【5年高考3年模拟】(新课标版)2014年高考数学真题分类汇编3.2导数的应用文

3.2导数的应用

考点一导数与函数的单调性

1.(2014课标Ⅱ,11,5分)若函数f(x)=kx-ln x在区间(1,+∞)单调递增,则k的取值范围是()

A.(-∞,-2]

B.(-∞,-1]

C.[2,+∞)

D.[1,+∞)

答案D

2.(2014重庆,19,12分)已知函数f(x)=+-ln x-,其中a∈R,且曲线y=f(x)在点(1, f(1))处的切线垂直于直线y=x.

(1)求a的值;

(2)求函数f(x)的单调区间与极值.

解析(1)对f(x)求导得f '(x)=--,由f(x)在点(1, f(1))处的切线垂直于直线y=x知f '(1)=--a=-2,解得a=.

(2)由(1)知f(x)=+-ln x-,则f '(x)=,

令f '(x)=0,解得x=-1或x=5.

因x=-1不在f(x)的定义域(0,+∞)内,故舍去.

当x∈(0,5)时, f '(x)<0,故f(x)在(0,5)内为减函数;当x∈(5,+∞)时, f '(x)>0,故f(x)在(5,+∞)内为增函数.由此知函数f(x)在x=5时取得极小值f(5)=-ln 5.

3.(2014安徽,20,13分)设函数f(x)=1+(1+a)x-x2-x3,其中a>0.

(1)讨论f(x)在其定义域上的单调性;

(2)当x∈[0,1]时,求f(x)取得最大值和最小值时的x的值.解析(1)f(x)的定义域为(-∞,+∞), f '(x)=1+a-2x-3x2.

令f '(x)=0,得x1=,x2=,x1

所以f '(x)=-3(x-x1)(x-x2).

当xx2时, f '(x)<0;当x10.

故f(x)在(-∞,x1)和(x2,+∞)内单调递减,在(x1,x2)内单调递增.

(2)因为a>0,所以x1<0,x2>0.

(i)当a≥4时,x2≥1,由(1)知, f(x)在[0,1]上单调递增,所以f(x)在x=0和x=1处分别取得最小值和最大值.

(ii)当0

又f(0)=1, f(1)=a,

所以当0

当a=1时, f(x)在x=0和x=1处同时取得最小值;

当1

4.(2014湖北,21,14分)π为圆周率,e=2.718 28…为自然对数的底数.

(1)求函数f(x)=的单调区间;

(2)求e3,3e,eπ,πe,3π,π3这6个数中的最大数与最小数.

解析(1)函数f(x)的定义域为(0,+∞).因为f(x)=,所以f '(x)=.

当f '(x)>0,即0

当f '(x)<0,即x>e时,函数f(x)单调递减.

故函数f(x)的单调递增区间为(0,e),单调递减区间为(e,+∞).

(2)因为e<3<π,所以eln 3

于是根据函数y=ln x,y=ex,y=πx在定义域上单调递增,可得3e<πe<π3,e3

故这6个数的最大数在π3与3π之中,最小数在3e与e3之中.

由e<3<π及(1)的结论,得f(π)

即<<.

由<,得ln π3π3;

由<,得ln 3e

综上,6个数中的最大数是3π,最小数是3e.

5.(2014广东,21,14分)已知函数f(x)=x3+x2+ax+1(a∈R).

(1)求函数f(x)的单调区间;

(2)当a<0时,试讨论是否存在x0∈∪,使得f(x0)=f.

解析(1)函数的定义域为R, f '(x)=x2+2x+a.

①当a<1时,令f '(x)>0,则x2+2x+a>0?x>-1+或x<-1-,

所以f(x)的单调递增区间为(-∞,-1-)和(-1+,+∞);

令f '(x)<0,可得-1-

所以f(x)的单调递减区间为(-1-,-1+).

②当a≥1时,f '(x)≥0在R上恒成立,所以f(x)在R上是增函数.

(2)a<0时,-1+>0.

由(1)知, f(x)在(-1+,+∞)上是增函数.

①???-≤a,则-≤a<0,

不存在x0∈∪,使得f(x0)=f;

②??-

存在x0∈∪,使得f(x0)=f;

③-1+=?a=-,

不存在x0∈∪,使得f(x0)=f;

④??-3

不存在x0∈∪,使得f(x0)=f;

⑤??-

存在x0∈∪,使得f(x0)=f;

⑥-1+≥1?a≤-3, f(x)在(0,1)上是单调函数,

故不存在x0∈∪,使得f(x0)=f.

综上所述,当a∈∪时,

存在x0∈∪,使得f(x0)=f.

当a∈∪∪时,不存在x0∈∪,使得f(x0)=f.

考点二导数与函数的极值与最值

6.(2014辽宁,12,5分)当x∈[-2,1]时,不等式ax3-x2+4x+3≥0恒成立,则实数a的取值范围是()

A.[-5,-3]

B.

C.[-6,-2]

D.[-4,-3]

答案C

7.(2014天津,19,14分)已知函数f(x)=x2-ax3(a>0),x∈R.

(1)求f(x)的单调区间和极值;

(2)若对于任意的x1∈(2,+∞),都存在x2∈(1,+∞),使得f(x1)·f(x2)=1.求a的取值范围.

解析(1)由已知,有f '(x)=2x-2ax2(a>0).

令f '(x)=0,解得x=0或x=.

当x变化时, f '(x), f(x)的变化情况如下表:

x

(-∞,0)

f '(x)

-

+

-

f(x)

↘

↗

↘

所以, f(x)的单调递增区间是;单调递减区间是(-∞,0),.

当x=0时, f(x)有极小值,且极小值f(0)=0;当x=时,f(x)有极大值,且极大值f=.

(2)由f(0)=f=0及(1)知,当x∈时, f(x)>0;当x∈时, f(x)<0.

设集合A={f(x)|x∈(2,+∞)},集合B=.则“对于任意的x1∈(2,+∞),都存在x2∈(1,+∞),使得f(x1)·f(x2)=1”等价于A?B.显然,0?B.

下面分三种情况讨论:

①当>2,即0

②当1≤≤2,即≤a≤时,有f(2)≤0,且此时f(x)在(2,+∞)上单调递减,故A=(-∞, f(2)),因而A?(-

∞,0);由f(1)≥0,有f(x)在(1,+∞)上的取值范围包含(-∞,0),则(-∞,0)?B.所以,A?B.

③当<1,即a>时,有f(1)<0,且此时f(x)在(1,+∞)上单调递减,故B=,A=(-∞,f(2)),所以A不是B的子集.

综上,a的取值范围是.

8.(2014浙江,21,15分)已知函数f(x)=x3+3|x-a|(a>0).若f(x)在[-1,1]上的最小值记为g(a).

(1)求g(a);

(2)证明:当x∈[-1,1]时,恒有f(x)≤g(a)+4.

解析(1)因为a>0,-1≤x≤1,所以

(i)当0

若x∈[-1,a],则f(x)=x3-3x+3a, f '(x)=3x2-3<0,故f(x)在(-1,a)上是减函数;

若x∈[a,1],则f(x)=x3+3x-3a, f '(x)=3x2+3>0,故f(x)在(a,1)上是增函数.

所以g(a)=f(a)=a3.

(ii)当a≥1时,有x≤a,则f(x)=x3-3x+3a, f '(x)=3x2-3<0,故f(x)在(-1,1)上是减函数,所以g(a)=f(1)=-2+3a.

综上,g(a)=

(2)令h(x)=f(x)-g(a),

(i)当0

若x∈[a,1],h(x)=x3+3x-3a-a3,得h'(x)=3x2+3,则h(x)在(a,1)上是增函数,所以,h(x)在[a,1]上的最大值是h(1)=4-3a-a3,且0

故f(x)≤g(a)+4;

若x∈[-1,a],h(x)=x3-3x+3a-a3,得h'(x)=3x2-3,

则h(x)在(-1,a)上是减函数,所以,h(x)在[-1,a]上的最大值是h(-1)=2+3a-a3.

令t(a)=2+3a-a3,

则t'(a)=3-3a2>0,

知t(a)在(0,1)上是增函数,所以,t(a)

故f(x)≤g(a)+4.

(ii)当a≥1时,g(a)=-2+3a,故h(x)=x3-3x+2,得h'(x)=3x2-3,

此时h(x)在(-1,1)上是减函数,因此h(x)在[-1,1]上的最大值是h(-1)=4.

故f(x)≤g(a)+4.

综上,当x∈[-1,1]时,恒有f(x)≤g(a)+4.

9.(2014四川,21,14分)已知函数f(x)=ex-ax2-bx-1,其中a,b∈R,e=2.718 28…为自然对数的底数.

(1)设g(x)是函数f(x)的导函数,求函数g(x)在区间[0,1]上的最小值;

(2)若f(1)=0,函数f(x)在区间(0,1)内有零点,证明:e-2

解析(1)由f(x)=ex-ax2-bx-1,有g(x)=f '(x)=ex-2ax-b,所以g'(x)=ex-2a.

当x∈[0,1]时,g'(x)∈[1-2a,e-2a],

当a≤时,g'(x)≥0,所以g(x)在[0,1]上单调递增,

因此g(x)在[0,1]上的最小值是g(0)=1-b;

当a≥时,g'(x)≤0,所以g(x)在[0,1]上单调递减.

因此g(x)在[0,1]上的最小值是g(1)=e-2a-b;

当

所以函数g(x)在区间[0,ln(2a)]上单调递减,在区间(ln(2a),1]上单调递增.

于是,g(x)在[0,1]上的最小值是g(ln(2a))=2a-2aln(2a)-b.

综上所述,当a≤时,g(x)在[0,1]上的最小值是g(0)=1-b;

当

当a≥时,g(x)在[0,1]上的最小值是g(1)=e-2a-b.

(2)设x0为f(x)在区间(0,1)内的一个零点,则由f(0)=f(x0)=0可知f(x)在区间(0,x0)上不可能单调递增,也不可能单调递减.

则g(x)不可能恒为正,也不可能恒为负.

故g(x)在区间(0,x0)内存在零点x1,

同理,g(x)在区间(x0,1)内存在零点x2,

所以g(x)在区间(0,1)内至少有两个零点.

由(1)知,当a≤时,g(x)在[0,1]上单调递增,

故g(x)在(0,1)内至多有一个零点.

当a≥时,g(x)在[0,1]上单调递减,

故g(x)在(0,1)内至多有一个零点,所以

此时g(x)在区间[0,ln(2a)]上单调递减,在区间(ln(2a),1]上单调递增,

因此x1∈(0,ln(2a)],x2∈(ln(2a),1),必有g(0)=1-b>0,g(1)=e-2a-b>0.

由f(1)=0有a+b=e-1<2,有g(0)=a-e+2>0,g(1)=1-a>0,解得e-2

所以函数f(x)在区间(0,1)内有零点时,e-2

考点三导数的综合应用

10.(2014课标Ⅰ,12,5分)已知函数f(x)=ax3-3x2+1,若f(x)存在唯一的零点x0,且x0>0,则a的取值范围是()

A.(2,+∞)

B.(1,+∞)

C.(-∞,-2)

D.(-∞,-1)

答案C

11.(2014湖南,9,5分)若0

A.->ln x2-ln x1

B.-

C.x2>x1

D.x2

答案C

12.(2014福建,22,14分)已知函数f(x)=ex-ax(a为常数)的图象与y轴交于点A,曲线y=f(x)在点A 处的切线斜率为-1.

(1)求a的值及函数f(x)的极值;

(2)证明:当x>0时,x2

(3)证明:对任意给定的正数c,总存在x0,使得当x∈(x0,+∞)时,恒有x

解析(1)由f(x)=ex-ax,得f '(x)=ex-a.

又f '(0)=1-a=-1,所以a=2.

所以f(x)=ex-2x, f '(x)=ex-2.

令f '(x)=0,得x=ln 2.

当x

当x>ln 2时, f '(x)>0, f(x)单调递增.

所以当x=ln 2时, f(x)有极小值,

且极小值为f(ln 2)=eln 2-2ln 2=2-ln 4,

f(x)无极大值.

(2)令g(x)=ex-x2,则g'(x)=ex-2x.

由(1)得,g'(x)=f(x)≥f(ln 2)=2-ln 4>0,即g'(x)>0.

所以g(x)在R上单调递增,又g(0)=1>0,

所以当x>0时,g(x)>g(0)>0,即x2

(3)解法一:对任意给定的正数c,取x0=,

由(2)知,当x>0时,x2

所以当x>x0时,ex>x2>x,即x

因此,对任意给定的正数c,总存在x0,当x∈(x0,+∞)时,恒有x

解法二:令k=(k>0),要使不等式xkx成立.

而要使ex>kx成立,只需要x>ln (kx),即x>ln x+ln k成立.

①若00时,x>ln x≥ln x+ln k成立.

即对任意c∈[1,+∞),

取x0=0,当x∈(x0,+∞)时,恒有x

②若k>1,令h(x)=x-ln x-ln k,则h'(x)=1-=,

所以当x>1时,h'(x)>0,h(x)在(1,+∞)内单调递增.

取x0=4k,

h(x0)=4k-ln (4k)-ln k=2(k-ln k)+2(k-ln 2),

易知k>ln k,k>ln 2,所以h(x0)>0.

因此对任意c∈(0,1),取x0=,当x∈(x0,+∞)时,恒有x

综上,对任意给定的正数c,总存在x0,当x∈(x0,+∞)时,恒有x

解法三:①若c≥1,取x0=0,

由(2)的证明过程知,ex>2x,

所以当x∈(x0,+∞)时,有cex≥ex>2x>x,即x

②若0

令h(x)=cex-x,则h'(x)=cex-1.

令h'(x)=0,得x=ln.

当x>ln时,h'(x)>0,h(x)单调递增.

取x0=2ln,

h(x0)=c-2ln=2,

易知-ln>0,又h(x)在(x0,+∞)内单调递增,

所以当x∈(x0,+∞)时,恒有h(x)>h(x0)>0,即x

综上,对任意给定的正数c,总存在x0,当x∈(x0,+∞)时,恒有x

注:对c的分类可有不同的方式,只要解法正确,均相应给分.

13.(2014课标Ⅰ,21,12分)设函数f(x)=aln x+x2-bx(a≠1),曲线y=f(x)在点(1, f(1))处的切线斜率为

0.

(1)求b;

(2)若存在x0≥1,使得f(x0)<,求a的取值范围.

解析(1)f '(x)=+(1-a)x-b.

由题设知f '(1)=0,解得b=1.

(2)f(x)的定义域为(0,+∞),由(1)知,f(x)=aln x+x2-x, f '(x)=+(1-a)x-1=(x-1).

(i)若a≤,则≤1,故当x∈(1,+∞)时, f '(x)>0,f(x)在(1,+∞)上单调递增.

所以,存在x0≥1,使得f(x0)<的充要条件为f(1)<,即-1<,解得--1

(ii)若1,故当x∈时, f '(x)<0;当x∈时, f '(x)>0.f(x)在上单调递减,在上单调递增.

所以,存在x0≥1,使得f(x0)<的充要条件为f<.

而f=aln ++>,所以不合题意.

(iii)若a>1,则f(1)=-1=<.

综上,a的取值范围是(--1,-1)∪(1,+∞).

14.(2014江西,18,12分)已知函数f(x)=(4x2+4ax+a2),其中a<0.

(1)当a=-4时,求f(x)的单调递增区间;

(2)若f(x)在区间[1,4]上的最小值为8,求a的值.

解析(1)当a=-4时,由f '(x)==0得x=或x=2,由f '(x)>0得x∈或x∈(2,+∞),

故函数f(x)的单调递增区间为和(2,+∞).

(2)f '(x)=,a<0,

由f '(x)=0得x=-或x=-.

当x∈时,f(x)单调递增;当x∈时,f(x)单调递减;当x∈时,f(x)单调递增.

易知f(x)=(2x+a)2≥0,且f=0.

①当-≤1,即-2≤a<0时,f(x)在[1,4]上的最小值为f(1),由f(1)=4+4a+a2=8,得a=±2-2,均不符合题意.

②当1<-≤4,即-8≤a<-2时, f(x)在[1,4]上的最小值为f=0,不符合题意.

③当->4,即a<-8时,f(x)在[1,4]上的最小值可能在x=1或x=4处取得,而f(1)≠8,由f(4)=2(64+16a+a2)=8得a=-10或a=-6(舍去),当a=-10时,f(x)在(1,4)上单调递减, f(x)在[1,4]上的最小值为f(4)=8,符合题意.

综上,a=-10.

15.(2014课标Ⅱ,21,12分)已知函数f(x)=x3-3x2+ax+2,曲线y=f(x)在点(0,2)处的切线与x轴交点的横坐标为-2.

(1)求a;

(2)证明:当k<1时,曲线y=f(x)与直线y=kx-2只有一个交点.

解析(1)f '(x)=3x2-6x+a, f '(0)=a,

曲线y=f(x)在点(0,2)处的切线方程为y=ax+2.

由题设得-=-2,所以a=1.

(2)由(1)知, f(x)=x3-3x2+x+2.

设g(x)=f(x)-kx+2=x3-3x2+(1-k)x+4.

由题设知1-k>0.

当x≤0时,g'(x)=3x2-6x+1-k>0,g(x)单调递增,g(-1)=k-1<0,g(0)=4,所以g(x)=0在(-∞,0]上有唯一实根.

当x>0时,令h(x)=x3-3x2+4,则g(x)=h(x)+(1-k)x>h(x).

h'(x)=3x2-6x=3x(x-2),h(x)在(0,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,所以g(x)>h(x)≥h(2)=0.

所以g(x)=0在(0,+∞)上没有实根.

综上,g(x)=0在R上有唯一实根,即曲线y=f(x)与直线y=kx-2只有一个交点.