(新課標(biāo))2021版高考數(shù)學(xué)一輪總復(fù)習(xí) 第三章 導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用 第17講 導(dǎo)數(shù)與函數(shù)的綜合問題導(dǎo)學(xué)案 新人教A版
《(新課標(biāo))2021版高考數(shù)學(xué)一輪總復(fù)習(xí) 第三章 導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用 第17講 導(dǎo)數(shù)與函數(shù)的綜合問題導(dǎo)學(xué)案 新人教A版》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(新課標(biāo))2021版高考數(shù)學(xué)一輪總復(fù)習(xí) 第三章 導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用 第17講 導(dǎo)數(shù)與函數(shù)的綜合問題導(dǎo)學(xué)案 新人教A版(14頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第17講 導(dǎo)數(shù)與函數(shù)的綜合問題
【課程要求】
掌握應(yīng)用導(dǎo)數(shù)求解實(shí)際問題的基本題型,提升通過構(gòu)造函數(shù)應(yīng)用導(dǎo)數(shù)解決不等式、方程等問題的能力.
對(duì)應(yīng)學(xué)生用書p47
【基礎(chǔ)檢測(cè)】
1.某品牌電動(dòng)汽車的耗電量y與速度x之間的關(guān)系為y=x3-x2-40x(x>0),為使耗電量最小,則速度應(yīng)定為____________.
[解析]令y′=x2-39x-40=0,得x=-1或x=40,
由于當(dāng)0
2、積的最大值為__________cm3.
[解析]設(shè)盒子容積為ycm3,盒子的高為xcm,x∈(0,5).
則y=(10-2x)(16-2x)x=4x3-52x2+160x,
∴y′=12x2-104x+160.
令y′=0,得x=2或x=(舍去),
∴ymax=6×12×2=144(cm3).
[答案]144
3.若函數(shù)f(x)在R上可導(dǎo),且滿足f(x)-xf′(x)>0,則( )
A.3f(1)
3、則′=<0在(0,+∞)上恒成立,
因此在(0,+∞)上是單調(diào)遞減函數(shù),
∴<,即3f(1)>f(3).
[答案]B
4.已知函數(shù)f=-1+lnx,若存在x0>0,使得f≤0有解,則實(shí)數(shù)a的取值范圍是( )
A.a(chǎn)>2B.a(chǎn)<3C.a(chǎn)≤1D.a(chǎn)≥3
[解析]若存在x0>0,使得f≤0有解,則由f=-1+lnx≤0,即≤1-lnx,即a≤x-xlnx,設(shè)h=x-xlnx,則h′=-lnx,由h′>0得lnx<0,得0
4、故選C. [答案]C 5.若函數(shù)f(x)=x2ex-a恰有三個(gè)零點(diǎn),則實(shí)數(shù)a的取值范圍是( ) A.B. C.(0,4e2) D.(0,+∞) [解析]函數(shù)y=x2ex-a的導(dǎo)數(shù)為y′=2xex+x2ex=xex(x+2), 令y′=0,則x=0或-2,當(dāng)-2<x<0上時(shí),y′<0,函數(shù)單調(diào)遞減,當(dāng)x∈(-∞,-2)或(0,+∞)時(shí),y′>0,函數(shù)在兩個(gè)區(qū)間上單調(diào)遞增, ∴函數(shù)f(x)在x=-2處取極大值,在x=0處取極小值,函數(shù)的極值為:f(0)=-a,f(-2)=4e-2-a, 已知函數(shù)f(x)=x2ex-a恰有三個(gè)零點(diǎn), 故-a<0,且4e-2-a>0,解得實(shí)數(shù)a的
5、取值范圍是. [答案]B 【知識(shí)要點(diǎn)】 1.優(yōu)化問題 與實(shí)際問題相關(guān)的利潤(rùn)最大、用料最省、效率最高等問題通常稱為優(yōu)化問題. 2.導(dǎo)數(shù)在優(yōu)化問題中的應(yīng)用 3.導(dǎo)數(shù)與不等式 (1)不等式的證明可以通過構(gòu)造函數(shù)等價(jià)轉(zhuǎn)換為探究函數(shù)值的大小,然后應(yīng)用導(dǎo)數(shù)討論函數(shù)的單調(diào)性,從而實(shí)現(xiàn)不等式的證明. (2)含參數(shù)不等式的恒成立問題,通過分離變量,構(gòu)造函數(shù)等價(jià)轉(zhuǎn)換為函數(shù)最值問題,然后應(yīng)用導(dǎo)數(shù)求函數(shù)最值. 4.導(dǎo)數(shù)與方程 方程根的存在性問題等價(jià)轉(zhuǎn)換為函數(shù)極值和單調(diào)性問題研究,然后應(yīng)用導(dǎo)數(shù)及數(shù)形結(jié)合確定方程根的存在性和個(gè)數(shù). 對(duì)應(yīng)學(xué)生用書p48 利用導(dǎo)數(shù)研究生活中的優(yōu)化問題
6、 例1 某山區(qū)外圍有兩條相互垂直的直線型公路,為進(jìn)一步改善山區(qū)的交通現(xiàn)狀,計(jì)劃修建一條連接兩條公路和山區(qū)邊界的直線型公路.記兩條相互垂直的公路為l1,l2,山區(qū)邊界曲線為C,計(jì)劃修建的公路為l.如圖所示,M,N為C的兩個(gè)端點(diǎn),測(cè)得點(diǎn)M到l1,l2的距離分別為5千米和40千米,點(diǎn)N到l1,l2的距離分別為20千米和2.5千米.以l2,l1所在的直線分別為x,y軸,建立平面直角坐標(biāo)系xOy.假設(shè)曲線C符合函數(shù)y=(a,b為常數(shù))模型. (1)求a,b的值; (2)設(shè)公路l與曲線C相切于P點(diǎn),P的橫坐標(biāo)為t. ①請(qǐng)寫出公路l長(zhǎng)度的函數(shù)解析式f(t),并寫出其定義域. ②當(dāng)t為何值時(shí),公路l的
7、長(zhǎng)度最短?求出最短長(zhǎng)度. [解析] (1)由題意知,點(diǎn)M,N的坐標(biāo)分別為(5,40),(20,2.5). 將其分別代入y=, 得解得 (2)①由(1)知y=(5≤x≤20), 則點(diǎn)P的坐標(biāo)為. 設(shè)在點(diǎn)P處的切線l交x,y軸分別于A,B兩點(diǎn), y′=-,則l的方程為y-=-(x-t), 由此得A,B. 故f(t)==,t∈[5,20]. ②設(shè)g(t)=t2+,t∈[5,20],則g′(t)=2t-. 令g′(t)=0,解得t=10. 當(dāng)t∈(5,10)時(shí),g′(t)<0,g(t)是減函數(shù); 當(dāng)t∈(10,20)時(shí),g′(t)>0,g(t)是增函數(shù). 從而,當(dāng)t=1
8、0時(shí),函數(shù)g(t)有極小值,也是最小值, 所以g(t)min=300,此時(shí)f(t)min=15. 故當(dāng)t=10時(shí),公路l的長(zhǎng)度最短,最短長(zhǎng)度為15千米. [小結(jié)]利用導(dǎo)數(shù)解決生活中的優(yōu)化問題的一般步驟 (1)分析實(shí)際問題中各量之間的關(guān)系,列出實(shí)際問題的數(shù)學(xué)模型,寫出實(shí)際問題中變量之間的函數(shù)關(guān)系式y(tǒng)=f(x). (2)求函數(shù)的導(dǎo)數(shù)f′(x),解方程f′(x)=0. (3)比較函數(shù)在區(qū)間端點(diǎn)和f′(x)=0的點(diǎn)的函數(shù)值的大小,最大(小)者為最大(小)值. (4)回歸實(shí)際問題,結(jié)合實(shí)際問題作答. 1.某村莊擬修建一個(gè)無蓋的圓柱形蓄水池(不計(jì)厚度).設(shè)該蓄水池的底面半徑為r米,高為
9、h米,體積為V立方米.假設(shè)建造成本僅與表面積有關(guān),側(cè)面的建造成本為100元/平方米,底面的建造成本為160元/平方米,該蓄水池的總建造成本為12000π元(π為圓周率). (1)將V表示成r的函數(shù)V(r),并求該函數(shù)的定義域; (2)討論函數(shù)V(r)的單調(diào)性,并確定r和h為何值時(shí)該蓄水池的體積最大. [解析] (1)因?yàn)樾钏貍?cè)面的總成本為100·2πrh=200πrh元,底面的總成本為160πr2元, 所以蓄水池的總成本為(200πrh+160πr2)元.又根據(jù)題意知200πrh+160πr2=12000π, 所以h=(300-4r2),從而V(r)=πr2h=(300r-4r3)
10、. 因?yàn)閞>0,又由h>0可得r<5,故函數(shù)V(r)的定義域?yàn)?0,5). (2)因?yàn)閂(r)=(300r-4r3),所以V′(r)=(300-12r2). 令V′(r)=0,解得r1=5,r2=-5(舍去). 當(dāng)r∈(0,5)時(shí),V′(r)>0,故V(r)在(0,5)上為增函數(shù); 當(dāng)r∈(5,5)時(shí),V′(r)<0,故V(r)在(5,5)上為減函數(shù). 由此可知,V(r)在r=5處取得最大值,此時(shí)h=8.即當(dāng)r=5,h=8時(shí),該蓄水池的體積最大. 利用導(dǎo)數(shù)證明不等式 例2 設(shè)函數(shù)f=alnx+-2x. (1)當(dāng)a=3時(shí),求f的極值; (2)當(dāng)a=1時(shí),證明:f>-2x.
11、[解析] (1)當(dāng)a=3時(shí),f=3lnx+-2x, f′=--2=-=-(x>0), 當(dāng)x∈時(shí),f′<0, f在上單調(diào)遞減; 當(dāng)x∈時(shí),f′>0, f在上單調(diào)遞增; 當(dāng)x∈時(shí),f′<0, f在上單調(diào)遞減. 所以當(dāng)x=時(shí),f取得極小值f=1-3ln2;當(dāng)x=1時(shí),f取得極大值f=-1. (2)當(dāng)a=1時(shí),f=lnx+-2x (x>0), 所以不等式f>-2x可變?yōu)閘nx+>. 要證明上述不等式成立,即證明xlnx+1>. 設(shè)g=xlnx+1,h(x)=,則g′=lnx+1, 令g′=0,得x=, 在上,g′<0, g是減函數(shù),在上,g′>0, g是增函數(shù). 所以g≥g=
12、1-.
h′=,令h′=0得x=1,在上,h′>0, h是增函數(shù);
在上,h′<0, h是減函數(shù),所以h≤h=<1-,
所以h
13、F(x)在(a,b)上是增函數(shù),同時(shí)若F(a)≥0,由增函數(shù)的定義可知,x∈(a,b)時(shí),有F(x)>0,即證明了f(x)>g(x).
2.已知函數(shù)f(x)=ln(1+x),g(x)=kx(k∈R).
(1)證明:當(dāng)x>0時(shí),f(x)
14、)
15、ax,a∈R.
(1)討論函數(shù)f的單調(diào)區(qū)間;
(2)若?x∈,f+lnx≥a+1恒成立,求a的取值范圍.
[解析] (1)f′(x)=ex-1+a.
(i)當(dāng)a≥0時(shí),f′(x)>0,函數(shù)f(x)在R上單調(diào)遞增;
(ii)當(dāng)a<0時(shí),令f′(x)=0,則x=ln(-a)+1;
當(dāng)f′(x)>0,即x>ln(-a)+1,函數(shù)f(x)單調(diào)遞增;
當(dāng)f′(x)<0,即x 16、=-1,由(1)可知,函數(shù)f=ex-1-x的最小值為f=0,所以ex-1-x≥0,即ex-1≥x.f+lnx≥a+1恒成立與f+lnx-a-1≥0恒成立等價(jià),
令g=f+lnx-a-1,
即g=ex-1+a+lnx-1,
則g′=ex-1++a.
①當(dāng)a≥-2時(shí),g′=ex-1++a≥x++a≥2+a=a+2≥0.
(或令φ=ex-1+,則φ′=ex-1-在上遞增,∴φ′≥φ′=0,∴φ在上遞增,
∴φ≥φ=2.∴g′≥0.)
∴g在區(qū)間上單調(diào)遞增,∴g≥g=0,
∴f+lnx≥a+1恒成立.
②當(dāng)a<-2時(shí),令h=ex-1++a,
則h′=ex-1-=,
當(dāng)x≥1時(shí),h 17、′≥0,函數(shù)h單調(diào)遞增.
又h=2+a<0, h=e1-a-1++a≥1-a++a=1+>0,
∴存在x0∈,使得h=0,故當(dāng)x∈時(shí),
h 18、a=1,當(dāng)x>0時(shí),x+1>(k-x)f′(x)恒成立,求整數(shù)k的最大值.
[解析] (1)函數(shù)f(x)的定義域?yàn)?-∞,+∞),且f′(x)=ex-a.
當(dāng)a≤0時(shí),f′(x)>0,f(x)在(-∞,+∞)上是增函數(shù),f(x)無極值;
當(dāng)a>0時(shí),令f′(x)=ex-a=0,得x=lna.
x 19、極大值.
(2)法一:若a=1,則f(x)=ex-x-2,f′(x)=ex-1.
所以x+1>(k-x)f′(x)=(k-x)(ex-1)(x>0),
分離參數(shù)得:k<+x(x>0).①
令g(x)=+x(x>0),
則g′(x)=+1=.
由(1)知,函數(shù)h(x)=ex-x-2在(0,+∞)上單調(diào)遞增,
又h(1)=e-3<0,h(2)=e2-4>0,
所以h(x)在(0,+∞)上存在唯一的零點(diǎn),即g′(x)在(0,+∞)上存在唯一的零點(diǎn).設(shè)此零點(diǎn)為α,則α∈(1,2).
當(dāng)x∈(0,α)時(shí),g′(x)<0;
當(dāng)x∈(α,+∞)時(shí),g′(x)>0.
所以g(x)在(0, 20、+∞)上的最小值為g(α).
又由g′(α)=0,可得eα=α+2,
所以g(α)=+α=α+1∈(2,3),
由于①式等價(jià)于k 21、x∈(0,k-1)時(shí),g′(x)<0,x∈(k-1,+∞)時(shí),g′(x)>0,
此時(shí)g(x)min=g(k-1)=k+1-ek-1,
設(shè)h(k)=k+1-ek-1(k>1),則h′(k)=1-ek-1<0(∵k>1),
所以h(k)=k+1-ek-1在(1,+∞)上單調(diào)遞減,
又h(2)=3-e>0,h(3)=4-e2<0,
故整數(shù)k的最大值為2.
利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的零點(diǎn)或方程根的問題
例4 已知f(x)=e-x(ax2+x+1).
(1)當(dāng)a≤0時(shí),求證:f(x)≤1;
(2)當(dāng)0
22、2+x+1)≤1,
只要證ex-ax2-x-1≥0.(*)
令h(x)=ex-ax2-x-1,則h′(x)=ex-2ax-1,
而h′′(x)=ex-2a>0,所以h′(x)在上單調(diào)遞增,又h′(0)=0,
所以h(x)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
∴h(x)min=h(0)=0,即h(x)≥0,(*)式成立.
所以原不等式成立.
(2)問題轉(zhuǎn)化為函數(shù)h(x)=ex-ax2-x-1的零點(diǎn)個(gè)數(shù).
而h′(x)=ex-2ax-1,h″(x)=ex-2a.
令h″(x)=0,解得x=ln2a.
所以h′(x)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增.
所以h′(x)min=h′(ln2a)= 23、2a-2aln2a-1,
設(shè)m=2a,g(m)=m-mlnm-1,而g′(m)=1-(1+lnm)=-lnm,
則g(m)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
所以g(m)max=g(1)=0,即h′(x)min≤0 (當(dāng)m=1即a=時(shí)取等號(hào)).
1°當(dāng)a=時(shí),h′(x)min=0, 則h′(x)≥0恒成立.
所以h(x)在R上單調(diào)遞增,又h(0)=0,則h(x)有一個(gè)零點(diǎn);
2°當(dāng)00,
則存在x2<0使得h′(x2)=0.又h′(
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