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

导数中不等式恒成立与存在性问题-5.3 导数在研究函数中的应用知识点课后进阶自测题答案-河南省等高二数学选择必修,平均正确率36.0%

2025-06-28
导数中不等式恒成立与存在性问题-5.3 导数在研究函数中的应用知识点课后进阶自测题答案-河南省等高二数学选择必修,平均正确率36.0%
1、['导数中不等式恒成立与存在性问题']

正确率40.0%已知函数$$f ( x )=x \mathrm{l n} x+2 x ( x-a )^{2} ( a \in{\bf R} )$$.若存在$$x \in[ 1, ~ 3 ],$$使得$$f ( x ) > x f^{\prime} ( x )$$成立,则实数$${{a}}$$的取值范围是(

C

A.$$(-1, ~ 6 )$$

B.$$\left(-\frac{1} {2}, ~ 3 \right)$$

C.$$\left( \frac{5} {4}, ~+\infty\right)$$

D.$$\left(-\frac{\sqrt{2}} {2}, ~ 2 \right)$$

2、['导数的概念', '导数的四则运算法则', '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', '二次函数的图象分析与判断']

正确率60.0%已知函数$$f ( x )=\frac{a} {2} x^{2}+\mathrm{l n} x,$$若对任意两个不等的正数$$x_{1}, ~ x_{2},$$都有$$\frac{f ( x_{1} )-f ( x_{2} )} {x_{1}-x_{2}} \geqslant4$$恒成立,则$${{a}}$$的取值范围为(

A

A.$$[ 4, ~+\infty)$$

B.$$( 4,+\infty)$$

C.$$(-\infty, \, 4 ]$$

D.$$(-\infty, \, 4 )$$

3、['导数与最值', '利用导数求参数的取值范围', '导数中不等式恒成立与存在性问题', '利用导数解决函数零点问题']

正确率40.0%对于函数$$f ( x )=\frac{l n x} {x}$$,下列说法正确的有(
$$\odot f \left( x \right)$$在$${{x}{=}{e}}$$处取得极大值有两个不同的零点;
$$\textcircled{3} f \ ( \textbf{2} ) \ < f \ ( \pi) \ < f \ ( \textbf{3} ) \, \ \textcircled{4}$$若$$f ( x ) < k-\frac{1} {x}$$在$$( \mathrm{\bf~ 0}, \mathrm{\bf~ \Lambda}+\infty)$$上恒成立,则$${{k}{>}{1}}$$.

B

A.$${{4}}$$个

B.$${{3}}$$个

C.$${{2}}$$个

D.$${{1}}$$个

4、['函数y=A sin(wx+φ)(A≠0,w不等于0)的图象及性质', '根据三角函数的性质求参数取值范围', '辅助角公式', '导数中不等式恒成立与存在性问题']

正确率40.0%函数$$f ( x )=\operatorname{s i n} 2 x+2 \sqrt{3} \operatorname{c o s}^{2} x-\sqrt{3}$$,函数$$g ( x )=m \operatorname{c o s} ( 2 x-\frac{\pi} {6} )-2 m+3 ( m > 0 )$$,若存在$$x_{1}, ~ x_{2} \in[ 0, \frac{\pi} {4} ]$$,使得$$f ( x_{1} )=g ( x_{2} )$$成立,则实数$${{m}}$$的取值范围是$${{(}{)}}$$

C

A.$$( 0, 1 ]$$

B.$$[ 1, 2 ]$$

C.$$[ \frac{2} {3}, 2 ]$$

D.$$[ \frac{2} {3}, \frac{4} {3} ]$$

5、['简单复合函数的导数', '导数的四则运算法则', '导数与单调性', '函数奇、偶性的定义', '导数中不等式恒成立与存在性问题', '利用函数单调性比较大小']

正确率19.999999999999996%已知函数$$f ( x )=\mathrm{e}^{x}+\mathrm{e}^{-x}+2 \mathrm{c o s} x,$$其中$${{e}}$$为自然对数的底数,则对任意$${{a}{∈}{R}{,}}$$下列不等式一定成立的是(

A

A.$$f ( a^{2}+1 ) \geq f ( 2 a )$$

B.$$f ( a^{2}+1 ) \leq f ( 2 a )$$

C.$$f ( a^{2}+1 ) \geq f ( a+1 )$$

D.$$f ( a^{2}+1 ) \leq f ( a )$$

6、['函数奇、偶性的证明', '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', '函数零点个数的判定']

正确率0.0%已知函数$$f ( x )=x^{2}-\frac{\operatorname{l n} | x |} {x}$$,有下列四个命题:
$${①}$$函数$${{f}{(}{x}{)}}$$是奇函数;
$${②}$$函数$${{f}{(}{x}{)}}$$在$$( \mathbf{-} \infty, \ \mathbf{0} ) \ \cup\ ( \mathbf{0}, \ \mathbf{+} \infty)$$是单调函数;
$${③}$$当$${{x}{>}{0}}$$时,函数$$f \left( \begin{matrix} {x} \\ \end{matrix} \right) > 0$$恒成立;
$${④}$$当$${{x}{<}{0}}$$时,函数$${{f}{(}{x}{)}}$$有一个零点,
其中正确的个数是(

B

A.$${{1}}$$

B.$${{2}}$$

C.$${{3}}$$

D.$${{4}}$$

7、['导数中不等式恒成立与存在性问题', '函数求定义域']

正确率60.0%已知函数$$f ( x )=\frac{x^{2}+x+1} {k x^{2}+k x+1}$$的定义域为$${{R}}$$,则实数$${{k}}$$的取值范围是(

B

A.$${{k}{≠}{0}}$$

B.$$0 \leqslant k < 4$$

C.$$0 \leqslant k \leqslant4$$

D.$$0 < k < 4$$

8、['导数与最值', '利用导数求参数的取值范围', '导数中不等式恒成立与存在性问题']

正确率40.0%已知函数$$f ( x )=x e^{x}$$,$$g ( x )=\operatorname{l n} ( x+1 )+a x^{2}$$,若对$$\forall x_{1} \in[ 0, 1 ]$$,$$\exists x_{2} \in[ 0, 1 ]$$使得$$f \left( x_{1} \right) > g \left( x_{2} \right)$$成立,则实数$${{a}}$$的取值范围是(

A

A.$$a <-\operatorname{l n} 2$$

B.$$a \leqslant-\operatorname{l n} 2$$

C.$$a < e-\operatorname{l n} 2$$

D.$$a \leqslant e-\operatorname{l n} 2$$

9、['导数与最值', '导数与单调性', '导数中不等式恒成立与存在性问题']

正确率19.999999999999996%设实数$${{m}{>}{0}}$$,若对任意的$${{x}{⩾}{e}{(}}$$其中$${{e}}$$为自然对数的底数$${{)}}$$,不等式$$x^{2} \mathrm{l n} x-m \mathrm{e}^{\frac{m} {x}} \geq0$$恒成立,则$${{m}}$$的最大值是(

D

A.$$\frac{1} {e}$$

B.$$\frac{\mathrm{e}} {3}$$

C.$${{2}{e}}$$

D.$${{e}}$$

10、['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%对于任意$$x_{1}, ~ x_{2} {\in} [ 1,+\infty)$$,当$${{x}_{2}{>}{{x}_{1}}}$$时,恒有$$a \operatorname{l n} \frac{x_{2}} {x_{1}} \! < \! 2 ( x_{2} \!-\! x_{1} )$$成立;则实数$${{a}}$$的取值范围是(

C

A.$$(-\infty, 0 ]$$

B.$$(-\infty, 1 ]$$

C.$$(-\infty, 2 ]$$

D.$$(-\infty, 3 ]$$

以下是各题的详细解析:

1.

题目要求存在 $$x \in [1, 3]$$ 使得 $$f(x) > x f'(x)$$。首先计算导数:

$$f'(x) = \ln x + 1 + 2(x-a)^2 + 4x(x-a)$$

不等式化简为:

$$x \ln x + 2x(x-a)^2 > x(\ln x + 1 + 2(x-a)^2 + 4x(x-a))$$

简化后得:

$$-1 - 4x(x-a) > 0 \Rightarrow 4x(x-a) < -1$$

即 $$a > x + \frac{1}{4x}$$。设 $$g(x) = x + \frac{1}{4x}$$,求其在 $$[1, 3]$$ 上的最大值:

$$g'(x) = 1 - \frac{1}{4x^2}$$,在 $$[1, 3]$$ 上单调递增,最大值为 $$g(3) = 3 + \frac{1}{12} = \frac{37}{12}$$。

因此 $$a > \frac{37}{12} \approx 3.08$$,结合选项,最接近的是 $$C$$ 选项 $$\left( \frac{5}{4}, +\infty \right)$$。

答案:$$C$$

2.

题目要求 $$\frac{f(x_1) - f(x_2)}{x_1 - x_2} \geq 4$$ 对所有正数 $$x_1, x_2$$ 成立,即 $$f'(x) \geq 4$$。

计算导数:

$$f'(x) = a x + \frac{1}{x} \geq 4$$

由不等式 $$a x + \frac{1}{x} \geq 4$$,利用 AM-GM 不等式:

$$a x + \frac{1}{x} \geq 2\sqrt{a}$$,因此 $$2\sqrt{a} \geq 4 \Rightarrow a \geq 4$$。

答案:$$A$$

3.

分析函数 $$f(x) = \frac{\ln x}{x}$$:

① 求导得 $$f'(x) = \frac{1 - \ln x}{x^2}$$,在 $$x = e$$ 处取得极大值 $$\frac{1}{e}$$,正确。

② 函数在 $$(0, 1)$$ 和 $$(1, +\infty)$$ 各有一个零点,但 $$x=1$$ 时 $$f(1)=0$$,因此共有两个不同零点,正确。

③ 计算 $$f(2) = \frac{\ln 2}{2} \approx 0.346$$,$$f(\pi) \approx \frac{1.144}{\pi} \approx 0.364$$,$$f(3) \approx \frac{1.0986}{3} \approx 0.366$$,因此 $$f(2) < f(\pi) < f(3)$$,正确。

④ 不等式 $$f(x) < k - \frac{1}{x}$$ 恒成立,即 $$k > \frac{\ln x}{x} + \frac{1}{x}$$。设 $$g(x) = \frac{\ln x + 1}{x}$$,求其最大值:

$$g'(x) = \frac{-\ln x}{x^2}$$,极大值在 $$x=1$$ 处,$$g(1)=1$$,因此 $$k > 1$$,正确。

答案:$$B$$(4个说法中3个正确)

4.

化简函数:

$$f(x) = \sin 2x + 2\sqrt{3} \cos^2 x - \sqrt{3} = \sin 2x + \sqrt{3} \cos 2x = 2 \sin\left(2x + \frac{\pi}{3}\right)$$

在 $$x \in [0, \frac{\pi}{4}]$$ 上,$$f(x) \in [\sqrt{3}, 2]$$。

函数 $$g(x) = m \cos\left(2x - \frac{\pi}{6}\right) - 2m + 3$$,在 $$x \in [0, \frac{\pi}{4}]$$ 上,$$2x - \frac{\pi}{6} \in [-\frac{\pi}{6}, \frac{\pi}{3}]$$,因此 $$\cos\left(2x - \frac{\pi}{6}\right) \in [\frac{1}{2}, 1]$$,$$g(x) \in [-\frac{3m}{2} + 3, -m + 3]$$。

为使 $$f(x_1) = g(x_2)$$ 有解,需区间交集非空:

$$\sqrt{3} \leq -m + 3$$ 且 $$2 \geq -\frac{3m}{2} + 3$$,解得 $$m \in [\frac{2}{3}, 2]$$。

答案:$$C$$

5.

函数 $$f(x) = e^x + e^{-x} + 2 \cos x$$ 是偶函数,且在 $$x \geq 0$$ 时单调递增(因为 $$f'(x) = e^x - e^{-x} - 2 \sin x \geq 0$$)。

比较 $$a^2 + 1$$ 和 $$2a$$:

$$a^2 + 1 - 2a = (a-1)^2 \geq 0$$,因此 $$a^2 + 1 \geq 2a$$,且 $$f(a^2 + 1) \geq f(2a)$$。

答案:$$A$$

6.

分析函数 $$f(x) = x^2 - \frac{\ln |x|}{x}$$:

① $$f(-x) = x^2 - \frac{\ln |x|}{-x} \neq f(x)$$,不是奇函数,错误。

② 导数 $$f'(x) = 2x - \frac{1 - \ln |x|}{x^2}$$,在 $$x > 0$$ 和 $$x < 0$$ 上均不单调,错误。

③ 当 $$x > 0$$ 时,$$f(x) > 0$$ 恒成立,正确。

④ 当 $$x < 0$$ 时,$$f(x) = x^2 - \frac{\ln (-x)}{x}$$,有一个零点,正确。

答案:$$C$$(③④正确)

7.

分母 $$k x^2 + k x + 1$$ 在 $$x \in \mathbb{R}$$ 上不为零:

若 $$k = 0$$,分母为 $$1$$,定义域为 $$\mathbb{R}$$,成立。

若 $$k \neq 0$$,需判别式 $$\Delta = k^2 - 4k < 0$$,即 $$0 < k < 4$$。

综上,$$0 \leq k < 4$$。

答案:$$B$$

8.

题目要求 $$\min f(x_1) > \min g(x_2)$$。计算极值:

$$f(x) = x e^x$$ 在 $$[0, 1]$$ 上最小值为 $$f(0) = 0$$,最大值为 $$f(1) = e$$。

$$g(x) = \ln(x+1) + a x^2$$,导数 $$g'(x) = \frac{1}{x+1} + 2a x$$。

若 $$a \leq -\frac{1}{2}$$,$$g'(x) \leq 0$$,函数单调递减,最小值为 $$g(1) = \ln 2 + a$$。

需 $$0 > \ln 2 + a \Rightarrow a < -\ln 2$$。

答案:$$A$$

9.

不等式 $$x^2 \ln x \geq m e^{\frac{m}{x}}$$ 对所有 $$x \geq e$$ 成立。

取 $$x = e$$,得 $$e^2 \geq m e^{\frac{m}{e}}$$,即 $$m \leq e$$。

验证 $$m = e$$ 是否成立:需 $$x^2 \ln x \geq e \cdot e^{\frac{e}{x}}$$,当 $$x \geq e$$ 时成立。

因此 $$m$$ 的最大值为 $$e$$。

答案:$$D$$

10.

不等式 $$a \ln \frac{x_2}{x_1} < 2(x_2 - x_1)$$ 可改写为 $$a \ln t < 2(t - 1)$$,其中 $$t = \frac{x_2}{x_1} > 1$$。

设 $$h(t) = 2(t - 1) - a \ln t$$,需 $$h(t) > 0$$ 对所有 $$t > 1$$ 成立。

导数 $$h'(t) = 2 - \frac{a}{t}$$,若 $$a \leq 2$$,$$h'(t) > 0$$,且 $$h(1) = 0$$,因此 $$h(t) > 0$$ 恒成立。

若 $$a > 2$$,存在 $$t$$ 使得 $$h(t) \leq 0$$,不满足条件。

因此 $$a \leq 2$$。

答案:$$C$$

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