人教版高中数学选择性必修第二册第5章 一元函数的导数及其应用 质量评估(含解析)

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人教版高中数学选择性必修第二册
第5章一元函数的导数及其应用质量评估(原卷版)
(时间:120分钟,分值:150分)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题5分,共40分)
1.曲线f (x )=x 3+11在点P (1,12)处的切线与y 轴交点的纵坐标为()
A .-9
B .-3
C .9
D .15
2.下列结论正确的个数是(
)
①若f (x )=ln 2,则f ′(x )=12;②若f (x )=1x 2,则f ′(3)=-2
27;③若f (x )=2x ,则f ′(x )=2x ln
2;④若f (x )=log 2x ,则f ′(x )=1
x ln 2.
A .0
B .1
C .2
D .33.函数f (x )=(x -3)e x 的单调递增区间是()A .(-∞,2)B .(0,3)C .(1,4)
D .(2,+∞)
4.函数f (x )=g (x )+x 2,曲线y =g (x )在点(1,g (1))处的切线方程y =2x +1,则曲线y =f (x )在(1,f (1))处切线的斜率为()
A .-14
B .2
C .4
D .-
12
5.如果函数f (x )=2x 3+ax 2+1(a 为常数)在区间(-∞,0)和(2,+∞)上单调递增,且在区间(0,2)上单调递减,则a 的值为()
A .1
B .2
C .-6
D .-12
6.若a >0,b >0,且函数f (x )=4x 3-ax 2-2bx +2在x =1处有极值,则ab 的最大值等于()
A .2
B .3
C .6
D .9
7.已知函数f (x )的导函数的图象如图所示,若△ABC 为锐角三角形,则一定成立的是()
A.f(sinA)>f(cosB)
B.f(sinA)<f(cosB)
C.f(sinA)>f(sinB)
D.f(cosA)<f(cosB)
8.若函数y=f(x)的图象上存在两点,使得函数的图象在这两点处的切线互相垂直,则称y =f(x)具有T性质.下列函数具有T性质的是()
A.y=sin x B.y=ln x
C.y=e x D.y=x3
二、多项选择题(本题共4小题,每小题5分,共20分)
9.已知函数f(x)=x3+ax2+(a+6)x+1有极大值和极小值,则a可取的范围有() A.(-∞,-3]
B.(-∞,-3)
C.[6,+∞)
D.(6,+∞)
10.如图是函数y=f(x)导函数y=f′(x)的图象,下列选项中正确的是()
A.在x2处导函数y=f′(x)有极大值
B.在x1,x4处导函数y=f′(x)有极小值
C.在x3处函数y=f(x)有极大值
D.在x5处函数y=f(x)有极小值
11.对于函数f(x)=16ln(1+x)+x2-10x,下列正确的是()
A.x=3是函数f(x)的一个极值点
B.f(x)的单调递增区间是(-1,1),(2,+∞)
C.f(x)在区间(1,2)上单调递减
D.直线y=16ln3-16与函数y=f(x)的图象有3个交点
12.已知函数f(x)=x2-3x+m-2ln x,()
A.m=3时,f(x)有两个零点
B .m =3时,f (x )的极小值点为2
C .m =3时,f (x )≥0恒成立
D .若f (x )只有一个零点,则m =2+2ln 2
三、填空题(本题共4小题,每小题5分,共20分)
13.设函数f (x )=ax 3+bx 2+cx 在x =1和x =-1处均有极值,且f (-1)=-1,则
a +
b +
c =________.
14.已知函数f (x )=x 3-3ax 2-bx ,其中a ,b 为实数.若f (x )在区间[-1,2]上为减
函数,且b =9a ,则a 的取值范围是________.
15.已知曲线f (x )=ax 3+ln x ,若曲线y =f (x )在x =1处的切线斜率为4,则a =
________;若曲线y =f (x )存在垂直于y 轴的切线,则实数a 的取值范围是________.
16.已知矩形的两个顶点A ,D 位于x 轴上,另两个顶点B ,C 位于抛物线y =4
-x 2在x 轴上方的曲线上,则这个矩形的面积最大时的边长为________.四、解答题(本题共6小题,共70分)
17.(10分)已知函数f (x )=x 3+(1-a )x 2-a (a +2)x +b (a ,b ∈R ).
(1)若函数f (x )的图象过原点,且在原点处的切线斜率是-3,求a ,b 的值;(2)若函数f (x )在区间(-1,1)上不单调,求a 的取值范围.
18.(12分)设f (x )=2x 3+ax 2+bx +1的导函数f ′(x ),若函数y =f ′(x )的图象关于
直线x =-1
2对称,且f ′(1)=0.
(1)求实数a ,b 的值;(2)求函数f (x )的极值.
19.(12分)已知函数f (x )=x 2+x sin x +cos x .
(1)若曲线y =f (x )在点(a ,f (a ))处与直线y =b 相切,求a 与b 的值;(2)若曲线y =f (x )与直线y =b 有两个不同交点,求b 的取值范围.
20.(12分)已知函数f (x )=x 3+ax 2+bx +c 在x =-2
3
与x =1处都取得极值.
(1)求a ,b 的值与函数f (x )的单调区间;
(2)若对x ∈[-1,2],不等式f (x )<c 2恒成立,求c 的取值范围.
21.(12分)有A ,B 两家化工厂,相距48km ,现在要在两家化工厂连线上一点M
处建造居民小区,考虑点M 处的污染指数,据环保部门测定,连线上任意一点处的污染指数与污染源的强度成正比,与到污染源的距离的平方成反比,比例系数分别为k 1,k 2(k 1,k 2>0).若将A ,B 两家化工厂作为污染源,且已知A ,B 两厂的污染强度分别是8p 和p .连
线上任意一点处的污染指数y等于A,B两家化工厂污染指数的和,若设M A=x km.
(1)试将y表示为x的函数;
(2)求当M点处的污染指数y取得最小值时x的值.
x2.
22.(12分)已知函数f(x)=f′(1)e x-1-f(0)x+1
2
(1)求f(x)的解析式及单调区间;
x2+ax+b,求(a+1)b的最大值.
(2)若f(x)≥1
2
人教版高中数学选择性必修第二册
第5章一元函数的导数及其应用质量评估(解析版)
(时间:120分钟,分值:150分)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题5分,共40分)
1.曲线f (x )=x 3+11在点P (1,12)处的切线与y 轴交点的纵坐标为()
A .-9
B .-3
C .9
D .15
C
解析:由已知得切线的斜率k =f ′(1)=3,所以切线方程为y -12=3(x -1),即3x -y +
9=0.
令x =0,得y =9,所以切线与y 轴交点的纵坐标为9.2.下列结论正确的个数是(
)
①若f (x )=ln 2,则f ′(x )=12;②若f (x )=1x 2,则f ′(3)=-2
27;③若f (x )=2x ,则f ′(x )=2x ln
2;④若f (x )=log 2x ,则f ′(x )=1
x ln 2.
A .0
B .1
C .2
D .3
D
解析:①y =ln 2为常数,所以y ′=0,①错;②③④均正确,直接利用求导公式即可
验证.
3.函数f (x )=(x -3)e x 的单调递增区间是()A .(-∞,2)B .(0,3)C .(1,4)D .(2,+∞)
D
解析:f ′(x )=(x -2)e x .由f ′(x )>0得x >2.所以函数f (x )的单调递增区间为(2,+∞).
4.函数f (x )=g (x )+x 2,曲线y =g (x )在点(1,g (1))处的切线方程y =2x +1,则曲线y =f (x )在(1,f (1))处切线的斜率为()
A .-14
B .2
C .4
D .-
12
C
解析:∵y =g (x )在x =1处的切线方程为y =2x +1.∴g ′(1)=k =2,
又f ′(x )=g ′(x )+2x ,∴f ′(1)=g ′(1)+2=4,故曲线y =f (x )在(1,f (1))处切线的斜率为4.
5.如果函数f (x )=2x 3+ax 2+1(a 为常数)在区间(-∞,0)和(2,+∞)上单调递增,且在区间
(0,2)上单调递减,则a 的值为()
A .1
B .2
C .-6
D .-12
C
解析:令f ′(x )=6x 2+2ax =0,得x =0或x =-a
3
,由题意,知f ′(x )=0的两根为0,2,
所以2=-a
3
,所以a =-6.
6.若a >0,b >0,且函数f (x )=4x 3-ax 2-2bx +2在x =1处有极值,则ab 的最大值等于()
A .2
B .3
C .6
D .9
D
解析:∵f ′(x )=12x 2-2ax -2b ,∴f ′(1)=12-2a -2b =0,∴a +b =6.又a >0,b >0,
∴a +b ≥2ab ,∴2ab ≤6,∴ab ≤9,当且仅当a =b =3时等号成立.
7.已知函数f (x )的导函数的图象如图所示,若△ABC 为锐角三角形,则一定成立的是(
)
A .f (sinA)>f (cosB)
B .f (sinA)<f (cosB)
C .f (sinA)>f (sinB)
D .f (cosA)<f (cosB)A
解析:由导函数图象可知,x >0时,f ′(x )>0,即f (x )单调递增.
又△ABC 为锐角三角形,则A +B>π2,即π2>A>π
2-B>0,故,即sinA>cosB>0.
故f (sinA)>f (cosB).
8.若函数y =f (x )的图象上存在两点,使得函数的图象在这两点处的切线互相垂直,则称y =f (x )具有T 性质.下列函数具有T 性质的是()
A .y =sin x
B .y =ln x
C .y =e x
D .y =x 3
A
解析:∵(ln x )′=1
x
>0,(e x )′=e x >0,(x 3)′=3x 2≥0.
∴选项B ,C ,D 中的曲线不存在两点,其切线的斜率之积为-1,只有A 项符合.二、多项选择题(本题共4小题,每小题5分,共20分)
9.已知函数f (x )=x 3+ax 2+(a +6)x +1有极大值和极小值,则a 可取的范围有()
A .(-∞,-3]
B .(-∞,-3)
C .[6,+∞)
D .(6,+∞)BD
解析:依题意f ′(x )=3x 2+2ax +(a +6),对应的判别式Δ=(2a )2-4×3×(a +6)=4a 2
-12a -72>0,即a 2-3a -18>0,即(a -6)(a +3)>0,解得a <-3或a >6.故选BD .10.如图是函数y =f (x )导函数y =f ′(x )的图象,下列选项中正确的是(
)
A .在x 2处导函数y =f ′(x )有极大值
B .在x 1,x 4处导函数y =f ′(x )有极小值
C .在x 3处函数y =f (x )有极大值
D .在x 5处函数y =f (x )有极小值ABCD
解析:根据导函数f ′(x )的图象可知:x 1,x 4的两侧f ′(x )左减右增,所以在x 1,x 4
处导函数y =f ′(x )有极小值;x 2的两侧f ′(x )左增右减,所以在x 2处导函数y =f ′(x )有极大值.
根据导函数f ′(x )的图象可知:x 3的左侧导数大于零,右侧导数小于零,所以在x 3处函数y =f (x )有极大值.x 5的左侧导数小于零,右侧导数大于零,所以在x 5处函数y =f (x )有极小值.故选ABCD .
11.对于函数f (x )=16ln(1+x )+x 2-10x ,下列正确的是()
A .x =3是函数f (x )的一个极值点
B .f (x )的单调递增区间是(-1,1),(2,+∞)
C .f (x )在区间(1,2)上单调递减
D .直线y =16ln 3-16与函数y =f (x )的图象有3个交点ACD
解析:由题得f ′(x )=16
1+x +2x -10=2x 2-8x +61+x
,x >-1.令2x 2-8x +6=0,可得x
=1或3,则f (x )在(-1,1),(3,+∞)上单调递增,在(1,3)上单调递减,所以x =3是函数f (x )的一个极值点,故AC 正确,B 错误.
因为f (1)=16ln(1+1)+12-10=16ln 2-9,f (3)=16ln(1+3)+32-10×3=16ln 4-21,又y =16ln 3-16=f (2),根据f (x )在(1,3)上单调递减得f (1)>f (2)>f (3),得16ln 3-16<16ln 2-9,16ln 3-16>16ln 4-21,
所以直线y =16ln 3-16与函数y =f (x )的图象有3个交点,故D 正确.故选ACD .12.已知函数f (x )=x 2-3x +m -2ln x ,(
)
A.m=3时,f(x)有两个零点
B.m=3时,f(x)的极小值点为2
C.m=3时,f(x)≥0恒成立
D.若f(x)只有一个零点,则m=2+2ln2
ABD解析:对于选项A,当m=3时,f(x)=x2-3x+3-2ln x,其定义域为(0,+∞),f′(x)
=2x-3-2
x=
2x2-3x-2
x=
(2x+1)(x-2)
x
.
令f′(x)=0,得x=2,当0<x<2时,f′(x)<0;当x>2时,f′(x)>0,
∴f(x)在(0,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,
∴f(x)min=f(2)=1-2ln2=1-ln4<0,且f(1)=1>0,f(3)=3-2ln3>0,∴f(x)在定义域内有两个零点,故选项A正确.对于选项B,由上面的推导过程可知,当m=3时,f(x)的极小值点为2,故选项B正确.对于选项C,由上面的推导过程可知,f(2)<0,故选项C错误.对于选项D,若f(x)只有一个零点,则方程x2-3x+m-2ln x=0只有一个根,即方程-m=x2-3x-2ln x只有一个根.令g(x)=x2-3x-2ln x,x>0,则函数g(x)的图象与直线y=-m只
有一个交点.g′(x)=(2x+1)(x-2)
x,
令g′(x)=0,∴x=2,当0<x<2时,g′(x)<0;当x>2时,g′(x)>0,
∴g(x)在(0,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,
∴g(x)min=g(2)=-2-2ln2,且当x→0时,
g(x)→+∞;当x→+∞时,g(x)→+∞.
∴函数g(x)的图象与直线y=-m只有一个交点时,-m=-2-2ln2,∴m=2+2ln2,故选项D正确.故选ABD.
三、填空题(本题共4小题,每小题5分,共20分)
13.设函数f(x)=ax3+bx2+cx在x=1和x=-1处均有极值,且f(-1)=-1,则a+b+c=________.
1解析:f′(x)=3ax2+2bx+c,由题意知f′(1)=3a+2b+c=0,f′(-1)=3a-2b+c=0,
又f(-1)=-a+b-c=-1,可解得a=-1
2,b=0,c=
3
2,所以a+b+c=1.
14.已知函数f(x)=x3-3ax2-bx,其中a,b为实数.若f(x)在区间[-1,2]上为减函数,且b=9a,则a的取值范围是________.
[1,+∞)解析:由题意知f′(x)=3x2-6ax-b≤0对x∈[-1,2]恒成立,b=9a,所以f′(x)
=3x2-6ax-9a≤0,即x2-2ax-3a≤0对x∈[-1,2]恒成立.因为2x+3>0,所以a≥x2
2x+3对x∈[-1,2]恒成立,容易求得a≥1.
15.已知曲线f (x )=ax 3+ln x ,若曲线y =f (x )在x =1处的切线斜率为4,则a =
________;若曲线y =f (x )存在垂直于y 轴的切线,则实数a 的取值范围是________.1
(-∞,0)
解析:f ′(x )=3ax 2+1
x
.
令f ′(1)=3a +1=4,得a =1.∵f (x )存在垂直于y 轴的切线,∴f ′(x )=0有解,即3ax 2+1
x =0有解,
∴3a =-1
x 3,而x >0,
∴a ∈(-∞,0).
16.已知矩形的两个顶点A ,D 位于x 轴上,另两个顶点B ,C 位于抛物线y =4
-x 2在x 轴上方的曲线上,则这个矩形的面积最大时的边长为________.433,8
3
解析:由题意,设矩形边长AD =2x ,则AB =4-x 2,
∴矩形面积为S =2x (4-x 2)=8x -2x 3(0<x <2).∴S ′=8-6x 2.令S ′=0,解得x 1=
233,x 2=-23
3
(舍去).当0<x <23
3时,S ′>0;
当233<x <2时,S ′<0.
∴当x =
233时,S 取得最大值为323
9
.即矩形的边长分别是433,8
3时,矩形的面积最大.
四、解答题(本题共6小题,共70分)
17.(10分)已知函数f (x )=x 3+(1-a )x 2-a (a +2)x +b (a ,b ∈R ).
(1)若函数f (x )的图象过原点,且在原点处的切线斜率是-3,求a ,b 的值;(2)若函数f (x )在区间(-1,1)上不单调,求a 的取值范围.解:(1)由函数f (x )的图象过原点,得b =0.又f ′(x )=3x 2+2(1-a )x -a (a +2),f (x )在原点处的切线斜率是-3,∴-a (a +2)=-3,解得a =-3或a =1.
(2)由f′(x)=0,得x1=a,x2=-a+2
3
.又f(x)在(-1,1)上不单调,
1<a<1,
≠-a+2
3
1<-
a+2
3
<1,
≠-a+2
3

1<a<1,
≠-1
2
5<a<1,
≠-1
2
.
所以a
5

1
2

18.(12分)设f(x)=2x3+ax2+bx+1的导函数f′(x),若函数y=f′(x)的图象关于直线x=-
1
2对称,且f′(1)=0.
(1)求实数a,b的值;
(2)求函数f(x)的极值.
解:(1)因为f(x)=2x3+ax2+bx+1,
所以f′(x)=6x2+2ax+b,
从而f′(
x)=
+b-
a2
6,即y=f′(x)的图象关于直线x=-
a
6对称,
从而由题设条件知-
a
6=-
1
2,解得a=3.
又因为f′(1)=0,所以6+2a+b=0,解得b=-12.
所以实数a,b的值分别为3,-12.
(2)由(1)知,f(x)=2x3+3x2-12x+1,
f′(x)=6x2+6x-12=6(x-1)(x+2).
令f′(x)=0,即6(x-1)(x+2)=0,解得x1=-2,x2=1,
当x∈(-∞,-2)时,f′(x)>0,故f(x)在区间(-∞,-2)内为增函数;
当x∈(-2,1)时,f′(x)<0,
故f(x)在区间(-2,1)内为减函数;
当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,
故f(x)在区间(1,+∞)内为增函数;
从而函数f(x)在x1=-2处取得极大值f(-2)=21
,在x2=1处取得极小值f(1)=-6.
19.(12分)已知函数f(x)=x2+x sin x+cos x.
(1)若曲线y=f(x)在点(a,f(a))处与直线y=b相切,求a与b的值;
(2)若曲线y =f (x )与直线y =b 有两个不同交点,求b 的取值范围.解:由f (x )=x 2+x sin x +cos x ,得f ′(x )=x (2+cos x ).
(1)因为曲线y =f (x )在点(a ,f (a ))处与直线y =b 相切,所以f ′(a )=a (2+cos a )=0,b =f (a ).解得a =0,b =f (0)=1.(2)令f ′(x )=0,得x =0.f (x )与f ′(x )的变化情况如下:
x (-∞,0)
0(0,+∞)
f ′(x )-0+f (x )
单调递减
1
单调递增
所以函数f (x )在区间(-∞,0)上单调递减,在区间(0,+∞)上单调递增,f (0)=1是f (x )的最小值.
因此b 的取值范围是(1,+∞).
20.(12分)已知函数f (x )=x 3+ax 2+bx +c 在x =-2
3
与x =1处都取得极值.
(1)求a ,b 的值与函数f (x )的单调区间;
(2)若对x ∈[-1,2],不等式f (x )<c 2恒成立,求c 的取值范围.解:(1)对f (x )=x 3+ax 2+bx +c 求导,得f ′(x )=3x 2+2ax +b .
由f =43-43a +b =0,f ′(1)=3+2a +b =0,得a =-1
2
,b =-2.
∴f ′(x )=3x 2-x -2=(3x +2)(x -1).令f ′(x )=0,解得x =-2
3或x =1.
当x 变化时,f ′(x )的变化情况如下表:
(2)f (x )=x 3-12x 2-2x +c ,x ∈[-1,2].当x =-23时,=22
27+c 为极大值,而f (2)=2+c ,
则f (2)=2+c 为最大值.
要使f (x )<c 2(x ∈[-1,2])恒成立,只需c 2>f (2)=2+c ,解得c <-1或c >2.∴c 的取值范围是(-∞,-1)∪(2,+∞).
21.(12分)有A ,B 两家化工厂,相距48km ,现在要在两家化工厂连线上一点M
处建造居民小区,考虑点M 处的污染指数,据环保部门测定,连线上任意一点处的污染指数与污染源的强度成正比,与到污染源的距离的平方成反比,比例系数分别为k 1,k 2(k 1,k 2>0).若将A ,B 两家化工厂作为污染源,且已知A ,B 两厂的污染强度分别是8p 和p .连线上任意一点处的污染指数y 等于A ,B 两家化工厂污染指数的和,若设M A =x km .(1)试将y 表示为x 的函数;
(2)求当M 点处的污染指数y 取得最小值时x 的值.
解:(1)点M 处受A 工厂的污染指数为8pk 1·k 2
x 2,受B 工厂的污染指数为pk 1·k 2(48-x )2,
从而点M 处的污染指数
y =8pk 1·k
2x 2+pk 1·
k 2(48-x )2,其中0<x <48.(2)由(1)知y =8pk 1·k
2x 2+pk 1·
k 2(48-x )2=pk 1k 28
x 2+
1(48-x )2,
所以y ′=pk 1k 2-16x 3+
2
(48-x )3,令y ′=0,
即pk 1k 2-16x 3

2
(48-x )3=0,得x =32,且当0<x <32时y ′<0;当32<x <48时y ′>0,因此y 在x =32处取得极小值,即最小值.
故当点M 处的污染指数y 取得最小值时x 的值等于32.
22.(12分)已知函数f (x )=f ′(1)e x -
1-f (0)x +12
x 2.
(1)求f (x )的解析式及单调区间;
(2)若f (x )≥1
2x 2+ax +b ,求(a +1)b 的最大值.
解:(1)f (x )=f ′(1)e x -1-f (0)x +1
2x 2,
则f ′(x )=f ′(1)e x -
1-f (0)+x .
令x =1,得f (0)=1.∴f (x )=f ′(1)e x -
1-x +12x 2.
令x =0得f (0)=f ′(1)e -1=1,∴f ′(1)=e.∴f (x )=e x -x +1
2
x 2.
设g(x)=f′(x),
则g(x)=f′(x)=e x-1+x.
∵g′(x)=e x+1>0,∴f′(x)=g(x)在x∈R上单调递增.∴f′(x)>0=f′(0)⇒x>0;f′(x)<0=f′(0)⇒x<0.
综上可知,f(x)的解析式为f(x)=e x-x+1
2
x2,且单调递增区间为(0,+∞),单调递减区间为
(-∞,0).
(2)f(x)≥1
2
x2+ax+b⇔h(x)=e x-(a+1)x-b≥0.
易得h′(x)=e x-(a+1).
①当a+1≤0时,h′(x)>0,
∴y=h(x)在x∈R上单调递增,
此时当x→-∞时,h(x)→-∞与h(x)≥0矛盾;
②当a+1>0时,h′(x)>0⇔x>ln(a+1),h′(x)<0⇔x<ln(a+1),∴当x=ln(a+1)时,h(x)min=(a+1)-(a+1)ln(a+1)-b≥0,(a+1)b≤(a+1)2-(a+1)2ln(a+1)(a+1>0).
令F(x)=x2-x2ln x(x>0),
则F′(x)=x(1-2ln x).
F′(x)>0⇔0<x<e;F′(x)<0⇔x>e.
∴当x=e时,F(x)max=e 2 .
∴当a=e-1,b=
e
2时,(a+1)b的最大值为
e
2
.。

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