格物学 第五章 一元函数的导数及其应用5.3 导数在研究函数中的应用

利用导数解决实际应用问题-5.3 导数在研究函数中的应用知识点教师选题进阶自测题答案-江西省等高二数学选择必修,平均正确率44.00000000000001%

2025-07-23
利用导数解决实际应用问题-5.3 导数在研究函数中的应用知识点教师选题进阶自测题答案-江西省等高二数学选择必修,平均正确率44.00000000000001%
1、['利用导数解决实际应用问题']

正确率40.0%《西游记》中孙悟空的“如意金箍棒”原本是东海海底的一枚“定海神针”,只有孙悟空能让其大小随意变化.若某时“定海神针”(本题看作圆柱)的底面半径为$${{1}{0}{{c}{m}{,}}}$$长度(即圆柱的高)为$${{d}{{c}{m}}{,}}$$此时孙悟空使“定海神针”的底面半径以每秒$${{1}{{c}{m}}}$$匀速缩短,同时长度以每秒 $${{4}{0}{{c}{m}}}$$匀速增长,并满足底面半径(单位:$${{c}{m}{)}}$$在$$[ 4, ~ 1 0 ]$$内,已知在这一变化过程中,当“定海神针”的底面半径为 $${{7}{{c}{m}}}$$时,体积最大,则“定海神针”最初的长度$${{d}}$$的值为(

A

A.$${{2}{0}}$$

B.$${{4}{0}}$$

C.$${{6}{0}}$$

D.$${{8}{0}}$$

2、['利用导数解决实际应用问题']

正确率60.0%某单位用$${{2}{1}{6}{0}}$$万元购得一块空地,计划在该空地上建造一栋至少$${{1}{0}}$$层、每层$${{2}{0}{0}{0}}$$平方米的楼房.经测算,如果将楼房建为$$x ( x \geqslant1 0 )$$层,那么每平方米的平均建筑费用为$$5 6 0+4 8 x$$(单位:元).为了使楼房每平方米的平均综合费用最少,该楼房应建为(
(注:平均综合费用=平均建筑费用+平均购地费用,平均购地费用 $$购地总费用$$ )

C

A.$${{1}{3}}$$层

B.$${{1}{4}}$$层

C.$${{1}{5}}$$层

D.$${{1}{6}}$$层

3、['利用导数解决实际应用问题']

正确率60.0%将一个边长为$${{a}}$$的正方形铁片的四角截去四个边长相等的小正方形,做成一个无盖方盒.若该方盒的体积为$${{2}{,}}$$则$${{a}}$$的最小值为(

C

A.$${{1}}$$

B.$${{2}}$$

C.$${{3}}$$

D.$${{4}}$$

4、['利用导数解决实际应用问题']

正确率60.0%现做一个容积为$${{2}{5}{6}}$$的方底无盖水箱,则所用材料最省时,它的高为(

A

A.$${{4}}$$

B.$${{6}}$$

C.$${{4}{.}{5}}$$

D.$${{8}}$$

5、['导数与单调性', '利用导数解决实际应用问题']

正确率60.0%某厂将原油精炼为汽油,需对原油进行冷却和加热,如果第$${{x}}$$小时,原油温度(单位:$${^{∘}{C}{)}}$$为$${{f}{(}{x}{)}}$$$$= \frac1 8 x^{3}-x^{2}+8$$$$( 0 \leqslant x \leqslant6 ),$$那么原油温度的变化最慢的时刻为$${{x}{=}}$$(

B

A.$${{2}}$$

B.$$\frac{8} {2}$$

C.$${{1}}$$

D.$${{0}}$$

6、['导数与最值', '利用导数解决实际应用问题']

正确率40.0%一个矩形的两个顶点在半径为$${{R}}$$的半圆的直径上,另外两个顶点在该半圆的弧上,当矩形的周长最大时,矩形的两边长分别为(

B

A.$$\frac{R} {2}$$和$${\frac{3} {2}} R$$

B.$$\frac{\sqrt{5}} {5} R$$和$$\frac{4 \sqrt{5}} {5} R$$

C.$${\frac{4} {5}} R$$和$${\frac{7} {5}} R$$

D.以上都不对

7、['导数与单调性', '导数与最值', '利用导数解决实际应用问题']

正确率40.0%svg异常

C

A.$$\sqrt{\frac{3 S} {\pi+4}}$$

B.$$\sqrt{\frac{S} {\pi+4}}$$

C.$$\sqrt{\frac{2 S} {\pi+4}}$$

D.$$2 \sqrt{\frac{S} {\pi+4}}$$

8、['利用导数解决实际应用问题', '圆柱、圆锥、圆台的体积']

正确率40.0%用半径为$${{R}}$$的圆铁皮剪一个内接矩形,再以内接矩形的两边分别作为圆柱的高与底面半径,则圆柱的体积最大时,该内接矩形的两边长之比为$${{(}{)}}$$

A

A.$${\sqrt {2}}$$或$$\frac{\sqrt2} {2}$$

B.$${\sqrt {3}}$$或$$\frac{\sqrt3} {2}$$

C.$${{1}}$$

D.$${{2}}$$或$$\frac{1} {2}$$

9、['导数与单调性', '导数与最值', '导数与极值', '利用导数解决实际应用问题']

正确率40.0%已知横梁的强度和它的矩形横断面的长的平方与宽的乘积成正比,要将直径为$${{d}}$$的圆木锯成强度最大的横梁,则横断面的长和宽分别为(

C

A.$$\sqrt{3} d, ~ \frac{\sqrt{3}} {3} d$$

B.$$\frac{\sqrt{3}} {3} d, \ \frac{\sqrt{6}} {3} d$$

C.$${\frac{\sqrt{6}} {3}} d \mathbf{,} ~ ~ {\frac{\sqrt{3}} {3}} d$$

D.$$\sqrt{3} d, ~ \frac{\sqrt{6}} {3} d$$

10、['导数与单调性', '利用导数解决实际应用问题']

正确率0.0%设函数$$f^{\prime} ( x )$$是定义在$$( 0, \pi)$$上的函数$${{f}{(}{x}{)}}$$的导函数,有$$f^{\prime} ( x ) \operatorname{c o s} x-f ( x ) \operatorname{s i n} x > 0$$,若$$a=\frac{1} {2} f ( \frac{\pi} {3} )$$,$${{b}{=}{0}}$$,$$c=-\frac{\sqrt{3}} {2} f ( \frac{5 \pi} {6} )$$,则$${{a}}$$,$${{b}}$$,$${{c}}$$的大小关系是$${{(}{)}}$$

A

A.$$a < b < c$$

B.$$b < c < a$$

C.$$c < b < a$$

D.$$c < a < b$$

1. 解析:设“定海神针”的底面半径为 $$r(t) = 10 - t$$,长度为 $$h(t) = d + 40t$$。体积 $$V(t) = \pi r(t)^2 h(t) = \pi (10 - t)^2 (d + 40t)$$。当 $$r(t) = 7$$ 时,$$t = 3$$。此时体积最大,故 $$V'(3) = 0$$。求导得:

$$V'(t) = \pi [ -2(10 - t)(d + 40t) + (10 - t)^2 \cdot 40 ]$$
代入 $$t = 3$$:$$V'(3) = \pi [ -2 \times 7 \times (d + 120) + 49 \times 40 ] = 0$$
解得:$$-14d - 1680 + 1960 = 0 \Rightarrow d = 20$$。故选 A。

2. 解析:设楼房建为 $$x$$ 层,总建筑面积为 $$2000x$$ 平方米。平均购地费用为 $$\frac{2160 \times 10^4}{2000x} = \frac{10800}{x}$$ 元。平均综合费用为:

$$f(x) = 560 + 48x + \frac{10800}{x}$$
求导得:$$f'(x) = 48 - \frac{10800}{x^2}$$,令 $$f'(x) = 0$$,解得 $$x = 15$$。验证 $$x = 15$$ 时取得最小值。故选 C。

3. 解析:设截去的小正方形边长为 $$x$$,则方盒体积为 $$V = (a - 2x)^2 x = 2$$。求导得:

$$\frac{dV}{dx} = 2(a - 2x)(-2)x + (a - 2x)^2 = (a - 2x)(a - 6x) = 0$$
解得 $$x = \frac{a}{6}$$(舍去 $$x = \frac{a}{2}$$)。代入体积公式:

$$\left(a - \frac{a}{3}\right)^2 \cdot \frac{a}{6} = \frac{4a^3}{54} = 2 \Rightarrow a^3 = 27 \Rightarrow a = 3$$。故选 C。

4. 解析:设水箱底边长为 $$x$$,高为 $$h$$,则容积为 $$x^2 h = 256$$。表面积(材料面积)为 $$S = x^2 + 4xh$$。将 $$h = \frac{256}{x^2}$$ 代入:

$$S = x^2 + \frac{1024}{x}$$
求导得:$$S' = 2x - \frac{1024}{x^2}$$,令 $$S' = 0$$,解得 $$x = 8$$,此时 $$h = 4$$。故选 A。

5. 解析:原油温度变化最慢的时刻即 $$f'(x)$$ 的极小值点。求导得:

$$f'(x) = \frac{3}{8}x^2 - 2x$$,再求导得 $$f''(x) = \frac{3}{4}x - 2$$
令 $$f''(x) = 0$$,得 $$x = \frac{8}{3}$$。此时 $$f'(x)$$ 取得极小值。故选 B。

6. 解析:设矩形在直径上的边长为 $$2x$$,则另一边长为 $$\sqrt{R^2 - x^2}$$。周长为:

$$P = 2(2x + \sqrt{R^2 - x^2})$$
求导得:$$P' = 2\left(2 - \frac{x}{\sqrt{R^2 - x^2}}\right)$$,令 $$P' = 0$$,解得 $$x = \frac{2R}{\sqrt{5}}$$
此时矩形边长为 $$\frac{4R}{\sqrt{5}}$$ 和 $$\frac{R}{\sqrt{5}}$$,即 $$\frac{4\sqrt{5}}{5}R$$ 和 $$\frac{\sqrt{5}}{5}R$$。故选 B。

8. 解析:设内接矩形的长为 $$2x$$,宽为 $$2y$$,则 $$x^2 + y^2 = R^2$$。圆柱体积为:

$$V = \pi y^2 \cdot 2x = 2\pi y^2 x$$
利用约束条件,$$V = 2\pi (R^2 - x^2)x$$。求导得:

$$V' = 2\pi (R^2 - 3x^2)$$,令 $$V' = 0$$,得 $$x = \frac{R}{\sqrt{3}}$$,$$y = \frac{\sqrt{2}R}{\sqrt{3}}$$
两边长之比为 $$\frac{2x}{2y} = \frac{1}{\sqrt{2}}$$ 或 $$\sqrt{2}$$。故选 A。

9. 解析:设横断面的长为 $$a$$,宽为 $$b$$,强度为 $$I = k a^2 b$$。约束条件为 $$a^2 + b^2 = d^2$$。将 $$b = \sqrt{d^2 - a^2}$$ 代入:

$$I = k a^2 \sqrt{d^2 - a^2}$$
求导得:$$\frac{dI}{da} = k \left(2a \sqrt{d^2 - a^2} - \frac{a^3}{\sqrt{d^2 - a^2}}\right) = 0$$
解得 $$a = \frac{\sqrt{6}}{3}d$$,$$b = \frac{\sqrt{3}}{3}d$$。故选 C。

10. 解析:由题意,$$\frac{f'(x) \cos x - f(x) \sin x}{\cos^2 x} = \left(\frac{f(x)}{\cos x}\right)' > 0$$,故 $$\frac{f(x)}{\cos x}$$ 在 $$(0, \pi)$$ 上单调递增。比较:

$$a = \frac{1}{2} f\left(\frac{\pi}{3}\right) = \frac{1}{2} \cos \frac{\pi}{3} \cdot \frac{f(\pi/3)}{\cos(\pi/3)} = \frac{1}{4} \cdot \frac{f(\pi/3)}{\cos(\pi/3)}$$
$$c = -\frac{\sqrt{3}}{2} f\left(\frac{5\pi}{6}\right) = -\frac{\sqrt{3}}{2} \cos \frac{5\pi}{6} \cdot \frac{f(5\pi/6)}{\cos(5\pi/6)} = \frac{3}{4} \cdot \frac{f(5\pi/6)}{\cos(5\pi/6)}$$
由于 $$\frac{\pi}{3} < \frac{5\pi}{6}$$ 且 $$\frac{f(x)}{\cos x}$$ 单调递增,故 $$\frac{f(\pi/3)}{\cos(\pi/3)} < \frac{f(5\pi/6)}{\cos(5\pi/6)}$$,因此 $$a < 0 < c$$。又 $$b = 0$$,故 $$a < b < c$$。故选 A。
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