函數(shù)的思想是用運(yùn)動和變化的觀點(diǎn)、集合與對應(yīng)的思想,去分析和研究數(shù)學(xué)問題中的數(shù)量關(guān)系,以下是函數(shù)與方程專題強(qiáng)化練習(xí),希望對考生復(fù)習(xí)數(shù)學(xué)有幫助。
一、選擇題
1.(文)曲線y=xex+2x-1在點(diǎn)(0,-1)處的切線方程為()
A.y=3x-1 B.y=-3x-1
C.y=3x+1 D.y=-2x-1
[答案] A
[解析] k=y|x=0=(ex+xex+2)|x=0=3,
切線方程為y=3x-1,故選A.
(理)(2014吉林市質(zhì)檢)若函數(shù)f(x)=2sinx(x[0,])在點(diǎn)P處的切線平行于函數(shù)g(x)=2(+1)在點(diǎn)Q處的切線,則直線PQ的斜率()
A.1B.
C. D. 2
[答案] C
[解析] f(x)=2cosx,x[0,],f(x)[-2,2],g(x)=+2,當(dāng)且僅當(dāng)x=1時,等號成立,
設(shè)P(x1,y1),Q(x2,y2),則由題意知,2cosx1=+,2cosx1=2且+=2,x1[0,],
x1=0,y1=0,x2=1,y2=,kPQ==.
[方法點(diǎn)撥] 1.導(dǎo)數(shù)的幾何意義
函數(shù)y=f(x)在x=x0處的導(dǎo)數(shù)f (x0)就是曲線y=f(x)在點(diǎn)(x0,f(x0))處的切線的斜率,即k=f (x0).
2.求曲線y=f(x)的切線方程的類型及方法
(1)已知切點(diǎn)P(x0,y0),求y=f(x)過點(diǎn)P的切線方程:
求出切線的斜率f (x0),由點(diǎn)斜式寫出方程;
(2)已知切線的斜率為k,求y=f(x)的切線方程:
設(shè)切點(diǎn)P(x0,y0),通過方程k=f (x0)解得x0,再由點(diǎn)斜式寫出方程;
(3)已知切線上一點(diǎn)(非切點(diǎn)),求y=f(x)的切線方程:
設(shè)切點(diǎn)P(x0,y0),利用導(dǎo)數(shù)求得切線斜率f (x0),再由斜率公式求得切線斜率,列方程(組)解得x0,再由點(diǎn)斜式或兩點(diǎn)式寫出方程.
3.若曲線的切線與已知直線平行或垂直,求曲線的切線方程時,先由平行或垂直關(guān)系確定切線的斜率,再由k=f (x0)求出切點(diǎn)坐標(biāo)(x0,y0),最后寫出切線方程.
4.(1)在點(diǎn)P處的切線即是以P為切點(diǎn)的切線,P一定在曲線上.
(2)過點(diǎn)Q的切線即切線過點(diǎn)Q,Q不一定是切點(diǎn),所以本題的易錯點(diǎn)是把點(diǎn)Q作為切點(diǎn).因此在求過點(diǎn)P的切線方程時,應(yīng)首先檢驗(yàn)點(diǎn)P是否在已知曲線上.
2.已知f(x)為定義在(-,+)上的可導(dǎo)函數(shù),且f(x)ef(0),f(2016)e2016f(0)
B.f(1)e2016f(0)
C.f(1)ef(0),f(2016)0,即F(x)在xR上為增函數(shù),
F(1)F(0),F(xiàn)(2016)F(0),
即,
f(1)ef(0),
f(2016)e2016f(0).
[方法點(diǎn)撥] 1.函數(shù)的單調(diào)性與導(dǎo)數(shù)
在區(qū)間(a,b)內(nèi),如果f (x)0,那么函數(shù)f(x)在區(qū)間(a,b)上單調(diào)遞增.如果f (x)0,那么函數(shù)f(x)在區(qū)間(a,b)上單調(diào)遞減.
2.利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性的步驟.
(1)找出函數(shù)f(x)的定義域;
(2)求f
(3)在定義域內(nèi)解不等式f (x)0,f (x)0.
3.求單調(diào)區(qū)間(或證明單調(diào)性),只需在函數(shù)f(x)的定義域內(nèi)解(或證明)不等式f (x)0或f (x)0.
4.若已知函數(shù)的單調(diào)性求參數(shù)的值或取值范圍,只需轉(zhuǎn)化為不等式f (x)0或f (x)0在單調(diào)區(qū)間內(nèi)恒成立的問題求解,解題過程中要注意分類討論;函數(shù)單調(diào)性問題以及一些相關(guān)的逆向問題,都離不開分類討論思想.
3.(2015新課標(biāo)理,12)設(shè)函數(shù)f(x)是奇函數(shù)f(x)(xR)的導(dǎo)函數(shù),f(-1)=0,當(dāng)x0時,xf(x)-f(x)0,則使得f(x)0成立的x的取值范圍是()
A.(-,-1)(0,1) B.(-1,0)(1,+)
C.(-,-1)(-1,0) D.(0,1)(1,+)
[答案] A
[解析] 考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用.
記函數(shù)g(x)=,則g(x)=,因?yàn)楫?dāng)x0時,xf(x)-f(x)0,故當(dāng)x0時,g(x)0,所以g(x)在(0,+)上單調(diào)遞減;又因?yàn)楹瘮?shù)f(x)(xR)是奇函數(shù),故函數(shù)g(x)是偶函數(shù),所以g(x)在(-,0)上單調(diào)遞減,且g(-1)=g(1)=0.當(dāng)00,則f(x)當(dāng)x-1時,g(x)0,則f(x)0,綜上所述,使得f(x)0成立的x的取值范圍是(-,-1)(0,1),故選A.
[方法點(diǎn)撥] 1.在研究函數(shù)的性質(zhì)與圖象,方程與不等式的解,不等式的證明等問題中,根據(jù)解題的需要可以構(gòu)造新的函數(shù)g(x),通過研究g(x)的性質(zhì)(如單調(diào)性、極值等)來解決原問題是常用的方法.如在討論f (x)的符號時,若f (x)的一部分為h(x),f (x)的符號由h(x)所決定,則可轉(zhuǎn)化為研究h(x)的極(最)值來解決,證明f(x)g(x)時,可構(gòu)造函數(shù)h(x)=f(x)-g(x),轉(zhuǎn)化為h(x)的最小值問題等等.
2.應(yīng)用函數(shù)與方程思想解決函數(shù)、方程、不等式問題,是多元問題中的常見題型,常見的解題思路有以下兩種:
(1)分離變量,構(gòu)造函數(shù),將不等式恒成立、方程求解等轉(zhuǎn)化為求函數(shù)的最值(或值域),然后求解.
(2)換元,將問題轉(zhuǎn)化為一次不等式、二次不等式或二次方程,進(jìn)而構(gòu)造函數(shù)加以解決.
3.有關(guān)二次方程根的分布問題一般通過兩類方法解決:一是根與系數(shù)的關(guān)系與判別式,二是結(jié)合函數(shù)值的符號(或大小)、對稱軸、判別式用數(shù)形結(jié)合法處理.
4.和函數(shù)與方程思想密切關(guān)聯(lián)的知識點(diǎn)
函數(shù)y=f(x),當(dāng)y0時轉(zhuǎn)化為不等式f(x)0.
數(shù)列是自變量為正整數(shù)的函數(shù).
直線與二次曲線位置關(guān)系問題常轉(zhuǎn)化為二次方程根的分布問題.
立體幾何中有關(guān)計(jì)算問題,有時可借助面積、體積公式轉(zhuǎn)化為方程或函數(shù)最值求解.
5.注意方程(或不等式)有解與恒成立的區(qū)別.
6.含兩個未知數(shù)的不等式(函數(shù))問題的常見題型及具體轉(zhuǎn)化策略:
(1)x1[a,b],x2[c,d],f(x1)g(x2)f(x)在[a,b]上的最小值g(x)在[c,d]上的最大值.
(2)x1[a,b],x2[c,d],f(x1)g(x2)f(x)在[a,b]上的最大值g(x)在[c,d]上的最小值.
(3)x1[a,b],x2[c,d],f(x1)g(x2)f(x)在[a,b]上的最小值g(x)在[c,d]上的最小值.
(4)x1[a,b],x2[c,d],f(x1)g(x2)f(x)在[a,b]上的最大值g(x)在[c,d]上的最大值.
(5)x1[a,b],當(dāng)x2[c,d]時,f(x1)=g(x2)f(x)在[a,b]上的值域與g(x)在[c,d]上的值域交集非空.
(6)x1[a,b],x2[c,d],f(x1)=g(x2)f(x)在[a,b]上的值域g(x)在[c,d]上的值域.
(7)x2[c,d],x1[a,b],f(x1)=g(x2)f(x)在[a,b]上的值域g(x)在[c,d]上的值域.
4.(文)已知函數(shù)y=f(x)的圖象是下列四個圖象之一,且其導(dǎo)函數(shù)y=f (x)的圖象如下圖所示,則該函數(shù)的圖象是()
[答案] B
[解析] 本題考查原函數(shù)圖象與導(dǎo)函數(shù)圖象之間的關(guān)系.
由導(dǎo)數(shù)的幾何意義可得,y=f(x)在[-1,0]上每一點(diǎn)處的切線斜率逐漸變大,而在[0,1]上則逐漸變小,故選B.
(理)(2016石家莊市質(zhì)檢)定義在區(qū)間[0,1]上的函數(shù)f(x)的圖象如下圖所示,以A(0,f(0))、B(1,f(1))、C(x,f(x))為頂點(diǎn)的ABC的面積記為函數(shù)S(x),則函數(shù)S(x)的導(dǎo)函數(shù)S(x)的大致圖象為()
[答案] D
[解析] A、B為定點(diǎn),|AB|為定值,ABC的面積S(x)隨點(diǎn)C到直線AB的距離d而變化,而d隨x的變化情況為增大減小0增大減小,ABC的面積先增大再減小,當(dāng)A、B、C三點(diǎn)共線時,構(gòu)不成三角形;然后ABC的面積再逐漸增大,最后再逐漸減小,觀察圖象可知,選D.
[方法點(diǎn)撥] 1.由導(dǎo)函數(shù)的圖象研究函數(shù)的圖象與性質(zhì),應(yīng)注意導(dǎo)函數(shù)圖象位于x軸上方的部分對應(yīng)f(x)的增區(qū)間,下方部分對應(yīng)f(x)的減區(qū)間,與x軸的交點(diǎn)對應(yīng)函數(shù)可能的極值點(diǎn),導(dǎo)函數(shù)的單調(diào)性決定函數(shù)f(x)增長的速度;
2.由函數(shù)的圖象確定導(dǎo)函數(shù)的圖象時,應(yīng)注意觀察函數(shù)的單調(diào)區(qū)間、極值點(diǎn),它們依次對應(yīng)f(x)的正負(fù)值區(qū)間和零點(diǎn),圖象上開或下降的快慢決定導(dǎo)函數(shù)的單調(diào)性.
5.已知常數(shù)a、b、c都是實(shí)數(shù),f(x)=ax3+bx2+cx-34的導(dǎo)函數(shù)為f(x),f(x)0的解集為-23,若f(x)的極小值等于-115,則a的值是()
A.- B.
C.2 D.5
[答案] C
[解析] 依題意得f(x)=3ax2+2bx+c0的解集是[-2,3],于是有3a0,-2+3=-,-23=,
b=-,c=-18a,函數(shù)f(x)在x=3處取得極小值,于是有f(3)=27a+9b+3c-34=-115,-a=-81,a=2,故選C.二、解答題
6.(文)已知函數(shù)f(x)=x3-3x2+ax+2,曲線y=f(x)在點(diǎn)(0,2)處的切線與x軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為-2.
(1)求a;
(2)證明:當(dāng)k1時,曲線y=f(x)與直線y=kx-2只有一個交點(diǎn).
[分析] (1)由導(dǎo)數(shù)的幾何意義可把斜率用a來表示,再由斜率公式可求出a的值;(2)把曲線與直線只有一個交點(diǎn)轉(zhuǎn)化為函數(shù)只有一個零點(diǎn)作為本問的切入點(diǎn),利用分類討論的思想和利用導(dǎo)數(shù)判斷函數(shù)的單調(diào)性來判斷所設(shè)函數(shù)的單調(diào)性,從而得出此函數(shù)在每個區(qū)間的單調(diào)情況,進(jìn)而求出零點(diǎn)個數(shù),解決本問.
[解析] (1)f(x)=3x3-6x+a,f(0)=a,
由題設(shè)得-=-2,所以a=1.
(2)由(1)知,f(x)=x3-3x2+x+2.
設(shè)g(x)=f(x)-kx+2=x3-3x2+(1-k)x+4.
由題設(shè)知1-k0.
當(dāng)x0時,g(x)=3x2-6x+1-k0,g(x)單調(diào)遞增,g(-1)=k-10,g(0)=4,
所以g(x)=0在(-,0]上有唯一實(shí)根.
當(dāng)x0時,令h(x)=x3-3x2+4,則g(x)=h(x)+(1-k)xh(x).
h(x)=3x2-6x=3x(x-2),h(x)在(0,2)上單調(diào)遞減,在(2,+)上單調(diào)遞增,所以
g(x)h(2)=0,
所以g(x)=0在(0,+)上沒有實(shí)根.
綜上,g(x)在R上有唯一實(shí)根,即曲線y=f(x)與直線y=kx-2只有一個交點(diǎn).
(理)已知函數(shù)f(x)=ex-ax(a為常數(shù))的圖象與y軸交于點(diǎn)A,曲線y=f(x)在點(diǎn)A處的切線斜率為-1.
(1)求a的值及函數(shù)f(x)的極值;
(2)證明:當(dāng)x0時,x21,轉(zhuǎn)化為證明x2lnx+lnk成立.構(gòu)造函數(shù)h(x)=x-2lnx-lnk求解.
[解析] (1)由f(x)=ex-ax,得f(x)=ex-a.
又f(0)=1-a=-1,得a=2.
所以f(x)=ex-2x,f(x)=ex-2.
令f(x)=0,得x=ln2.
當(dāng)xln2時,f(x)0,f(x)單調(diào)遞增;
所以當(dāng)x=ln2時,f(x)有極小值.
且極小值為f(ln2)=eln2-2ln2=2-ln4,
f(x)無極大值.
(2)令g(x)=ex-x2,則g(x)=ex-2x.
由(1)得,g(x)=f(x)f(ln2)=2-ln40,即g(x)0.
所以g(x)在R上單調(diào)遞增,又g(0)=10,
所以當(dāng)x0時,g(x)0,即x20時x20時,x21,要使不等式x2kx2成立,而要使exkx2成立,則只要xln(kx2),只要x2lnx+lnk成立,
令h(x)=x-2lnx-lnk,則h(x)=1-=,所以當(dāng)x2時,h(x)0,h(x)在(2,+)內(nèi)單調(diào)遞增
取x0=16k16,所以h(x)在(x0,+)內(nèi)單調(diào)遞增
又h(x0)=16k-2ln(16k)-lnk=8(k-ln2)+3(k-lnk)+5k
易知klnk,kln2,5k0,所以h(x0)0.
即存在x0=,當(dāng)x(x0,+)時,恒有x20.
(1)設(shè)g(x)是f(x)的導(dǎo)函數(shù),討論g(x)的單調(diào)性;
(2)證明:存在a(0,1),使得f(x)0恒成立,且f(x)=0在區(qū)間(1,+)內(nèi)有唯一解.
[解析] 本題主要考查導(dǎo)數(shù)的運(yùn)算、導(dǎo)數(shù)在研究函數(shù)中的應(yīng)用、函數(shù)的零點(diǎn)等基礎(chǔ)知識,考查推理論證能力、運(yùn)算求解能力、創(chuàng)新意識,考查函數(shù)與方程、數(shù)形結(jié)合、化歸與轉(zhuǎn)化等數(shù)學(xué)思想.
(1)由已知,函數(shù)f(x)的定義域?yàn)?0,+),
g(x)=f(x)=2(x-1-lnx-a),
所以g(x)=2-=.
當(dāng)x(0,1)時,g(x)0,g(x)單調(diào)遞減,
當(dāng)x(1,+)時,g(x)0,g(x)單調(diào)遞增.
(2)由f(x)=2(x-1-lnx-a)=0,解得a=x-1-lnx,
令(x)=-2xlnx+x2-2x(x-1-lnx)+(x-1-lnx)2=(1+lnx)2-2xlnx,
則(1)=10,(e)=2(2-e)0,
于是,存在x0(1,e),使得(x0)=0.
令a0=x0-1-lnx0=u(x0),其中u(x)=x-1-lnx(x1),
由u(x)=1-0知,函數(shù)u(x)在區(qū)間(1,+)上單調(diào)遞增,
故0=u(1)
即a0(0,1).
當(dāng)a=a0時,有f(x0)=0,f(x0)=(x0)=0
再由(1)知,f(x)在區(qū)間(1,+)上單調(diào)遞增.
當(dāng)x(1,x0)時,f(x)0,從而f(x)
當(dāng)x(x0,+)時,f(x)0,從而f(x)
又當(dāng)x(0,1]時,f(x)=(x-a0)2-2xlnx0,
故x(0,+)時,f(x)0.
綜上所述,存在a(0,1),使得f(x)0恒成立,且f(x)=0在區(qū)間(1,+)內(nèi)有唯一解.
(理)(2016江蘇,19)已知函數(shù)f(x)=x3+ax2+b(a,bR).
(1)試討論f(x)的單調(diào)性;
(2)若b=c-a(實(shí)數(shù)c是與a無關(guān)的常數(shù)),當(dāng)函數(shù)f(x)有三個不同的零點(diǎn)時,a的取值范圍恰好是(-,-3),求c的值.
[解析] 考查利用導(dǎo)數(shù)求函數(shù)單調(diào)性、極值、函數(shù)零點(diǎn).
(1)先求函數(shù)導(dǎo)數(shù),通過討論導(dǎo)函數(shù)零點(diǎn)求解;(2)通過構(gòu)造函數(shù),利用導(dǎo)數(shù)與函數(shù)關(guān)系求解.
(1)f(x)=3x2+2ax,令f(x)=0,解得x1=0,x2=-.
當(dāng)a=0時,因?yàn)閒(x)=3x20,所以函數(shù)f(x)在(-,+)上單調(diào)遞增;
當(dāng)a0時,x(0,+)時,f(x)0,x(-,0)時,f(x)0,
所以函數(shù)f(x)在,(0,+)上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減;
當(dāng)a0時,x(-,0)時,f(x)0,x時,f(x)0,
所以函數(shù)f(x)在(-,0),上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減.
(2)由(1)知,函數(shù)f(x)的兩個極值為f(0)=b,f=a3+b,則函數(shù)f(x)有三個零點(diǎn)等價于f(0)f=ba3+b0,從而或.
又b=c-a,所以當(dāng)a0時,a3-a+c0,
或當(dāng)a0時,a3-a+c0.
設(shè)g(a)=a3-a+c,因?yàn)楹瘮?shù)f(x)有三個零點(diǎn)時,a的取值范圍恰好是(-,-3),則在(-,-3)上g(a)0,且在上g(a)0均恒成立,
從而g(-3)=c-10,且g=c-10,因此c=1.
此時,f(x)=x3+ax2+1-a=(x+1)[x2+(a-1)x+1-a],
因函數(shù)有三個零點(diǎn),則x2+(a-1)x+1-a=0有兩個異于-1的不等實(shí)根,
所以=(a-1)2-4(1-a)=a2+2a-30,且(-1)2-(a-1)+1-a0,
解得a(-,-3)1,,+.
綜上c=1.
[方法點(diǎn)撥] 用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)綜合題的一般步驟:
第一步,將所給問題轉(zhuǎn)化為研究函數(shù)性質(zhì)的問題.
若已給出函數(shù),直接進(jìn)入下一步.
第二步,確定函數(shù)的定義域.
第三步,求導(dǎo)數(shù)f (x),解方程f (x)=0,確定f(x)的極值點(diǎn)x=x0.
第四步,判斷f(x)在給定區(qū)間上的單調(diào)性和極值,若在x=x0左側(cè)f (x)0,右側(cè)f (x)0,則f(x0)為極大值,反之f(x0)為極小值,若在x=x0兩側(cè)f (x)不變號,則x=x0不是f(x)的極值點(diǎn).
第五步,求f(x)的最值,比較各極值點(diǎn)與區(qū)間端點(diǎn)f(a),f(b)的大小,最大的一個為最大值、最小的一個為最小值.
第六步,得出問題的結(jié)論.
8.濟(jì)南市兩會召開前,某政協(xié)委員針對自己提出的環(huán)保提案對某處的環(huán)境狀況進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研,據(jù)測定,該處的污染指數(shù)與附近污染源的強(qiáng)度成正比,與到污染源的距離成反比,比例常數(shù)為k(k0).現(xiàn)已知相距36km的A、B兩家化工廠(污染源)的污染強(qiáng)度分別為正數(shù)a、b,它們連線上任意一點(diǎn)C處的污染指數(shù)y等于兩化工廠對該處的污染指數(shù)之和.設(shè)AC=x(km).
(1)試將y表示為x的函數(shù);
(2)若a=1時,y在x=6處取得最小值,試求b的值.
[解析] (1)設(shè)點(diǎn)C受A污染源污染指數(shù)為,點(diǎn)C受B污染源污染指數(shù)為,其中k為比例系數(shù),且k0.
從而點(diǎn)C處污染指數(shù)y=+(00,即f(x)0,故f(x)為增函數(shù);
當(dāng)xx2時,g(x)0,即f(x)0,故f(x)為減函數(shù);
由f(x)在[3,+)上為減函數(shù),知x2=3,
解得a-,
故a的取值范圍為.
[方法點(diǎn)撥] 1.利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)最值的一般步驟
(1)求定義域;(2)求導(dǎo)數(shù)f (3)求極值,先解方程f (x)=0,驗(yàn)證f (x)在根左右兩側(cè)值的符號確定單調(diào)性,若在x=x0左側(cè)f (x)0,右側(cè)f (x)0,則f(x0)為極大值,反之f(x0)為極小值,若在x=x0兩側(cè)f(x)的值不變號,則x=x0不是f(x)的極值點(diǎn);(4)求最值,比較各極值點(diǎn)與區(qū)間[a,b]的端點(diǎn)值f(a)、f(b)的大小,其中最大的一個為最大值,最小的一個為最小值.
2.已知f(x)在某區(qū)間上的極值或極值的存在情況,則轉(zhuǎn)化為方程f (x)=0的根的大小或存在情況.
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