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

利用导数讨论函数单调性-5.3 导数在研究函数中的应用知识点考前进阶自测题答案-安徽省等高二数学选择必修,平均正确率52.0%

2025-06-11
利用导数讨论函数单调性-5.3 导数在研究函数中的应用知识点考前进阶自测题答案-安徽省等高二数学选择必修,平均正确率52.0%
1、['利用导数求参数的取值范围', '利用导数讨论函数单调性', '导数中的函数构造问题', '函数中的恒成立问题']

正确率40.0%已知定义在$${{R}}$$上的函数$${{f}{(}{x}{)}}$$的导函数为$$f^{\prime} \textsubscript{\textit{( x )}}, \emph{\textit{f}}$$$${\bf\alpha_{( 1 )}} ~=2$$,且对任意$$x \in R, \, \, 2 f \left( \begin{matrix} {x} \\ \end{matrix} \right) \, \,+f^{\prime} \, \, ( \begin{matrix} {x} \\ \end{matrix} ) \, \, > 2$$恒成立,若$$f \left( \mathit{l n} a \right) ~ > 1+\mathit{(} \frac{e} {a} )^{2}$$,则实数$${{a}}$$的取值范围是(

A

A.$$( \textit{e}, \textit{}+\infty)$$

B.$$( \ e^{2}, \ \ +\infty)$$

C.$$( \mathrm{\bf~ 0}, \mathrm{\boldmath~ e ~} )$$

D.$$( \; 0, \; \; e^{2} \, )$$

2、['利用导数讨论函数单调性', '等比数列前n项和的应用', '函数零点个数的判定']

正确率40.0%设$$f_{n} \left( \begin{matrix} {x} \\ {x} \\ \end{matrix} \right) \ =1+x+x^{2}+\ldots+x^{n} \left( \begin{matrix} {x} \\ {x} \\ \end{matrix} > 0 \right)$$,其中$$n \in{\bf N}, ~ n \geqslant2$$,则函数$$G_{n} ~ ( \textbf{x} ) ~=f_{n} ~ ( \textbf{x} ) ~-2$$在$$( \frac{1} {2^{n}}, \ 1 )$$内的零点个数是(

B

A.$${{0}}$$

B.$${{1}}$$

C.$${{2}}$$

D.与$${{n}}$$有关

3、['导数与极值', '利用导数讨论函数单调性', '利用导数求解方程解的个数', '命题的真假性判断', '函数中的恒成立问题']

正确率19.999999999999996%已知函数$$f \left( x \right) \!=\! x^{3} \!-\! 2 x^{2} \!-\! 4 x \!-\! 7$$,其导函数为$$f^{'} \left( x \right)$$,则以下$${{4}}$$个命题:
$${①{f}{{(}{x}{)}}}$$的单调减区间是$$\left(-\frac2 3, 2 \right), \textrm{} \oplus f \left( x \right)$$的极小值是$$- 1 5 ; \, \odot\, f ( x )$$有且只有一个零点;$${④}$$当$${{a}{>}{2}}$$时,对任意的$$x \! > \! 2 x \! \neq\! a$$,恒有$$f \left( x \right) > f \left( a \right)+f^{'} \left( a \right) \left( x-a \right)$$.
其中真命题的个数为$${{(}{)}}$$

D

A.$${{1}}$$

B.$${{2}}$$

C.$${{3}}$$

D.$${{4}}$$

4、['函数奇、偶性的证明', '导数与最值', '函数奇、偶性的定义', '利用导数讨论函数单调性', '利用函数单调性比较大小']

正确率40.0%已知函数$${{f}{(}{x}{)}}$$满足$$f ( x )=f (-x )$$,且当$$x \in(-\infty, 0 )$$时,$$f ( x )+x f^{\cdot} ( x ) > 0$$成立,若$$a=( 3^{0. 2} ) \cdot f ( 3^{0. 2} ), \, \, \, b=( l n 2 ) \cdot f ( l n 2 ), \, \, \, c=( \operatorname{l o g}_{3} \frac{1} {9} ) \cdot f ( \operatorname{l o g}_{3} \frac{1} {9} )$$,
则$$a, ~ b, ~ c$$的大小关系是(

A

A.$$a > b > c$$

B.$$c > b > a$$

C.$$c > a > b$$

D.$$a > c > b$$

7、['利用函数单调性解不等式', '导数与单调性', '利用导数讨论函数单调性']

正确率40.0%偶函数$${{f}{(}{x}{)}}$$是定义域为$${{R}}$$上的可导函数,当$${{x}{⩾}{0}}$$时,都有$$f^{\prime} \ ( \textbf{x} ) \ < 2 x$$成立,则不等式$$f \left( \begin{matrix} {x-1} \\ \end{matrix} \right)+2 x > f \left( \begin{matrix} {x} \\ \end{matrix} \right)+1$$的解集是(

B

A.$$\{x | x < \frac{1} {2} \}$$

B.$$\{x | x > \frac{1} {2} \}$$

C.$$\{x | x \neq\frac{1} {2} \}$$

D.实数集$${{R}}$$

8、['利用导数讨论函数单调性', '利用导数解决函数零点问题', '函数零点的概念', '函数零点存在定理']

正确率60.0%已知$$x_{1}, ~ x_{2} ( x_{1} < x_{2} )$$是函数$$f ( x )=\operatorname{l n} x-\frac{1} {x-1}$$的两个零点,若$$a \in\left( x_{1}, 1 \right), \; b \in\left( 1, x_{2} \right)$$,则(

C

A.$$f ( a ) < 0, \, \, f ( b ) < 0$$

B.$$f ( a ) > 0, \, \, f ( b ) > 0$$

C.$$f ( a ) > 0, \, \, \, f ( b ) < 0$$

D.$$f ( a ) < 0, \, \, f ( b ) > 0$$< 0, f(b) >$${{0}}$$

9、['导数与最值', '利用导数求参数的取值范围', '利用导数讨论函数单调性']

正确率40.0%已知$$f ( x )=x^{3}-3 x+2 m$$,在区间$$[ \frac{1} {3}, 3 ]$$上任取三个数$$a, ~ b, ~ c$$,均存在以$$f ( a ), ~ f ( b ), ~ f ( c )$$为边长的三角形,则$${{m}}$$的取值范围是$${{(}{)}}$$

C

A.$${{m}{>}{6}}$$

B.$${{m}{>}{9}}$$

C.$${{m}{>}{{1}{1}}}$$

D.$${{m}{>}{{1}{2}}}$$

10、['利用导数讨论函数单调性']

正确率40.0%设定义在$${{R}}$$上函数$${{f}{(}{x}{)}}$$的导函数为$$f^{\prime} ( x )$$,且满足$$f^{\prime} ( x ) < 2 f ( x )$$,下列选项正确的是(

B

A.$$f ( 2 ) > e^{2} f ( 1 )$$

B.$$e^{2} f ( 0 ) > f ( 1 )$$

C.$$9 f ( \operatorname{l n} 2 ) < 4 f ( \operatorname{l n} 3 )$$

D.$$e^{2} f ( \operatorname{l n} 2 ) < 4 f ( 1 )$$

题目1解析:

首先,由题意知$$f(1)=2$$。考虑微分不等式$$2f(x)+f'(x)>2$$,可以构造辅助函数$$g(x)=e^{2x}f(x)-e^{2x}$$。求导得$$g'(x)=e^{2x}(2f(x)+f'(x)-2)>0$$,因此$$g(x)$$在$$R$$上单调递增。

由$$g(1)=e^{2}f(1)-e^{2}=e^{2}$$,对于$$x>1$$有$$g(x)>e^{2}$$,即$$f(x)>1$$;对于$$x<1$$有$$f(x)<1$$。

题目要求$$f(\ln a)>1+\left(\frac{e}{a}\right)^2$$。由于$$1+\left(\frac{e}{a}\right)^2>1$$,必须有$$\ln a>1$$即$$a>e$$。

进一步分析,当$$a>e$$时,$$f(\ln a)>1+\left(\frac{e}{a}\right)^2$$等价于$$g(\ln a)>e^{2\ln a}\left(1+\left(\frac{e}{a}\right)^2\right)=a^{2}+\frac{e^{2\ln a+2}}{a^2}=a^2+e^2$$。

由$$g(x)$$单调递增且$$g(1)=e^2$$,需要$$\ln a>1$$即$$a>e$$。验证$$a=e^2$$时$$f(2)>1+\left(\frac{e}{e^2}\right)^2=1+e^{-2}$$,符合条件。因此$$a$$的取值范围是$$(e, +\infty)$$,选A。

题目2解析:

函数$$G_n(x)=f_n(x)-2=1+x+x^2+\cdots+x^n-2$$在$$\left(\frac{1}{2^n}, 1\right)$$内求零点。

计算$$G_n\left(\frac{1}{2^n}\right)=\frac{1-\left(\frac{1}{2^n}\right)^{n+1}}{1-\frac{1}{2^n}}-2 \approx \frac{1}{1-\frac{1}{2^n}}-2$$,当$$n \geq 2$$时,$$\frac{1}{2^n} \leq \frac{1}{4}$$,故$$G_n\left(\frac{1}{2^n}\right) \approx \frac{1}{1-\frac{1}{4}}-2=\frac{4}{3}-2<0$$。

而$$G_n(1)=n+1-2=n-1 \geq 1 > 0$$。由介值定理,$$G_n(x)$$在区间内至少有一个零点。

再考察导数$$G_n'(x)=1+2x+\cdots+nx^{n-1}>0$$(因$$x>0$$),故$$G_n(x)$$严格单调递增,零点唯一。选B。

题目3解析:

函数$$f(x)=x^3-2x^2-4x-7$$,导函数$$f'(x)=3x^2-4x-4$$。

解$$f'(x)=0$$得$$x=-\frac{2}{3}$$或$$x=2$$。通过二阶导数或函数单调性分析:

  • 当$$x<-\frac{2}{3}$$时$$f'(x)>0$$,函数单调增;
  • 当$$-\frac{2}{3}
  • 当$$x>2$$时$$f'(x)>0$$,函数单调增。

因此命题①正确(单调减区间为$$\left(-\frac{2}{3}, 2\right)$$)。

计算极值:$$f(2)=8-8-8-7=-15$$为极小值,命题②正确。

由于$$f(-\frac{2}{3})<0$$且$$\lim_{x\to-\infty}f(x)=-\infty$$,$$\lim_{x\to+\infty}f(x)=+\infty$$,结合单调性,$$f(x)$$有且仅有一个零点,命题③正确。

命题④涉及凸性:当$$a>2$$时,$$f''(x)=6x-4>8$$,函数在$$x>2$$下凸,故$$f(x)>f(a)+f'(a)(x-a)$$对$$x>2$$且$$x \neq a$$成立,命题④正确。

综上,四个命题均正确,选D。

题目4解析:

由$$f(x)=f(-x)$$知$$f(x)$$为偶函数。定义$$g(x)=x f(x)$$,则$$g(-x)=-x f(-x)=-x f(x)=-g(x)$$,即$$g(x)$$为奇函数。

当$$x \in (-\infty, 0)$$时,$$g'(x)=f(x)+x f'(x)>0$$,故$$g(x)$$在$$(-\infty, 0)$$单调增。由奇函数性质,$$g(x)$$在$$(0, +\infty)$$也单调增。

比较自变量大小:

  • $$c=(\log_3 \frac{1}{9}) f(\log_3 \frac{1}{9})=(-2) f(-2)=g(-2)$$;
  • $$b=(\ln 2) f(\ln 2)=g(\ln 2)$$;
  • $$a=(3^{0.2}) f(3^{0.2})=g(3^{0.2})$$。

由于$$3^{0.2}>1>\ln 2>0>-2$$,且$$g(x)$$单调增,故$$g(3^{0.2})>g(\ln 2)>g(-2)$$,即$$a>b>c$$。但$$g(-2)=-g(2)$$,而$$3^{0.2}<2$$,需重新比较:

实际上$$3^{0.2} \approx 1.23$$,$$\ln 2 \approx 0.693$$,$$-2$$对应$$g(-2)=-g(2)$$。由于$$g(2)>g(3^{0.2})>g(\ln 2)$$,故$$-g(2)b$$。综合得$$c>a>b$$,选C。

题目7解析:

由题意,$$f(x)$$为偶函数且当$$x \geq 0$$时$$f'(x)<2x$$。构造$$h(x)=f(x)-x^2$$,则$$h'(x)=f'(x)-2x<0$$,故$$h(x)$$在$$[0, +\infty)$$单调减。

由偶函数性质,$$h(-x)=f(-x)-x^2=f(x)-x^2=h(x)$$,即$$h(x)$$为偶函数,因此在$$(-\infty, 0]$$单调增。

不等式$$f(x-1)+2x>f(x)+1$$可改写为$$f(x-1)-(x-1)^2>f(x)-x^2+1-2x+(x-1)^2+x^2$$,化简得$$h(x-1)>h(x)+1-2x+2x^2-2x+1$$,进一步简化为$$h(x-1)>h(x)$$。

由$$h(x)$$的单调性:

  • 若$$x-1 \geq 0$$且$$x \geq 0$$,即$$x \geq 1$$,需$$x-1h(x)$$不成立;
  • 若$$x-1 \leq 0$$且$$x \leq 0$$,即$$x \leq 0$$,需$$x-1
  • 若$$0h(x)$$。由于$$1-x>x$$且$$h$$在$$[0, +\infty)$$单调减,有$$h(1-x)
  • 若$$x=\frac{1}{2}$$,验证不等式是否成立。

重新考虑直接分析:令$$x=\frac{1}{2}$$,不等式变为$$f(-\frac{1}{2})+1>f(\frac{1}{2})+1$$,即$$f(\frac{1}{2})>f(\frac{1}{2})$$矛盾。因此解集可能为$$x \neq \frac{1}{2}$$,选C。

题目8解析:

函数$$f(x)=\ln x-\frac{1}{x-1}$$的零点满足$$\ln x=\frac{1}{x-1}$$。设$$x_1<1

当$$x \in (x_1, 1)$$时,$$\ln x<0$$而$$\frac{1}{x-1}<0$$,但$$\ln x$$从$$-\infty$$增至0,$$\frac{1}{x-1}$$从某负值递减至$$-\infty$$,故$$f(x)$$在$$(x_1, 1)$$内符号需具体分析。

实际上,由于$$f(x)$$在$$(0,1)$$单调增(导数$$f'(x)=\frac{1}{x}+\frac{1}{(x-1)^2}>0$$),且$$f(x_1)=0$$,故在$$(x_1,1)$$有$$f(x)>0$$。

在$$(1,x_2)$$,$$f(x)$$从$$+\infty$$递减至0,故$$f(x)>0$$。但更精确分析:

由函数图像,$$f(x)$$在$$(x_1,1)$$为正,在$$(1,x_2)$$为负。因此$$f(a)>0$$,$$f(b)<0$$,选C。

题目9解析:

函数$$f(x)=x^3-3x+2m$$在区间$$\left[\frac{1}{3}, 3\right]$$上的极值点为$$f'(x)=3x^2-3=0$$,即$$x=1$$。

计算端点及极值点函数值:

  • $$f\left(\frac{1}{3}\right)=\frac{1}{27}-1+2m$$;
  • $$f(1)=1-3+2m=2m-2$$;
  • $$f(3)=27-9+2m=18+2m$$。

要求对任意$$a,b,c$$,$$f(a),f(b),f(c)$$能构成三角形,需满足三角不等式:

  • $$2 \min\{f(a),f(b),f(c)\} > \max\{f(a),f(b),f(c)\}$$。

显然最小值为$$f(1)=2m-2$$,最大值为$$f(3)=18+2m$$。因此需$$2(2m-2)>18+2m$$,解得$$m>11$$。选C。

题目10解析:

由微分不等式$$f'(x)<2f(x)$$,构造$$g(x)=\frac{f(x)}{e^{2x}}$$,则$$g'(x)=\frac{f'(x)-2f(x)}{e^{2x}}<0$$,故$$g(x)$$单调减。

选项分析:

  • A:$$f(2)>e^2 f(1)$$等价于$$g(2)>g(1)$$,与$$g(x)$$单调减矛盾,错误;
  • B:$$e^2 f(0)>f(1)$$等价于$$g(0)>g(1)$$,符合单调减,正确;
  • C:$$9f(\ln 2)<4f(\ln 3)$$等价于$$\frac{f(\ln 2)}{e^{2\ln 2}}<\frac{f(\ln 3)}{e^{2\ln 3}}$$即$$g(\ln 2)
  • D:$$e^2 f(\ln 2)<4 f(1)$$等价于$$\frac{f(\ln 2)}{e^{2\ln 2}}<\frac{4f(1)}{e^{2+2\ln 2}}$$,化简后不直接明显,但由$$g(\ln 2)>g(1)$$(因$$\ln 2<1$$),即$$\frac{f(\ln 2)}{4}>\frac{f(1)}{e^2}$$,故$$e^2 f(\ln 2)>4 f(1)$$,与D矛盾,错误。

综上,仅B正确。选B。

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