高考数学(理科)二轮复习【专题2】函数的应用(含答案)
2020届高考数学(理)二轮专题复习: 专题二 函数、不等式、导数 1-2-2 Word版含答案.doc

限时规范训练五 不等式及线性规划限时45分钟,实际用时分值80分,实际得分一、选择题(本题共12小题,每小题5分,共60分) 1.设0<a <b <1,则下列不等式成立的是( ) A .a 3>b 3B.1a <1bC .a b >1D .lg(b -a )<a解析:选D.∵0<a <b <1,∴0<b -a <1-a ,∴lg(b -a )<0<a ,故选D. 2.已知a ,b 是正数,且a +b =1,则1a +4b( )A .有最小值8B .有最小值9C .有最大值8D .有最大值9解析:选B.因为1a +4b =⎝ ⎛⎭⎪⎫1a +4b (a +b )=5+b a +4ab≥5+2b a ·4a b =9,当且仅当b a =4a b且a +b =1,即a =13,b =23时取“=”,所以1a +4b的最小值为9,故选B.3.对于任意实数a ,b ,c ,d ,有以下四个命题: ①若ac 2>bc 2,则a >b ;②若a >b ,c >d ,则a +c >b +d ; ③若a >b ,c >d ,则ac >bd ; ④若a >b ,则1a >1b.其中正确的有( ) A .1个 B .2个 C .3个D .4个解析:选B.①ac 2>bc 2,则c ≠0,则a >b ,①正确; ②由不等式的同向可加性可知②正确; ③需满足a 、b 、c 、d 均为正数才成立;④错误,如:令a =-1,b =-2,满足-1>-2,但1-1<1-2.故选B. 4.已知不等式ax 2-bx -1>0的解集是⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫x ⎪⎪⎪-12<x <-13,则不等式x 2-bx -a ≥0的解集是( )A .{x |2<x <3}B .{x |x ≤2或x ≥3}C.⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫x ⎪⎪⎪13<x <12 D.⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫x ⎪⎪⎪x <13或x >12解析:选B.∵不等式ax 2-bx -1>0的解集是⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫x ⎪⎪⎪-12<x <-13, ∴ax 2-bx -1=0的解是x 1=-12和x 2=-13,且a <0.∴⎩⎪⎨⎪⎧-12-13=ba ,⎝ ⎛⎭⎪⎫-12×⎝ ⎛⎭⎪⎫-13=-1a ,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =-6,b =5.则不等式x 2-bx -a ≥0即为x 2-5x +6≥0,解得x ≤2或x ≥3. 5.若x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧3x -y ≥0,x +y -4≤0,y ≥12x 2,则z =y -x 的取值范围为( )A .[-2,2] B.⎣⎢⎡⎦⎥⎤-12,2C .[-1,2]D.⎣⎢⎡⎦⎥⎤-12,1 解析:选B.作出可行域(图略),设直线l :y =x +z ,平移直线l ,易知当l 过直线3x -y =0与x +y -4=0的交点(1,3)时,z 取得最大值2;当l 与抛物线y =12x 2相切时,z 取得最小值,由⎩⎪⎨⎪⎧z =y -x ,y =12x 2,消去y 得x 2-2x -2z =0,由Δ=4+8z =0,得z =-12,故-12≤z ≤2,故选B.6.设等差数列{a n }的公差是d ,其前n 项和是S n ,若a 1=d =1,则S n +8a n的最小值是( ) A.92 B.72 C .22+12D .22-12解析:选A.∵a n =a 1+(n -1)d =n ,S n =n+n2, ∴S n +8a n=n+n2+8n=12⎝ ⎛⎭⎪⎫n +16n +1≥12⎝⎛⎭⎪⎫2n ·16n +1=92,当且仅当n =4时取等号.∴S n +8a n 的最小值是92,故选A.7.一条长为2的线段,它的三个视图分别是长为3,a ,b 的三条线段,则ab 的最大值为( ) A. 5 B. 6 C.52D .3解析:选C.如图,构造一个长方体,体对角线长为2,由题意知a 2+x 2=4,b 2+y 2=4,x2+y 2=3,则a 2+b 2=x 2+y 2+2=3+2=5,又5=a 2+b 2≥2ab ,所以ab ≤52,当且仅当a =b 时取等号,所以选C.8.设x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x ≥0,y ≥x ,4x +3y ≤12,则x +2y +3x +1的取值范围是( ) A .[1,5] B .[2,6] C .[3,11]D .[3,10]解析:选C.画出约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x ≥0,y ≥x ,4x +3y ≤12的可行域如图阴影部分所示,则x +2y +3x +1=x +1+2y +2x +1=1+2×y +1x +1,y +1x +1的几何意义为过点(x ,y )和(-1,-1)的直线的斜率.由可行域知y +1x +1的取值范围为k MA ≤y +1x +1≤k MB ,即y +1x +1∈[1,5],所以x +2y +3x +1的取值范围是[3,11].9.设x ,y 满足不等式⎩⎪⎨⎪⎧y ≤2,x +y ≥1,x -y ≤1,若M =3x +y ,N =⎝ ⎛⎭⎪⎫12x-72,则M -N 的最小值为( )A.12 B .-12C .1D .-1解析:选A.作出不等式组所表示的平面区域,如图中阴影部分所示,易求得A (-1,2),B (3,2),当直线3x +y -M =0经过点A (-1,2)时,目标函数M =3x +y 取得最小值-1.又由平面区域知-1≤x ≤3,所以函数N =⎝ ⎛⎭⎪⎫12x-72在x =-1处取得最大值-32,由此可得M -N 的最小值为-1-⎝ ⎛⎭⎪⎫-32=12.10.若不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x -y ≥0,2x +y ≤2,y ≥0,x +y ≤a表示的平面区域的形状是三角形,则a 的取值范围是( )A .a ≥43B .0<a ≤1C .1≤a ≤43D .0<a ≤1或a ≥43解析:选D.作出不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x -y ≥0,2x +y ≤2,y ≥0表示的平面区域如图中阴影部分所示.其中直线x -y =0与直线2x +y =2的交点是⎝ ⎛⎭⎪⎫23,23,而直线x +y =a 与x 轴的交点是(a,0).由图知,要使原不等式组表示的平面区域的形状为三角形,只需a ≥23+23或0<a ≤1,所以选D.11.已知不等式组⎩⎪⎨⎪⎧3x +4y -10≥0,x ≤4,y ≤3表示区域D ,过区域D 中任意一点P 作圆x 2+y 2=1的两条切线,切点分别为A 、B ,当∠APB 最大时,cos∠APB =( )A.32 B.12 C .-32D .-12解析:选B.画出不等式组表示的可行域如图中阴影部分所示,易知当点P 到点O 距离最小时,∠APB 最大,此时|OP |=|3×0+4×0-10|32+42=2,又OA =1,故∠OPA =π6, ∴∠APB =π3,∴cos∠APB =12.12.已知函数f (x )=x 3+ax 2+bx +c ,且0<f (-1)=f (-2)=f (-3)≤3,则( ) A .c ≤3 B .3<c ≤6 C .6<c ≤9D .c >9解析:选C.由0<f (-1)=f (-2)=f (-3)≤3,得0<-1+a -b +c =-8+4a -2b +c =-27+9a -3b +c ≤3,由-1+a -b +c =-8+4a -2b +c ,得3a -b -7=0,① 由-1+a -b +c =-27+9a -3b +c ,得 4a -b -13=0,②由①②,解得a =6,b =11,∴0<c -6≤3, 即6<c ≤9,故选C.二、填空题(本题共4小题,每小题5分,共20分)13.函数f (x )=1+log a x (a >0,且a ≠1)的图象恒过定点A ,若点A 在直线mx +ny -2=0上,其中mn >0,则1m +1n的最小值为________.解析:因为log a 1=0,所以f (1)=1,故函数f (x )的图象恒过定点A (1,1). 由题意,点A 在直线mx +ny -2=0上,所以m +n -2=0,即m +n =2.而1m +1n =12⎝ ⎛⎭⎪⎫1m +1n ×(m +n ) =12⎝⎛⎭⎪⎫2+n m +m n ,因为mn >0,所以nm >0,m n>0. 由均值不等式,可得n m +m n ≥2×n m ×mn=2(当且仅当m =n 时等号成立), 所以1m +1n =12⎝ ⎛⎭⎪⎫2+n m +m n ≥12×(2+2)=2,即1m +1n 的最小值为2.答案:214.设P (x ,y )是函数y =2x(x >0)图象上的点,则x +y 的最小值为________.解析:因为x >0,所以y >0,且xy =2.由基本不等式得x +y ≥2xy =22,当且仅当x =y 时等号成立.答案:2 215.若变量x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x ≥1,y ≥x ,3x +2y ≤15,则w =4x ·2y的最大值是________.解析:作出不等式组表示的可行域如图阴影部分所示.w =4x ·2y =22x +y,要求其最大值,只需求出2x +y =t 的最大值即可,由平移可知t =2x +y 在A (3,3)处取得最大值t =2×3+3=9,故w =4x·2y的最大值为29=512.答案:51216.已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧-x 2+x ,x ≤1,log 13x ,x >1,若对任意的x ∈R ,不等式f (x )≤m 2-34m 恒成立,则实数m 的取值范围为________.解析:由题意知,m 2-34m ≥f (x )max .当x >1时,f (x )=log 13x 是减函数,且f (x )<0;当x ≤1时,f (x )=-x 2+x ,其图象的对称轴方程是x =12,且开口向下,∴f (x )max =-14+12=14.∴m 2-34m ≥14,即4m 2-3m -1≥0,∴m ≤-14或m ≥1.答案:⎝ ⎛⎦⎥⎤-∞,-14∪[1,+∞)。
高考数学二轮复习 专题2 三角函数、三角变换、解三角形、平面向量 第一讲 三角函数的图象与性质 理-

专题二 三角函数、三角变换、解三角形、平面向量第一讲 三角函数的图象与性质1.角的概念.(1)终边相同的角不一定相等,相等的角终边一定相同(填“一定”或“不一定”). (2)确定角α所在的象限,只要把角α表示为α=2k π+α0[k ∈Z,α0∈[0,2π)],判断出α0所在的象限,即为α所在象限.2.诱导公式.诱导公式是求三角函数值、化简三角函数的重要依据,其记忆口诀为:奇变偶不变,符号看象限.1.三角函数的定义:设α是一个任意大小的角,角α的终边与单位圆交于点P (x ,y ),则sin α=y ,cos α=x ,tan α=yx.2.同角三角函数的基本关系. (1)sin 2α+cos 2α=1. (2)tan α=sin αcos α.判断下面结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”).(1)角α终边上点P 的坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,32,那么sin α=32,cos α=-12;同理角α终边上点Q 的坐标为(x 0,y 0),那么sin α=y 0,cos α=x 0.(×)(2)锐角是第一象限角,反之亦然.(×) (3)终边相同的角的同一三角函数值相等.(√)(4)常函数f (x )=a 是周期函数,它没有最小正周期.(√) (5)y =cos x 在第一、二象限上是减函数.(×) (6)y =tan x 在整个定义域上是增函数.(×)1.(2015·某某卷)若sin α=-513,且α为第四象限角,则tan α的值等于(D )A.125 B .-125 C.512 D .-512解析:解法一:因为α为第四象限的角,故cos α=1-sin 2α=1-(-513)2=1213,所以tan α=sin αcos α=-5131213=-512. 解法二:因为α是第四象限角,且sin α=-513,所以可在α的终边上取一点P (12,-5),则tan α=y x =-512.故选D.2.已知α的终边经过点A (5a ,-12a ),其中a <0,则sin α的值为(B ) A .-1213 B.1213 C.513 D .-5133.(2014·新课标Ⅰ卷)在函数①y =cos|2x |,②y =|cos x |,③y =cos ⎝⎛⎭⎪⎫2x +π6,④y=tan ⎝⎛⎭⎪⎫2x -π4中,最小正周期为π的所有函数为(A ) A .①②③ B .①③④C .②④D .①③解析:①中函数是一个偶函数,其周期与y =cos 2x 相同,T =2π2=π;②中函数y =|cos x |的周期是函数y =cos x 周期的一半,即T =π;③T =2π2=π;④T =π2.故选A.4.(2015·某某卷)如图,某港口一天6时到18时的水深变化曲线近似满足函数y =3sin(π6x +φ)+k .据此函数可知,这段时间水深(单位:m)的最大值为(C )A .5B .6C .8D .10解析:根据图象得函数的最小值为2,有-3+k =2,k =5,最大值为3+k =8.一、选择题1.若sin(α-π)=35,α为第四象限角,则tan α=(A )A .-34B .-43C.34D.43 解析:∵sin(α-π)=35,∴-sin α=35,sin α=-35.又∵α为第四象限角, ∴cos α= 1-sin 2α= 1-⎝ ⎛⎭⎪⎫-352=45, tan α=sin αcos α=-3545=-34.2. 定义在R 上的周期函数f (x ),周期T =2,直线x =2是它的图象的一条对称轴,且f (x )在[-3,-2]上是减函数,如果A ,B 是锐角三角形的两个内角,则(A )A .f (sin A )>f (cosB ) B .f (cos B )>f (sin A )C .f (sin A )>f (sin B )D .f (cos B )>f (cos A )解析:由题意知:周期函数f (x )在[-1,0]上是减函数,在[0,1]上是增函数.又因为A ,B 是锐角三角形的两个内角,A +B >π2,得:sin A >cos B ,故f (sin A )>f (cos B ).综上知选A.3.函数y =2sin ⎝⎛⎭⎪⎫πx 6-π3(0≤x ≤9)的最大值与最小值之和为(A )A .2- 3B .0C .-1D .-1- 3解析:用五点作图法画出函数y =2sin ⎝⎛⎭⎪⎫πx 6-π3(0≤x ≤9)的图象,注意0≤x ≤9知,函数的最大值为2,最小值为- 3.故选A.4. 把函数y =cos 2x +1的图象上所有点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),然后向左平移1个单位长度,再向下平移 1个单位长度,得到的图象是(A )解析:y =cos 2x +1的图象上所有点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),然后向左平移1个单位长度,再向下平移1个单位长度,得到的解析式为y =cos (x +1).故选A.5.(2015·新课标Ⅰ卷)函数f (x )=cos(ωx +φ)的部分图象如图所示,则f (x )的单调递减区间为(D )A.⎝⎛⎭⎪⎫k π-14,k π+34,k ∈ZB.⎝⎛⎭⎪⎫2k π-14,2k π+34,k ∈Z C.⎝ ⎛⎭⎪⎫k -14,k +34,k ∈ZD.⎝⎛⎭⎪⎫2k -14,2k +34,k ∈Z 解析:由图象知周期T =2⎝ ⎛⎭⎪⎫54-14=2,∴2πω=2,∴ω=π.由π×14+φ=π2+2k π,k ∈Z ,不妨取φ=π4,∴f (x )=cos ⎝⎛⎭⎪⎫πx +π4.由2k π<πx +π4<2k π+π,得2k -14<x <2k +34,k ∈Z ,∴f (x )的单调递减区间为⎝⎛⎭⎪⎫2k -14,2k +34,k ∈Z.故选D.6.已知函数f (x )=A sin(ωx +φ)(x ∈R,A >0,ω>0,|φ|<π2)的图象(部分)如图所示,则f (x )的解析式是(A )A .f (x )=2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫πx +π6(x ∈R)B .f (x )=2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πx +π6(x ∈R)C .f (x )=2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫πx +π3(x ∈R)D .f (x )=2sin ⎝⎛⎭⎪⎫2πx +π3(x ∈R) 解析:由图象可知其周期为:4⎝ ⎛⎭⎪⎫56-13=2,∵2πω=2,得ω=π,故只可能在A ,C 中选一个,又因为x =13时达到最大值,用待定系数法知φ=π6.二、填空题7.若sin θ=-45,tan θ>0,则cos θ=-35.8.已知角α的终边经过点(-4,3),则cos α=-45.解析:由题意可知x =-4,y =3,r =5,所以cos α=x r =-45.三、解答题9. (2014·某某卷)已知函数f (x )=2cos x (sin x +cos x ). (1)求f ⎝⎛⎭⎪⎫5π4的值;(2)求函数f (x )的最小正周期及单调递增区间.分析:思路一 直接将5π4代入函数式,应用三角函数诱导公式计算.(2)应用和差倍半的三角函数公式,将函数化简2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π4+1. 得到T =2π2=π.由2k π-π2≤2x +π4≤2k π+π2,k ∈Z ,解得k π-3π8≤x ≤k π+π8,k ∈Z.思路二 先应用和差倍半的三角函数公式化简函数f (x )=2sin x cos x +2cos 2x =2sin ⎝⎛⎭⎪⎫2x +π4+1.(1)将5π4代入函数式计算;(2)T =2π2=π.由2k π-π2≤2x +π4≤2k π+π2,k ∈Z ,解得k π-3π8≤x ≤k π+π8,k ∈Z.解析:解法一 (1)f ⎝⎛⎭⎪⎫5π4=2cos 5π4⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 5π4+cos 5π4=-2cos π4⎝ ⎛⎭⎪⎫-sin π4-cos π4=2.(2)因为f (x )=2sin x cos x +2cos 2x =sin 2x +cos 2x +1 =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π4+1. 所以T =2π2=π.由2k π-π2≤2x +π4≤2k π+π2,k ∈Z ,得k π-3π8≤x ≤k π+π8,k ∈Z ,所以f (x )的单调递增区间为⎣⎢⎡⎦⎥⎤k π-3π8,k π+π8,k ∈Z.解法二 因为f (x )=2sin x cos x +2cos 2x =sin 2x +cos 2x +1 =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π4+1.(1)f ⎝⎛⎭⎪⎫5π4=2sin 11π4+1=2sin π4+1=2. (2)T =2π2=π.由2k π-π2≤2x +π4≤2k π+π2,k ∈Z ,得k π-3π8≤x ≤k π+π8,k ∈Z ,所以f (x )的单调递增区间为⎣⎢⎡⎦⎥⎤k π-3π8,k π+π8,k ∈Z.10.函数f (x )=A sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫ωx -π6+1(A >0,ω>0)的最大值为3, 其图象相邻两条对称轴之间的距离为π2.(1)求函数f (x )的解析式;word(2)设α∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,π2,则f ⎝ ⎛⎭⎪⎫α2=2,求α的值. 解析:(1)∵函数f (x )的最大值为3,∴A +1=3,即A =2.∵函数图象的相邻两条对称轴之间的距离为π2, ∴最小正周期为 T =π,∴ω=2,故函数f (x )的解析式为y =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π6+1. (2)∵f ⎝ ⎛⎭⎪⎫α2=2sin ⎝⎛⎭⎪⎫α-π6+1=2, 即sin ⎝⎛⎭⎪⎫α-π6=12, ∵0<α<π2,∴-π6<α-π6<π3. ∴α-π6=π6,故α=π3. 11.(2015·卷)已知函数f (x )=2sin x 2cos x 2-2sin 2x 2. (1)求f (x )的最小正周期;(2)求f (x )在区间[-π,0]上的最小值.解析:(1)由题意得f (x )=22sin x -22(1-cos x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π4-22,所以f (x )的最小正周期为2π.(2)因为-π≤x ≤0,所以-3π4≤x +π4≤π4. 当x +π4=-π2,即x =-3π4时,f (x )取得最小值. 所以f (x )在区间[-π,0]上的最小值为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫-3π4=-1-22.。
高考数学(理科)二轮复习【专题2】导数及其应用(含答案)

第3讲导数及其应用考情解读(1)导数的意义和运算是导数应用的基础,是高考的一个热点.(2)利用函数的单调性和最值确定函数的解析式或参数的值,突出考查导数的工具性作用.1.导数的几何意义函数y=f(x)在点x=x0处的导数值就是曲线y=f(x)在点(x0,f(x0))处的切线的斜率,其切线方程是y-f(x0)=f′(x0)(x-x0).2.导数与函数单调性的关系(1)f′(x)>0是f(x)为增函数的充分不必要条件,如函数f(x)=x3在(-∞,+∞)上单调递增,但f′(x)≥0.(2)f′(x)≥0是f(x)为增函数的必要不充分条件,当函数在某个区间内恒有f′(x)=0时,则f(x)为常函数,函数不具有单调性.3.函数的极值与最值(1)函数的极值是局部范围内讨论的问题,函数的最值是对整个定义域而言的,是在整个范围内讨论的问题.(2)函数在其定义区间的最大值、最小值最多有一个,而函数的极值可能不止一个,也可能没有.(3)闭区间上连续的函数一定有最值,开区间内的函数不一定有最值,若有唯一的极值,则此极值一定是函数的最值.热点一导数的运算和几何意义例1(1)(2014·广东)曲线y=e-5x+2在点(0,3)处的切线方程为________.(2)在平面直角坐标系xOy中,设A是曲线C1:y=ax3+1(a>0)与曲线C2:x2+y2=52的一个公共点,若C1在A处的切线与C2在A处的切线互相垂直,则实数a的值是________.思维启迪(1)先根据导数的几何意义求出切线的斜率,写出点斜式方程,再化为一般式方程.(2)A点坐标是解题的关键点,列方程求出.答案(1)5x+y-3=0(2)4解析(1)因为y′=e-5x(-5x)′=-5e-5x,所以y ′|x =0=-5,故切线方程为y -3=-5(x -0), 即5x +y -3=0.(2)设A (x 0,y 0),则C 1在A 处的切线的斜率为f ′(x 0)=3ax 20,C 2在A 处的切线的斜率为-1k OA =-x 0y 0,又C 1在A 处的切线与C 2在A 处的切线互相垂直, 所以(-x 0y 0)·3ax 20=-1,即y 0=3ax 30,又ax 30=y 0-1,所以y 0=32,代入C 2:x 2+y 2=52,得x 0=±12,将x 0=±12,y 0=32代入y =ax 3+1(a >0),得a =4.思维升华 (1)求曲线的切线要注意“过点P 的切线”与“在点P 处的切线”的差异,过点P 的切线中,点P 不一定是切点,点P 也不一定在已知曲线上,而在点P 处的切线,必以点P 为切点.(2)利用导数的几何意义解题,主要是利用导数、切点坐标、切线斜率之间的关系来进行转化.以平行、垂直直线斜率间的关系为载体求参数的值,则要求掌握平行、垂直与斜率之间的关系,进而和导数联系起来求解.(1)已知函数y =f (x )的导函数为f ′(x )且f (x )=x 2f ′(π3)+sin x ,则f ′(π3)=________.(2)若曲线f (x )=x sin x +1在x =π2处的切线与直线ax +2y +1=0互相垂直,则实数a =________.答案 (1)36-4π(2)2 解析 (1)因为f (x )=x 2f ′(π3)+sin x ,所以f ′(x )=2xf ′(π3)+cos x .所以f ′(π3)=2×π3f ′(π3)+cos π3.所以f ′(π3)=36-4π. (2)f ′(x )=sin x +x cos x ,f ′(π2)=1,即函数f (x )=x sin x +1在点x =π2处的切线的斜率是1,直线ax +2y +1=0的斜率是-a2,所以(-a2)×1=-1,解得a =2.热点二 利用导数研究函数的性质例2 已知函数f (x )=(x +a )e x ,其中e 是自然对数的底数,a ∈R . (1)求函数f (x )的单调区间;(2)当x ∈[0,4]时,求函数f (x )的最小值.思维启迪 (1)直接求f ′(x ),利用f ′(x )的符号确定单调区间;(2)讨论区间[0,4]和所得单调区间的关系,一般情况下,f (x )的最值可能在极值点或给定区间的端点处取到. 解 (1)因为f (x )=(x +a )e x ,x ∈R , 所以f ′(x )=(x +a +1)e x . 令f ′(x )=0,得x =-a -1.当x 变化时,f (x )和f ′(x )的变化情况如下:故f (x )单调增区间为(-a -1,+∞).(2)由(1)得,f (x )的单调减区间为(-∞,-a -1); 单调增区间为(-a -1,+∞).所以当-a -1≤0,即a ≥-1时,f (x )在[0,4]上单调递增,故f (x )在[0,4]上的最小值为 f (x )min =f (0)=a ;当0<-a -1<4,即-5<a <-1时, f (x )在(0,-a -1)上单调递减, f (x )在(-a -1,4)上单调递增,故f (x )在[0,4]上的最小值为f (x )min =f (-a -1) =-e-a -1;当-a -1≥4,即a ≤-5时,f (x )在[0,4]上单调递减, 故f (x )在[0,4]上的最小值为f (x )min =f (4) =(a +4)e 4.所以函数f (x )在[0,4]上的最小值为f (x )min =⎩⎪⎨⎪⎧a , a ≥-1,-e-a -1, -5<a <-1,(a +4)e 4, a ≤-5.思维升华 利用导数研究函数性质的一般步骤: (1)确定函数的定义域;(2)求导函数f ′(x );(3)①若求单调区间(或证明单调性),只要在函数定义域内解(或证明)不等式f ′(x )>0或f ′(x )<0.②若已知函数的单调性,则转化为不等式f ′(x )≥0或f ′(x )≤0在单调区间上恒成立问题来求解.(4)①若求极值,则先求方程f ′(x )=0的根,再检查f ′(x )在方程根的左右函数值的符号. ②若已知极值大小或存在情况,则转化为已知方程f ′(x )=0根的大小或存在情况来求解. (5)求函数f (x )在闭区间[a ,b ]的最值时,在得到极值的基础上,结合区间端点的函数值f (a ),f (b )与f (x )的各极值进行比较得到函数的最值.已知函数f (x )=ln x +2ax,a ∈R .(1)若函数f (x )在[2,+∞)上是增函数,求实数a 的取值范围; (2)若函数f (x )在[1,e]上的最小值为3,求实数a 的值. 解 (1)∵f (x )=ln x +2a x ,∴f ′(x )=1x -2ax 2.∵f (x )在[2,+∞)上是增函数,∴f ′(x )=1x -2ax 2≥0在[2,+∞)上恒成立,即a ≤x2在[2,+∞)上恒成立.令g (x )=x2,则a ≤g (x )min ,x ∈[2,+∞),∵g (x )=x2在[2,+∞)上是增函数,∴g (x )min =g (2)=1.∴a ≤1,即实数a 的取值范围为(-∞,1]. (2)由(1)得f ′(x )=x -2ax2,x ∈[1,e].①若2a <1,则x -2a >0,即f ′(x )>0在[1,e]上恒成立, 此时f (x )在[1,e]上是增函数.所以f (x )min =f (1)=2a =3,解得a =32(舍去).②若1≤2a ≤e ,令f ′(x )=0,得x =2a . 当1<x <2a 时,f ′(x )<0,所以f (x )在(1,2a )上是减函数,当2a <x <e 时,f ′(x )>0,所以f (x )在(2a ,e)上是增函数. 所以f (x )min =f (2a )=ln(2a )+1=3, 解得a =e 22(舍去).③若2a >e ,则x -2a <0,即f ′(x )<0在[1,e]上恒成立,此时f (x )在[1,e]上是减函数. 所以f (x )min =f (e)=1+2ae=3,得a =e ,适合题意. 综上a =e.热点三 导数与方程、不等式例3 已知函数f (x )=ln x ,g (x )=ax (a >0),设F (x )=f (x )+g (x ).(1)求函数F (x )的单调区间;(2)若以函数y =F (x )(x ∈(0,3])图象上任意一点P (x 0,y 0)为切点的切线的斜率k ≤12恒成立,求实数a 的最小值;(3)是否存在实数m ,使得函数y =g (2ax 2+1)+m -1的图象与函数y =f (1+x 2)的图象恰有四个不同交点?若存在,求出实数m 的取值范围;若不存在,说明理由.思维启迪 (1)利用F ′(x )确定单调区间;(2)k =F ′(x 0),F ′(x 0)≤12分离a ,利用函数思想求a的最小值;(3)利用数形结合思想将函数图象的交点个数和方程根的个数相互转化. 解 (1)F (x )=f (x )+g (x )=ln x +ax (x >0),F ′(x )=1x -a x 2=x -ax2.∵a >0,由F ′(x )>0⇒x ∈(a ,+∞), ∴F (x )在(a ,+∞)上是增函数.由F ′(x )<0⇒x ∈(0,a ),∴F (x )在(0,a )上是减函数. ∴F (x )的单调递减区间为(0,a ), 单调递增区间为(a ,+∞). (2)由F ′(x )=x -ax2(0<x ≤3)得k =F ′(x 0)=x 0-a x 20≤12(0<x 0≤3)恒成立⇔a ≥-12x 20+x 0恒成立.∵当x 0=1时,-12x 20+x 0取得最大值12, ∴a ≥12,即a 的最小值为12.(3)若y =g (2a x 2+1)+m -1=12x 2+m -12的图象与y =f (1+x 2)=ln(x 2+1)的图象恰有四个不同交点,即12x 2+m -12=ln(x 2+1)有四个不同的根,亦即m =ln(x 2+1)-12x 2+12有四个不同的根.令G (x )=ln(x 2+1)-12x 2+12.则G ′(x )=2xx 2+1-x =2x -x 3-x x 2+1=-x (x +1)(x -1)x 2+1当x 变化时,G ′(x )和G (x )的变化情况如下表:由表知G (x )极小值=G (0)=12,G (x )极大值=G (-1)=G (1)=ln 2.又由G (2)=G (-2)=ln 5-2+12<12可知,当m ∈(12,ln 2)时,y =G (x )与y =m 恰有四个不同交点.故存在m ∈(12,ln 2),使函数y =g (2ax 2+1)+m -1的图象与y =f (1+x 2)的图象恰有四个不同交点.思维升华 研究方程及不等式问题,都要运用函数性质,而导数是研究函数性质的一种重要工具.基本思路是构造函数,通过导数的方法研究这个函数的单调性、极值和特殊点的函数值,根据函数的性质推断不等式成立的情况以及方程实根的个数,必要时画出函数的草图辅助思考.已知函数f (x )=a (x 2+1)+ln x .(1)讨论函数f (x )的单调性;(2)若对任意a ∈(-4,-2)及x ∈[1,3],恒有ma -f (x )>a 2成立,求实数m 的取值范围.解 (1)由已知,得f ′(x )=2ax +1x =2ax 2+1x(x >0).①当a ≥0时,恒有f ′(x )>0,则f (x )在(0,+∞)上是增函数. ②当a <0时,若0<x < -12a , 则f ′(x )>0,故f (x )在(0, -12a]上是增函数; 若x >-12a,则f ′(x )<0, 故f (x )在[-12a,+∞)上是减函数. 综上,当a ≥0时,f (x )在(0,+∞)上是增函数; 当a <0时,f (x )在(0,-12a]上是增函数,在[ -12a,+∞)上是减函数. (2)由题意,知对任意a ∈(-4,-2)及x ∈[1,3],恒有ma-f(x)>a2成立,等价于ma-a2>f(x)max.因为a∈(-4,-2),所以24< -12a<12<1.由(1),知当a∈(-4,-2)时,f(x)在[1,3]上是减函数,所以f(x)max=f(1)=2a,所以ma-a2>2a,即m<a+2.因为a∈(-4,-2),所以-2<a+2<0.所以实数m的取值范围为m≤-2.1.函数单调性的应用(1)若可导函数f(x)在(a,b)上单调递增,则f′(x)≥0在区间(a,b)上恒成立;(2)若可导函数f(x)在(a,b)上单调递减,则f′(x)≤0在区间(a,b)上恒成立;(3)可导函数f(x)在区间(a,b)上为增函数是f′(x)>0的必要不充分条件.2.可导函数极值的理解(1)函数在定义域上的极大值与极小值的大小关系不确定,也有可能极小值大于极大值;(2)对于可导函数f(x),“f(x)在x=x0处的导数f′(x)=0”是“f(x)在x=x0处取得极值”的必要不充分条件;(3)注意导函数的图象与原函数图象的关系,导函数由正变负的零点是原函数的极大值点,导函数由负变正的零点是原函数的极小值点.3.利用导数解决优化问题的步骤(1)审题设未知数;(2)结合题意列出函数关系式;(3)确定函数的定义域;(4)在定义域内求极值、最值;(5)下结论.真题感悟1.(2014·江西)若曲线y=e-x上点P处的切线平行于直线2x+y+1=0,则点P的坐标是________.答案(-ln 2,2)解析设P(x0,y0),∵y=e-x=1e x,∴y′=-e-x,∴点P处的切线斜率为k=-e-x0=-2,∴-x0=ln 2,∴x0=-ln 2,∴y0=e ln 2=2,∴点P的坐标为(-ln 2,2).2.(2014·浙江)已知函数f (x )=x 3+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. (1)解 因为a >0,-1≤x ≤1,所以 ①当0<a <1时,若x ∈[-1,a ],则f (x )=x 3-3x +3a , f ′(x )=3x 2-3<0,故f (x )在(-1,a )上是减函数; 若x ∈[a,1],则f (x )=x 3+3x -3a , f ′(x )=3x 2+3>0, 故f (x )在(a,1)上是增函数. 所以g (a )=f (a )=a 3.②当a ≥1时,有x ≤a ,则f (x )=x 3-3x +3a , f ′(x )=3x 2-3<0,故f (x )在(-1,1)上是减函数, 所以g (a )=f (1)=-2+3a .综上,g (a )=⎩⎪⎨⎪⎧a 3,0<a <1,-2+3a ,a ≥1.(2)证明 令h (x )=f (x )-g (a ). ①当0<a <1时,g (a )=a 3.若x ∈[a,1],则h (x )=x 3+3x -3a -a 3, h ′(x )=3x 2+3,所以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 -a 3, 且0<a <1,所以h (1)≤4.故f (x )≤g (a )+4. 若x ∈[-1,a ],则h (x )=x 3-3x +3a -a 3, h ′(x )=3x 2-3,所以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 -a 3. 令t (a )=2+3a -a 3,则t ′(a )=3-3a 2>0, 知t (a )在(0,1)上是增函数. 所以,t (a )<t (1)=4,即h (-1)<4. 故f (x )≤g (a )+4.②当a ≥1时,g (a )=-2+3a ,故h (x )=x 3-3x +2,h ′(x )=3x 2-3, 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. 押题精练1.已知函数f (x )=x -1x +1,g (x )=x 2-2ax +4,若任意x 1∈[0,1],存在x 2∈[1,2],使f (x 1)≥g (x 2),则实数a 的取值范围是__________. 答案 ⎣⎡⎭⎫94,+∞ 解析 由于f ′(x )=1+1(x +1)2>0,因此函数f (x )在[0,1]上单调递增,所以x ∈[0,1]时,f (x )min =f (0)=-1.根据题意可知存在x ∈[1,2],使得g (x )=x 2-2ax +4≤-1, 即x 2-2ax +5≤0,即a ≥x 2+52x 能成立,令h (x )=x 2+52x ,则要使a ≥h (x )在x ∈[1,2]能成立,只需使a ≥h (x )min , 又函数h (x )=x 2+52x 在x ∈[1,2]上单调递减,所以h (x )min =h (2)=94,故只需a ≥94.2.已知函数f (x )=x 28-ln x ,x ∈[1,3].(1)求f (x )的最大值与最小值;(2)若f (x )<4-at 对任意的x ∈[1,3],t ∈[0,2]恒成立,求实数a 的取值范围. 解 (1)∵函数f (x )=x 28-ln x ,∴f ′(x )=x 4-1x ,令f ′(x )=0得x =±2,∵x ∈[1,3],当1<x <2时,f ′(x )<0;当2<x <3时,f ′(x )>0; ∴f (x )在(1,2)上是单调减函数,在(2,3)上是单调增函数, ∴f (x )在x =2处取得极小值f (2)=12-ln 2;又f (1)=18,f (3)=98-ln 3,∵ln 3>1,∴18-(98-ln 3)=ln 3-1>0,∴f (1)>f (3),∴x =1时函数f (x )取得最大值为18,x =2时函数f (x )取得最小值为12-ln 2.(2)由(1)知当x ∈[1,3]时,12-ln 2≤f (x )≤18,故对任意x ∈[1,3],f (x )<4-at 恒成立,只要4-at >18对任意t ∈[0,2]恒成立,即at <318恒成立,记g (t )=at ,t ∈[0,2].∴⎩⎨⎧g (0)<318g (2)<318,解得a <3116,∴实数a 的取值范围是(-∞,3116).(推荐时间:60分钟)一、填空题1.曲线y =x 3-2x 在(1,-1)处的切线方程为________. 答案 x -y -2=0解析 由已知,得点(1,-1)在曲线y =x 3-2x 上,所以切线的斜率为y ′|x =1=(3x 2-2)|x =1=1,由直线方程的点斜式得x -y -2=0.2.(2014·课标全国Ⅱ改编)设曲线y =ax -ln(x +1)在点(0,0)处的切线方程为y =2x ,则a =________. 答案 3解析 令f (x )=ax -ln(x +1),则f ′(x )=a -1x +1.由导数的几何意义可得在点(0,0)处的切线的斜率为f ′(0)=a -1.又切线方程为y =2x ,则有a -1=2,所以a =3.3.(2014·陕西改编)如图,某飞行器在4千米高空水平飞行,从距着陆点A 的水平距离10千米处开始下降,已知下降飞行轨迹为某三次函数图象的一部分,则该函数的解析式为________.答案 y =1125x 3-35x解析 设所求解析式为y =ax 3+bx 2+cx +d , ∵函数图象过(0,0)点,∴d =0.又图象过(-5,2),(5,-2),∴函数为奇函数 ∴b =0,代入可得-125a -5c =2①又y ′=3ax 2+c ,当x =-5时y ′=75a +c =0②由①②得a =1125,c =35∴函数解析式为y =1125x 3-35x . 4.函数f (x )的定义域是R ,f (0)=2,对任意x ∈R ,f (x )+f ′(x )>1,则不等式e x ·f (x )>e x +1的解集为________________________________________________________________________. 答案 {x |x >0}解析 构造函数g (x )=e x ·f (x )-e x ,因为g ′(x )=e x ·f (x )+e x ·f ′(x )-e x =e x [f (x )+f ′(x )]-e x >e x -e x =0,所以g (x )=e x ·f (x )-e x 为R 上的增函数.又因为g (0)=e 0·f (0)-e 0=1,所以原不等式转化为g (x )>g (0),解得x >0.5.若函数f (x )=log a (x 3-ax )(a >0,a ≠1)在区间(-12,0)内单调递增,则a 的取值范围是________. 答案 [34,1) 解析 由x 3-ax >0得x (x 2-a )>0.则有⎩⎪⎨⎪⎧ x >0,x 2-a >0或⎩⎪⎨⎪⎧x <0,x 2-a <0, 所以x >a 或-a <x <0,即函数f (x )的定义域为(a ,+∞)∪(-a ,0).令g (x )=x 3-ax ,则g ′(x )=3x 2-a .由g ′(x )<0得-3a 3<x <0. 从而g (x )在x ∈(-3a 3,0)上是减函数,又函数f (x )在x ∈(-12,0)内单调递增,则有⎩⎨⎧ 0<a <1,-a ≤-12,-3a 3≤-12,所以34≤a <1. 6.设f (x ),g (x )在[a ,b ]上可导,且f ′(x )>g ′(x ),则当a <x <b 时,下列结论正确的是________. ①f (x )>g (x );②f (x )<g (x );③f (x )+g (a )>g (x )+f (a );④f (x )+g (b )>g (x )+f (b ).答案 ③解析 ∵f ′(x )-g ′(x )>0,∴(f (x )-g (x ))′>0,∴f (x )-g (x )在[a ,b ]上是增函数,∴当a <x <b 时f (x )-g (x )>f (a )-g (a ),∴f (x )+g (a )>g (x )+f (a ).7.若函数f (x )=ax +1x +2在x ∈(2,+∞)上单调递减,则实数a 的取值范围是________. 答案 (-∞,12) 解析 f ′(x )=(ax +1)′(x +2)-(x +2)′(ax +1)(x +2)2=a (x +2)-(ax +1)(x +2)2=2a -1(x +2)2,令f ′(x )<0,即2a -1<0,解得a <12. 8.已知函数f (x )=mx 3+nx 2的图象在点(-1,2)处的切线恰好与直线3x +y =0平行,若f (x )在区间[t ,t +1]上单调递减,则实数t 的取值范围是__________.答案 [-2,-1]解析 由题意知,点(-1,2)在函数f (x )的图象上,故-m +n =2.①又f ′(x )=3mx 2+2nx ,则f ′(-1)=-3,故3m -2n =-3.②联立①②解得:m =1,n =3,即f (x )=x 3+3x 2,令f ′(x )=3x 2+6x ≤0,解得-2≤x ≤0,则[t ,t +1]⊆[-2,0],故t ≥-2且t +1≤0,所以t ∈[-2,-1].9.已知函数f (x )=-12x 2+4x -3ln x 在[t ,t +1]上不单调,则t 的取值范围是____________. 答案 0<t <1或2<t <3解析 f ′(x )=-x +4-3x =-x 2+4x -3x=-(x -1)(x -3)x,由f ′(x )=0得函数的两个极值点1,3,则只要这两个极值点在区间(t ,t +1)内,函数在区间[t ,t +1]上就不单调,由t <1<t +1或t <3<t +1,解得0<t <1或2<t <3.10.已知函数f (x )=x (ln x -ax )有两个极值点,则实数a 的取值范围是________.答案 (0,12) 解析 f ′(x )=(ln x -ax )+x (1x-a ) =ln x +1-2ax (x >0),令f ′(x )=0得2a =ln x +1x,设φ(x )=ln x +1x, 则φ′(x )=-ln x x 2. 易知φ(x )在(0,1)上递增,在(1,+∞)上递减,大致图象如图.若f (x )有两个极值点,则y =2a 和y =φ(x )图象有两个交点,∴0<2a <1,∴0<a <12. 二、解答题11.(2014·重庆)已知函数f (x )=x 4+a x -ln x -32,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 =12x . (1)求a 的值;(2)求函数f (x )的单调区间与极值.解 (1)对f (x )求导得f ′(x )=14-a x 2-1x, 由f (x )在点(1,f (1))处的切线垂直于直线y =12x 知,f ′(1)=-34-a =-2,解得a =54. (2)由(1)知f (x )=x 4+54x -ln x -32, 则f ′(x )=x 2-4x -54x 2. 令f ′(x )=0,解得x =-1或x =5.因为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 5.12.已知f (x )=x 2+3x +1,g (x )=a -1x -1+x . (1)a =2时,求y =f (x )和y =g (x )图象的公共点个数;(2)a 为何值时,y =f (x )和y =g (x )的公共点个数恰为两个.解 (1)当a =2时,联立⎩⎪⎨⎪⎧y =f (x ),y =g (x ), 得x 2+3x +1=1x -1+x , 整理得x 3+x 2-x -2=0(x ≠1),即联立⎩⎪⎨⎪⎧y =0,y =x 3+x 2-x -2(x ≠1), 求导得y ′=3x 2+2x -1=0得x 1=-1,x 2=13, 得到极值点分别在-1和13处, 且极大值、极小值都是负值,图象如图,故交点只有一个.(2)联立⎩⎪⎨⎪⎧y =f (x ),y =g (x ),得x 2+3x +1=a -1x -1+x , 整理得a =x 3+x 2-x (x ≠1),即联立⎩⎪⎨⎪⎧y =a ,y =h (x )=x 3+x 2-x (x ≠1),对h (x )求导可以得到极值点分别在-1和13处,画出草图如图.h (-1)=1,h (13)=-527, 当a =h (-1)=1时,y =a 与y =h (x )仅有一个公共点(因为(1,1)点不在y =h (x )曲线上),故a =-527时恰有两个公共点. 13.设函数f (x )=a e x (x +1)(其中,e =2.718 28…),g (x )=x 2+bx +2,已知它们在x =0处有相同的切线.(1)求函数f (x ),g (x )的解析式;(2)求函数f (x )在[t ,t +1](t >-3)上的最小值;(3)若对∀x ≥-2,kf (x )≥g (x )恒成立,求实数k 的取值范围.解 (1)f ′(x )=a e x (x +2),g ′(x )=2x +b .由题意,得两函数在x =0处有相同的切线.∴f ′(0)=2a ,g ′(0)=b ,∴2a =b ,f (0)=a ,g (0)=2,∴a =2,b =4,∴f (x )=2e x (x +1),g (x )=x 2+4x +2.(2)f ′(x )=2e x (x +2),由f ′(x )>0得x >-2,由f ′(x )<0得x <-2,∴f (x )在(-2,+∞)单调递增,在(-∞,-2)单调递减.∵t >-3,∴t +1>-2.①当-3<t <-2时,f (x )在[t ,-2]上单调递减,在[-2,t +1]上单调递增,∴f (x )min =f (-2)=-2e -2. ②当t ≥-2时,f (x )在[t ,t +1]上单调递增,∴f (x )min =f (t )=2e t (t +1);∴f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧-2e -2(-3<t <-2),2e t (t +1)(t ≥-2). (3)令F (x )=kf (x )-g (x )=2k e x (x +1)-x 2-4x -2,由题意当x ≥-2时,F (x )min ≥0.∵∀x ≥-2,kf (x )≥g (x )恒成立,∴F (0)=2k -2≥0,∴k ≥1.F ′(x )=2k e x (x +1)+2k e x -2x -4=2(x +2)(k e x -1),∵x ≥-2,由F ′(x )>0得e x >1k ,∴x >ln 1k; 由F ′(x )<0得x <ln 1k ,∴F (x )在(-∞,ln 1k )内单调递减,在[ln 1k,+∞)内单调递增. ①当ln 1k<-2,即k >e 2时,F (x )在[-2,+∞)单调递增, F (x )min =F (-2)=-2k e -2+2=2e 2(e 2-k )<0, 不满足F (x )min ≥0.当ln 1k =-2,即k =e 2时,由①知,F (x )min =F (-2)=2e 2(e 2-k )=0,满足F (x )min ≥0. ③当ln 1k >-2,即1≤k <e 2时,F (x )在[-2,ln 1k )内单调递减,在[ln 1k,+∞)内单调递增.F(x)min=F(ln 1k)=ln k(2-ln k)>0,满足F(x)min≥0.综上所述,满足题意的k的取值范围为[1,e2].。
新广东高考数学理科步步高二轮复习专题突破2.2函数的应用(含答案解析)

第2讲 函数的应用(推荐时间:60分钟)一、选择题1.函数f (x )=log 2x -1x 的零点所在的区间为( )A .(0,12)B .(12,1)C .(1,2)D .(2,3)答案 C解析 函数f (x )的定义域为(0,+∞),且函数f (x )在(0,+∞)上为增函数. f (12)=log 212-112=-1-2=-3<0, f (1)=log 21-11=0-1<0,f (2)=log 22-12=1-12=12>0,f (3)=log 23-13>1-13=23>0,即f (1)·f (2)<0,∴函数f (x )=log 2x -1x的零点在区间(1,2)内.2.函数f (x )=2x +ln 1x -1,下列区间中,可能存在零点的是( )A .(1,2)B .(2,3)C .(3,4)D .(1,2)与(2,3) 答案 B解析 f (x )=2x +ln 1x -1=2x -ln(x -1),函数f (x )的定义域为(1,+∞),且为递减函数,当1<x <2时,ln(x -1)<0,2x >0,所以f (x )>0,故函数在(1,2)上没有零点;f (2)=22-ln 1=1>0,f (3)=23-ln 2=2-3ln 23=2-ln 83,因为8=22≈2.828,所以8>e ,故ln e<ln 8,即1<12ln 8,所以2<ln 8,即f (3)<0,f (4)=24-ln 3=12-ln 3<0.故f (x )在(2,3)存在零点.3.f (x )=2sin πx -x +1的零点个数为( ) A .4 B .5 C .6 D .7答案 B解析 ∵2sin πx -x +1=0,∴2sin πx =x -1,图象如图所示,由图象看出y =2sin πx 与y =x -1有5个交点,∴f (x )=2sin πx -x +1的零点个数为5.4.设函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x ,x ≤0,x 2-x ,x >0,若方程f (x )=m 有三个不同的实根,则实数m 的取值范围为( ) A .[-12,1]B .[-12,1]C .(-14,0)D .(-14,0]答案 C解析 作出函数y =f (x )的图象,如图所示.当x >0时,f (x )=x 2-x =(x -12)2-14≥-14,所以要使函数f (x )=m 有三个不同的零点,则-14<m <0,即m 的取值范围为(-14,0).5.(2013·江西)如图,半径为1的半圆O 与等边三角形ABC 夹在两平行线l 1,l 2之间,l ∥l 1,l 与半圆相交于F 、G 两点,与三角形ABC 两边相交于E 、D 两点.设弧 FG的长为x (0<x <π),y =EB +BC +CD ,若l 从l 1平行移动到l 2,则函数y =f (x )的图象大致是( )答案 D解析 如图所示,连接OF ,OG ,过点O 作OM ⊥FG ,过点A 作AH ⊥BC ,交DE 于点N .因为弧 FG的长度为x ,所以∠FOG =x , 则AN =OM =cos x2,所以AN AH =AE AB =cos x 2,则AE =233cos x 2,∴EB =233-233cos x2.∴y =EB +BC +CD =433-433cos x 2+233=-433cos x2+23(0<x <π).6.已知定义在R 上的函数f (x )满足:f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x 2+2,x ∈[0,1 ,2-x 2,x ∈[-1,0 ,且f (x +2)=f (x ),g (x )=2x +5x +2,则方程f (x )=g (x )在区间[-5,1]上的所有实根之和为( ) A .-5 B .-6 C .-7 D .-8答案 C解析 由题意知g (x )=2x +5x +2=2 x +2 +1x +2=2+1x +2,函数f (x )的周期为2,则函数f (x ),g (x )在区间[-5,1]上的图象如图所示:由图形可知函数f (x ),g (x )在区间[-5,1]上的交点为A ,B ,C ,易知点B 的横坐标为-3,若设C 的横坐标为t (0<t <1),则点A 的横坐标为-4-t ,所以方程f (x )=g (x )在区间[-5,1]上的所有实根之和为-3+(-4-t )+t =-7. 二、填空题7.若函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧2x -a ,x ≤0,ln x ,x >0有两个不同的零点,则实数a 的取值范围是________.答案 (0,1]解析 当x >0时,由f (x )=ln x =0,得x =1. 因为函数f (x )有两个不同的零点, 则当x ≤0时,函数f (x )=2x -a 有一个零点, 令f (x )=0得a =2x ,因为0<2x ≤20=1,所以0<a ≤1, 所以实数a 的取值范围是0<a ≤1.8.(2014·课标全国Ⅰ)设函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧e x -1, x <1,13x , x ≥1,则使得f (x )≤2成立的x 的取值范围是________. 答案 (-∞,8]解析 当x <1时,x -1<0,e x -1<e 0=1≤2,∴当x <1时满足f (x )≤2.当x ≥1时,13x ≤2,x ≤23=8,1≤x ≤8. 综上可知x ∈(-∞,8].9.已知函数f (x )=1x +2-m |x |有三个零点,则实数m 的取值范围为________.答案 m >1解析 函数f (x )有三个零点等价于方程1x +2=m |x |有且仅有三个实根.∵1x +2=m |x |⇔1m =|x |(x +2),作函数y =|x |(x +2)的图象,如图所示,由图象可知m 应满足:0<1m <1, 故m >1.10.我们把形如y =b|x |-a(a >0,b >0)的函数因其图象类似于汉字中的“囧”字,故生动地称为“囧函数”,若当a =1,b =1时的“囧函数”与函数y =lg|x |的交点个数为n ,则n =________. 答案 4解析 由题意知,当a =1,b =1时,y =1|x |-1=⎩⎨⎧1x -1x ≥0且x ≠1 ,-1x +1 x <0且x ≠-1 .在同一坐标系中画出“囧函数”与函数y =lg|x |的图象如图所示,易知它们有4个交点.三、解答题11.设函数f (x )=ax 2+bx +b -1(a ≠0). (1)当a =1,b =-2时,求函数f (x )的零点;(2)若对任意b ∈R ,函数f (x )恒有两个不同零点,求实数a 的取值范围. 解 (1)当a =1,b =-2时,f (x )=x 2-2x -3, 令f (x )=0,得x =3或x =-1. ∴函数f (x )的零点为3和-1.(2)依题意,f (x )=ax 2+bx +b -1=0有两个不同实根. ∴b 2-4a (b -1)>0恒成立,即对于任意b ∈R ,b 2-4ab +4a >0恒成立, 所以有(-4a )2-4(4a )<0⇒a 2-a <0,所以0<a <1. 因此实数a 的取值范围是(0,1).12.随着机构改革工作的深入进行,各单位要减员增效,有一家公司现有职员2a 人(140<2a <420,且a 为偶数),每人每年可创利b 万元.据评估,在经营条件不变的前提下,每裁员1人,则留岗职员每人每年多创利0.01b 万元,但公司需付下岗职员每人每年0.4b 万元的生活费,并且该公司正常运转所需人数不得小于现有职员的34,为获得最大的经济效益,该公司应裁员多少人?解 设裁员x 人,可获得的经济效益为y 万元,则 y =(2a -x )(b +0.01bx )-0.4bx =-b100[x 2-2(a -70)x ]+2ab .依题意得2a -x ≥34·2a ,所以0<x ≤a2.又140<2a <420,即70<a <210.(1)当0<a -70≤a2,即70<a ≤140时,x =a -70,y 取到最大值;(2)当a -70>a 2,即140<a <210时,x =a2,y 取到最大值.故当70<a <140时,公司应裁员(a -70)人,经济效益取到最大, 当140<a <210时,公司应裁员a2人,经济效益取到最大.13.是否存在这样的实数a ,使函数f (x )=x 2+(3a -2)x +a -1在区间[-1,3]上恒有一个零点,且只有一个零点?若存在,求出a 的取值范围;若不存在,说明理由. 解 令f (x )=0,则Δ=(3a -2)2-4(a -1)=9a 2-16a +8=9(a -89)2+89>0,即f (x )=0有两个不相等的实数根,∴若实数a 满足条件,则只需f (-1)·f (3)≤0即可.f (-1)·f (3)=(1-3a +2+a -1)·(9+9a -6+a -1)=4(1-a )(5a +1)≤0, ∴a ≤-15或a ≥1.检验:(1)当f (-1)=0时,a =1,所以f (x )=x 2+x . 令f (x )=0,即x 2+x =0,得x =0或x =-1. 方程在[-1,3]上有两个实数根,不合题意,故a ≠1. (2)当f (3)=0时,a =-15,此时f (x )=x 2-135x -65.令f (x )=0,即x 2-135x -65=0,解得x =-25或x =3.方程在[-1,3]上有两个实数根,不合题意,故a ≠-15.1综上所述,a<-5或a>1.。
2019年高考数学二轮复习2 第2讲 基本初等函数、函数与方程及函数的应用

第2讲 基本初等函数、函数与方程及函数的应用基本初等函数的图象与性质(综合型)指数与对数式的8个运算公式(1)a m ·a n =a m +n .(2)(a m )n =a mn .(3)(ab )m =a m b m .(4)log a (MN )=log a M +log a N .(5)log a M N =log a M -log a N .(6)log a M n=n log a M .(7)a log a N =N .(8)log a N =log b Nlog b a.[注意] (1)(2)(3)中,a >0,b >0;(4)(5)(6)(7)(8)中,a >0且a ≠1,b >0且b ≠1,M >0,N >0.[典型例题](1)(2018·高考天津卷)已知a =log 2e ,b =ln 2,c =log 1213,则a ,b ,c 的大小关系为( )A .a >b >cB .b >a >cC .c >b >aD .c >a >b(2)函数y =1x+ln|x |的图象大致为( )【解析】 (1)因为a =log 2e>1,b =ln 2∈(0,1),c =log 1213=log 23>log 2e>1,所以c >a >b ,故选D.(2)当x <0时,y =1x +ln(-x ),由函数y =1x ,y =ln(-x )单调递减,知函数y =1x +ln(-x )单调递减,排除C ,D ;当x >0时,y =1x +ln x ,此时f (1)=11+ln 1=1,而选项A 中函数的最小值为2,故排除A ,只有B 正确.故选B.【答案】 (1)D(2)B基本初等函数的图象与性质的应用技巧(1)对数函数与指数函数的单调性都取决于其底数的取值,当底数a 的值不确定时,要注意分a >1和0<a <1两种情况讨论:当a >1时,两函数在定义域内都为增函数;当0<a <1时,两函数在定义域内都为减函数.(2)由指数函数、对数函数与其他函数复合而成的函数,其性质的研究往往通过换元法转化为两个基本初等函数的有关性质,然后根据复合函数的性质与相关函数的性质之间的关系进行判断.(3)对于幂函数y =x α的性质要注意α>0和α<0两种情况的不同.[对点训练]1.(2018·武汉模拟)已知定义在R 上的函数f (x )=2|x-m |-1为偶函数,记a =f (log 0.53),b =f (log 25),c =f (2m ),则( )A .a <b <cB .a <c <bC .c <a <bD .c <b <a解析:选C.函数f (x )=2|x-m |-1为偶函数,则m =0,则f (x )=2|x |-1,a =f (log 0.53)=2log 23-1=2,b =f (log 25)=2log 25-1=4,c =f (0)=20-1=0.故c <a <b ,选C.2.已知a 是大于0的常数,把函数y =a x 和y =1ax +x 的图象画在同一平面直角坐标系中,不可能出现的是( )解析:选D.因为a >0,所以y =1ax +x 是对勾函数,若0<a ≤1,则当x >0时,y =1ax +x 的值大于等于2,函数y =a x 和y =1ax+x 的图象不可能有两个交点,故选D.函数的零点(综合型)函数的零点及其与方程根的关系对于函数f (x ),使f (x )=0的实数x 叫做函数f (x )的零点.函数F (x )=f (x )-g (x )的零点就是方程f (x )=g (x )的根,即函数y =f (x )的图象与函数y =g (x )的图象交点的横坐标.零点存在性定理如果函数y =f (x )在区间[a ,b ]上的图象是连续不断的一条曲线,并且有f (a )·f (b )<0,那么函数y =f (x )在区间(a ,b )内有零点,即存在c ∈(a ,b ),使得f (c )=0,这个c 也就是方程f (x )=0的根.[典型例题]命题角度一 确定函数零点的个数或其存在情况(1)已知实数a >1,0<b <1,则函数f (x )=a x +x -b 的零点所在的区间是( ) A .(-2,-1) B .(-1,0) C .(0,1)D .(1,2)(2)设函数f (x )的定义域为R ,f (-x )=f (x ),f (x )=f (2-x ),当x ∈[0,1]时,f (x )=x 3,则函数g (x )=|cos πx |-f (x )在区间⎣⎡⎤-12,32上零点的个数为( ) A .3 B .4 C .5D .6【解析】 (1)因为a >1,0<b <1,f (x )=a x +x -b , 所以f (-1)=1a-1-b <0,f (0)=1-b >0,所以f (-1)·f (0)<0,则由零点存在性定理可知f (x )在区间(-1,0)上存在零点.(2)由f (-x )=f (x ),得f (x )的图象关于y 轴对称.由f (x )=f (2-x ),得f (x )的图象关于直线x =1对称.当x ∈[0,1]时,f (x )=x 3,所以f (x )在[-1,2]上的图象如图.令g (x )=|cos πx |-f (x )=0,得|cos πx |=f (x ),两函数y =f (x )与y =|cos πx |的图象在⎣⎡⎤-12,32上的交点有5个. 【答案】 (1)B (2)C判断函数零点个数的方法(1)直接求零点:令f (x )=0,则方程解的个数即为零点的个数.(2)利用零点存在性定理:利用该定理还必须结合函数的图象和性质(如单调性)才能确定函数有多少个零点.(3)数形结合法:对于给定的函数不能直接求解或画出图形时,常会通过分解转化为两个能画出的函数图象交点问题.命题角度二 已知函数零点的个数或存在情况求参数的取值范围(2018·高考全国卷Ⅰ)已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧e x, x ≤0ln x , x >0,g (x )=f (x )+x +a .若g (x )存在2个零点,则a 的取值范围是( )A .[-1,0)B .[0,+∞)C .[-1,+∞)D .[1,+∞)【解析】 函数g (x )=f (x )+x +a 存在2个零点,即关于x 的方程f (x )=-x -a 有2个不同的实根,即函数f (x )的图象与直线y =-x -a 有2个交点,作出直线y =-x -a 与函数f (x )的图象,如图所示,由图可知,-a ≤1,解得a ≥-1,故选C.【答案】 C利用函数零点的情况求参数值或取值范围的方法(1)利用零点存在的判定定理构建不等式求解. (2)分离参数后转化为求函数的值域(最值)问题求解.(3)转化为两熟悉的函数图象的位置关系问题,从而构建不等式求解.[对点训练]1.(2018·洛阳第一次统考)已知函数f (x )满足f (1-x )=f (1+x )=f (x -1)(x ∈R ),且当0≤x ≤1时,f (x )=2x-1,则方程|cos πx |-f (x )=0在[-1,3]上的所有根的和为( )A .8B .9C .10D .11解析:选D.方程|cos πx |-f (x )=0在[-1,3]上的所有根的和即y =|cos πx |与y =f (x )在[-1,3]上的图象交点的横坐标的和.由f (1-x )=f (1+x )得f (x )的图象关于直线x =1对称,由f (1-x )=f (x -1)得f (x )的图象关于y 轴对称,由f (1+x )=f (x -1)得f (x )的一个周期为2,而当0≤x ≤1时,f (x )=2x -1,在同一坐标系中作出y =f (x )和y =|cos πx |在[-1,3]上的大致图象,如图所示,易知两图象在[-1,3]上共有11个交点,又y =f (x ),y =|cos πx |的图象都关于直线x =1对称,故这11个交点也关于直线x =1对称,故所有根的和为11.故选D.2.已知函数f (x )=e xx -kx (e 为自然对数的底数)有且只有一个零点,则实数k 的取值范围是________.解析:由题意,知x ≠0,函数f (x )有且只有一个零点等价于方程e xx -kx =0只有一个根,即方程e x x 2=k 只有一个根,设g (x )=e x x 2,则函数g (x )=e xx 2的图象与直线y =k 只有一个交点.因为g ′(x )=(x -2)e xx 3,所以函数g (x )在(-∞,0)上为增函数,在(0,2)上为减函数,在(2,+∞)上为增函数,g (x )的极小值g (2)=e 24,且x →0时,g (x )→+∞,x →-∞时,g (x )→0,x→+∞时,g (x )→+∞,则g (x )的图象如图所示,由图易知0<k <e 24.答案:⎝⎛⎭⎫0,e 24函数的实际应用(综合型)[典型例题]某食品的保鲜时间y (单位:h)与储存温度x (单位:℃)满足的函数关系式为y =e kx +b (e =2.718…为自然对数的底数,k ,b 为常数).若该食品在0 ℃的保鲜时间是192 h ,在22 ℃的保鲜时间是48 h ,则该食品在33 ℃的保鲜时间是________ h.【解析】 由已知,得e b =192,e 22k +b =48,两式相除得e 22k =14,所以e 11k =12,所以e 33k +b =(e 11k )3e b =18×192=24,即该食品在33 ℃的保鲜时间是24 h.【答案】 24应用函数模型解决实际问题的一般程序和解题关键(1)一般程序:读题文字语言⇒建模数学语言⇒求解数学应用⇒反馈检验作答.(2)解题关键:解答这类问题的关键是确切地建立相关函数解析式,然后应用函数、方程、不等式和导数的有关知识加以综合解答.[对点训练]1.某公司为激励创新,计划逐年加大研发资金投入.若该公司2018年全年投入研发资金130万元,在此基础上,每年投入的研发资金比上一年增长12%,则该公司全年投入的研发资金开始超过200万元的年份是(参考数据:lg 1.12≈0.05,lg 1.3≈0.11,lg 2≈0.30)( ) A .2021年 B .2022年 C .2023年D .2024年解析:选B.根据题意,知每年投入的研发资金增长的百分率相同,所以,从2018年起,每年投入的研发资金组成一个等比数列{a n },其中,首项a 1=130,公比q =1+12%=1.12,所以a n =130×1.12n -1.由130×1.12n-1>200,两边同时取对数,得n -1>lg 2-lg 1.3lg 1.12,又lg 2-lg 1.3lg 1.12≈0.30-0.110.05=3.8,则n >4.8,即a 5开始超过200,所以2022年投入的研发资金开始超过200万元,故选B.2.某工厂某种产品的年固定成本为250万元,每生产x 千件该产品需另投入的成本为G (x )(单位:万元),当年产量不足80千件时,G (x )=13x 2+10x ;当年产量不小于80千件时,G (x )=51x +10 000x -1 450.已知每件产品的售价为0.05万元.通过市场分析,该工厂生产的产品能全部售完,则该工厂在这一产品的生产中所获年利润的最大值是________万元.解析:因为每件产品的售价为0.05万元,所以x 千件产品的销售额为0.05×1 000x =50x 万元.①当0<x <80时,年利润L (x )=50x -13x 2-10x -250=-13x 2+40x -250=-13(x -60)2+950,所以当x =60时,L (x )取得最大值,且最大值为L (60)=950万元;②当x ≥80时,L (x )=50x -51x -10 000x +1 450-250=1 200-⎝⎛⎭⎫x +10 000x ≤1 200-2x ·10 000x=1 200-200=1 000,当且仅当x =10 000x,即x =100时,L (x )取得最大值1 000万元.由于950<1 000, 所以当产量为100千件时,该工厂在这一产品的生产中所获年利润最大,最大年利润为1 000万元. 答案:1 000一、选择题1.函数y =1log 0.5(4x -3)的定义域为( )A.⎝⎛⎭⎫34,1B.⎝⎛⎭⎫34,+∞ C .(1,+∞)D.⎝⎛⎭⎫34,1∪(1,+∞)解析:选A.要使函数有意义需满足⎩⎪⎨⎪⎧4x -3>0,log 0.5(4x -3)>0,解得34<x <1.2.已知函数f (x )=(m 2-m -5)x m 是幂函数,且在x ∈(0,+∞)时为增函数,则实数m 的值是( ) A .-2 B .4 C .3D .-2或3解析:选C.f (x )=(m 2-m -5)x m 是幂函数⇒m 2-m -5=1⇒m =-2或m =3. 又在x ∈(0,+∞)上是增函数, 所以m =3.3.若a =log 1π13,b =e π3,c =log 3cos π5,则( )A .b >c >aB .b >a >cC .a >b >cD .c >a >b解析:选B.因为0<1π<13<1,所以1=log 1π1π>log 1π13>0,所以0<a <1,因为b =e π3>e 0=1,所以b >1.因为0<cosπ5<1,所以log 3cos π5<log 31=0,所以c <0.故b >a >c ,选B. 4.函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧2e x -1,x <2,log 3(x 2-1),x ≥2,则不等式f (x )>2的解集为( ) A .(-2,4)B .(-4,-2)∪(-1,2)C .(1,2)∪(10,+∞)D .(10,+∞)解析:选C.令2e x -1>2(x <2),解得1<x <2;令log 3(x 2-1)>2(x ≥2),解得x >10.故不等式f (x )>2的解集为(1,2)∪(10,+∞).5.若函数y =a |x |(a >0且a ≠1)的值域为{y |0<y ≤1},则函数y =log a |x |的图象大致是( )解析:选A.若函数y =a |x |(a >0且a ≠1)的值域为{y |0<y ≤1},则0<a <1,故log a |x |是偶函数且在(0,+∞)上单调递减,由此可知y =log a |x |的图象大致为A.6.(2018·贵阳模拟)20世纪30年代,为了防范地震带来的灾害,里克特(C.F.Richter)制定了一种表明地震能量大小的尺度,就是使用测震仪衡量地震能量的等级,地震能量越大,测震仪记录的地震曲线的振幅就越大,这就是我们常说的里氏震级M ,其计算公式为M =lg A -lg A 0,其中A 是被测地震的最大振幅,A 0是“标准地震”的振幅.已知5级地震给人的震感已经比较明显,则7级地震的最大振幅是5级地震的最大振幅的( )A .10倍B .20倍C .50倍D .100倍解析:选D.根据题意有lg A =lg A 0+lg 10M=lg (A 0·10M).所以A =A 0·10M,则A 0×107A 0×105=100.故选D.7.函数y =x 2ln |x ||x |的图象大致是( )解析:选D.易知函数y =x 2ln |x ||x |是偶函数,可排除B ,当x >0时,y =x ln x ,y ′=ln x +1,令y ′>0,得x >e -1,所以当x >0时,函数在(e -1,+∞)上单调递增,结合图象可知D 正确,故选D.8.设x ,y ,z 为正数,且2x =3y =5z ,则( ) A .2x <3y <5z B .5z <2x <3y C .3y <5z <2xD .3y <2x <5z解析:选D.设2x =3y =5z =k (k >1), 则x =log 2k ,y =log 3k ,z =log 5k ,所以2x 3y =2log 2k 3log 3k =2lg k lg 2·lg 33lg k =2lg 33lg 2=lg 9lg 8>1,即2x >3y .①2x 5z =2log 2k 5log 5k =2lg k lg 2·lg 55lg k =2lg 55lg 2=lg 25lg 32<1, 所以2x <5z .② 由①②得3y <2x <5z .9.(2018·高考全国卷Ⅲ)设a =log 0.20.3,b =log 20.3,则( ) A .a +b <ab <0B .ab <a +b <0C .a +b <0<abD .ab <0<a +b解析:选B.由a =log 0.20.3得1a =log 0.30.2,由b =log 20.3得1b =log 0.32,所以1a +1b =log 0.30.2+log 0.32=log 0.30.4,所以0<1a +1b <1,得0<a +b ab<1.又a >0,b <0,所以ab <0,所以ab <a +b <0.10.已知f (x )是定义在R 上的奇函数,且x >0时,f (x )=ln x -x +1,则函数g (x )=f (x )-e x (e 为自然对数的底数)的零点个数是( )A .0B .1C .2D .3解析:选C.当x >0时,f (x )=ln x -x +1,f ′(x )=1x -1=1-x x ,所以x ∈(0,1)时f ′(x )>0,此时f (x )单调递增;x ∈(1,+∞)时,f ′(x )<0,此时f (x )单调递减.因此,当x >0时,f (x )max =f (1)=ln 1-1+1=0.根据函数f (x )是定义在R 上的奇函数作出函数y =f (x )与y =e x 的大致图象如图所示,观察到函数y =f (x )与y =e x 的图象有两个交点,所以函数g (x )=f (x )-e x (e 为自然对数的底数)有2个零点.11.已知函数f (x )是定义在R 上的奇函数,且在区间[0,+∞)上单调递增,若⎪⎪⎪⎪f (ln x )-f ⎝⎛⎭⎫ln 1x 2<f (1),则x 的取值范围是( )A.⎝⎛⎭⎫0,1e B .(0,e) C.⎝⎛⎭⎫1e ,eD .(e ,+∞)解析:选C.因为函数f (x )是定义在R 上的奇函数,所以f (ln x )-f ⎝⎛⎭⎫ln 1x =f (ln x )-f (-ln x )=f (ln x )+f (ln x )=2f (ln x ), 所以⎪⎪⎪⎪f (ln x )-f ⎝⎛⎭⎫ln 1x 2<f (1)等价于|f (ln x )|<f (1),又f (x )在区间[0,+∞)上单调递增, 所以-1<ln x <1,解得1e<x <e.12.(2018·沈阳教学质量监测)设函数f (x )是定义在R 上的偶函数,且f (x +2)=f (2-x ),当x ∈[-2,0]时,f (x )=⎝⎛⎭⎫22x -1,若关于x 的方程f (x )-log a (x +2)=0(a >0且a ≠1)在区间(-2,6)内有且只有4个不同的实根,则实数a 的取值范围是( )A.⎝⎛⎭⎫14,1 B .(1,4) C .(1,8)D .(8,+∞)解析:选D.因为f (x )为偶函数,且f (2+x )=f (2-x ),所以f (4+x )=f (-x )=f (x ), 所以f (x )为偶函数且周期为4,又当-2≤x ≤0时,f (x )=⎝⎛⎭⎫22x-1, 画出f (x )在(-2,6)上的大致图象,如图所示.若f (x )-log a (x +2)=0(a >0且a ≠1)在(-2,6)内有4个不同的实根,则y =f (x )的图象与y =log a (x +2)的图象在(-2,6)内有4个不同的交点.所以⎩⎪⎨⎪⎧a >1,log a (6+2)<1,所以a >8,故选D.二、填空题13.计算:2log 410-12log 225+823-(π-3)0=________.解析:2log 410-12log 225+823-(π-3)0=2×12log 210-log 25+(23)23-1=log 2105+22-1=1+4-1=4.答案:414.有四个函数:①y =x 12;②y =21-x ;③y =ln(x +1);④y =|1-x |.其中在区间(0,1)内单调递减的函数的序号是________.解析:分析题意可知①③显然不满足题意,画出②④中的函数图象(图略),易知②④中的函数满足在(0,1)内单调递减.答案:②④15.(2018·高考全国卷Ⅲ)已知函数f (x )=ln(1+x 2-x )+1, f (a )=4,则f (-a )=________. 解析:由f (a )=ln(1+a 2-a )+1=4,得ln(1+a 2-a )=3,所以f (-a )=ln(1+a 2+a )+1=-ln 11+a 2+a+1=-ln(1+a 2-a )+1=-3+1=-2.答案:-216.某食品的保鲜时间t (单位:小时)与储藏温度x (单位:℃)满足函数关系式t =⎩⎪⎨⎪⎧64,x ≤0,2kx +6,x >0,且该食品在4 ℃时的保鲜时间是16小时.已知甲在某日10时购买了该食品,并将其遗放在室外,且此日的室外温度随时间的变化如图所示.给出以下四个结论:①该食品在6 ℃的保鲜时间是8小时;11 ②当x ∈[-6,6]时,该食品的保鲜时间t 随着x 的增大而逐渐减少;③到了此日13时,甲所购买的食品还在保鲜时间内;④到了此日14时,甲所购买的食品已过了保鲜时间.其中,所有正确结论的序号是________.解析:因为某食品的保鲜时间t (单位:小时)与储藏温度x (单位:℃)满足函数关系式t =⎩⎪⎨⎪⎧64,x ≤0,2kx +6,x >0,且该食品在4 ℃时的保鲜时间是16小时,所以24k +6=16,即4k +6=4,解得k =-12,所以t =⎩⎪⎨⎪⎧64,x ≤0,2-12x +6,x >0. ①当x =6时,t =8,故①正确; ②当x ∈[-6,0]时,保鲜时间恒为64小时,当x ∈(0,6]时,该食品的保鲜时间t 随着x 的增大而逐渐减少,故②错误;③此日10时,温度为8 ℃,此时保鲜时间为4小时,而随着时间的推移,到11时,温度为11 ℃,此时的保鲜时间t =2-12×11+6=2≈1.414小时,到13时,甲所购买的食品不在保鲜时间内,故③错误;④由③可知,到了此日14时,甲所购买的食品已过了保鲜时间,故④正确.所以正确结论的序号为①④.答案:①④。
数学高考二轮复习第1部分 专题2 规范答题示例

最大值为f(1a)=ln(1a)+a(1-1a)=-lna+a-1.
二 轮 复 习
因此f(1a)>2a-2等价于lna+a-1<0.
令g(a)=lna+a-1,则g(a)在(0,+∞)上单调递增,g(1)=0.
于是,当0<a<1时,g(a)<0;当a>1时,g(a)>0.
因此,a的取值范围是(0,1).
则h′(x)=x+3x2x-1,
数
二 轮
①当x∈(0,1)时,h′(x)<0,h(x)单调递减;
学
复
习
②当x∈(1,+∞)时,h′(x)>0,h(x)单调递增;
所以h(x)min=h(1)=4. 因为对一切x∈(0,+∞),2f(x)≥g(x)恒成立,
所以a≤h(x)min=4,即a的取值范围为(-∞,4].
当a=-1时,f(x)=-x+lnx,f ′(x)=1-x x;
数 学
二 轮 复
当0<x<1时,f ′(x)>0;当x>1时,f ′(x)<0;
习
所以f(x)的单调增区间为(0,1).
专题二 函数与导数
(2)因为f ′(x)=a+1x,
令f ′(x)=0,解得x=-1a;
由f ′(x)>0,解得0<x<-1a;
[解析] (1)f′(x)=lnx+1,
数
学
二 轮 复 习
当x∈(0,1e)时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当x∈(1e,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
所以f(x)的最小值为f(1e)=-1e.
专题二 函数与导数
(2)2xlnx≥-x2+ax-3,则a≤2lnx+x+3x,
设h(x)=2lnx+x+3x(x>0),
专题二 函数与导数
上海高三数学高考二轮复习教案函数方程专题之函数与不等式(2)含答案

沪教版(上海)高中数学度高三数学二轮复习函数方程专题之函数与不等式② 教学目标 理解并充分掌握基本的函数与不等式题型之间的转换问题,即函数题型用不等式来解,不等式题型用函数来做的思想.知识梳理函数与不等式(方程)是相互联系的,在一定条件下,他们可以相互转化,例如解方程()0f x =就是求函数的零点,解不等式()()f x g x >,就是当两个函数的函数值的大小关系确定后,求自变量的取值范围。
正确理解函数与不等式(方程)的这种对立统一关系,有利于提高综合运用知识分析问题和解决问题的能力.典例精讲例1.(★★★)已知函数()24f x mx =+,若在[2,1]-上存在唯一零点,则实数m 的取值范围是___________.解:由题意得:(2)(1)0f f -⋅≤,即(,2][1,)m ∈-∞-+∞例2.(★★★)函数3()log (3)1f x x =+-的图像恒过定点A ,若点A 在直线10mx ny ++=上,其中0mn >,则12m n+的最小值为___________. 解:由题意得点A 的坐标为(2,1)--,代入直线方程得:21m n +=.∴121244()(2)2244248n m n m m n m n m n m n m n +=++=+++=++≥+=,当且仅当4n m m n=.即1412m n ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩时等号成立. 例3.(★★★)已知2()221f x x mx m =+++.(1)若函数有两个零点,且其中一个在区间(1,0)-,另一个在区间(1,2)内,求m 的取值范围(2)若函数的两个零点均在区间(0,1)内,求m 的取值范围.解:(1)(1)0122101(0)0210512(,)5(1)012210626(2)044210f m m m f m m f m m m f m m ->-++>⎧⎧⎧<-⎪⎪⎪<+<⎪⎪⎪⇒⇒⇒∈--⎨⎨⎨<+++<⎪⎪⎪>-⎪⎪⎪⎩>+++>⎩⎩. (2)221(22)1,2(1)x m x x m x --+=--=+.令1,(1,2)t x t =+∈. 所以221(1)11221212(2)()12222t t t m t t t t t t----+-=⋅=⋅=--+=-++. 所以212(1),222(1)3,122t m m m t +=--≤--<-<≤-. 课堂检测1.(★★)使2log ()1x x -<+成立的x 的取值范围是___________.解:结合函数图象可知:(1,0)x ∈-2.(★★★)设函数2()|45|f x x x =--,若在区间[1,5]-上,3y kx k =+的图像位于函数()f x 图像的上方,则实数k 的取值范围是___________.解:由题意得:2345kx k x x +>-++在区间[1,5]-上恒成立. 即:2453x x k x -++>+在区间[1,5]-上恒成立, 由2453x x x -+++在[1,5]-上的最大值为2,得出2k >. 3.(★★★)三位同学合作学习,对问题“已知不等式222xy ax y ≤+,对于[1,2],[2,3]x y ∈∈恒成立,求a 的取值范围”提出了各自的解题思路.甲说:“可视x 为变量,y 为常量来分析” .乙说:“寻找x 与y 的关系,再作分析”.丙说:“把字母a 单独放在一边,再作分析”.参考上述思路,或自己的其他解法,可求出实数a 的取值范围是___________.解:原式⇔ 22()y y a x x≥-在[1,2],[2,3]x y ∈∈上恒成立, 令[1,3]y t x=∈,则函数22t t -在[1,3]的最大值为1-,则1a ≥-. 4.(★★★★)已知二次函数2()f x ax bx c =++和一次函数()g x bx =-,其中,,a b c 满足a b c >>,0(,,)a b c a b c R ++=∈.(1)求证:两函数的图像交于不同的两点A 、B ;(2)求线段AB 在x 轴上的射影11A B 的长的取值范围.解:(1)222220444()y ax bx c ax bx c b ac b ac y bx⎧=++⇒++=⇒∆=-⇒∆=-⎨=-⎩. 因为a b c >>且0a b c ++=,所以0a >且0c <,20b ac ->,即0∆>.所以两函数图像有两个交点. (2)22221124()()13||221()2()24b ac a c ac c c c A B a a a a -+-===++=++ 因为0()()a b c b a c a a c c ++=⇒=-+⇒>-+>, 所以1(2,)2c a ∈--.故11||(3,23)A B ∈. 回顾总结1.在写不等式解集的时候一定要注意答案要写__________集合或区间形式.。
高考数学大二轮复习专题2函数与导数第2讲综合大题部分真题押题精练(理)

第2讲 综合大题部分1. (2017·高考全国卷Ⅰ)已知函数f (x )=a e 2x +(a -2)e x-x . (1)讨论f (x )的单调性;(2)若f (x )有两个零点,求a 的取值范围. 解析:(1)f (x )的定义域为(-∞,+∞),f ′(x )=2a e 2x +(a -2)e x -1=(a e x -1)(2e x +1).①若a ≤0,则f ′(x )<0,所以f (x )在(-∞,+∞)上单调递减. ②若a >0,则由f ′(x )=0得x =-ln a . 当x ∈(-∞,-ln a )时,f ′(x )<0; 当x ∈(-ln a ,+∞)时,f ′(x )>0. 所以f (x )在(-∞,-ln a )上单调递减, 在(-ln a ,+∞)上单调递增.(2)①若a ≤0,由(1)知,f (x )至多有一个零点.②若a >0,由(1)知,当x =-ln a 时,f (x )取得最小值,最小值为f (-ln a )=1-1a+ln a .a .当a =1时,由于f (-ln a )=0,故f (x )只有一个零点;b .当a ∈(1,+∞)时,由于1-1a+ln a >0,即f (-ln a )>0,故f (x )没有零点;c .当a ∈(0,1)时,1-1a+ln a <0,即f (-ln a )<0.又f (-2)=a e -4+(a -2)e -2+2>-2e -2+2>0, 故f (x )在(-∞,-ln a )有一个零点.设正整数n 0满足n 0>ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫3a-1,则f (n 0)=e n 0(a e n 0+a -2)-n 0>e n 0-n 0>2n 0-n 0>0.由于ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫3a-1>-ln a ,因此f (x )在(-ln a ,+∞)有一个零点. 综上,a 的取值范围为(0,1).2.(2017·高考全国卷Ⅲ)已知函数f (x )=x -1-a ln x . (1)若f (x )≥0,求a 的值;(2)设m 为整数,且对于任意正整数n ,⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12⎝ ⎛⎭⎪⎫1+122…⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12n <m ,求m 的最小值. 解析:(1)f (x )的定义域为(0,+∞).①若a ≤0,因为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12=-12+a ln 2<0,所以不满足题意; ②若a >0,由f ′(x )=1-a x =x -ax知,当x ∈(0,a )时,f ′(x )<0;当x ∈(a ,+∞)时,f ′(x )>0.所以f (x )在(0,a )单调递减,在(a ,+∞)单调递增. 故x =a 是f (x )在(0,+∞)的唯一最小值点. 由于f (1)=0,所以当且仅当a =1时,f (x )≥0. 故a =1.(2)由(1)知当x ∈(1,+∞)时,x -1-ln x >0.令x =1+12n 得ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12n <12n .从而ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12+ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+122+…+ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12n <12+122+…+12n =1-12n <1. 故⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12⎝ ⎛⎭⎪⎫1+122…⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12n <e. 而⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12⎝ ⎛⎭⎪⎫1+122⎝ ⎛⎭⎪⎫1+123>2, 所以m 的最小值为3.3.(2018·高考全国卷Ⅱ)已知函数f (x )=e x -ax 2. (1)若a =1,证明:当x ≥0时,f (x )≥1; (2)若f (x )在(0,+∞)只有一个零点,求a .解析:(1)证明:当a =1时,f (x )≥1等价于(x 2+1)e -x-1≤0.设函数g (x )=(x 2+1)e -x-1,则g ′(x )=-(x 2-2x +1)·e -x=-(x -1)2e -x. 当x ≠1时,g ′(x )<0,所以g (x )在(0,+∞)单调递减. 而g (0)=0,故当x ≥0时,g (x )≤0,即f (x )≥1. (2)设函数h (x )=1-ax 2e -x.f (x )在(0,+∞)只有一个零点等价于h (x )在(0,+∞)只有一个零点.(ⅰ)当a ≤0时,h (x )>0,h (x )没有零点; (ⅱ)当a >0时,h ′(x )=ax (x -2)e -x.当x ∈(0,2)时,h ′(x )<0;当x ∈(2,+∞)时,h ′(x )>0. 所以h (x )在(0,2)单调递减,在(2,+∞)单调递增.故h (2)=1-4ae 2是h (x )在(0,+∞)的最小值.①若h (2)>0,即a <e24,h (x )在(0,+∞)没有零点.②若h (2)=0,即a =e24,h (x )在(0,+∞)只有一个零点.③若h (2)<0,即a >e24,因为h (0)=1,所以h (x )在(0,2)有一个零点;由(1)知,当x >0时,e x>x 2,所以h (4a )=1-16a 3e 4a =1-16a3e2a2>1-16a 32a 4=1-1a>0,故h (x )在(2,4a )有一个零点.因此h (x )在(0,+∞)有两个零点. 综上,当f (x )在(0,+∞)只有一个零点时,a =e24.1. 已知函数f (x )=ln(x +1)+ax 2,a >0. (1)讨论函数f (x )的单调性;(2)若函数f (x )在区间(-1,0)上有唯一零点x 0,证明:e -2<x 0+1<e -1. 解析:(1)f ′(x )=1x +1+2ax =2ax 2+2ax +1x +1,x >-1,令g (x )=2ax 2+2ax +1, 则Δ=4a 2-8a =4a (a -2), 若Δ<0,即0<a <2,则g (x )>0,故当x ∈(-1,+∞)时,f ′(x )>0,f (x )单调递增. 若Δ=0,即a =2,则g (x )≥0, 仅当x =-12时,等号成立,故当x ∈(-1,+∞)时,f ′(x )≥0,f (x )单调递增. 若Δ>0,即a >2,则g (x )有两个零点,x 1=-a -a a -22a ,x 2=-a +a a -22a,由g (-1)=g (0)=1>0,g (-12)<0得,-1<x 1<-12<x 2<0,故当x ∈(-1,x 1)时,g (x )>0,f ′(x )>0,f (x )单调递增, 当x ∈(x 1,x 2)时,g (x )<0,f ′(x )<0,f (x )单调递减,当x ∈(x 2,+∞)时,g (x )>0,f ′(x )>0,f (x )单调递增. 综上所述,当0<a ≤2时,f (x )在(-1,+∞)上单调递增, 当a >2时,f (x )在(-1,-a -a a -22a )和(-a +a a -22a ,+∞)上单调递增,在(-a -a a -22a,-a +a a -22a)上单调递减.(2)由(1)及f (0)=0可知:仅当极大值等于零,即f (x 1)=0时,符合要求. 此时,x 1就是函数f (x )在区间(-1,0)上的唯一零点x 0. 所以2ax 20+2ax 0+1=0, 从而有a =-12x 0x 0+1,又f (x 0)=ln(x 0+1)+ax 20=0, 所以ln(x 0+1)-x 02x 0+1=0,令x 0+1=t 0,则ln t 0-t 0-12t 0=0, 即ln t 0+12t 0-12=0,且0<t 0<12,设h (t )=ln t +12t -12,则h ′(t )=2t -12t 2,当0<t <12时,h ′(t )<0,h (t )单调递减,又h (e -2)=e 2-52>0,h (e -1)=e -32<0,所以e -2<t 0<e -1,即e -2<x 0+1<e -1.2.已知函数f (x )=12ln x -mx ,g (x )=x -ax (a >0).(1)求函数f (x )的单调区间;(2)若m =12e 2,对∀x 1,x 2∈[2,2e 2]都有g (x 1)≥f (x 2)成立,求实数a 的取值范围.解析:(1)f (x )=12ln x -mx ,x >0,所以f ′(x )=12x-m ,当m ≤0时,f ′(x )>0,f (x )在(0,+∞)上单调递增, 当m >0时,由f ′(x )=0得x =12m;由⎩⎪⎨⎪⎧f ′x >0,x >0得0<x <12m ;由⎩⎪⎨⎪⎧f ′x <0,x >0得x >12m.综上所述,当m ≤0时,f (x )的单调递增区间为(0,+∞); 当m >0时,f (x )的单调递增区间为(0,12m ),单调递减区间为(12m ,+∞).(2)若m =12e 2,则f (x )=12ln x -12e 2x .对∀x 1,x 2∈[2,2e 2]都有g (x 1)≥f (x 2)成立, 等价于对∀x ∈[2,2e 2]都有g (x )min ≥f (x )max , 由(1)知在[2,2e 2]上f (x )的最大值为f (e 2)=12,g ′(x )=1+ax2>0(a >0),x ∈[2,2e 2],函数g (x )在[2,2e 2]上是增函数,g (x )min =g (2)=2-a2,由2-a 2≥12,得a ≤3,又a >0,所以a ∈(0,3],所以实数a 的取值范围为(0,3].3.已知函数f (x )=ln xx +a (a ∈R ),曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线与直线x +y +1=0垂直.(1)试比较:2 0182 019与2 0192 018的大小并说明理由;(2)若函数g (x )=f (x )-k 有两个不同的零点x 1,x 2,证明:x 1x 2>e 2.解析:(1)依题意得f ′(x )=x +ax-ln x x +a 2,所以f ′(1)=1+a 1+a2=11+a, 又曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线与直线x +y +1=0垂直,所以f ′(1)=1, 即11+a=1,解得a =0. 故f (x )=ln x x ,f ′(x )=1-ln xx2.令f ′(x )>0,则1-ln x >0,解得0<x <e ; 令f ′(x )<0,则1-ln x <0,解得x >e , 所以f (x )的单调递增区间为(0,e), 单调递减区间为(e ,+∞).∴f (2 018)>f (2 019),即ln 2 0182 018>ln 2 0192 019,即ln 2 0182 019>ln 2 0192 018,∴2 0182 019>2 0192 018.(2)不妨设x 1>x 2>0,因为g (x 1)=g (x 2)=0, 所以ln x 1-kx 1=0,ln x 2-kx 2=0, 可得ln x 1+ln x 2=k (x 1+x 2), ln x 1-ln x 2=k (x 1-x 2). 要证x 1x 2>e 2,即证ln x 1x 2>2, 只需证ln x 1+ln x 2>2, 也就是证k (x 1+x 2)>2,即证k >2x 1+x 2. 因为k =ln x 1-ln x 2x 1-x 2,所以只需证ln x 1-ln x 2x 1-x 2>2x 1+x 2,即证ln x 1x 2>2x 1-x 2x 1+x 2.令x 1x 2=t (t >1),则只需证ln t >2t -1t +1(t >1).令h (t )=ln t -2t -1t +1(t >1),则h ′(t )=1t-4t +12=t -12t t +12>0,故函数h (t )在(1,+∞)上是单调递增的, 所以h (t )>h (1)=0,即ln t >2t -1t +1.所以x 1x 2>e 2. 4.已知函数f (x )=exx.(1)求曲线y =f (x )在点P (2,e22)处的切线方程;(2)证明:f (x )>2(x -ln x ).解析:(1)因为f (x )=exx,所以f ′(x )=e x ·x -e xx2=exx -1x 2,f ′(2)=e24, 又切点为(2,e22),所以切线方程为y -e 22=e24(x -2),即e 2x -4y =0.(2)设函数g (x )=f (x )-2(x -ln x )=exx-2x +2ln x ,x ∈(0,+∞),则g ′(x )=exx -1x 2-2+2x =e x-2x x -1x2,x ∈(0,+∞). 设h (x )=e x-2x ,x ∈(0,+∞),则h ′(x )=e x-2,令h ′(x )=0,则x =ln 2. 当x ∈(0,ln 2)时,h ′(x )<0; 当x ∈(ln 2,+∞)时,h ′(x )>0. 所以h (x )min =h (ln 2)=2-2ln 2>0, 故h (x )=e x-2x >0. 令g ′(x )=e x-2xx -1x2=0,则x =1.当x ∈(0,1)时,g ′(x )<0; 当x ∈(1,+∞)时,g ′(x )>0. 所以g (x )min =g (1)=e -2>0, 故g (x )=f (x )-2(x -ln x )>0, 从而有f (x )>2(x -ln x ).。
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第2讲函数的应用考情解读(1)函数零点所在区间、零点个数及参数的取值范围是高考的常见题型,主要以填空题的形式出现.(2)函数的实际应用以二次函数、分段函数模型为载体,主要考查函数的最值问题.1.函数的零点与方程的根(1)函数的零点对于函数f(x),我们把使f(x)=0的实数x叫做函数f(x)的零点.(2)函数的零点与方程根的关系函数F(x)=f(x)-g(x)的零点就是方程f(x)=g(x)的根,即函数y=f(x)的图象与函数y=g(x)的图象交点的横坐标.(3)零点存在性定理如果函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是连续不断的一条曲线,且有f(a)·f(b)<0,那么,函数y =f(x)在区间(a,b)内有零点,即存在c∈(a,b)使得f(c)=0,这个c也就是方程f(x)=0的根.注意以下两点:①满足条件的零点可能不唯一;②不满足条件时,也可能有零点.(4)二分法求函数零点的近似值,二分法求方程的近似解.2.函数模型解决函数模型的实际应用题,首先考虑题目考查的函数模型,并要注意定义域.其解题步骤是(1)阅读理解,审清题意:分析出已知什么,求什么,从中提炼出相应的数学问题;(2)数学建模:弄清题目中的已知条件和数量关系,建立函数关系式;(3)解函数模型:利用数学方法得出函数模型的数学结果;(4)实际问题作答:将数学问题的结果转化成实际问题作出解答.热点一函数的零点例1(1)函数f(x)=2x+x3-2在区间(0,1)内的零点个数是________.(2)(2014·辽宁改编)已知f (x )为偶函数,当x ≥0时,f (x )=⎩⎨⎧cos πx ,x ∈[0,12],2x -1,x ∈(12,+∞),则不等式f (x -1)≤12的解集为________.思维升华 (1)根据二分法原理,逐个判断;(2)画出函数图象,利用数形结合思想解决. 答案 (1)1 (2)[14,23]∪[43,74]解析 (1)先判断函数的单调性,再确定零点. 因为f ′(x )=2x ln 2+3x 2>0,所以函数f (x )=2x +x 3-2在(0,1)上递增, 且f (0)=1+0-2=-1<0,f (1)=2+1-2=1>0, 所以有1个零点.(2)先画出y 轴右边的图象,如图所示.∵f (x )是偶函数,∴图象关于y 轴对称,∴可画出y 轴左边的图象,再画直线y =12.设与曲线交于点A ,B ,C ,D ,先分别求出A ,B 两点的横坐标. 令cos πx =12,∵x ∈[0,12],∴πx =π3,∴x =13.令2x -1=12,∴x =34,∴x A =13,x B =34.根据对称性可知直线y =12与曲线另外两个交点的横坐标为x C =-34,x D =-13.∵f (x -1)≤12,则在直线y =12上及其下方的图象满足,∴13≤x -1≤34或-34≤x -1≤-13, ∴43≤x ≤74或14≤x ≤23. 思维升华 函数零点(即方程的根)的确定问题,常见的有①函数零点值大致存在区间的确定;②零点个数的确定;③两函数图象交点的横坐标或有几个交点的确定.解决这类问题的常用方法有解方程法、利用零点存在的判定或数形结合法,尤其是方程两端对应的函数类型不同的方程多以数形结合求解.(1)已知函数f (x )=(14)x -cos x ,则f (x )在[0,2π]上的零点个数是________.(2)已知a 是函数f (x )=2x -log 12x 的零点,若0<x 0<a ,则f (x 0)和0的大小关系是________.答案 (1)3 (2)f (x 0)<0解析 (1)f (x )在[0,2π]上的零点个数就是函数y =(14)x 和y =cos x 的图象在[0,2π]上的交点个数,而函数y =(14)x 和y =cos x 的图象在[0,2π]上的交点有3个.(2)∵f (x )=2x -log 12x 在(0,+∞)上是增函数,又a 是函数f (x )=2x -log 12x 的零点,即f (a )=0,∴当0<x 0<a 时,f (x 0)<0.热点二 函数的零点与参数的范围例2 (2014·常州高三模拟)对任意实数a ,b 定义运算“⊗”:a ⊗b =⎩⎪⎨⎪⎧b ,a -b ≥1,a ,a -b <1.设f (x )=(x 2-1)⊗(4+x ),若函数y =f (x )+k 的图象与x 轴恰有三个不同交点,则k 的取值范围是________. 思维启迪 先确定函数f (x )的解析式,再利用数形结合思想求k 的范围. 答案 [-2,1)解析 解不等式x 2-1-(4+x )≥1, 得x ≤-2或x ≥3,所以f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x +4,x ∈(-∞,-2]∪[3,+∞),x 2-1,x ∈(-2,3).函数y =f (x )+k 的图象与x 轴恰有三个不同交点转化为函数y =f (x )的图象和直线y =-k 恰有三个不同交点.如图,所以-1<-k ≤2,故-2≤k <1.思维升华 已知函数的零点个数求解参数范围,可以利用数形结合思想转为函数图象交点个数;也可以利用函数方程思想,构造关于参数的方程或不等式进行求解.定义在R 上的函数f (x )=ax 3+bx 2+cx (a ≠0)的单调增区间为(-1,1),若方程3a (f (x ))2+2bf (x )+c =0恰有6个不同的实根,则实数a 的取值范围是________. 答案 (-∞,-12)解析 ∵函数f (x )=ax 3+bx 2+cx (a ≠0)的单调增区间为(-1,1),∴-1和1是f ′(x )=0的根, ∵f ′(x )=3ax 2+2bx +c ,∴⎩⎨⎧(-1)+1=-2b 3a,(-1)×1=c3a,∴b =0,c =-3a ,∴f (x )=ax 3-3ax ,∵3a (f (x ))2+2bf (x )+c =0,∴3a (f (x ))2-3a =0,∴f 2(x )=1,∴f (x )=±1,∴⎩⎪⎨⎪⎧ f (1)>1,f (-1)<-1,即⎩⎪⎨⎪⎧a -3a >1,-a +3a <-1,∴a <-12.热点三 函数的实际应用问题例3 省环保研究所对市中心每天环境放射性污染情况进行调查研究后,发现一天中环境综合放射性污染指数f (x )与时刻x (时)的关系为f (x )=|x x 2+1-a |+2a +23,x ∈[0,24],其中a 是与气象有关的参数,且a ∈[0,12],若用每天f (x )的最大值为当天的综合放射性污染指数,并记作M (a ).(1)令t =xx 2+1,x ∈[0,24],求t 的取值范围;(2)省政府规定,每天的综合放射性污染指数不得超过2,试问目前市中心的综合放射性污染指数是否超标?思维启迪 (1)分x =0和x ≠0两种情况,当x ≠0时变形使用基本不等式求解.(2)利用换元法把函数f (x )转化成g (t )=|t -a |+2a +23,再把函数g (t )写成分段函数后求M (a ).解 (1)当x =0时,t =0;当0<x ≤24时,x +1x≥2(当x =1时取等号),∴t =x x 2+1=1x +1x ∈(0,12],即t 的取值范围是[0,12].(2)当a ∈[0,12]时,记g (t )=|t -a |+2a +23,则g (t )=⎩⎨⎧-t +3a +23,0≤t ≤a ,t +a +23,a <t ≤12.∵g (t )在[0,a ]上单调递减,在(a ,12]上单调递增,且g (0)=3a +23,g (12)=a +76,g (0)-g (12)=2(a -14).故M (a )=⎩⎨⎧ g (12),0≤a ≤14,g (0),14<a ≤12.即M (a )=⎩⎨⎧a +76,0≤a ≤14,3a +23,14<a ≤12.当0≤a ≤14时,M (a )=a +76<2显然成立;由⎩⎨⎧3a +23≤2,14<a ≤12,得14<a ≤49, ∴当且仅当0≤a ≤49时,M (a )≤2.故当0≤a ≤49时不超标,当49<a ≤12时超标.思维升华 (1)关于解决函数的实际应用问题,首先要耐心、细心地审清题意,弄清各量之间的关系,再建立函数关系式,然后借助函数的知识求解,解答后再回到实际问题中去. (2)对函数模型求最值的常用方法:单调性法、基本不等式法及导数法.已知一家公司生产某种品牌服装的年固定成本为10万元,每生产1千件需另投入2.7万元.设该公司一年内生产该品牌服装x 千件并全部销售完,每千件的销售收入为R (x )万元,且R (x )=⎩⎨⎧10.8-130x 2 (0<x ≤10),108x -1 0003x 2(x >10).(1)写出年利润W (万元)关于年产量x (千件)的函数解析式;(2)年产量为多少千件时,该公司在这一品牌服装的生产中所获得的年利润最大?(注:年利润=年销售收入-年总成本) 解 (1)当0<x ≤10时,W =xR (x )-(10+2.7x )=8.1x -x 330-10;当x >10时,W =xR (x )-(10+2.7x )=98-1 0003x-2.7x . ∴W =⎩⎨⎧8.1x -x 330-10 (0<x ≤10),98-1 0003x-2.7x (x >10).(2)①当0<x ≤10时,由W ′=8.1-x 210=0,得x =9,且当x ∈(0,9)时,W ′>0;当x ∈(9,10)时,W ′<0,∴当x =9时,W 取得最大值, 且W max =8.1×9-130·93-10=38.6.②当x >10时,W =98-⎝⎛⎭⎫1 0003x +2.7x ≤98-21 0003x·2.7x =38, 当且仅当1 0003x =2.7x ,即x =1009时,W =38,故当x =1009时,W 取最大值38.综合①②知:当x =9时,W 取最大值38.6万元,故当年产量为9千件时,该公司在这一品牌服装的生产中所获年利润最大.1.函数与方程(1)函数f (x )有零点⇔方程f (x )=0有根⇔函数f (x )的图象与x 轴有交点. (2)函数f (x )的零点存在性定理:如果函数f (x )在区间[a ,b ]上的图象是连续不断的曲线,并且有f (a )·f (b )<0,那么,函数f (x )在区间(a ,b )内有零点,即存在c ∈(a ,b ),使f (c )=0.①如果函数f (x )在区间[a ,b ]上的图象是连续不断的曲线,并且函数f (x )在区间[a ,b ]上是一个单调函数,那么当f (a )·f (b )<0时,函数f (x )在区间(a ,b )内有唯一的零点,即存在唯一的c ∈(a ,b ),使f (c )=0.②如果函数f (x )在区间[a ,b ]上的图象是连续不断的曲线,并且有f (a )·f (b )>0,那么,函数f (x )在区间(a ,b )内不一定没有零点.2.函数综合题的求解往往应用多种知识和技能.因此,必须全面掌握有关的函数知识,并且严谨审题,弄清题目的已知条件,尤其要挖掘题目中的隐含条件.要认真分析,处理好各种关系,把握问题的主线,运用相关的知识和方法逐步化归为基本问题来解决. 3.应用函数模型解决实际问题的一般程序读题(文字语言)⇒建模(数学语言)⇒求解(数学应用)⇒反馈(检验作答)与函数有关的应用题,经常涉及到物价、路程、产值、环保等实际问题,也可涉及角度、面积、体积、造价的最优化问题.解答这类问题的关键是确切的建立相关函数解析式,然后应用函数、方程、不等式和导数的有关知识加以综合解答.真题感悟1.(2014·重庆改编)已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧1x +1-3, x ∈(-1,0],x , x ∈(0,1],且g (x )=f (x )-mx -m 在(-1,1]内有且仅有两个不同的零点,则实数m 的取值范围是________. 答案 ⎝⎛⎦⎤-94,-2∪⎝⎛⎦⎤0,12 解析 作出函数f (x )的图象如图所示,其中A (1,1),B (0,-2).因为直线y =mx +m =m (x +1)恒过定点C (-1,0),故当直线y =m (x +1)在AC 位置时,m =12,可知当直线y =m (x +1)在x 轴和AC 之间运动时两图象有两个不同的交点(直线y =m (x +1)可与AC 重合但不能与x 轴重合),此时0<m ≤12,g (x )有两个不同的零点.当直线y =m (x +1)过点B 时,m =-2;当直线y =m (x +1)与曲线f (x )相切时,联立⎩⎪⎨⎪⎧y =1x +1-3,y =m (x +1),得mx 2+(2m +3)x +m +2=0,由Δ=(2m +3)2-4m (m +2)=0,解得m =-94,可知当y =m (x +1)在切线和BC 之间运动时两图象有两个不同的交点(直线y =m (x +1)可与BC 重合但不能与切线重合),此时-94<m ≤-2,g (x )有两个不同的零点.综上,m 的取值范围为(-94,-2]∪(0,12].2.(2014·北京改编)加工爆米花时,爆开且不糊的粒数占加工总粒数的百分比称为“可食用率”.在特定条件下,可食用率p 与加工时间t (单位:分钟)满足函数关系p =at 2+bt +c (a 、b 、c 是常数),如图记录了三次实验的数据.根据上述函数模型和实验数据,可以得到最佳加工时间为________分钟.答案 3.75解析 根据图表,把(t ,p )的三组数据(3,0.7),(4,0.8),(5,0.5)分别代入函数关系式,联立方程组得⎩⎪⎨⎪⎧0.7=9a +3b +c ,0.8=16a +4b +c ,0.5=25a +5b +c ,消去c 化简得⎩⎪⎨⎪⎧7a +b =0.1,9a +b =-0.3,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =-0.2,b =1.5,c =-2.0.所以p =-0.2t 2+1.5t -2.0=-15(t 2-152t +22516)+4516-2=-15(t -154)2+1316,所以当t =154=3.75时,p 取得最大值,即最佳加工时间为3.75分钟. 押题精练1.已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x +1,x ≤0,log 2x ,x >0,则函数y =f [f (x )+1]的零点有________个.答案 4解析 当f (x )=0时,x =-1或x =1,故f [f (x )+1]=0时,f (x )+1=-1或1.当f (x )+1=-1,即f (x )=-2时,解得x =-3或x =14;当f (x )+1=1,即f (x )=0时,解得x =-1或x =1.故函数y =f [f (x )+1]有四个不同的零点.2.函数f (x )=x e x -a 有两个零点,则实数a 的取值范围是________. 答案 (-1e,0)解析 令f ′(x )=(x +1)e x =0,得x =-1,则当x ∈(-∞,-1)时,f ′(x )<0,当x ∈(-1,+∞)时,f ′(x )>0,所以f (x )在(-∞,-1)上单调递减,在(-1,+∞)上单调递增,要使f (x )有两个零点,则极小值f (-1)<0,即-e -1-a <0,所以a >-1e ,又x →-∞时,f (x )>0,则a <0,∴a ∈(-1e,0).3.某公司购买一批机器投入生产,据市场分析每台机器生产的产品可获得的总利润y (单位:万元)与机器运转时间x (单位:年)的关系为y =-x 2+18x -25(x ∈N *).则当每台机器运转________年时,年平均利润最大,最大值是________万元. 答案 5 8解析 由题意知每台机器运转x 年的年平均利润为y x =18-(x +25x ),而x >0,故yx ≤18-225=8,当且仅当x =5时,年平均利润最大,最大值为8万元.(推荐时间:60分钟)一、填空题1.函数f (x )=x 2-2x 的零点个数为________. 答案 3解析 由于f (-1)=1-2-1=12>0,又f (0)=0-1<0,则在区间(-1,0)内有1个零点; 又f (2)=22-22=0,f (4)=42-24=0,故有3个零点.2.若函数f (x )=x 2-ax -b 的两个零点是2和3,则函数g (x )=bx 2-ax -1的零点是________. 答案 -12,-13解析 由⎩⎪⎨⎪⎧ 22-2a -b =0,32-3a -b =0,得⎩⎪⎨⎪⎧a =5,b =-6.所以g (x )=-6x 2-5x -1的零点为-12,-13.3.f (x )=2sin πx -x +1的零点个数为________. 答案 5解析 ∵2sin πx -x +1=0,∴2sin πx =x -1,图象如图所示,由图象看出y =2sin πx 与y =x -1有5个交点,∴f (x )=2sin πx -x +1的零点个数为5.4.设函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x ,x ≤0,x 2-x ,x >0,若方程f (x )=m 有三个不同的实根,则实数m 的取值范围为________. 答案 (-14,0)解析 作出函数y =f (x )的图象,如图所示.当x >0时,f (x )=x 2-x =(x -12)2-14≥-14,所以要使函数f (x )=m 有三个不同的零点,则-14<m <0,即m 的取值范围为(-14,0).5.(2013·江西改编)如图,半径为1的半圆O 与等边三角形ABC 夹在两平行线l 1,l 2之间,l ∥l 1,l 与半圆相交于F 、G 两点,与三角形ABC 两边相交于E 、D 两点.设弧FG 的长为x (0<x <π),y =EB +BC +CD ,若l 从l 1平行移动到l 2,则函数y =f (x )的图象大致是________.答案 ④解析 如图所示,连结OF ,OG ,过点O 作OM ⊥FG ,过点A 作AH ⊥BC ,交DE 于点N .因为弧FG 的长度为x ,所以∠FOG =x , 则AN =OM =cos x 2,所以AN AH =AE AB =cos x 2,则AE =233cos x 2,所以EB =233-233cos x2.所以y =EB +BC +CD =433-433cos x 2+233=-433cos x 2+23(0<x <π).对照图象知④正确. 6.已知定义在R 上的函数f (x )满足:f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x 2+2,x ∈[0,1),2-x 2,x ∈[-1,0),且f (x +2)=f (x ),g (x )=2x +5x +2,则方程f (x )=g (x )在区间[-5,1]上的所有实根之和为________.答案 -7解析 由题意知g (x )=2x +5x +2=2(x +2)+1x +2=2+1x +2,函数f (x )的周期为2,则函数f (x ),g (x )在区间[-5,1]上的图象如图所示:由图形可知函数f (x ),g (x )在区间[-5,1]上的交点为A ,B ,C ,易知点B 的横坐标为-3,若设C 的横坐标为t (0<t <1),则点A 的横坐标为-4-t ,所以方程f (x )=g (x )在区间[-5,1]上的所有实根之和为-3+(-4-t )+t =-7.7.若函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧2x -a ,x ≤0,ln x ,x >0有两个不同的零点,则实数a 的取值范围是________. 答案 (0,1]解析 当x >0时,由f (x )=ln x =0,得x =1.因为函数f (x )有两个不同的零点,则当x ≤0时,函数f (x )=2x -a 有一个零点,令f (x )=0得a =2x ,因为0<2x ≤20=1,所以0<a ≤1,所以实数a 的取值范围是0<a ≤1.8.(2014·课标全国Ⅰ)设函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧e x -1, x <1,x 13, x ≥1,则使得f (x )≤2成立的x 的取值范围是________.答案 (-∞,8]解析 当x <1时,x -1<0,e x -1<e 0=1≤2, ∴当x <1时满足f (x )≤2.当x ≥1时,x 13≤2,x ≤23=8,1≤x ≤8. 综上可知x ∈(-∞,8].9.已知函数f (x )=1x +2-m |x |有三个零点,则实数m 的取值范围为________.答案 (1,+∞)解析 函数f (x )有三个零点等价于方程1x +2=m |x |有且仅有三个实根. ∵1x +2=m |x |⇔1m =|x |(x +2),作函数y =|x |(x +2)的图象,如图所示,由图象可知m 应满足0<1m <1,故m >1.10.若对于定义在R 上的函数f (x ),其图象是连续不断的,且存在常数λ(λ∈R )使得f (x +λ)+λf (x )=0对任意实数都成立,则称f (x )是一个“λ-伴随函数”.有下列关于“λ-伴随函数”的结论:①f (x )=0是常数函数中唯一一个“λ-伴随函数”;②f (x )=x 是“λ-伴随函数”;③f (x )=x 2是“λ-伴随函数”;④“12-伴随函数”至少有一个零点. 其中正确结论的个数是________.答案 1解析 对于①,若f (x )=c ≠0,取λ=-1,则f (x -1)-f (x )=c -c =0,即f (x )=c ≠0是一个“λ-伴随函数”,故①不正确.对于②,若f (x )=x 是一个“λ-伴随函数”,则(x +λ)+λx =0,求得λ=0且λ=-1,矛盾,故②不正确.对于③,若f (x )=x 2是一个“λ-伴随函数”,则(x +λ)2+λx 2=0,求得λ=0且λ=-1,矛盾,故③不正确.对于④,若f (x )是“12-伴随函数”, 则f (x +12)+12f (x )=0,取x =0, 则f (12)+12f (0)=0, 若f (0),f (12)任意一个为0,函数f (x )有零点; 若f (0),f (12)均不为0, 则f (0),f (12)异号,由零点存在性定理, 知f (x )在(0,12)内存在零点x 0,所以④正确.二、解答题11.设函数f (x )=ax 2+bx +b -1(a ≠0).(1)当a =1,b =-2时,求函数f (x )的零点;(2)若对任意b ∈R ,函数f (x )恒有两个不同零点,求实数a 的取值范围.解 (1)当a =1,b =-2时,f (x )=x 2-2x -3,令f (x )=0,得x =3或x =-1.所以函数f (x )的零点为3和-1.(2)依题意,f (x )=ax 2+bx +b -1=0有两个不同实根.所以b 2-4a (b -1)>0恒成立,即对于任意b ∈R ,b 2-4ab +4a >0恒成立,所以有(-4a )2-4(4a )<0⇒a 2-a <0,所以0<a <1.因此实数a 的取值范围是(0,1).12.随着机构改革工作的深入进行,各单位要减员增效,有一家公司现有职员2a 人(140<2a <420,且a 为偶数),每人每年可创利b 万元.据评估,在经营条件不变的前提下,每裁员1人,则留岗职员每人每年多创利0.01b 万元,但公司需付下岗职员每人每年0.4b 万元的生活费,并且该公司正常运转所需人数不得小于现有职员的34,为获得最大的经济效益,该公司应裁员多少人?解 设裁员x 人,可获得的经济效益为y 万元,则y =(2a -x )(b +0.01bx )-0.4bx =-b 100[x 2-2(a -70)x ]+2ab . 依题意得2a -x ≥34·2a ,所以0<x ≤a 2. 又140<2a <420,即70<a <210.(1)当0<a -70≤a 2,即70<a ≤140时,x =a -70,y 取到最大值; (2)当a -70>a 2,即140<a <210时,x =a 2,y 取到最大值. 故当70<a ≤140时,公司应裁员(a -70)人,经济效益取到最大,当140<a <210时,公司应裁员a 2人,经济效益取到最大. 13.是否存在这样的实数a ,使函数f (x )=x 2+(3a -2)x +a -1在区间[-1,3]上恒有一个零点,且只有一个零点?若存在,求出a 的取值范围;若不存在,说明理由.解 令f (x )=0,则Δ=(3a -2)2-4(a -1)=9a 2-16a +8=9(a -89)2+89>0, 即f (x )=0有两个不相等的实数根,∴若实数a 满足条件,则只需f (-1)·f (3)≤0即可.f (-1)·f (3)=(1-3a +2+a -1)·(9+9a -6+a -1)=4(1-a )(5a +1)≤0,∴a ≤-15或a ≥1. 检验(1)当f (-1)=0时,a =1,所以f (x )=x 2+x .令f (x )=0,即x 2+x =0,得x =0或x =-1.方程在[-1,3]上有两个实数根,不合题意,故a ≠1.(2)当f (3)=0时,a =-15,此时f (x )=x 2-135x -65. 令f (x )=0,即x 2-135x -65=0, 解得x =-25或x =3. 方程在[-1,3]上有两个实数根,不合题意,故a ≠-15. 综上所述,a <-15或a >1.。