高中数学高考总复习利用导数研究函数的性质习题及详解一、选择题1.(文)函数y =ax 3-x 在R 上是减函数,则( ) A .a =13B .a =1C .a =2D .a ≤0[答案] D[解析] y ′=3ax 2-1,∵函数y =ax 3-x 在R 上是减函数, ∴3ax 2-1≤0在R 上恒成立,∴a ≤0.(理)(2010·瑞安中学)若函数f (x )=x 3+x 2+mx +1是R 上的单调递增函数,则实数m 的取值范围是( )A.⎝ ⎛⎭⎪⎫13,+∞B.⎝⎛⎭⎪⎫-∞,13C.⎣⎢⎡⎭⎪⎫13,+∞D.⎝ ⎛⎦⎥⎤-∞,13 [答案] C[解析] f ′(x )=3x 2+2x +m ,由条件知,f ′(x )≥0恒成立,∴Δ=4-12m ≤0,∴m ≥13,故选C.2.(文)(2010·柳州、贵港、钦州模拟)已知直线y =kx +1及曲线y =x 3+ax +b 切于点(1,3),则b 的值为( )A .3B .-3C .5D .-5 [答案] A[解析] 由条件知(1,3)在直线y =kx +1上,∴k =2. 又(1,3)在曲线y =x 3+ax +b 上,∴a +b =2, ∵y ′=3x 2+a ,∴3+a =2,∴a =-1,∴b =3.(理)(2010·山东滨州)已知P 点在曲线F :y =x 3-x 上,且曲线F 在点P处的切线及直线x+2y=0垂直,则点P的坐标为( )A.(1,1) B.(-1,0)C.(-1,0)或(1,0) D.(1,0)或(1,1)[答案] C[解析] ∵y′=(x3-x)′=3x2-1,又过P点的切线及直线x+2y=0垂直,∴y′=3x2-1=2,∴x=±1,又P点在曲线F:y=x3-x上,∴当x=1时,y=0,当x=-1时,y=0,∴P点的坐标为(-1,0)或(1,0),故选C.3.(2010·山东文)已知某生产厂家的年利润y(单位:万元)及年产量x(单位:万件)的函数关系式为y=-13x3+81x-234,则使该生产厂家获取最大的年利润的年产量为( )A.13万件B.11万件C.9万件D.7万件[答案] C[解析] 由条件知x>0,y′=-x2+81,令y′=0得x=9,当x∈(0,9)时,y′>0,函数单调递增,当x∈(9,+∞)时,y′<0,函数单调递减,∴x=9时,函数取得最大值,故选C.[点评] 本题中函数只有一个驻点x=9,故x=9就是最大值点.4.(文)(2010·四川双流县质检)已知函数f(x)的定义域为R,f′(x)为其导函数,函数y=f′(x)的图象如图所示,且f(-2)=1,f(3)=1,则不等式f(x2-6)>1的解集为( )A.(2,3)∪(-3,-2) B.(-2,2)C.(2,3) D.(-∞,-2)∪(2,+∞)[答案] A[解析] 由f′(x)图象知,f(x)在(-∞,0]上单调递增,在[0,+∞)上单调递减,∴由条件可知f(x2-6)>1可化为0≤x2-6<3或0≥x2-6>-2,∴2<x<3或-3<x<-2.(理)(2010·哈三中)设f(x),g(x)分别为定义在R上的奇函数和偶函数,且g(x)≠0,当x<0时,f′(x)g(x)+f(x)g′(x)>0,且f(-2)=0,则不等式f(x)g(x)<0的解集为( )A.(-2,0)∪(0,2)B.(-2,0)∪(2,+∞)C.(-∞,-2)∪(0,2)D.(-2,-∞)∪(2,+∞)[答案] C[解析] 设φ(x)=f(x)g(x),∵f(x)为奇函数,∴f(-x)=-f(x),∵g(x)为偶函数,∴g(-x)=g(x),∴φ(-x)=f(-x)·g(-x)=-φ(x),故φ(x)为奇函数,∵f(-2)=0,∴φ(-2)=f(-2)·g(-2)=0,∴φ(2)=0,∵x<0时,φ′(x)=f′(x)g(x)+f(x)g′(x)>0,∴φ(x)在(-∞,0)上为增函数,∴φ(x)在(0,+∞)上为增函数,故使f(x)g(x)<0成立的x取值范围是x<-2或0<x<2.5.函数y=x sin x+cos x,x∈(-π,π)的单调增区间是( )A.(-π,-π2)和(0,π2)B.(-π2,0)和(0,π2)C.(-π,-π2)和(π2,π)D.(-π2,0)和(π2,π)[答案] A[解析] y′=sin x+x cos x-sin x=x cos x,当x∈(-π,-π2)时,y′=x cos x>0,∴y为增函数;当x∈(-π2,0)时,y′=x cos x<0,∴y为减函数;当x∈(0,π2)时,y′=x cos x>0,∴y为增函数;当x∈(π2,π)时,y′=x cos x<0,∴y为减函数;∴y=x sin x+cos x在(-π,-π2)和(0,π2)上为增函数,故应选A.6.若函数f(x)=x3-12x在区间(k-1,k+1)上不是单调函数,则实数k的取值范围是( )A.k≤-3或-1≤k≤1或k≥3B.-3<k<-1或1<k<3C.-2<k<2D.不存在这样的实数[答案] B[解析] 因为y′=3x2-12,由y′>0得函数的增区间是(-∞,-2)和(2,+∞),由y′<0,得函数的减区间是(-2,2),由于函数在(k-1,k+1)上不是单调函数,所以有k-1<-2<k+1或k-1<2<k+1,解得-3<k<-1或1<k<3,故选B.[点评] 已知函数f(x),由f′(x)的符号可得到函数f(x)的单调区间,而f(x)在区间(k-1,k+1)上不单调,因此,k-1及k+1应分布在函数f(x)的两个单调区间内.请再练习下题:已知函数f(x)=x3-kx在区间(-3,-1)上不单调,则实数k的取值范围是________.[答案] 3<k <27[解析] f ′(x )=3x 2-k .由3x 2-k >0,得x 2>k3,若k ≤0,则f (x )显然在(-3,-1)上单调递增,∴k >0,∴x >k3或x <-k3. 由3x 2-k <0得-k3<x <k3,∴f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,-k 3上单调递增,在(-k3,k3)上单调递减,在⎝⎛⎭⎪⎫k3,+∞上单调递增, 由题设条件知-3<-k3<-1,∴3<k <27.7.函数y =e x2在点(4,e 2)处的切线及坐标轴所围成三角形的面积为( )A.92e 2B .4e 2C .2e 2D .e 2[答案] D[解析] ∵y ′=12·e x 2,∴切线的斜率k =y ′|x =4=12e 2,∴切线方程为y -e 2=12e 2(x -4),令x =0得y =-e 2,令y =0得x =2,∴S =e 2.8.已知a ,b 是实数,且e <a <b ,其中e 是自然对数的底数,则a b 及b a 的大小关系是( )A .a b >b aB .a b <b aC .a b=b aD .a b及b a的大小关系不确定 [答案] A[解析] 令f (x )=ln xx,则f ′(x )=1-ln xx 2.当x >e 时,f ′(x )<0,∴f (x )在(e ,+∞)上单调递减.∵e <a <b ,∴f (a )>f (b ),即ln a a >ln bb,∴b ln a >a ln b ,∴ln a b >ln b a ,∴a b >b a .9.(2010·安徽合肥质检)已知R 上可导函数f (x )的图象如图所示,则不等式(x 2-2x -3)f ′(x )>0的解集为( )A .(-∞,-2)∪(1,+∞)B .(-∞,-2)∪(1,2)C .(-∞,-1)∪(-1,0)∪(2,+∞)D .(-∞,-1)∪(-1,1)∪(3,+∞)[答案] D[解析] 不等式(x 2-2x -3)f ′(x )>0化为⎩⎨⎧x 2-2x -3>0f ′x >0(1)或⎩⎨⎧x 2-2x -3<0f ′x <0(2)∵f (x )在(-∞,-1)和(1,+∞)上单调增,在(-1,1)上单调减, ∴f ′(x )>0的解集为(-∞,-1)∪(1,+∞),f ′(x )<0解集为(-1,1),由x 2-2x -3>0得,x <-1或x >3,由x 2-2x -3<0得,-1<x <3.∴由(1)得⎩⎨⎧x <-1或x >3x <-1或x >1,∴x <-1或x >3;由(2)得⎩⎨⎧-1<x <3-1<x <1,∴-1<x <1.综上可知,x ∈(-∞,-1)∪(-1,1)∪(3,+∞).10.(文)(2010·合肥市)已知函数f (x )=x 33+12ax 2+2bx +c 的两个极值分别为f (x 1),f (x 2),若x 1,x 2分别在区间(0,1)及(1,2)内,则b -2a 的取值范围是( )A .(-4,-2)B .(-∞,2)∪(7,+∞)C .(2,7)D .(-5,-2)[答案] C[解析] 由条件知,f ′(x )=x 2+ax +2b =0的两根x 1,x 2分别在(0,1)和(1,2)内,∴f ′(0)=2b >0,f ′(1)=1+a +2b <0,f ′(2)=4+2a +2b >0,作出可行域如图中阴影部分,当直线z =b -2a 经过可行域内点A (-1,0)时,z 取最小值2,经过点B (-3,1)时,z 取最大值7,∴b -2a ∈(2,7).(理)(2010·延边州质检)定义在R 上的函数f (x )满足f (4)=1,f ′(x )为f (x )的导函数,已知函数y =f ′(x )的图象如下图所示,若两正数a ,b 满足,f (2a +b )<1,则b +2a +2的取值范围是( ) A.⎝ ⎛⎭⎪⎫12,3B.⎝⎛⎭⎪⎫-∞,12∪(3,+∞)C.⎝ ⎛⎭⎪⎫13,12 D .(-∞,-3)[答案] A[解析] ∵f (4)=1,∴f (2a +b )<1化为f (2a +b )<f (4),∴a ,b >0,∴2a +b >0,由图知在(0,+∞)上,f ′(x )>0,∴f (x )在(0,+∞)上为增函数,∴2a +b <4,如图,可行域为△AOB 的内部(不含边界),b +2a +2表示可行域内点及点P (-2,-2)连线的斜率,∵k PA =12,k PB =3,∴12<b +2a +2<3.[点评] 特别注意f ′(x )的图象提供了f (x )的单调性,从而利用单调性将不等式f (2a +b )<1化去函数符号“f ”,转化为通常的二元一次不等式,请再练习下题.已知函数f (x )的定义域为[-2,+∞),部分对应值如下表,f ′(x )为f (x )的导函数,函数y =f ′(x )的图象如右图所示,若两正数a ,b 满足f (2a +b )<1,则b +3a +3的取值范围是________. x-24f (x )1 -1 1答案:⎝ ⎛⎭⎪⎫35,73二、填空题11.(2010·北京顺义一中月考)已知f (x )=x 3-ax 在[1,+∞)上是单调增函数,则a 的最大值是________.[答案] 3[解析] f ′(x )=3x 2-a ,∵f (x )在[1,+∞)上是单调增函数,∴f ′(x )≥0在[1,+∞)上恒成立,即a ≤3x 2在[1,+∞)上恒成立,∴a的最大值为3.12.(文)(2010·绵阳市诊断)已知函数f (x )=ln x +ax 的图象在x =1处的切线及直线2x -y -1=0垂直,则a =________.[答案] -32[解析] ∵f ′(x )=1x +a ,∴f ′(1)=1+a ,由条件知,1+a =-12,∴a =-32.(理)(2010·绵阳市诊断)已知函数f (x )=ln(1+x )-ax 的图象在x =1处的切线及直线x +2y -1=0平行,则实数a 的值为________.[答案] 1[解析] ∵f ′(x )=11+x -a ,∴f ′(1)=12-a .由题知12-a =12,解得a =1.13.(2010·浙江杭州冲刺卷)函数y =f (x )的定义域为(a ,b ),y =f ′(x )在(a ,b )上的图象如图,则y =f (x )在区间(a ,b )上极大值的个数为________.[答案] 2[解析] 由f ′(x )在(a ,b )上的图象可知f ′(x )的值在(a ,b )上,依次为+-+-+,∴f (x )在(a ,b )上的单调性依次为增、减、增、减、增,从而f (x )在(a ,b )上的极大值点有两个.14.(2010·广州市质检)已知函数f (x )=-x 3+ax 2+bx +c 在(-∞,0)上是减函数,在(0,1)上是增函数,函数f (x )在R 上有三个零点,且1是其中一个零点.(1)b 的值为________;(2)f (2)的取值范围是________.[答案] (1)0 (2)⎝ ⎛⎭⎪⎫-52,+∞[解析] (1)∵f (x )=-x 3+ax 2+bx +c , ∴f ′(x )=-3x 2+2ax +b .∵f (x )在(-∞,0)上是减函数,在(0,1)上是增函数, ∴当x =0时,f (x )取到极小值,即f ′(0)=0, ∴b =0.(2)由(1)知,f (x )=-x 3+ax 2+c ,∵1是函数f (x )的一个零点,即f (1)=0,∴c =1-a . ∵f ′(x )=-3x 2+2ax =0的两个根分别为x 1=0,x 2=2a3. 又∵f (x )在(-∞,0)上是减函数,在(0,1)上是增函数,且函数f (x )在R 上有三个零点,∴2a 3应是f (x )的一个极大值点,因此应有x 2=2a 3>1,即a >32.∴f (2)=-8+4a +(1-a )=3a -7>-52.故f (2)的取值范围为⎝ ⎛⎭⎪⎫-52,+∞. 三、解答题15.(文)设函数g (x )=13x 3+12ax 2-bx (a ,b ∈R ),在其图象上一点P (x ,y )处的切线的斜率记为f (x ).(1)若方程f (x )=0有两个实根分别为-2和4,求f (x )的表达式; (2)若g (x )在区间[-1,3]上是单调递减函数,求a 2+b 2的最小值. [解析] (1)根据导数的几何意义知f (x )=g ′(x )=x 2+ax -b ,由已知-2,4是方程x 2+ax -b =0的两个实根,由韦达定理⎩⎨⎧-2+4=-a-2×4=-b,∴⎩⎨⎧a =-2b =8,f (x )=x 2-2x -8.(2)g (x )在区间[-1,3]上是单调递减函数,所以在[-1,3]区间上恒有f (x )=g ′(x )=x 2+ax -b ≤0,即f (x )=x 2+ax -b ≤0在[-1,3]上恒成立这只需满足⎩⎨⎧f-1≤0f3≤0即可,也即⎩⎨⎧a +b ≥1b -3a ≥9,而a 2+b 2可视为平面区域⎩⎨⎧ a +b ≥1b -3a ≥9内的点到原点距离的平方,其中点(-2,3)距离原点最近.所以当⎩⎨⎧a =-2b =3时,a 2+b 2有最小值13.(理)(2010·广东文,20)已知函数f (x )对任意实数x 均有f (x )=kf (x +2),其中常数k 为负数,且f (x )在区间[0,2]上有表达式f (x )=x (x -2).(1)求f (-1),f (2.5)的值;(2)写出f (x )在[-3,3]上的表达式,并讨论函数f (x )在[-3,3]上的单调性;(3)求出f (x )在 [-3,3]上的最小值及最大值,并求出相应的自变量的取值.[解析] (1)由f (-1)=kf (1),f (2.5)=1k f (12)知需求f (12)和f (1),f (1)=-1,f (12)=12×(12-2)=-34,∴f (-1)=-k ,f (2.5)=-34k(2)∵对任意实数x ,f (x )=kf (x +2), ∴f (x -2)=kf (x ), ∴f (x )=1kf (x -2),当-2≤x <0时,0≤x +2<2,∴f (x )=kf (x +2)=k (x +2)·x , 当-3≤x <-2时,-1≤x +2<0,∴f (x )=kf (x +2)=k 2(x +4)(x +2), 当2≤x ≤3时,0≤x -2≤1,∴f (x )=1k f (x -2)=1k(x -2)(x -4).综上知,f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧k 2x +4x +2 -3≤x <-2k x +2x -2≤x <0xx -2 0≤x <21kx -2x -4 2≤x ≤3,∵k <0,∴由f (x )的解析式易知f (x )在[-3,-1]及[1,3]上是增函数,在[-1,1]上为减函数.(3)∵f (x )在[-3,-1]上单调增,在[-1,1]上单调减,在[1,3]上单调增,∴f (-1)=-k 为极大值,f (1)=-1为极小值,又f (-3)=-k 2,f (3)=-1k,k <0,∴最大值为f (-1)或f (3),最小值为f (1)或f (-3), 令-k =-1k得,k =±1,令-1=-k 2得k =±1,又k <0,∴k =-1,∴当-1<k <0时,-k <-1k,-k 2>-1,此时f max (x )=f (3)=-1k,f min (x )=f (1)=-1;当k ≤-1时,-k ≥-1k,-k 2≤-1,此时f max (x )=f (-1)=-k ,f min (x )=f (-3)=-k 2.16.(文)(2010·哈三中)已知函数f (x )=ax 3+cx (a ≠0),其图象在点(1,f (1))处的切线及直线x -6y +21=0垂直,导函数f ′(x )的最小值为-12.(1)求函数f (x )的解析式;(2)求y =f (x )在x ∈[-2,2]的值域.[解析] (1)f ′(x )=3ax 2+c ,则⎩⎨⎧f ′1=-6c =-12,则⎩⎨⎧a =2c =-12,所以f (x )=2x 3-12x .(2)f ′(x )=6x 2-12,令f ′(x )=0得,x =± 2.所以函数y =f (x )在(-2,-2)和(2,2)上为增函数,在(-2,2)上为减函数.f (-2)=8,f (2)=16-24=-8,f (2)=-82,f (-2)=82,所以y =f (x )在x ∈[-2,2]上的值域为[-82,82].(理)(2010·山东威海)已知函数f (x )=6ln x (x >0)和g (x )=ax 2+8x -b (a ,b 为常数)的图象在x =3处有公切线.(1)求实数a 的值;(2)求函数F(x)=f(x)-g(x)的极大值和极小值;(3)关于x的方程f(x)=g(x)有几个不同的实数解?[解析] (1)f′(x)=6x,g′(x)=2ax+8根据题意得,f′(3)=g′(3),解得a=-1 (2)F(x)=f(x)-g(x)=6ln x+x2-8x+b令F′(x)=6x+2x-8=0得x=1或x=3∵0<x<1时,F′(x)>0,F(x)单调递增;1<x<3时,F′(x)<0,F(x)单调递减;x>3时,F′(x)>0,F(x)单调递增;∴F(x)极大值为F(1)=b-7,∴F(x)极小值为F(3)=b-15+6ln3.(3)根据题意,方程f(x)=g(x)实数解的个数即为函数F(x)=f(x)-g(x)=6ln x+x2-8x+b零点的个数由(2)的结论知:①当b-7<0或b-15+6ln3>0,即b<7或b>15-6ln3时,函数F(x)仅有一个零点,也即方程f(x)=g(x)有一个实数解;②当b=7时或b=15-6ln3时,方程f(x)=g(x)有两个实数解③当b-7>0且b-15+6ln3<0,即7<b<15-6ln3时,函数F(x)有三个零点,即方程f(x)=g(x)有三个实数解;综上所述,当b<7或b>15-6ln3时,方程f(x)=g(x)有一个实数解;当b=7或b=15-6ln3时,方程f(x)=g(x)有两个实数解;当7<b<15-6ln3时,方程f(x)=g(x)有三个实数解.17.(文)(2010·山东文,21)已知函数f(x)=ln x-ax+1-ax-1(a∈R).(1)当a=-1时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;(2)当a≤12时,讨论f(x)的单调性.[解析] (1)a=-1时,f(x)=ln x+x+2x-1,x∈(0,+∞).f′(x)=1x+1-2x2=x2+x-2x2,x∈(0,+∞),因此f′(2)=1,即曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线斜率为1.又f(2)=ln2+2,所以y=f(x)在(2,f(2))处的切线方程应为y-(ln2+2)=x-2,即x -y+ln2=0.(2)因为f(x)=ln x-ax+1-ax-1,所以f′(x)=1x-a+a-1x2=-ax2-x+1-ax2x∈(0,+∞).令g(x)=ax2-x+1-a,①当a=0时,g(x)=1-x,x∈(0,+∞),当x∈(0,1)时,g(x)>0,f′(x)<0,f(x)单调递减;当x∈(1,+∞)时,g(x)<0,此时f′(x)>0,f(x)单调递增;②当a≠0时,g(x)=a(x-1)[x-(1a-1)],x∈(0,+∞)(ⅰ)当a=12时,g(x)≥0恒成立,f′(x)≤0,f(x)在(0,+∞)上单调递减;(ⅱ)当0<a<12时,1a-1>1>0,x∈(0,1)时,g(x)>0,此时f′(x)<0,f(x)单调递减;x∈(1,1a-1)时,g(x)<0,此时f′(x)>0,f(x)单调递增;x ∈(1a-1,+∞)时,g (x )>0,此时f ′(x )<0,f (x )单调递减;③当a <0时,由1a-1<0,x ∈(0,1)时,g (x )>0,有f ′(x )<0,f (x )单调递减 x ∈(1,+∞)时,g (x )<0,有f ′(x )>0,f (x )单调递增.综上所述:当a ≤0时,函数f (x )在(0,1)上单调递减,(1,+∞)上单调递增; 当a =12时,f (x )在(0,+∞)上单调递减;当0<a <12时,f (x )在(0,1)上单调递减,在(1,1a -1)上单调递增,在(1a -1,+∞)上单调递减.[点评] 分类讨论时要做到不重不漏,层次清楚.(理)(2010·北京崇文区)已知函数f (x )=a ln(2x +1)+bx +1. (1)若函数y =f (x )在x =1处取得极值,且曲线y =f (x )在点(0,f (0))处的切线及直线2x +y -3=0平行,求a 的值;(2)若b =12,试讨论函数y =f (x )的单调性.[解析] (1)函数f (x )的定义域为(-12,+∞)f ′(x )=2bx +2a +b2x +1由题意⎩⎨⎧f ′1=0f ′=-2,解得⎩⎨⎧a =-32b =1,∴a =-32.(2)若b =12,则f (x )=a ln(2x +1)+12x +1.f ′(x )=2x +4a +14x +2.①令f ′(x )=2x +4a +14x +2>0,由函数定义域可知,4x +2=2(2x +1)>0,所以2x +4a +1>0(※)1°当a ≥0时(※)总成立,∴x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,+∞时,f ′(x )>0,函数f (x )单调递增;2°当a <0时,由(※)式得x >-2a -12,∵-2a -12>-12,∴x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫-2a -12,+∞,f ′(x )>0,函数f (x )单调递增;②令f ′(x )=2x +4a +14x +2<0,即2x +4a +1<01°当a ≥0时,不等式f ′(x )<0无解; 2°当a <0时,解2x +4a +1<0得x <-2a -12,∴x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,-2a -12,f ′(x )<0,函数f (x )单调递减;综上:当a ≥0时,函数f (x )在区间⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,+∞为增函数;当a <0时,函数f (x )在区间⎝ ⎛⎭⎪⎫-2a -12,+∞为增函数;在⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,-2a -12为减函数.。