递减区间是( )
A.
B.
C.和
D.和
5.函数f(x)=3x-4x3(x∈[0,1])的最大值是( )
A.-1 B.0
C. D.1
6.函数f(x)=x3+ax2+3x-9,已知f(x)在x=-3处取得极值,则a=( )
A.2 B.3
C.5 D.6
7.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.∪
8.已知可导函数f(x)的定义域为(-∞,0),其导函数f'(x)满足xf'(x)+2f(x)>0,则不等式(x+2 024)2·f(x+2 024)-f(-1)<0的解集为( )
A.(-2 025,-2 024)
B.(-2 024,-2 023)
C.(-∞,-2 024)
D.(-∞,-2 023)
二、多项选择题(本大题共3小题,每小题6分,共18分.在每小题给出的四个选项中,有多个选项是符合题目要求的,全部选对的得6分,部分选对的得部分分,有选错的得0分)
9.下列结论中不正确的是( )
A.若y=cos,则y'=-sin
B.若y=sin x2,则y'=2xcos x2
C.若y=cos 5x,则y'=-sin 5x
D.若y=xsin 2x,则y'=xsin 2x
10.设函数f(x)=x-ln x(x>0),则y=f(x)( )
A.在区间内无零点
B.在区间内有零点
C.在区间(1,e)内无零点
D.在区间(1,e)内有零点
11.若函数f(x)=x3+x2-在区间(a,a+5)上存在最小值,则下列a值符合要求的是( )
A.-3 B.-2 C.-1 D.0
三、填空题(本大题共3小题,每小题5分,共15分.把答案填在题中横线上)
12.若函数f(x)=sin 2x+sin x,则f'(x)的最大值是 ,最小值是 .
13.若函数f(x)=的单调增区间为(0,+∞),则实数a的取值范围是 .
14.已知函数f(x)=ln x-ax2+x,a∈R.当a=0时,曲线y=f(x)在点(e,f(e))处的切线方程是 ;若f(x)有两个零点,则a的取值范围是 .
四、解答题(本大题共5小题,共77分.解答时应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤)
15.(本小题满分13分)在①f(-1)=-4,f'(1)=0;②f(1)=0,f'(0)=1;③f(x)在(-1,f(-1))处的切线方程为y=8x+4这三个条件中任选一个,补充在下面问题中求解.
已知函数f(x)=x3+ax2+bx,且 .
(1)求a,b的值;
(2)求函数f(x)的极小值.
注:如果选择多个条件分别解答,则按第一个解答计分.
16.(本小题满分15分)已知函数f(x)=aln x+x2-3b,曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为2x+y-4=0.
(1)求实数a,b的值;
(2)若曲线C:y=-x3-4b,求曲线C过点(2,4)的切线方程.
17.(本小题满分15分)已知函数f(x)=ln x-ax2.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)有两个零点,求a的取值范围.
18.(本小题满分17分)请你设计一个包装盒.如图①所示,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②中的点P,正好形成一个正四棱柱形状的包装盒.点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(单位:cm2)最大,试问x应取何值?
(2)某厂商要求包装盒的容积V(单位: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.
19.(本小题满分17分)已知函数f(x)=ln x-.
(1)若f(x)存在最小值且最小值为2,求a的值;
(2)设g(x)=ln x-a,若g(x)<x2在(0,e]上恒成立,求a的取值范围.
章末检测(六) 导数及其应用
1.D 2.D 3.D 4.A 5.D 6.C 7.D 8.A 9.ACD
10.AD 由题意得f'(x)=(x>0),令f'(x)>0,得x>3;令f'(x)<0,得0<x<3;令f'(x)=0,得x=3,故函数f(x)在区间(0,3)上单调递减,在区间(3,+∞)上单调递增,在点x=3处有极小值1-ln 3<0;又f(1)=>0,f(e)=-1<0,f=+1>0.所以f(x)在区间内无零点,在区间(1,e)内有零点.
11.ABC 由题意,f'(x)=x2+2x=x(x+2),故f(x)在(-∞,-2),(0,+∞)上单调递增,在(-2,0)上单调递减,作出其大致图象如图所示,令x3+x2-=-得,x=0或x=-3,则结合图象可知,解得a∈[-3,0).故选A、B、C.
12.2 - 解析:∵函数f(x)=sin 2x+sin x,∴f'(x)=cos 2x+cos x=2cos2x+cos x-1=2-(x∈R).当cos x=-时,f'(x)取得最小值-;当cos x=1时,f'(x)取得最大值2.
13.a≥0 解析:f'(x)='=a+,由题意得,a+≥0对x∈(0,+∞)恒成立,所以a≥-在x∈(0,+∞)上恒成立,所以a≥0.
14.y=(+1)x (0,1) 解析:当a=0时,f(x)=ln x+x,f(e)=ln e+e=e+1,所以f'(x)=+1,曲线y=f(x)在点(e,f(e))处的切线斜率k=f'(e)=+1,所以切线方程为y-(e+1)=(+1)(x-e),化简得y=(+1)x;函数f(x)有两个零点,等价于方程a=有两解,即y=与y=a有两个交点,令g(x)=(x>0),则g'(x)=,令g'(x)=0,得1-2ln x-x=0,解得x=1,因为φ(x)=1-2ln x-x为减函数,故g'(x)=0有唯一解,所以当x∈(0,1)时,g'(x)>0,当x∈(1,+∞),g'(x)<0,所以g(x)在(0,1)单调递增,在(1,+∞)单调递减,又g(1)==1,当x→+∞时,g(x)→0,当x→0时,g(x)→-∞,作出函数y=g(x)的图象如图所示,所以当a∈(0,1)时,f(x)有两个零点.
15.解:(1)选择①f(-1)=-4,f'(1)=0.
∵f'(x)=3x2+2ax+b,
由f(-1)=-4,f'(1)=0,可得
解得a=-2,b=1.
选择②f(1)=0,f'(0)=1.
∵f'(x)=3x2+2ax+b,由f(1)=0,f'(0)=1,可得解得a=-2,b=1.
选择③f(x)在(-1,f(-1))处的切线方程为y=8x+4.
∵f'(x)=3x2+2ax+b,
由f(x)在(-1,f(-1))处的切线方程为y=8x+4,可得解得a=-2,b=1.
(2)由(1)得f(x)=x3-2x2+x,∴f'(x)=3x2-4x+1,
由f'(x)=0得x1=,x2=1,
当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:
x 1
f'(x) + 0 - 0 +
f(x) ↗ 极大值 ↘ 极小值 ↗
所以函数的极小值为f(1)=0.
16.解:(1)f'(x)=+2x,由于直线2x+y-4=0的斜率为-2,且过点(1,2),故解得
(2)由(1)知y=+,则y'=x2.
设切点为(x0,y0),则切线斜率k=y'=,
故切线方程为y--=(x-x0).
由切线过点(2,4),代入可解得x0=2或x0=-1,
∴切点为(2,4)或(-1,1),
则切线方程为4x-y-4=0或x-y+2=0.
17.解:(1)f(x)的定义域为(0,+∞),且f'(x)=,
当a≤0时,f'(x)>0,此时f(x)在(0,+∞)上单调递增,
当a>0时,f'(x)>0 0<x<,f'(x)<0 x>,
即f(x)在上单调递增,在上单调递减,
综上可知:当a≤0时,f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当a>0时,f(x)在上单调递增,在上单调递减.
(2)由(1)知当a≤0时,f(x)在(0,+∞)上单调递增,函数f(x)至多有一个零点,不合题意;
当a>0时,f(x)在上单调递增,在上单调递减,f(x)max=f=ln -a=-(ln a+1),
当a≥时,f(x)max=f=-(ln a+1)≤0,
函数f(x)至多有一个零点,不合题意;
当0<a<时,f(x)max=f=-(ln a+1)>0,
由于1∈,且f(1)=ln 1-·a·12=-a<0,
由零点存在性定理知f(x)在上存在唯一零点,
由于>,且f=ln -a=ln -<-=0,
由零点存在性定理知f(x)在上存在唯一零点,所以当0<a<时,f(x)有两个零点.
综上,实数a的取值范围是.
18.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<x<30.
(1)S=4ah=8x(30-x)=-8(x-15)2+1 800,0<x<30,所以当x=15时,S取得最大值.
(2)V=a2h=2(-x3+30x2),V'=6x(20-x).
令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.
19.解:(1)由题意可得f'(x)=+=(x>0),
当a≥0时,f'(x)>0,f(x)在(0,+∞)上是增函数,
f(x)不存在最小值;
当a<0时,由f'(x)=0得x=-a,且0<x<-a时,f'(x)<0,x>-a时,f'(x)>0.
所以x=-a时,f(x)取得极小值且为最小值,
由f(-a)=ln(-a)+1=2,解得a=-e.
(2)g(x)<x2即ln x-a<x2,即a>ln x-x2,
故g(x)<x2在(0,e]上恒成立,也就是a>ln x-x2在(0,e]上恒成立.
设h(x)=ln x-x2,则h'(x)=-2x=,
由h'(x)=0及0<x≤e得x=.
当0<x<时,h'(x)>0,当<x≤e时,h'(x)<0,即h(x)在上为增函数,在上为减函数,
所以当x=时,h(x)取得最大值为h=ln -.
所以g(x)<x2在(0,e]上恒成立时,a的取值范围为.
3 / 3(共42张PPT)
章末检测(六) 导数及其应用
(时间:120分钟 满分:150分)
一、单项选择题(本大题共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. 已知函数f(x)=xln x+x2-1,则f'(1)=( )
A. 0 B. 1
C. 2 D. 3
解析: 依题意f'(x)=ln x+1+2x,所以f'(1)=0+1+2
=3.
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2. 以正弦曲线y= sin x上一点P为切点的切线为直线l,则直线l的倾
斜角的取值范围是( )
A. ∪ B. [0,π)
C. D. ∪
解析: y'= cos x,∵ cos x∈[-1,1],∴切线的斜率范围是
[-1,1],∴倾斜角的范围是 ∪ .
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3. 设函数f(x)的图象如图,则函数y=f'(x)的图象可能是下列选
项中的( )
解析: 由y=f(x)图象知有两个极值点,第一个是极大值
点,第二个是极小值点,由极值意义知选D.
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4. 函数f(x)=x2-ln x的单调递减区间是( )
A.
B.
C. 和
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解析: ∵f'(x)=2x- = (x>0),当0<x≤ 时,
f'(x)≤0,故f(x)的单调递减区间为 .
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5. 函数f(x)=3x-4x3(x∈[0,1])的最大值是( )
A. -1 B. 0
C. D. 1
解析: f'(x)=3-12x2,令f'(x)=0,则x=- (舍去)
或x= ,f(0)=0,f(1)=-1,f = - =1,∴f(x)
在[0,1]上的最大值为1.
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6. 函数f(x)=x3+ax2+3x-9,已知f(x)在x=-3处取得极
值,则a=( )
A. 2 B. 3
C. 5 D. 6
解析: f'(x)=3x2+2ax+3,∵f'(-3)=0.∴3×(-3)2
+2a×(-3)+3=0,∴a=5.
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7. 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. ∪
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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> .故选D.
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8. 已知可导函数f(x)的定义域为(-∞,0),其导函数f'(x)满
足xf'(x)+2f(x)>0,则不等式(x+2 024)2·f(x+2 024)
-f(-1)<0的解集为( )
A. (-2 025,-2 024) B. (-2 024,-2 023)
C. (-∞,-2 024) D. (-∞,-2 023)
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解析: 令g(x)=x2f(x)(x<0),则g'(x)=x[xf'
(x)+2f(x)]<0,故g(x)在(-∞,0)上单调递减,不
等式(x+2 024)2·f(x+2 024)-f(-1)<0可变形为(x+2
024)2·f(x+2 024)<(-1)2·f(-1),即g(x+2 024)<
g(-1),所以x+2 024>-1且x+2 024<0,解得-2 025<x<
-2 024.故选A.
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二、多项选择题(本大题共3小题,每小题6分,共18分.在每小题给
出的四个选项中,有多个选项是符合题目要求的,全部选对的得6
分,部分选对的得部分分,有选错的得0分)
9. 下列结论中不正确的是( )
A. 若y= cos ,则y'=- sin
B. 若y= sin x2,则y'=2x cos x2
C. 若y= cos 5x,则y'=- sin 5x
D. 若y= x sin 2x,则y'=x sin 2x
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解析: 对于A,y= cos ,则y'= sin ,故错误;对于
B,y= sin x2,则y'=2x cos x2,故正确;对于C,y= cos 5x,则y'
=-5 sin 5x,故错误;对于D,y= x sin 2x,则y'= sin 2x+x
cos 2x,故错误.
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10. 设函数f(x)= x-ln x(x>0),则y=f(x)( )
A. 在区间 内无零点
B. 在区间 内有零点
C. 在区间(1,e)内无零点
D. 在区间(1,e)内有零点
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解析: 由题意得f'(x)= (x>0),令f'(x)>0,得
x>3;令f'(x)<0,得0<x<3;令f'(x)=0,得x=3,故函
数f(x)在区间(0,3)上单调递减,在区间(3,+∞)上单
调递增,在点x=3处有极小值1-ln 3<0;又f(1)= >0,f
(e)= -1<0,f = +1>0.所以f(x)在区间 内
无零点,在区间(1,e)内有零点.
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11. 若函数f(x)= x3+x2- 在区间(a,a+5)上存在最小值,
则下列a值符合要求的是( )
A. -3 B. -2
C. -1 D. 0
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解析: 由题意,f'(x)=x2+2x
=x(x+2),故f(x)在(-∞,-
2),(0,+∞)上单调递增,在(-
2,0)上单调递减,作出其大致图象如
图所示,令 x3+x2- =- 得,x=0
或x=-3,则结合图象可知,
解得a∈[-3,0).故选A、B、C.
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三、填空题(本大题共3小题,每小题5分,共15分.把答案填在题中
横线上)
12. 若函数f(x)= sin 2x+ sin x,则f'(x)的最大值是 ,最
小值是 .
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解析:∵函数f(x)= sin 2x+ sin x,∴f'(x)= cos 2x+
cos x=2 cos 2x+ cos x-1=2 - (x∈R).当 cos
x=- 时,f'(x)取得最小值- ;当 cos x=1时,f'(x)取
得最大值2.
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13. 若函数f(x)= 的单调增区间为(0,+∞),则实数a的
取值范围是 .
解析:f'(x)= '=a+ ,由题意得,a+ ≥0对x∈
(0,+∞)恒成立,所以a≥- 在x∈(0,+∞)上恒成立,
所以a≥0.
a≥0
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14. 已知函数f(x)=ln x-ax2+x,a∈R. 当a=0时,曲线y=f
(x)在点(e,f(e))处的切线方程是 ;若f(x)有两个零点,则a的取值范围是 .
y=( +1)x
(0,1)
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解析:当a=0时,f(x)=ln x+x,f(e)=ln e+e=e+1,所以f'(x)= +1,曲线y=f(x)在点(e,f(e))处的切线斜率k=f'(e)= +1,所以切线方程为y-(e+1)=( +1)(x-e),化简得y=( +1)x;函数f(x)有两个零点,等价于方程a= 有两解,即y= 与y=a有两个交点,令g (x)= (x>0),则g'(x)= ,
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令g'(x)=0,得1-2ln x-x=0,
解得x=1,因为φ(x)=1-2ln x-x为减函
数,故g'(x)=0有唯一解,所以当x∈(0,
1)时,g'(x)>0,当x∈(1,+∞),g'
(x)<0,所以g(x)在(0,1)单调递增,
在(1,+∞)单调递减,又g(1)= =1,当x→+∞时,g(x)→0,当x→0时,g(x)→-∞,作出函数y=g(x)的图象如图所示,所以当a∈(0,1)时,f(x)有
两个零点.
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四、解答题(本大题共5小题,共77分.解答时应写出必要的文字说
明、证明过程或演算步骤)
15. (本小题满分13分)在①f(-1)=-4,f'(1)=0;②f(1)
=0,f'(0)=1;③f(x)在(-1,f(-1))处的切线方程
为y=8x+4这三个条件中任选一个,补充在下面问题中求解.
已知函数f(x)=x3+ax2+bx,且 .
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(1)求a,b的值;
解:选择①f(-1)=-4,f'(1)=0.
∵f'(x)=3x2+2ax+b,
由f(-1)=-4,f'(1)=0,可得
解得a=-2,b=1.
选择②f(1)=0,f'(0)=1.
∵f'(x)=3x2+2ax+b,由f(1)=0,f'(0)=1,可得
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解得a=-2,b=1.
选择③f(x)在(-1,f(-1))处的切线方程为y=8x
+4.
∵f'(x)=3x2+2ax+b,
由f(x)在(-1,f(-1))处的切线方程为y=8x+4,
可得
解得a=-2,b=1.
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(2)求函数f(x)的极小值.
注:如果选择多个条件分别解答,则按第一个解答计分.
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解:由(1)得f(x)=x3-2x2+x,∴f'(x)=3x2
-4x+1,
由f'(x)=0得x1= ,x2=1,
当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:
x 1
f'(x) + 0 - 0 +
f(x) ↗ 极大值 ↘ 极小值 ↗
所以函数的极小值为f(1)=0.
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16. (本小题满分15分)已知函数f(x)=aln x+x2-3b,曲线y=
f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为2x+y-4=0.
(1)求实数a,b的值;
解: f'(x)= +2x,由于直线2x+y-4=0的斜率
为-2,且过点(1,2),
故解得
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(2)若曲线C:y=- x3-4b,求曲线C过点(2,4)的切线
方程.
解:由(1)知y= + ,则y'=x2.
设切点为(x0,y0),
则切线斜率k=y' = ,
故切线方程为y- - = (x-x0).
由切线过点(2,4),
代入可解得x0=2或x0=-1,
∴切点为(2,4)或(-1,1),
则切线方程为4x-y-4=0或x-y+2=0.
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17. (本小题满分15分)已知函数f(x)=ln x- ax2.
(1)讨论f(x)的单调性;
解:f(x)的定义域为(0,+∞),且f'(x)= ,
当a≤0时,f'(x)>0,此时f(x)在(0,+∞)上单
调递增,
当a>0时,f'(x)>0 0<x< ,f'(x)<0 x> ,
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即f(x)在 上单调递增,在 上单调递减,
综上可知:当a≤0时,f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当a>0时,f(x)在 上单调递增,在
上单调递减.
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(2)若f(x)有两个零点,求a的取值范围.
解:由(1)知当a≤0时,f(x)在(0,+∞)上单
调递增,函数f(x)至多有一个零点,不合题意;
当a>0时,f(x)在 上单调递增,在
上单调递减,f(x)max=f =ln - a =-
(ln a+1),
当a≥ 时,f(x)max=f =- (ln a+1)≤0,
函数f(x)至多有一个零点,不合题意;
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当0<a< 时,f(x)max=f =- (ln a+1)>0,
由于1∈ ,且f(1)=ln 1- ·a·12=- a<0,
由零点存在性定理知f(x)在 上存在唯一零点,
由于 > ,且f =ln - a =ln - < - =0,
由零点存在性定理知f(x)在 上存在唯一零
点,所以当0<a< 时,f(x)有两个零点.
综上,实数a的取值范围是 .
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18. (本小题满分17分)请你设计一个包装盒.如图①所示,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②中的点P,正好形成一个正四棱柱形状的包装盒.点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.
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(1)若广告商要求包装盒的侧面积S(单位:cm2)最大,试问x
应取何值?
S=4ah=8x(30-x)=-8(x-15)2+1 800,0
<x<30,所以当x=15时,S取得最大值.
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<x<30.
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(2)某厂商要求包装盒的容积V(单位: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: V=a2h=2 (-x3+30x2),V'=6 x(20-x).
令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 .
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19. (本小题满分17分)已知函数f(x)=ln x- .
(1)若f(x)存在最小值且最小值为2,求a的值;
解:由题意可得f'(x)= + = (x>0),
当a≥0时,f'(x)>0,f(x)在(0,+∞)上是增函数,
f(x)不存在最小值;
当a<0时,由f'(x)=0得x=-a,且0<x<-a时,f'
(x)<0,
x>-a时,f'(x)>0.
所以x=-a时,f(x)取得极小值且为最小值,
由f(-a)=ln(-a)+1=2,解得a=-e.
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(2)设g(x)=ln x-a,若g(x)<x2在(0,e]上恒成立,
求a的取值范围.
解:g(x)<x2即ln x-a<x2,即a>ln x-x2,
故g(x)<x2在(0,e]上恒成立,也就是a>ln x-x2在
(0,e]上恒成立.
设h(x)=ln x-x2,则h'(x)= -2x= ,
由h'(x)=0及0<x≤e得x= .
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当0<x< 时,h'(x)>0,当 <x≤e时,h'(x)<
0,即h(x)在 上为增函数,在 上为减函数,
所以当x= 时,h(x)取得最大值为h =ln - .
所以g(x)<x2在(0,e]上恒成立时,a的取值范围为
.
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