4.5 增长速度的比较
知识点一 函数的平均变化率
1.我们常用函数y=f(x)的函数值的改变量与自变量的改变量的比值来表示平均变化率,当自变量x由x0改变到x0+Δx时,函数值的改变量Δy等于( )
A.f(x0+Δx)
B.f(x0)+Δx
C.f(x0)·Δx
D.f(x0+Δx)-f(x0)
2.函数y=2x+1在(1,2)内的平均变化率为( )
A.0
B.1
C.2
D.3
3.如图,函数y=f(x)在A,B两点间的平均变化率是( )
A.1
B.-1
C.2
D.-2
4.函数f(x)=x3-ln
x在区间[1,e]上的平均变化率是( )
A.
B.
C.
D.
5.函数f(x)=2x2-1在区间(1,1+Δx)上的平均变化率等于( )
A.4
B.4+2Δx
C.4+2(Δx)2
D.4x
6.函数f(x)=8x-6在[m,n]上的平均变化率为________.
7.在对数函数y=log2x的图像上,从x=2到x=4的平均变化率是多少?此变化率的几何意义是什么?
8.求函数y=在x0到x0+Δx之间的平均变化率.
9.函数f(x)=x2在[x0,x0+Δx]上的平均变化率为k1,在[x0-Δx,x0]上的平均变化率为k2,其中Δx>0,则k1,k2的大小关系是( )
A.k1B.k1>k2
C.k1=k2
D.无法确定
10.已知函数f(x)=3x,g(x)=log2x,若这两个函数在区间[1,4]上的平均变化率分别为k1,k2,则k1________k2(填“>”“<”或“=”).
11.函数y1=log3x与函数y2=3x,当x从1增加到m时,函数的增量分别是Δy1与Δy2,则Δy1________Δy2(填“>”“<”或“=”).
12.函数y=x2在x=1,2,3附近的平均变化率中,在x=________附近的平均变化率最大.
13.在x=1附近,取Δx=0.3,在四个函数①y=x,②y=x2,③y=x3,④y=中,平均变化率最大的是________.
14.已知函数f(x)=2x+1,g(x)=-2x.计算函数f(x)及g(x)在区间[-3,-1]上的平均变化率,并比较它们的大小.
知识点三 函数平均变化率的应用
15.巍巍泰山为我国的五岳之首,有“天下第一山”之美誉,登泰山在当地有“紧十八,慢十八,不紧不慢又十八”的俗语来形容爬十八盘的感受,下面是一段登山路线图.同样是登山,但是从A处到B处会感觉比较轻松,而从B处到C处会感觉比较吃力.想想看,为什么?你能用数学语言来量化BC段曲线的陡峭程度吗?
16.已知函数f(x)=2x+3,g(x)=x2,判断f(1)与g(1)的相对大小,并求出使得f(1+Δx)17.已知函数f(x)的定义域为R,且f(x)在任意区间[m,n](n>m)上的平均变化率为m+n.求证:f(x)是一个二次函数.
18.已知函数f(x)的定义域为R,而且f(x)在任意区间内的平均变化率均比g(x)=3x-4在同一区间内的平均变化率大,判断f(5)-f(2)与9的相对大小.
易错点 对函数平均变化率的实质理解不透致误
某厂生产某种产品x件的总成本c(x)=120++,总成本的单位是元.当x从200变到220时,总成本c关于产量x的平均变化率是多少?它代表什么实际意义?
一、单项选择题
1.函数f(x)=
从x=到x=2的平均变化率为( )
A.2
B.
C.
D.
2.质点运动规律S(t)=t2+3,则从3到3.3内,质点运动的平均速度为( )
A.6.3
B.36.3
C.3.3
D.9.3
3.已知函数f(x)=-x2+2x,函数f(x)从2到2+Δx的平均变化率为( )
A.2-Δx
B.-2-Δx
C.2+Δx
D.(Δx)2-2Δx
4.过曲线y=f(x)=图像上一点(2,-2)及邻近一点(2+Δx,-2+Δy)作直线,则当Δx=0.5时,直线的斜率为( )
A.
B.
C.1
D.-
5.已知函数y=x3-2的图像上一点(1,-1)及邻近一点(1+Δx,-1+Δy),则等于( )
A.3
B.3+(Δx)2
C.3+3Δx
D.3+3Δx+(Δx)2
6.函数y=在区间[1,2],[2,3],[3,4]的平均变化率分别为k1,k2,k3,则( )
A.k1B.k2C.k3D.k17.四个函数在第一象限中的图像如图所示,a,b,c,d所表示的函数可能是( )
A.a:y=2x,b:y=x2,c:y=,d:y=2-x
B.a:y=x2,b:y=2x,c:y=2-x,d:y=
C.a:y=x2,b:y=2x,c:y=,d:y=2-x
D.a:y=2x,b:y=x2,c:y=2-x,d:y=
8.f(x)=x2,g(x)=2x,h(x)=log2x,当x∈(4,+∞)时,对三个函数的增长速度进行比较,下列选项中正确的是( )
A.f(x)>g(x)>h(x)
B.g(x)>f(x)>h(x)
C.g(x)>h(x)>f(x)
D.f(x)>h(x)>g(x)
二、多项选择题
9.已知函数f(x)=-x2+3x,A(1,f(1)),B(3,f(3)),C(5,f(5)),下列结论正确的是( )
A.f(x)在区间[1,2]上的平均变化率为0
B.f(x)在区间[2,3]上的平均变化率为-2
C.直线AB的斜率为-
D.直线BC的斜率为-5
10.给出下列两个条件:
①若[a,b]是f(x)的定义域的子集,则f(x)在区间[a,b]上的平均变化率为负;②f(x)在整个定义域内不是减函数.
同时满足条件①②的函数f(x)的解析式可以为( )
A.f(x)=
B.f(x)=-2x+3
C.f(x)=
D.f(x)=-
11.如图显示物体甲、乙在时间0到t1范围内路程的变化情况,下列说法正确的是( )
A.在0到t0范围内,甲的平均速度大于乙的平均速度
B.在0到t0范围内,甲的平均速度等于乙的平均速度
C.在t0到t1范围内,甲的平均速度大于乙的平均速度
D.在t0到t1范围内,甲的平均速度等于乙的平均速度
12.甲、乙、丙、丁四个物体同时从某一点出发向同一方向运动,其路程fi(x)(i=1,2,3,4)关于时间x(x≥0)的函数关系式分别为f1(x)=2x-1,f2(x)=x2,f3(x)=x,f4(x)=log2(x+1).则以下结论正确的是( )
A.当x>1时,甲走在最前面
B.当01时,丁走在最后面
C.丙不可能走在最前面,也不可能走在最后面
D.如果它们一直运动下去,最终走在最前面的是甲
三、填空题
13.函数f(x)=xex在区间[1,3]上的平均变化率为________.
14.过函数f(x)=2x图像上两点A(0,1),B(1,2)的直线的斜率为________.
15.函数y=x2与函数y=xln
x在区间(0,+∞)上增长较快的一个是________.
16.四个变量y1,y2,y3,y4随变量x变化的数据如下表:
x
1
5
10
15
20
25
30
y1
2
26
101
226
401
626
901
y2
2
32
1024
32768
1.05×106
3.36×107
1.07×109
y3
2
10
20
30
40
50
60
y4
2
4.322
5.322
5.907
6.322
6.644
6.907
关于x呈指数型函数变化的变量是________,呈对数型函数变化的变量是________.
四、解答题
17.某河流在x
min内流过的水量为y
m3,y是x的函数,y=f(x)=.当x从1变到8时,y关于x的平均变化率是多少?它代表什么实际意义?
18.一质点做直线运动,其位移s与时间t的关系为s(t)=t2+1,该质点在2到2+Δt(Δt>0)之间的平均速度不大于5.求Δt的取值范围.
19.已知函数f1(x)=2x,f2(x)=x2,f3(x)=3x,f4(x)=x3,分别计算这四个函数在区间[2,4]上的平均变化率,并比较它们的大小.
20.比较函数f(x)=4x,g(x)=x+1在区间[a-1,a](a<0)上的平均变化率的相对大小.
4.5 增长速度的比较
知识点一 函数的平均变化率
1.我们常用函数y=f(x)的函数值的改变量与自变量的改变量的比值来表示平均变化率,当自变量x由x0改变到x0+Δx时,函数值的改变量Δy等于( )
A.f(x0+Δx)
B.f(x0)+Δx
C.f(x0)·Δx
D.f(x0+Δx)-f(x0)
答案 D
解析 ∵自变量x由x0改变到x0+Δx,当x=x0时,y=f(x0),当x=x0+Δx时,y=f(x0+Δx),∴Δy=f(x0+Δx)-f(x0),故选D.
2.函数y=2x+1在(1,2)内的平均变化率为( )
A.0
B.1
C.2
D.3
答案 C
解析 当x=1时,y=3,当x=2时,y=5,故平均变化率为=2.故选C.
3.如图,函数y=f(x)在A,B两点间的平均变化率是( )
A.1
B.-1
C.2
D.-2
答案 B
解析 ==-1.故选B.
4.函数f(x)=x3-ln
x在区间[1,e]上的平均变化率是( )
A.
B.
C.
D.
答案 B
解析 ∵f(e)-f(1)=e3-1-1=e3-2,∴函数f(x)在区间[1,e]上的平均变化率是,故选B.
5.函数f(x)=2x2-1在区间(1,1+Δx)上的平均变化率等于( )
A.4
B.4+2Δx
C.4+2(Δx)2
D.4x
答案 B
解析 因为Δy=f(1+Δx)-f(1)=[2(1+Δx)2-1]-(2-1)=2(Δx)2+4Δx,所以=2Δx+4.
6.函数f(x)=8x-6在[m,n]上的平均变化率为________.
答案 8
解析 ==8.
7.在对数函数y=log2x的图像上,从x=2到x=4的平均变化率是多少?此变化率的几何意义是什么?
解 从x=2到x=4的平均变化率为==.
此变化率的几何意义是过对数函数y=log2x图像上两点(2,1),(4,2)的直线的斜率.
8.求函数y=在x0到x0+Δx之间的平均变化率.
解 ∵Δy=-
=
=
∴=
.
知识点二 平均变化率的大小比较
9.函数f(x)=x2在[x0,x0+Δx]上的平均变化率为k1,在[x0-Δx,x0]上的平均变化率为k2,其中Δx>0,则k1,k2的大小关系是( )
A.k1B.k1>k2
C.k1=k2
D.无法确定
答案 B
解析 ∵==x2+x1,∴k1=2x0+Δx,k2=2x0-Δx.∴k1-k2=2Δx.又∵Δx>0,∴k1-k2>0,即k1>k2.故选B.
10.已知函数f(x)=3x,g(x)=log2x,若这两个函数在区间[1,4]上的平均变化率分别为k1,k2,则k1________k2(填“>”“<”或“=”).
答案 >
解析 k1===,所以函数f(x)=3x在区间[1,4]上的平均变化率为=26.k2===,所以函数g(x)=log2x在区间[1,4]上的平均变化率为==.
故k1>k2.
11.函数y1=log3x与函数y2=3x,当x从1增加到m时,函数的增量分别是Δy1与Δy2,则Δy1________Δy2(填“>”“<”或“=”).
答案 <
解析 由于对数函数在x>1后的增长速度小于指数函数的增长速度,所以Δy1<Δy2.
12.函数y=x2在x=1,2,3附近的平均变化率中,在x=________附近的平均变化率最大.
答案 3
解析 在x=1附近的平均变化率为
k1===2+Δx;
在x=2附近的平均变化率为
k2===4+Δx;
在x=3附近的平均变化率为
k3===6+Δx.
对任意Δx有,k1∴在x=3附近的平均变化率最大.
13.在x=1附近,取Δx=0.3,在四个函数①y=x,②y=x2,③y=x3,④y=中,平均变化率最大的是________.
答案 ③
解析 Δx=0.3时,①y=x在x=1附近的平均变化率k1=1;②y=x2在x=1附近的平均变化率k2=2+Δx=2.3;③y=x3在x=1附近的平均变化率k3=3+3Δx+(Δx)2=3.99;④y=在x=1附近的平均变化率k4=-=-.∴k3>k2>k1>k4.
14.已知函数f(x)=2x+1,g(x)=-2x.计算函数f(x)及g(x)在区间[-3,-1]上的平均变化率,并比较它们的大小.
解 函数f(x)在[-3,-1]上的平均变化率为==2.
函数g(x)在[-3,-1]上的平均变化率为=-2.因为2>-2,所以函数f(x)在[-3,-1]上的平均变化率大于g(x)在[-3,-1]上的平均变化率.
知识点三 函数平均变化率的应用
15.巍巍泰山为我国的五岳之首,有“天下第一山”之美誉,登泰山在当地有“紧十八,慢十八,不紧不慢又十八”的俗语来形容爬十八盘的感受,下面是一段登山路线图.同样是登山,但是从A处到B处会感觉比较轻松,而从B处到C处会感觉比较吃力.想想看,为什么?你能用数学语言来量化BC段曲线的陡峭程度吗?
解 山路从A到B高度的平均变化率为hAB==,山路从B到C高度的平均变化率为hBC==,∴hBC>hAB.
∴山路从B到C比从A到B要陡峭得多.
16.已知函数f(x)=2x+3,g(x)=x2,判断f(1)与g(1)的相对大小,并求出使得f(1+Δx)解 f(1)=2×1+3=5,g(1)=1,故f(1)>g(1).
函数f(x)=2x+3在R上的平均变化率恒为2.
函数g(x)=x2在区间[1,1+Δx]上的平均变化率==Δx+2>2.又因为当2x+3=x2,即x=3(x=-1舍去)时,f(x)=g(x),所以当Δx>3-1=2时,f(1+Δx)17.已知函数f(x)的定义域为R,且f(x)在任意区间[m,n](n>m)上的平均变化率为m+n.求证:f(x)是一个二次函数.
证明 函数f(x)在区间[m,n]上的平均变化率为
==m+n.
变形得f(n)-f(m)=n2-m2,
f(n)-n2=f(m)-m2.
令f(n)-n2=f(m)-m2=c,c为常数,
所以有f(x)=x2+c.
所以函数f(x)是一个二次函数.
18.已知函数f(x)的定义域为R,而且f(x)在任意区间内的平均变化率均比g(x)=3x-4在同一区间内的平均变化率大,判断f(5)-f(2)与9的相对大小.
解 函数g(x)=3x-4在R上的平均变化率为3.根据题意,函数f(x)在[2,5]上的平均变化率大于3.
即=>3.所以f(5)-f(2)>9.
易错点 对函数平均变化率的实质理解不透致误
某厂生产某种产品x件的总成本c(x)=120++,总成本的单位是元.当x从200变到220时,总成本c关于产量x的平均变化率是多少?它代表什么实际意义?
易错分析 函数平均变化率的实质是曲线上两点所在直线的斜率.本题的易错之处在于不能透彻理解函数变化率的实质,从而无法准确地写出函数平均变化率的实际意义.
正解 当x从200变到220时,
总成本c从c(200)=540元变到c(220)=626元.
此时总成本c关于产量x的平均变化率为==4.3(元/件),它表示产量从200件变到220件时,每多生产1件产品,总成本平均增加4.3元.
一、单项选择题
1.函数f(x)=
从x=到x=2的平均变化率为( )
A.2
B.
C.
D.
答案 B
解析 由题意知函数f(x)=从x=到x=2的增量为Δf=f(2)-f=-=2-1=1,∴f(x)=从x=到x=2的平均变化率为==,故选B.
2.质点运动规律S(t)=t2+3,则从3到3.3内,质点运动的平均速度为( )
A.6.3
B.36.3
C.3.3
D.9.3
答案 A
解析 S(3)=12,S(3.3)=13.89,∴平均速率===6.3.故选A.
3.已知函数f(x)=-x2+2x,函数f(x)从2到2+Δx的平均变化率为( )
A.2-Δx
B.-2-Δx
C.2+Δx
D.(Δx)2-2Δx
答案 B
解析 =
=
=
=
=-Δx-2.
故选B.
4.过曲线y=f(x)=图像上一点(2,-2)及邻近一点(2+Δx,-2+Δy)作直线,则当Δx=0.5时,直线的斜率为( )
A.
B.
C.1
D.-
答案 B
解析 当Δx=0.5时,2+Δx=2.5,故-2+Δy==-.所求斜率即曲线f(x)从x=2到x=2.5的平均变化率==.故选B.
5.已知函数y=x3-2的图像上一点(1,-1)及邻近一点(1+Δx,-1+Δy),则等于( )
A.3
B.3+(Δx)2
C.3+3Δx
D.3+3Δx+(Δx)2
答案 D
解析 由题意,-1+Δy=(1+Δx)3-2,∴Δy=(Δx)3+3(Δx)2+3Δx,∴=(Δx)2+3Δx+3.故选D.
6.函数y=在区间[1,2],[2,3],[3,4]的平均变化率分别为k1,k2,k3,则( )
A.k1B.k2C.k3D.k1答案 A
解析 k1=-1=-,k2=-=-,k3=-=-,∴k17.四个函数在第一象限中的图像如图所示,a,b,c,d所表示的函数可能是( )
A.a:y=2x,b:y=x2,c:y=,d:y=2-x
B.a:y=x2,b:y=2x,c:y=2-x,d:y=
C.a:y=x2,b:y=2x,c:y=,d:y=2-x
D.a:y=2x,b:y=x2,c:y=2-x,d:y=
答案 C
解析 a,c对应的是幂函数,a的指数大于1,c的指数大于0小于1;b和d对应的函数是指数函数,且b中的底数大于1,d中的底数大于0小于1.故选C.
8.f(x)=x2,g(x)=2x,h(x)=log2x,当x∈(4,+∞)时,对三个函数的增长速度进行比较,下列选项中正确的是( )
A.f(x)>g(x)>h(x)
B.g(x)>f(x)>h(x)
C.g(x)>h(x)>f(x)
D.f(x)>h(x)>g(x)
答案 B
解析 画出函数的图像,可知当x∈(4,+∞)时,指数函数的图像位于二次函数图像的上方,二次函数的图像位于对数函数图像的上方,故g(x)>f(x)>h(x).
二、多项选择题
9.已知函数f(x)=-x2+3x,A(1,f(1)),B(3,f(3)),C(5,f(5)),下列结论正确的是( )
A.f(x)在区间[1,2]上的平均变化率为0
B.f(x)在区间[2,3]上的平均变化率为-2
C.直线AB的斜率为-
D.直线BC的斜率为-5
答案 ABD
解析 =
=
=-(x1+x2)+3.
对于A,f(x)在区间[1,2]上的平均变化率为-(1+2)+3=0,正确;对于B,f(x)在区间[2,3]上的平均变化率为-(2+3)+3=-2,正确;对于C,直线AB的斜率为-(1+3)+3=-1,错误;对于D,直线BC的斜率为-(3+5)+3=-5,正确;故选ABD.
10.给出下列两个条件:
①若[a,b]是f(x)的定义域的子集,则f(x)在区间[a,b]上的平均变化率为负;②f(x)在整个定义域内不是减函数.
同时满足条件①②的函数f(x)的解析式可以为( )
A.f(x)=
B.f(x)=-2x+3
C.f(x)=
D.f(x)=-
答案 AC
解析 分别作出A,B,C,D中四个函数图像,易知A,C中函数满足条件①②,B,D中函数在整个定义域内都是减函数,不满足条件②,故选AC.
11.如图显示物体甲、乙在时间0到t1范围内路程的变化情况,下列说法正确的是( )
A.在0到t0范围内,甲的平均速度大于乙的平均速度
B.在0到t0范围内,甲的平均速度等于乙的平均速度
C.在t0到t1范围内,甲的平均速度大于乙的平均速度
D.在t0到t1范围内,甲的平均速度等于乙的平均速度
答案 BC
解析 在0到t0范围内,甲、乙的平均速度都为=,故A错误,B正确;在t0到t1范围内,甲的平均速度为,乙的平均速度为.因为s2-s0>s1-s0,t1-t0>0,所以>,故C正确,D错误.故选BC.
12.甲、乙、丙、丁四个物体同时从某一点出发向同一方向运动,其路程fi(x)(i=1,2,3,4)关于时间x(x≥0)的函数关系式分别为f1(x)=2x-1,f2(x)=x2,f3(x)=x,f4(x)=log2(x+1).则以下结论正确的是( )
A.当x>1时,甲走在最前面
B.当01时,丁走在最后面
C.丙不可能走在最前面,也不可能走在最后面
D.如果它们一直运动下去,最终走在最前面的是甲
答案 BCD
解析 四个函数的大致图像如图所示,根据图像易知,B,C,D正确.
三、填空题
13.函数f(x)=xex在区间[1,3]上的平均变化率为________.
答案
解析 ==,故答案为.
14.过函数f(x)=2x图像上两点A(0,1),B(1,2)的直线的斜率为________.
答案 1
解析 直线AB的斜率为函数f(x)在区间[0,1]上的平均变化率===1.
15.函数y=x2与函数y=xln
x在区间(0,+∞)上增长较快的一个是________.
答案 y=x2
解析 当x变大时,x比ln
x增长要快,∴x2比xln
x增长得要快.
16.四个变量y1,y2,y3,y4随变量x变化的数据如下表:
x
1
5
10
15
20
25
30
y1
2
26
101
226
401
626
901
y2
2
32
1024
32768
1.05×106
3.36×107
1.07×109
y3
2
10
20
30
40
50
60
y4
2
4.322
5.322
5.907
6.322
6.644
6.907
关于x呈指数型函数变化的变量是________,呈对数型函数变化的变量是________.
答案 y2 y4
解析 以爆炸式增长的变量是呈指数型函数变化的.从表格中可以看出,四个变量y1,y2,y3,y4均是从2开始变化,变量y1,y2,y3,y4都是越来越大,但是增长速度不同,其中变量y2随着x的增大而迅速增加,y4随着x的增大而增大,但变化缓慢,画出它们的图像可知变量y2关于x呈指数型函数变化,y4关于x呈对数型函数变化.
四、解答题
17.某河流在x
min内流过的水量为y
m3,y是x的函数,y=f(x)=.当x从1变到8时,y关于x的平均变化率是多少?它代表什么实际意义?
解 当x从1变到8时,y关于x的平均变化率为
==(m3/min),它表示时间从1
min增加到8
min的过程中,每增加1
min,水量平均增加
m3.
18.一质点做直线运动,其位移s与时间t的关系为s(t)=t2+1,该质点在2到2+Δt(Δt>0)之间的平均速度不大于5.求Δt的取值范围.
解 质点在2到2+Δt之间的平均速度为
===4+Δt,
又≤5,即4+Δt≤5,∴Δt≤1.
又Δt>0,∴Δt的取值范围为(0,1].
19.已知函数f1(x)=2x,f2(x)=x2,f3(x)=3x,f4(x)=x3,分别计算这四个函数在区间[2,4]上的平均变化率,并比较它们的大小.
解 ==6,==6,==36.==28.所以在区间[2,4]上的平均变化率由大到小依次为
>>=.
20.比较函数f(x)=4x,g(x)=x+1在区间[a-1,a](a<0)上的平均变化率的相对大小.
解 因为==4a-1(4-1)=3×4a-1,
==,
又因为a<0,所以=3×4a-1<3×40-1=3×4-1=,所以函数f(x)在区间[a-1,a]上的平均变化率比g(x)的小.