高考數(shù)學(xué)理一輪資源庫(kù) 第3章學(xué)案15

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1、 精品資料 學(xué)案15　導(dǎo)數(shù)的綜合應(yīng)用 導(dǎo)學(xué)目標(biāo)： 1.應(yīng)用導(dǎo)數(shù)討論函數(shù)的單調(diào)性，并會(huì)根據(jù)函數(shù)的性質(zhì)求參數(shù)范圍.2.會(huì)利用導(dǎo)數(shù)解決某些實(shí)際問(wèn)題． 自主梳理 1．已知函數(shù)單調(diào)性求參數(shù)值范圍時(shí)，實(shí)質(zhì)為恒成立問(wèn)題． 2．求函數(shù)單調(diào)區(qū)間，實(shí)質(zhì)為解不等式問(wèn)題，但解集一定為定義域的子集． 3．實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題：首先要充分理解題意，列出適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)關(guān)系式，再利用導(dǎo)數(shù)求出該函數(shù)的最大值或最小值，最后回到實(shí)際問(wèn)題中，得出最優(yōu)解． 自我檢測(cè) 1．函數(shù)f(x)＝x3－3ax－a在(0,1)內(nèi)有最小值，則a的取值范圍為_(kāi)_______． 2．(201

2、1·揚(yáng)州模擬)已知f(x)，g(x)都是定義在R上的函數(shù)，g(x)≠0，f′(x)g(x)<f(x)g′(x)，f(x)＝ax·g(x) (a>0，且a≠1)，＋＝，則a的值為_(kāi)___________． 3．(2011·廈門(mén)質(zhì)檢)已知函數(shù)f(x)＝(m－2)x2＋(m2－4)x＋m是偶函數(shù)，函數(shù)g(x)＝－x3＋2x2＋mx＋5在(－∞，＋∞)內(nèi)單調(diào)遞減，則實(shí)數(shù)m為_(kāi)_______． 4．函數(shù)f(x)＝ex (sin x＋cos x)在區(qū)間上的值域?yàn)開(kāi)_____________． 5．f(x)＝x(x－c)2在x＝2處有極大值，則常數(shù)c的值為_(kāi)

3、_______． 探究點(diǎn)一　討論函數(shù)的單調(diào)性 例1　已知函數(shù)f(x)＝x2e－ax (a>0)，求函數(shù)在[1,2]上的最大值． 變式遷移1　設(shè)a>0，函數(shù)f(x)＝. (1)討論f(x)的單調(diào)性； (2)求f(x)在區(qū)間[a,2a]上的最小值． 探究點(diǎn)二　用導(dǎo)數(shù)證明不等式 例2　已知f(x)＝x2－aln x(a∈R)， (1)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間； (2)求證：當(dāng)x>1時(shí)，x2＋ln x<x3. 變式遷移2　(2010·安徽)設(shè)a為實(shí)數(shù)，函數(shù)f(x)＝ex－2x＋2a，x∈R. (

4、1)求f(x)的單調(diào)區(qū)間與極值； (2)求證：當(dāng)a>ln 2－1且x>0時(shí)，ex>x2－2ax＋1. 探究點(diǎn)三　實(shí)際生活中的優(yōu)化問(wèn)題 例3　某分公司經(jīng)銷(xiāo)某種品牌產(chǎn)品，每件產(chǎn)品的成本為3元，并且每件產(chǎn)品需向總公司交a元(3≤a≤5)的管理費(fèi)，預(yù)計(jì)當(dāng)每件產(chǎn)品的售價(jià)為x元(9≤x≤11)時(shí)，一年的銷(xiāo)售量為(12－x)2萬(wàn)件． (1)求分公司一年的利潤(rùn)L(萬(wàn)元)與每件產(chǎn)品的售價(jià)x的函數(shù)關(guān)系式； (2)當(dāng)每件產(chǎn)品的售價(jià)為多少元時(shí)，分公司一年的利潤(rùn)L最大，并求出L的最大值Q(a)． 變式遷移3　甲方是一農(nóng)場(chǎng)，乙方是一工廠．由于乙方生產(chǎn)需占用甲方

5、的資源，因此甲方有權(quán)向乙方索賠以彌補(bǔ)經(jīng)濟(jì)損失并獲得一定凈收入，在乙方不賠付甲方的情況下，乙方的年利潤(rùn)x(元)與年產(chǎn)量t(噸)滿(mǎn)足函數(shù)關(guān)系x＝2 000.若乙方每生產(chǎn)一噸產(chǎn)品必須賠付甲方S元(以下稱(chēng)S為賠付價(jià)格)． (1)將乙方的年利潤(rùn)ω(元)表示為年產(chǎn)量t(噸)的函數(shù)，并求出乙方獲得最大利潤(rùn)的年產(chǎn)量； (2)甲方每年受乙方生產(chǎn)影響的經(jīng)濟(jì)損失金額y＝0.002t2(元)，在乙方按照獲得最大利潤(rùn)的產(chǎn)量進(jìn)行生產(chǎn)的前提下，甲方要在索賠中獲得最大凈收入，應(yīng)向乙方要求的賠付價(jià)格S是多少？ 轉(zhuǎn)化與化歸思想 例　(14分)(2010·全國(guó)Ⅰ)已知函數(shù)f(x)＝(x＋1)ln

6、x－x＋1. (1)若xf′(x)≤x2＋ax＋1，求a的取值范圍； (2)證明：(x－1)f(x)≥0. 【答題模板】 (1)解　∵f′(x)＝＋ln x－1＝ln x＋，x>0，[2分] ∴xf′(x)＝xln x＋1.由xf′(x)≤x2＋ax＋1， 得a≥ln x－x，令g(x)＝ln x－x，則g′(x)＝－1，[5分] 當(dāng)0<x<1時(shí)，g′(x)>0；當(dāng)x>1時(shí)，g′(x)<0， ∴x＝1是最大值點(diǎn)，g(x)max＝g(1)＝－1，∴a≥－1， ∴a的取值范圍為[－1，＋∞)．[8分] (2)證明　由(1)知g(x)＝ln

7、x－x≤g(1)＝－1，∴l(xiāng)n x－x＋1≤0.(注：充分利用(1)是快速解決(2)的關(guān)鍵．)[10分] 當(dāng)0<x<1時(shí)，x－1<0，f(x)＝(x＋1)ln x－x＋1＝xln x＋ln x－x＋1≤0， ∴(x－1)f(x)≥0.[12分] 當(dāng)x≥1時(shí)，x－1>0，f(x)＝(x＋1)ln x－x＋1＝ln x＋xln x－x＋1 ＝ln x－x≥0， ∴(x－1)f(x)≥0. 綜上，(x－1)f(x)≥0.[14分] 【突破思維障礙】 本小題主要考查函數(shù)、導(dǎo)數(shù)、不等式證明等知識(shí)，通過(guò)運(yùn)用導(dǎo)數(shù)知識(shí)解決函數(shù)、不等式問(wèn)題，考查了考生綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決

8、問(wèn)題的能力以及計(jì)算能力，同時(shí)也考查了函數(shù)與方程思想、化歸與轉(zhuǎn)化思想．通過(guò)轉(zhuǎn)化，本題實(shí)質(zhì)還是利用單調(diào)性求最值問(wèn)題． 1．求極值、最值時(shí)，要求步驟規(guī)范，含參數(shù)時(shí)，要分類(lèi)討論參數(shù)的范圍．若已知函數(shù)單調(diào)性求參數(shù)范圍時(shí)，隱含恒成立思想． 2．利用導(dǎo)數(shù)解決生活中的優(yōu)化問(wèn)題的一般步驟： (1)分析實(shí)際問(wèn)題中各變量之間的關(guān)系，列出實(shí)際問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，寫(xiě)出相應(yīng)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)的區(qū)間端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的函數(shù)值和極值，確定最值； (4)回到實(shí)際問(wèn)題，作出解答． (滿(mǎn)分：90分) 一、填空題(每小題6分，共48分) 1．(

9、2010·無(wú)錫模擬)已知曲線C：y＝2x2－x3，點(diǎn)P(0，－4)，直線l過(guò)點(diǎn)P且與曲線C相切于點(diǎn)Q，則點(diǎn)Q的橫坐標(biāo)為_(kāi)_______． 2．函數(shù)f(x)＝x3＋ax2＋3x－9，已知f(x)在x＝－3時(shí)取得極值，則a＝________. 3．(2011·鹽城調(diào)研)函數(shù)f(x)在定義域R內(nèi)可導(dǎo)，若f(x)＝f(2－x)，且當(dāng)x∈(－∞，1)時(shí)，(x－1)f′(x)<0，則a＝f(0)、b＝f()、c＝f(3)的大小關(guān)系為_(kāi)_______________． 4．函數(shù)f(x)＝－x3＋x2＋tx＋t在(－1,1)上是增函數(shù)，則t的取值范圍是________． 5．

10、若函數(shù)f(x)＝，且0<x1<x2<1，設(shè)a＝，b＝，則a，b的大小關(guān)系為_(kāi)_______． 6．在直徑為d的圓木中，截取一個(gè)具有最大抗彎強(qiáng)度的長(zhǎng)方體梁，則矩形面的長(zhǎng)為_(kāi)_______．(強(qiáng)度與bh2成正比，其中h為矩形的長(zhǎng)，b為矩形的寬) 7．要建造一個(gè)長(zhǎng)方體形狀的倉(cāng)庫(kù)，其內(nèi)部的高為3 m，長(zhǎng)和寬的和為20 m，則倉(cāng)庫(kù)容積的最大值為_(kāi)______________m3. 8．若函數(shù)f(x)＝在區(qū)間(m,2m＋1)上是單調(diào)遞增函數(shù)，則實(shí)數(shù)m的取值范圍為_(kāi)_______． 二、解答題(共42分) 9．(12分)(2011·徐州模擬)設(shè)函數(shù)f(x)＝kx3－3x

11、2＋1(k≥0)． (1)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間； (2)若函數(shù)f(x)的極小值大于0，求k的取值范圍． 10．(14分)(2010·湖北)為了在夏季降溫和冬季供暖時(shí)減少能源損耗，房屋的屋頂和外墻需要建造隔熱層．某幢建筑物要建造可使用20年的隔熱層，每厘米厚的隔熱層建造成本為6萬(wàn)元．該建筑物每年的能源消耗費(fèi)用C(單位：萬(wàn)元)與隔熱層厚度x(單位：cm)滿(mǎn)足關(guān)系：C(x)＝ (0≤x≤10)，若不建隔熱層，每年能源消耗費(fèi)用為8萬(wàn)元，設(shè)f(x)為隔熱層建造費(fèi)用與20年的能源消耗費(fèi)用之和． (1)求k的值及f(x)的表達(dá)式； (2)隔熱層修建多厚時(shí)，總費(fèi)用f(x

12、)達(dá)到最小，并求最小值． 11．(16分)設(shè)函數(shù)f(x)＝ln x，g(x)＝ax＋，函數(shù)f(x)的圖象與x軸的交點(diǎn)也在函數(shù)g(x)的圖象上，且在此點(diǎn)有公共切線． (1)求a、b的值； (2)對(duì)任意x>0，試比較f(x)與g(x)的大?。? 答案 自我檢測(cè) 1．0<a<1　2.　3.－2　4.　5.6 課堂活動(dòng)區(qū) 例1　解題導(dǎo)引　求函數(shù)在閉區(qū)間上的最值，首先應(yīng)判斷函數(shù)在閉區(qū)間上的單調(diào)性，一般方法是令f′(x)＝0，求出x值后，再判斷函數(shù)在各區(qū)間上的單調(diào)性，在這里一般要用到分類(lèi)討論的思想，討論的標(biāo)準(zhǔn)通常是極值點(diǎn)與區(qū)間端點(diǎn)的大小關(guān)系，

13、確定單調(diào)性或具體情況． 解　∵f(x)＝x2e－ax (a>0)， ∴f′(x)＝2xe－ax＋x2·(－a)e－ax ＝e－ax(－ax2＋2x)． 令f′(x)>0，即e－ax(－ax2＋2x)>0， 得0<x<. ∴f(x)在(－∞，0)，上是減函數(shù)， 在上是增函數(shù)． ①當(dāng)0<<1，即a>2時(shí)，f(x)在[1,2]上是減函數(shù)， ∴f(x)max＝f(1)＝e－a. ②當(dāng)1≤≤2，即1≤a≤2時(shí)，f(x)在上是增函數(shù)，在上是減函數(shù)，∴f(x)max＝f＝4a－2e－2. ③當(dāng)>2，即0<a<1

14、時(shí)，f(x)在[1,2]上是增函數(shù)， ∴f(x)max＝f(2)＝4e－2a. 綜上所述， 當(dāng)0<a<1時(shí)，f(x)的最大值為4e－2a； 當(dāng)1≤a≤2時(shí)，f(x)的最大值為4a－2e－2； 當(dāng)a>2時(shí)，f(x)的最大值為e－a. 變式遷移1　解　(1)函數(shù)f(x)的定義域?yàn)?0，＋∞)， f′(x)＝a·(a>0)， 由f′(x)＝a·>0，得0<x<e； 由f′(x)<0，得x>e. 故f(x)在(0，e)上單調(diào)遞增，在(e，＋∞)上單調(diào)遞減． (2)∵f(x)在(0，e)上單調(diào)遞增，在(e，＋

15、∞)上單調(diào)遞減， ∴f(x)在[a,2a]上的最小值[f(x)]min＝min{f(a)，f(2a)}． ∵f(a)－f(2a)＝ln， ∴當(dāng)0<a≤2時(shí)，[f(x)]min＝ln a； 當(dāng)a>2時(shí)，[f(x)]min＝. 例2　解題導(dǎo)引　利用導(dǎo)數(shù)解決不等式問(wèn)題的主要方法就是構(gòu)造函數(shù)，通過(guò)研究函數(shù)的性質(zhì)進(jìn)而解決不等式問(wèn)題． (1)解　f′(x)＝x－＝(x>0)， 若a≤0時(shí)，f′(x)>0恒成立， ∴函數(shù)f(x)的單調(diào)增區(qū)間為(0，＋∞)． 若a>0時(shí)，令f′(x)>0，得x>， ∴函數(shù)f(x)的單調(diào)增區(qū)間為(，＋∞)，減區(qū)間為(

16、0，)． (2)證明　設(shè)F(x)＝x3－(x2＋ln x)， 故F′(x)＝2x2－x－. ∴F′(x)＝.∵x>1，∴F′(x)>0. ∴F(x)在(1，＋∞)上為增函數(shù)． 又F(x)在(1，＋∞)上連續(xù)，F(xiàn)(1)＝>0， ∴F(x)>在(1，＋∞)上恒成立． ∴F(x)>0. ∴當(dāng)x>1時(shí)，x2＋ln x<x3. 變式遷移2　(1)解　由f(x)＝ex－2x＋2a，x∈R， 知f′(x)＝ex－2，x∈R. 令f′(x)＝0，得x＝ln 2.于是當(dāng)x變化時(shí)， f′(x)，f(x)的變化情況如下表： x (－∞，ln 2)

17、 ln 2 (ln 2，＋∞) f′(x) － 0 ＋ f(x)  極小值  故f(x)的單調(diào)遞減區(qū)間是(－∞，ln 2)， 單調(diào)遞增區(qū)間是(ln 2，＋∞)， f(x)在x＝ln 2處取得極小值，極小值為f(ln 2)＝eln 2－2ln 2＋2a＝2(1－ln 2＋a)． (2)證明　設(shè)g(x)＝ex－x2＋2ax－1，x∈R. 于是g′(x)＝ex－2x＋2a，x∈R. 由(1)知當(dāng)a>ln 2－1時(shí)， g′(x)最小值為g′(ln 2)＝2(1－ln 2＋a)>0. 于是對(duì)任意x∈R，都有g(shù)′(x)>0， 所以g(x)在R內(nèi)單

18、調(diào)遞增， 于是當(dāng)a>ln 2－1時(shí)， 對(duì)任意x∈(0，＋∞)， 都有g(shù)(x)>g(0)． 而g(0)＝0，從而對(duì)任意x∈(0，＋∞)，都有g(shù)(x)>0， 即ex－x2＋2ax－1>0， 故ex>x2－2ax＋1. 例3　解　(1)分公司一年的利潤(rùn)L(萬(wàn)元)與售價(jià)x的函數(shù)關(guān)系式為L(zhǎng)＝(x－3－a)(12－x)2，x∈[9,11]． (2)L′(x)＝(12－x)2－2(x－3－a)(12－x) ＝(12－x)(18＋2a－3x)． 令L′＝0，得x＝6＋a或x＝12(不合題意，舍去)． ∵3≤a≤5， ∴8≤6＋a≤. 在x＝6＋a兩側(cè)L′

19、的值由正變負(fù)． ∴①當(dāng)8≤6＋a<9，即3≤a<時(shí)， Lmax＝L(9)＝(9－3－a)(12－9)2＝9(6－a)． ②當(dāng)9≤6＋a≤，即≤a≤5時(shí)， Lmax＝L(6＋a)＝(6＋a－3－a)[12－(6＋a)]2 ＝4(3－a)3. 所以Q(a)＝ 綜上，若3≤a<，則當(dāng)每件售價(jià)為9元時(shí)，分公司一年的利潤(rùn)L最大，最大值Q(a)＝9(6－a)(萬(wàn)元)； 若≤a≤5，則當(dāng)每件售價(jià)為(6＋a)元時(shí)，分公司一年的利潤(rùn)L最大，最大值Q(a)＝4(3－a)3(萬(wàn)元)． 變式遷移3　解　(1)因?yàn)橘r付價(jià)格為S元/噸， 所以乙方的實(shí)際年利潤(rùn)為ω＝2 000－St.

20、 由ω′＝－S＝， 令ω′＝0，得t＝t0＝()2. 當(dāng)t<t0時(shí)，ω′>0； 當(dāng)t>t0時(shí)，ω′<0. 所以當(dāng)t＝t0時(shí)，ω取得最大值． 因此乙方獲得最大利潤(rùn)的年產(chǎn)量為()2噸． (2)設(shè)甲方凈收入為v元，則v＝St－0.002t2. 將t＝()2代入上式，得到甲方凈收入v與賠付價(jià)格S之間的函數(shù)關(guān)系式： v＝－. 又v′＝－＋＝， 令v′＝0，得S＝20. 當(dāng)S<20時(shí)，v′>0； 當(dāng)S>20時(shí)，v′<0， 所以S＝20時(shí)，v取得最大值． 因此甲方向乙方要求賠付價(jià)格S＝20元/噸時(shí)，可獲得最大凈收入． 課后練習(xí)區(qū)

21、 1．－1　2.5　3.c<a<b 4．t≥5 解析　∵f(x)在(－1,1)上是增函數(shù)， f′(x)＝－3x2＋2x＋t， ∴在(－1,1)上f′(x)≥0， 即－3x2＋2x＋t≥0，∴t≥3x2－2x. 設(shè)函數(shù)g(x)＝3x2－2x，由于g(x)的圖象是對(duì)稱(chēng)軸為x＝，開(kāi)口向上的拋物線，故g(x)<g(－1)， 故要使t≥3x2－2x在區(qū)間(－1,1)上恒成立?t≥g(－1)， 即t≥5.故t的取值范圍是t≥5. 5．a(chǎn)>b 解析　f′(x)＝，令g(x)＝xcos x－sin x， 則g′(x)＝－xsin x＋cos x－cos x＝－xs

22、in x， ∵0<x<1，∴g′(x)<0，即函數(shù)g(x)在(0,1)上是減函數(shù)，得g(x)<g(0)＝0， 故f′(x)<0，函數(shù)f(x)在(0,1)上是減函數(shù)，得a>b. 6.d 解析　如圖所示，為圓木的橫截面， 由b2＋h2＝d2， ∴bh2＝b(d2－b2)． 設(shè)f(b)＝b(d2－b2)， ∴f′(b)＝－3b2＋d2. 令f′(b)＝0，由b>0， ∴b＝d，且在(0，d)上f′(b)>0，在[d，d]上f′(b)<0. ∴函數(shù)f(b)在b＝d處取極大值，也是最大值，即抗彎強(qiáng)度最大，此時(shí)長(zhǎng)h＝d. 7

23、．300 解析　設(shè)長(zhǎng)為x m，則寬為(20－x)m，倉(cāng)庫(kù)的容積為V，則V＝x(20－x)·3＝－3x2＋60x，V′＝－6x＋60， 令V′＝0得x＝10. 當(dāng)0<x<10時(shí)，V′>0；當(dāng)x>10時(shí)，V′<0， ∴x＝10時(shí)，V最大＝300 (m3)． 8．(－1,0] 解析　f′(x)＝≥0，解得－1≤x≤1. 由已知得(m,2m＋1)?[－1,1]， 即，解得－1<m≤0. 9．解　(1)當(dāng)k＝0時(shí)，f(x)＝－3x2＋1， ∴f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為(－∞，0)， 單調(diào)遞減區(qū)間為(0，＋∞)． 當(dāng)k>0時(shí)，f′(

24、x)＝3kx2－6x＝3kx(x－)． ∴f(x)的單調(diào)增區(qū)間為(－∞，0)，(，＋∞)，單調(diào)減區(qū)間為(0，)．………………(6分) (2)當(dāng)k＝0時(shí)，函數(shù)f(x)不存在極小值．當(dāng)k>0時(shí)，依題意f()＝－＋1>0， 即k2>4，由條件k>0， ∴k的取值范圍為(2，＋∞)．…………………………………………………………(12分) 10．解　(1)設(shè)隔熱層厚度為x cm，由題設(shè)， 每年能源消耗費(fèi)用為C(x)＝，……………………………………………………(2分) 再由C(0)＝8，得k＝40， 因此C(x)＝，…………………………………………………………………

25、……(4分) 而建造費(fèi)用為C1(x)＝6x.…………………………………………………………………(6分) 最后得隔熱層建造費(fèi)用與20年的能源消耗費(fèi)用之和為 f(x)＝20C(x)＋C1(x)＝20×＋6x ＝＋6x (0≤x≤10)．………………………………………………………………(8分) (2)f′(x)＝6－，令f′(x)＝0， 即＝6，解得x＝5，x＝－(舍去)．…………………………………………(10分) 當(dāng)0<x<5時(shí)，f′(x)<0， 當(dāng)5<x<10時(shí)，f′(x)>0，………………………………………………………………(12分

26、) 故x＝5是f(x)的最小值點(diǎn)， 對(duì)應(yīng)的最小值為f(5)＝6×5＋＝70. 當(dāng)隔熱層修建5 cm厚時(shí)，總費(fèi)用達(dá)到最小值70萬(wàn)元．……………………………(14分) 11．解　(1)f(x)＝ln x的圖象與x軸的交點(diǎn)坐標(biāo)是(1,0)， 依題意，得g(1)＝a＋b＝0.①……………………………………………………………(2分) 又f′(x)＝，g′(x)＝a－， 且f(x)與g(x)在點(diǎn)(1,0)處有公共切線， ∴g′(1)＝f′(1)＝1，即a－b＝1.②……………………………………………………(4分) 由①②得a＝，b＝－.………………………………………………………

27、…………(6分) (2)令F(x)＝f(x)－g(x)，則 F(x)＝ln x－(x－)＝ln x－x＋， ∴F′(x)＝－－……………………………………………………………………(8分) ＝－(－1)2≤0. ∴F(x)在(0，＋∞)上為減函數(shù)．………………………………………………………(10分) 當(dāng)0<x<1時(shí)，F(xiàn)(x)>F(1)＝0，即f(x)>g(x)；……………………………………………(12分) 當(dāng)x＝1時(shí)，F(xiàn)(1)＝0，即f(x)＝g(x)；…………………………………………………(14分) 當(dāng)x>1時(shí)，F(xiàn)(x)<F(1)＝0，即f(x)<g(x)． 綜上，0<x<1時(shí)，f(x)>g(x)； x＝1時(shí)，f(x)＝g(x)； x>1時(shí)f(x)<g(x)．………………………………………………………………………(16分)