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課時分層作業(yè) 十四利用導數研究函數的單調性
一、選擇題(每小題5分,共25分)
1.已知函數f(x)=-x3+ax2-x-1在(-∞,+∞)上是單調減函數,則實數a的取值范圍是 ( )
A.(-∞,-]∪[,+∞)
B.(-∞,-)∪(,+∞)
C.[-,]
D.(-,)
【解析】選C.函數f(x)=-x3+ax2-x-1的導數為f′(x)=-3x2+2ax-1,因為函數f(x)在(-∞,+∞)上是單調減函數,所以在(-∞,+∞)上f′(x)≤0恒成立,即-3x2+2ax-1≤0恒成立,Δ=4a2-12≤0,解得-≤a≤.所以實數a的取值范圍是[-,].
2.(2017浙江高考)函數y=f(x)的導函數y=f′(x)的圖象如圖所示,則函數y=f(x)的圖象可能是 ( )
【解析】選D.由導函數的圖象可知函數在(-∞,0)上是先減后增,在(0,+∞)上是先增后減再增,故選D.
【變式備選】若f(x)=-(x-2)2+bln x在(1,+∞)上是減函數,則b的取值范圍是
( )
A.[-1,+∞) B.(-1,+∞)
C.(-∞,-1] D.(-∞,-1)
【解析】選C.由題意可知f′(x)=-(x-2)+≤0在x∈(1,+∞)上恒成立,即b≤x(x-2)在x∈(1,+∞)上恒成立,由于φ(x)=x(x-2)=x2-2x在(1,+∞)上的值域是(-1,+∞),故只要b≤-1即可.
3.已知函數f(x)=x2+2cos x,若f′(x)是f(x)的導函數,則函數f′(x)的圖象大致是 ( )
【解析】選A.因為f(x)=x2+2cos x,所以f′(x)=2x-2sin x=2(x-sin x).
設g(x)=2(x-sin x),則g′(x)=2(1-cos x)≥0,所以f′(x)為增函數.
【變式備選】(2018合肥模擬)定義在R上的可導函數f(x)的導函數為f′(x),已知函數y=2f′(x)的圖象如圖所示,則函數y=f(x)的單調遞減區(qū)間為 ( )
A.(1,+∞) B.(1,2)
C.(-∞,2) D.(2,+∞)
【解析】選D.結合題干圖可知,
當x∈(-∞,2]時,2f′(x)≥1,即f′(x)≥0;
當x∈(2,+∞)時,2f′(x)<1,即f′(x)<0;
故函數y=f(x)的單調遞減區(qū)間為(2,+∞).
4.已知f(x)是定義域,值域都為(0,+∞)的函數, 滿足2f(x)+xf′(x)>0,則下列不等式正確的是 ( )
A.2019f(2019)>2018f(2018)
B.2019f(2019)<2018f(2018)
C.20182f(2018)<20192f(2019)
D.20182f(2018)>20192f(2019)
【解析】選C.構造函數g(x)=x2f(x),當x>0時,g′(x)=2xf(x)+x2f′(x)>0,
所以g(x)在(0,+∞)上單調遞增,
所以20182f(2018)<20192f(2019).
【變式備選】(2018撫州模擬)若函數f(x)=x+aln x不是單調函數,則實數a的取值范圍是 ( )
A.[0,+∞) B.(-∞,0]
C.(-∞,0) D.(0,+∞)
【解析】選C.由題意知x>0,f′(x)=1+,要使函數f(x)=x+aln x不是單調函數,則需方程1+=0在x>0上有解,即x=-a,所以a<0.
5.(2018昆明模擬)已知函數f(x)=xsin x+cos x+x2,則不等式f(ln x) +f<2f(1)的解集為 ( )
A.(e,+∞) B.(0,e)
C.∪(1,e) D.
【解析】選D.函數f(x)=xsin x+cos x+x2的導數為f′(x)=sin x+xcos x-
sin x+2x=x(2+cos x),
則x>0時,f′(x)>0,f(x)單調遞增,
且f(-x)=(-x)sin(-x)+cos (-x)+(-x)2=f(x),
所以f(x)為偶函數,即有f(x)=f(|x|),
則不等式f(ln x)+f<2f(1),
即為f(ln x)
0,得01,
即f(x)<+的解集為{x|x>1}.
答案:{x|x>1}
三、解答題(每小題10分,共20分)
9.(2018武威模擬)已知函數f(x)=x3+ax2+bx(a,b∈R)的圖象過點P(1,-11),且在點P處的切線斜率為-12.
(1)求a,b的值.
(2)求函數f(x)的單調區(qū)間.
【解析】(1)因為函數f(x)的圖象過點P(1,-11),所以f(1)=-11.所以a+b=-12. ①
又函數圖象在點P處的切線斜率為-12,
所以f′(1)=-12,又f′(x)=3x2+2ax+b,所以2a+b=-15. ②
解由①②組成的方程組,可得a=-3,b=-9.
(2)由(1)得f′(x)=3x2-6x-9,令f′(x)>0,可得x<-1或x>3;令f′(x)<0,可得-1-1時,r′(x)>0,r(x)在(-1,+∞)上是單調增函數,故x=0是r(x)在(-1,+∞)內的唯一零點,即x=0是f′(x)在(-1,+∞)內的唯一零點. 所以當-10時,f′(x)>0,即f(x)在(0,+∞)上是單調增函數.
(2)g(x)=(x+1)[f(x)+1]+x2
=(x+1)ex+x2+ax,
g′(x)=(x+2)ex+2x+a,
g″(x)=(x+3)ex+2.
如果g(x)在(-∞,-1)是凸函數,那么?x∈(-∞,-1),都有g″(x)≥0.
g″(x)≥0?a≥-(x+3)ex.令h(x)=-(x+3)ex,即得h′(x)=-(x+4)ex.
令h′(x)=0?x=-4,當x<-4時,h′(x)>0;當-4f(1)
C.f(-1)f(1).
2.(5分)(2017山東高考)若函數g(x)=exf(x)(e=2.718 28…是自然對數的底數)在f(x)的定義域上單調遞增,則稱f(x)具有M性質,下列函數中具有M性質的是
( )
A.f(x)=2-x B.f(x)=x2
C.f(x)=3-x D.f(x)=cos x
【解析】選A.A中,g(x)=ex2-x=,因為>1,所以g(x)單調遞增,所以f(x)具有M性質,滿足題意.
B中,g(x)=exx2,則g′(x)=exx(x+2),所以g(x)在(-2,0)上單調遞減,所以f(x)不具有M性質,不滿足題意;
C中,g(x)=ex3-x=,因為0<<1,所以g(x)單調遞減,所以f(x)不具有M性質,不滿足題意;
D中,g(x)=excos x,則g′(x)=ex(cos x-sin x),所以g(x)在上單調遞減,所以f(x)不具有M性質,不滿足題意.
【變式備選】已知f(x)的定義域為(0,+∞),f′(x)為f(x)的導函數,且滿足f(x)<-xf′(x),則不等式f(x+1)>(x-1)f(x2-1)的解集是 ( )
A.(0,1) B.(1,+∞)
C.(1,2) D.(2,+∞)
【解析】選D.因為f(x)+xf′(x)<0,
所以(xf(x))′<0,即xf(x)在(0,+∞)上為減函數,
又因為(x+1)f(x+1)>(x2-1)f(x2-1),所以02.
3.(5分)(2018綿陽模擬)定義在R上的函數f(x)滿足f(1)=1,且對任意x∈R都有f′(x)<,則不等式f(x2)>的解集為________.
【解析】設g(x)=f(x)-,g(1)=f(1)-=1-1=0,g′(x)=f′(x)-,因為對任意x∈R,都有f′(x)<,所以g′(x)<0即g(x)為實數集上的減函數.不等式f(x2)>,即為g(x2)>0=g(1).則x2<1,解得-10,故g(x)為增函數;
當-10時,g′(x)>0,故g(x)為增函數;
綜上知,g(x)在和內為減函數,在和內為增函數.
5.(13分)函數f(x)=ln x,g(x)=ax+b.
(1)若f(x)與g(x)在x=1處相切,求g(x)的表達式.
(2)若φ(x)=-f(x)在[1,+∞)上是減函數,求實數m的取值范圍.
【解析】(1)由已知得f′(x)=,g′(x)=a,
所以f′(1)=1=a,解得a=2.
又因為g(1)=0=a+b,所以b=-1,
所以g(x)=x-1.
(2)因為φ(x)=-f(x)
=-ln x在[1,+∞)上是減函數.
所以φ′(x)=≤0在[1,+∞)上恒成立.
即x2-(2m-2)x+1≥0在[1,+∞)上恒成立,則2m-2≤x+,x∈[1,+∞),
因為x+∈[2,+∞),所以2m-2≤2,m≤2.
故實數m的取值范圍是(-∞,2].
【變式備選】(2018深圳模擬)已知函數f(x)=x2-2aln x+(a-2)x,當a<0時,討論函數f(x)的單調性.
【解析】函數f(x)=x2-2aln x+(a-2)x的定義域為(0,+∞),
f′(x)=x-+a-2=.
①當-a=2,即a=-2時,f′(x)=≥0,f(x)在(0,+∞)上單調遞增.
②當0<-a<2,即-22時,f′(x)>0;-a2,即a<-2時,
因為當0-a時,f′(x)>0;當2
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函數、導數及其應用
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利用導數研究函數的單調性
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