格物学 第五章 一元函数的导数及其应用导数在研究函数中的应用

导数中不等式恒成立与存在性问题-导数在研究函数中的应用知识点回顾进阶选择题自测题解析-天津市等高二数学选择必修,平均正确率46.0%

2025-05-20
导数中不等式恒成立与存在性问题-导数在研究函数中的应用知识点回顾进阶选择题自测题解析-天津市等高二数学选择必修,平均正确率46.0%
1、['导数与最值', '导数中不等式恒成立与存在性问题']

正确率19.999999999999996%已知函数$$f ( x )=x^{3}-3 x+a, \, \, \, g ( x )=\frac{2 x+1} {x-1}$$.若对任意$${{x}_{1}{∈}{[}{−}{2}{,}{2}{]}{,}}$$总存在$${{x}_{2}{∈}{[}{2}{,}{3}{]}{,}}$$使得$${{f}{(}{{x}_{1}}{)}{⩽}{g}{(}{{x}_{2}}{)}}$$成立,则实数$${{a}}$$的最大值为(

D

A.$${{7}}$$

B.$${{5}}$$

C.$$\frac{7} {2}$$

D.$${{3}}$$

2、['分段函数与方程、不等式问题', '导数中不等式恒成立与存在性问题', '利用基本不等式求最值', '分段函数的单调性', '分段函数的定义']

正确率40.0%已知函数$$f \left( x \right)=\left\{\begin{matrix} {2^{x}-1, x \leqslant0} \\ {-x^{2}-3 x, x > 0} \\ \end{matrix} \right.$$,若不等式$${{|}{f}{(}{x}{)}{|}{⩾}{m}{x}{−}{2}}$$恒成立,则实数$${{m}}$$的取值范围为(

D

A.$${{[}{3}{−}{2}{\sqrt {2}}{,}{3}{+}{2}{\sqrt {2}}{]}}$$

B.$${{[}{0}{,}{3}{−}{2}{\sqrt {2}}{]}}$$

C.$${{(}{3}{−}{2}{\sqrt {2}}{,}{3}{+}{2}{\sqrt {2}}{)}}$$

D.$${{[}{0}{,}{3}{+}{2}{\sqrt {2}}{]}}$$

3、['导数中不等式恒成立与存在性问题', '归纳推理']

正确率60.0%观察:$${\sqrt {6}{+}{\sqrt {{1}{5}}}{<}{2}{\sqrt {{1}{1}}}{,}{\sqrt {{5}{.}{5}}}{+}{\sqrt {{1}{5}{.}{5}}}{<}{2}{\sqrt {{1}{1}}}{,}{\sqrt {{4}{−}{\sqrt {2}}}}{+}{\sqrt {{1}{7}{+}{\sqrt {2}}}}{<}{2}{\sqrt {{1}{1}}}{,}{…}}$$,对于任意的正实数$${{a}{,}{b}}$$,使$${\sqrt {a}{+}{\sqrt {b}}{<}{2}{\sqrt {{1}{1}}}}$$成立的一个条件可以是(

B

A.$${{a}{+}{b}{=}{{2}{2}}}$$

B.$${{a}{+}{b}{=}{{2}{1}}}$$

C.$${{a}{b}{=}{{2}{0}}}$$

D.$${{a}{b}{=}{{2}{1}}}$$

4、['存在量词命题', '指数(型)函数的单调性', '导数中不等式恒成立与存在性问题']

正确率40.0%若存在$${{x}{∈}{(}{0}{,}{+}{∞}{)}{,}}$$使不等式$${{a}{x}{+}{3}{a}{−}{1}}$$$$< ~ \mathrm{e}^{-x}$$成立,则实数$${{a}}$$的取值范围为(

B

A.$$\{a | 0 < ~ a < ~ \frac{1} {3} \}$$

B.$$\{a | a < \ \frac{2} {3} \}$$

C.$$\{a | a < \frac{2} {\mathrm{e}+1} \}$$

D.$$\{a | a < \ \frac{1} {3} \}$$

5、['利用函数单调性求参数的取值范围', '导数中不等式恒成立与存在性问题', '函数单调性的判断']

正确率40.0%若存在$${{x}{>}{1}}$$使$${{3}^{x}{(}{x}{−}{a}{)}{<}{1}}$$成立,则$${{a}}$$的取值范围是(

C

A.$$( \frac{1} {3}, ~+\infty)$$

B.$$[ \frac{1} {3}, ~+\infty)$$

C.$$( \frac{2} {3}, ~+\infty)$$

D.$$[ \frac{2} {3}, ~+\infty)$$

6、['导数与单调性', '导数中不等式恒成立与存在性问题']

正确率40.0%已知函数$${{f}{(}{x}{)}{=}{x}{−}{a}{{s}{i}{n}}{x}}$$,对任意的实数$${{x}_{1}}$$,$${{x}_{2}{∈}{(}{−}{∞}{,}{+}{∞}{)}}$$,且$${{x}_{1}{≠}{{x}_{2}}}$$,不等式$$\frac{f \left( x_{1} \right)-f \left( x_{2} \right)} {x_{1}-x_{2}} > a$$恒成立,则实数$${{a}}$$的取值范围是$${{(}{)}}$$

B

A.$$a < \frac{1} {2}$$

B.$$a \leq\frac{1} {2}$$

C.$$a > \frac{1} {2}$$

D.$$a \geqslant\frac{1} {2}$$

7、['导数与最值', '利用导数讨论函数单调性', '导数中不等式恒成立与存在性问题']

正确率40.0%已知函数$${{f}{(}{x}{)}{=}{a}{x}{+}{x}{l}{n}{x}{(}{a}{∈}{R}{)}}$$的图象在点$$x=\frac{1} {e} \langle e$$为自然对数的底数)处的切线斜率为$${{1}}$$,当$${{k}{∈}{Z}}$$时,不等式$${{f}{(}{x}{)}{−}{k}{x}{+}{k}{>}{0}}$$在$${{x}{∈}{(}{1}{,}{+}{∞}{)}}$$上恒成立,则$${{k}}$$的最大值是(

C

A.$${{1}}$$

B.$${{2}}$$

C.$${{3}}$$

D.$${{4}}$$

8、['导数与最值', '利用导数讨论函数单调性', '导数中不等式恒成立与存在性问题', '导数中的函数构造问题']

正确率40.0%若存在$${{x}{∈}{[}{−}{1}{,}{2}{]}}$$,使得$$x+\frac{e^{2 x}} {x+3 e^{x}}-k e^{x} < 0$$成立,则实数$${{k}}$$的取值范围是$${{(}{)}}$$

D

A.$${{(}{−}{∞}{,}{−}{1}{]}}$$

B.$${{(}{−}{e}{,}{+}{∞}{)}}$$

C.$$(-e+\frac{1} {3-e},+\infty)$$

D.$${{(}{−}{1}{,}{+}{∞}{)}}$$

9、['利用导数讨论函数单调性', '导数中不等式恒成立与存在性问题', '导数中的函数构造问题']

正确率40.0%已知定义在$${{(}{0}{,}{+}{∞}{)}}$$的函数$${{f}{{(}{x}{)}}}$$,其导函数为$${{f}^{′}{{(}{x}{)}}}$$,满足:$${{f}{{(}{x}{)}}{>}{0}}$$且$$\frac{2 x+3} {x} >-\frac{f^{\prime} \left( x \right)} {f \left( x \right)}$$总成立,则下列不等式成立的是(

A

A.$$\mathrm{e}^{2 \mathrm{e}+3} f \left( \mathrm{e} \right) < \mathrm{e}^{2 \pi} \pi^{3} f \left( \pi\right)$$

B.$$\mathrm{e}^{2 \mathrm{e}+3} f \left( \pi\right) > \mathrm{e}^{2 \pi} \pi^{3} f \left( \mathrm{e} \right)$$

C.$$\mathrm{e}^{2 \mathrm{e}+3} f \left( \pi\right) < \mathrm{e}^{2 \pi} \pi^{3} f \left( \mathrm{e} \right)$$

D.$$\mathrm{e}^{2 \mathrm{e}+3} f \left( \mathrm{e} \right) > \mathrm{e}^{2 \pi} \pi^{3} f \left( \pi\right)$$

1. 首先求函数 $$f(x)$$ 在区间 $$[-2, 2]$$ 上的最大值,以及函数 $$g(x)$$ 在区间 $$[2, 3]$$ 上的最小值。

对于 $$f(x) = x^3 - 3x + a$$,求导得 $$f'(x) = 3x^2 - 3$$,令导数为零,解得 $$x = \pm 1$$。计算 $$f(x)$$ 在关键点和端点的值:

  • $$f(-2) = (-2)^3 - 3(-2) + a = -8 + 6 + a = -2 + a$$
  • $$f(-1) = (-1)^3 - 3(-1) + a = -1 + 3 + a = 2 + a$$
  • $$f(1) = 1^3 - 3(1) + a = 1 - 3 + a = -2 + a$$
  • $$f(2) = 2^3 - 3(2) + a = 8 - 6 + a = 2 + a$$

因此,$$f(x)$$ 在 $$[-2, 2]$$ 上的最大值为 $$2 + a$$。

对于 $$g(x) = \frac{2x + 1}{x - 1}$$,求导得 $$g'(x) = \frac{2(x - 1) - (2x + 1)}{(x - 1)^2} = \frac{-3}{(x - 1)^2} < 0$$,说明 $$g(x)$$ 在区间 $$[2, 3]$$ 上单调递减,故最小值在 $$x = 3$$ 处取得:

$$g(3) = \frac{2 \times 3 + 1}{3 - 1} = \frac{7}{2}$$

根据题意,$$f(x_1) \leq g(x_2)$$ 对所有 $$x_1 \in [-2, 2]$$ 和 $$x_2 \in [2, 3]$$ 成立,即 $$2 + a \leq \frac{7}{2}$$,解得 $$a \leq \frac{3}{2}$$。但选项中无此答案,重新检查题目理解是否有误。题目要求的是对任意 $$x_1$$ 总存在 $$x_2$$ 使得不等式成立,即 $$f(x_1)$$ 的最大值不超过 $$g(x_2)$$ 的最小值。因此,$$2 + a \leq \frac{7}{2}$$,解得 $$a \leq \frac{3}{2}$$,但选项中最接近的是 $$D. 3$$,可能题目有其他隐含条件或理解偏差。

2. 不等式 $$|f(x)| \geq mx - 2$$ 恒成立,需分情况讨论。

当 $$x \leq 0$$ 时,$$f(x) = 2^x - 1$$,不等式为 $$|2^x - 1| \geq mx - 2$$。

  • 若 $$2^x - 1 \geq 0$$(即 $$x \geq 0$$,但 $$x \leq 0$$,故仅在 $$x = 0$$ 时成立),此时不等式为 $$2^x - 1 \geq mx - 2$$。
  • 若 $$2^x - 1 < 0$$(即 $$x < 0$$),不等式为 $$1 - 2^x \geq mx - 2$$,即 $$3 - 2^x \geq mx$$。

当 $$x > 0$$ 时,$$f(x) = -x^2 - 3x$$,不等式为 $$x^2 + 3x \geq mx - 2$$,即 $$x^2 + (3 - m)x + 2 \geq 0$$。

对于 $$x > 0$$,需判别式 $$\Delta = (3 - m)^2 - 8 \leq 0$$,解得 $$3 - 2\sqrt{2} \leq m \leq 3 + 2\sqrt{2}$$。

综合两种情况,$$m$$ 的取值范围为 $$[0, 3 + 2\sqrt{2}]$$,故选 $$D$$。

3. 观察不等式 $$\sqrt{a} + \sqrt{b} < 2\sqrt{11}$$,两边平方得 $$a + b + 2\sqrt{ab} < 44$$。若 $$a + b = 22$$,则 $$2\sqrt{ab} \leq a + b = 22$$,故 $$a + b + 2\sqrt{ab} \leq 44$$,但需严格小于,因此 $$a + b = 21$$ 更合适,此时 $$a + b + 2\sqrt{ab} < 44$$ 成立。故选 $$B$$。

4. 不等式 $$ax + 3a - 1 < e^{-x}$$ 在 $$x \in (0, +\infty)$$ 上有解。设 $$h(x) = e^{-x} - ax - 3a + 1 > 0$$,求导得 $$h'(x) = -e^{-x} - a$$。若 $$a \geq 0$$,$$h'(x) < 0$$,函数单调递减,需 $$h(0) = 1 - 0 - 3a + 1 > 0$$,即 $$a < \frac{2}{3}$$。若 $$a < 0$$,函数可能先增后减,但需存在 $$x$$ 使 $$h(x) > 0$$。综上,$$a < \frac{2}{3}$$,故选 $$B$$。

5. 不等式 $$3^x(x - a) < 1$$ 在 $$x > 1$$ 时有解,即 $$a > x - \frac{1}{3^x}$$。设 $$g(x) = x - \frac{1}{3^x}$$,求导得 $$g'(x) = 1 + \frac{\ln 3}{3^x} > 0$$,故 $$g(x)$$ 在 $$x > 1$$ 时单调递增。因此,$$a > g(1) = 1 - \frac{1}{3} = \frac{2}{3}$$,故选 $$C$$。

6. 不等式 $$\frac{f(x_1) - f(x_2)}{x_1 - x_2} > a$$ 恒成立,即函数 $$f(x)$$ 的导数 $$f'(x) > a$$ 对所有 $$x$$ 成立。求导得 $$f'(x) = 1 - a \cos x$$,需 $$1 - a \cos x > a$$,即 $$1 - a > a \cos x$$。由于 $$\cos x \in [-1, 1]$$,需 $$1 - a > a$$ 和 $$1 - a > -a$$,解得 $$a < \frac{1}{2}$$,故选 $$A$$。

7. 函数 $$f(x) = ax + x \ln x$$ 在 $$x = \frac{1}{e}$$ 处的切线斜率为 1,即 $$f'\left(\frac{1}{e}\right) = a + \ln \frac{1}{e} + 1 = a - 1 + 1 = a = 1$$。因此 $$f(x) = x + x \ln x$$。不等式 $$f(x) - kx + k > 0$$ 在 $$x > 1$$ 时恒成立,即 $$x + x \ln x - kx + k > 0$$。设 $$g(x) = x + x \ln x - kx + k$$,求导得 $$g'(x) = 1 + \ln x + 1 - k = \ln x + 2 - k$$。令 $$g'(x) = 0$$,得 $$x = e^{k - 2}$$。需 $$g(x)$$ 在 $$x > 1$$ 时的极小值大于 0。当 $$k \leq 2$$ 时,$$g'(x) > 0$$,函数单调递增,只需 $$g(1) = 1 + 0 - k + k = 1 > 0$$ 恒成立。当 $$k > 2$$ 时,极小值在 $$x = e^{k - 2}$$ 处取得,需 $$g(e^{k - 2}) > 0$$。计算得 $$k$$ 的最大整数为 3,故选 $$C$$。

8. 不等式 $$x + \frac{e^{2x}}{x + 3e^x} - k e^x < 0$$ 在 $$x \in [-1, 2]$$ 上有解。整理得 $$k > \frac{x}{e^x} + \frac{e^x}{x + 3e^x}$$。设 $$h(x) = \frac{x}{e^x} + \frac{e^x}{x + 3e^x}$$,求其在 $$[-1, 2]$$ 上的最小值。计算得 $$h(-1) = -e + \frac{e^{-1}}{-1 + 3e^{-1}} = -e + \frac{1}{3 - e}$$,$$h(0) = 0 + \frac{1}{3}$$,$$h(2) = \frac{2}{e^2} + \frac{e^2}{2 + 3e^2}$$。比较得最小值为 $$h(-1)$$,故 $$k > -e + \frac{1}{3 - e}$$,故选 $$C$$。

9. 不等式 $$\frac{2x + 3}{x} > -\frac{f'(x)}{f(x)}$$ 可改写为 $$\frac{f'(x)}{f(x)} > -\frac{2x + 3}{x}$$,即 $$\frac{d}{dx} \ln f(x) > -2 - \frac{3}{x}$$。积分得 $$\ln f(x) > -2x - 3 \ln x + C$$,即 $$f(x) > e^C \cdot e^{-2x} \cdot x^{-3}$$。设 $$e^C = K$$,则 $$f(x) > K e^{-2x} x^{-3}$$。比较 $$f(e)$$ 和 $$f(\pi)$$,得 $$\frac{f(e)}{f(\pi)} > \frac{e^{-2e} e^{-3}}{\pi^{-3} e^{-2\pi}} = \frac{e^{-2e - 3}}{\pi^{-3} e^{-2\pi}} = e^{2\pi - 2e - 3} \pi^3$$,即 $$e^{2e + 3} f(e) > e^{2\pi} \pi^3 f(\pi)$$,故选 $$D$$。

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