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2014~2016年高考数学理科汇编详解:第三章导数及其应用第二节导数的应用A组三年高考真题(2016~2014年)1.(2015·福建,10)若定义在R上的函数f(x)满足f(0)=-1,其导函数f′(x)满足f′(x)>k>1,则下列结论中一定错误的是()A.f1k<1kB.f1k>1k-1C.f1k-1<1k-1D.f1k-1>kk-12.(2015·陕西,12)对二次函数f(x)=ax2+bx+c(a为非零整数),四位同学分别给出下列结论,其中有且只有一个结论是错误的,则错误的结论是()A.-1是f(x)的零点B.1是f(x)的极值点C.3是f(x)的极值D.点(2,8)在曲线y=f(x)上3.(2015·新课标全国Ⅱ,12)设函数f′(x)是奇函数f(x)(x∈R)的导函数,f(-1)=0,当x>0时,xf′(x)-f(x)<0,则使得f(x)>0成立的x的取值范围是()A.(-∞,-1)∪(0,1)B.(-1,0)∪(1,+∞)C.(-∞,-1)∪(-1,0)D.(0,1)∪(1,+∞)4.(2015·新课标全国Ⅰ,12)设函数f(x)=ex(2x-1)-ax+a,其中a<1,若存在唯一的整数x0使得f(x0)<0,则a的取值范围是()A.-32e,1B.-32e,34C.32e,34D.32e,15.(2014·新课标全国Ⅱ,12)设函数f(x)=3sinπxm.若存在f(x)的极值点x0满足x20+[f(x0)]2<m2,则m的取值范围是()A.(-∞,-6)∪(6,+∞)B.(-∞,-4)∪(4,+∞)C.(-∞,-2)∪(2,+∞)D.(-∞,-1)∪(1,+∞)6.(2014·辽宁,11)当x∈[-2,1]时,不等式ax3-x2+4x+3≥0恒成立,则实数a的取值范围是()A.[-5,-3]B.-6,-98C.[-6,-2]D.[-4,-3]7.(2016·全国Ⅱ,21)(1)讨论函数f(x)=x-2x+2ex的单调性,并证明当x>0时,(x-2)ex+x+2>0;(2)证明:当a∈[0,1)时,函数g(x)=ex-ax-ax2(x>0)有最小值.设g(x)的最小值为h(a),求函数h(a)的值域.8.(2016·全国Ⅲ,21)设函数f(x)=acos2x+(a-1)·(cosx+1),其中a>0,记|f(x)|的最大值为4.(1)求f′(x);(2)求A;(3)证明|f′(x)|≤2A.9.(2016·全国Ⅰ,21)已知函数f(x)=(x-2)ex+a(x-1)2有两个零点.(1)求a的取值范围;(2)设x1,x2是f(x)的两个零点,证明:x1+x2<2.10.(2016·北京,18)设函数f(x)=xea-x+bx,曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为y=(e-1)x+4.(1)求a,b的值;(2)求f(x)的单调区间.11.(2016·四川,21)设函数f(x)=ax2-a-lnx,其中a∈R.(1)讨论f(x)的单调性;(2)确定a的所有可能取值,使得f(x)>1x-e1-x在区间(1,+∞)内恒成立(e=2.718…为自然对数的底数).12.(2016·山东,20)已知f(x)=a(x-lnx)+2x-1x2,a∈R.(1)讨论f(x)的单调性;(2)当a=1时,证明f(x)>f′(x)+32对于任意的x∈[1,2]成立.13.(2015·新课标全国Ⅱ,21)设函数f(x)=emx+x2-mx.(1)证明:f(x)在(-∞,0)单调递减,在(0,+∞)单调递增;(2)若对于任意x1,x2∈[-1,1],都有|f(x1)-f(x2)|≤e-1,求m的取值范围.14.(2015·北京,18)已知函数f(x)=ln1+x1-x.(1)求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;(2)求证:当x∈(0,1)时,f(x)>2x+x33;(3)设实数k使得f(x)>kx+x33对x∈(0,1)恒成立,求k的最大值.15.(2015·四川,21)已知函数f(x)=-2(x+a)lnx+x2-2ax-2a2+a,其中a>0.(1)设g(x)是f(x)的导函数,讨论g(x)的单调性;(2)证明:存在a∈(0,1),使得f(x)≥0在区间(1,+∞)内恒成立,且f(x)=0在区间(1,+∞)内有唯一解.16.(2015·天津,20)已知函数f(x)=nx-xn,x∈R,其中n∈N*,n≥2.(1)讨论f(x)的单调性;(2)设曲线y=f(x)与x轴正半轴的交点为P,曲线在点P处的切线方程为y=g(x),求证:对于任意的正实数x,都有f(x)≤g(x);(3)若关于x的方程f(x)=a(a为实数)有两个正实根x1,x2,求证:|x2-x1|<a1-n+2.17.(2015·江苏,19)已知函数f(x)=x3+ax2+b(a,b∈R).(1)试讨论f(x)的单调性;(2)若b=c-a(实数c是与a无关的常数),当函数f(x)有三个不同的零点时,a的取值范围恰好是(-∞,-3)∪1,32∪32,+∞,求c的值.18.(2015·重庆,20)设函数f(x)=3x2+axex(a∈R).(1)若f(x)在x=0处取得极值,确定a的值,并求此时曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;(2)若f(x)在[3,+∞)上为减函数,求a的取值范围.19.(2015·新课标全国Ⅰ,21)已知函数f(x)=x3+ax+14,g(x)=-lnx.(1)当a为何值时,x轴为曲线y=f(x)的切线;(2)用min{m,n}表示m,n中的最小值,设函数h(x)=min{f(x),g(x)}(x>0),讨论h(x)零点的个数.20.(2015·安徽,21)设函数f(x)=x2-ax+b.(1)讨论函数f(sinx)在-π2,π2内的单调性并判断有无极值,有极值时求出极值;(2)记f0(x)=x2-a0x+b0,求函数|f(sinx)-f0(sinx)|在-π2,π2上的最大值D;(3)在(2)中,取a0=b0=0,求z=b-a24满足D≤1时的最大值.21.(2015·广东,19)设a>1,函数f(x)=(1+x2)ex-a.(1)求f(x)的单调区间;(2)证明:f(x)在(-∞,+∞)上仅有一个零点;(3)若曲线y=f(x)在点P处的切线与x轴平行,且在点M(m,n)处的切线与直线OP平行(O是坐标原点),证明:m≤3a-2e-1.22.(2015·山东,21)设函数f(x)=ln(x+1)+a(x2-x),其中a∈R.(1)讨论函数f(x)极值点的个数,并说明理由;(2)若?x>0,f(x)≥0成立,求a的取值范围.23.(2015·湖南,21)已知a>0,函数f(x)=eaxsinx(x∈[0,+∞)).记xn为f(x)的从小到大的第n(n∈N*)个极值点,证明:(1)数列{f(xn)}是等比数列;(2)若a≥1e2-1,则对一切n∈N*,xn<|f(xn)|恒成立.24.(2015·福建,20)已知函数f(x)=ln(1+x),g(x)=kx(k∈R).(1)证明:当x>0时,f(x)<x;(2)证明:当k<1时,存在x0>0,使得对任意的x∈(0,x0),恒有f(x)>g(x);(3)确定k的所有可能取值,使得存在t>0,对任意的x∈(0,t),恒有|f(x)-g(x)|<x2.25.(2014·广东,21)设函数f(x)=1x2+2x+k2+2x2+2x+k-3,其中k<-2.(1)求函数f(x)的定义域D(用区间表示);(2)讨论函数f(x)在D上的单调性;(3)若k<-6,求D上满足条件f(x)>f(1)的x的集合(用区间表示).26.(2014·山东,20)设函数f(x)=exx2-k(2x+lnx)(k为常数,e=2.71828…是自然对数的底数).(1)当k≤0时,求函数f(x)的单调区间;(2)若函数f(x)在(0,2)内存在两个极值点,求k的取值范围.27.(2014·新课标全国Ⅰ,21)设函数f(x)=aexlnx+bex-1x,曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y=e(x-1)+2.(1)求a,b;(2)证明:f(x)>1.28.(2014·北京,18)已知函数f(x)=xcosx-sinx,x∈0,π2.(1)求证:f(x)≤0;(2)若a<sinxx<b对x∈0,π2恒成立,求a的最大值与b的最小值.29.(2014·江西,18)已知函数f(x)=(x2+bx+b)1-2x(b∈R).(1)当b=4时,求f(x)的极值;(2)若f(x)在区间(0,13)上单调递增,求b的取值范围.30.(2014·辽宁,21)已知函数f(x)=(cosx-x)(π+2x)-83(sinx+1),g(x)=3(x-π)cosx-4(1+sinx)ln3-2xπ.证明:(1)存在唯一x0∈0,π2,使f(x0)=0;(2)存在唯一x1∈π2,π,使g(x1)=0,且对(1)中的x0,有x0+x1<π.B组两年模拟精选(2016~2015年)1.(2016·河北邯郸模拟)做一个无盖的圆柱形水桶,若要使其体积是27π,且用料最省,则圆柱的底面半径为()A.3B.4C.5D.62.(2016·北京重点中学模拟)已知a≥0,函数f(x)=(x2-2ax)ex,若f(x)在[-1,1]上是单调减函数,则a的取值范围是()A.0,34B.12,34C.34,+∞D.0,123.(2016·江苏南京模拟)函数f(x)的导函数为f′(x),对?x∈R,都有2f′(x)>f(x)成立,若f(ln4)=2,则不等式f(x)>ex2的解集是()A.(ln4,+∞)B.(0,ln4)C.(1,+∞)D.(0,1)4.(2015·江西新余模拟)如图是函数f(x)=x2+ax+b的部分图象,则函数g(x)=lnx+f′(x)的零点所在的区间是()A.14,12B.(1,2)C.12,1D.(2,3)5.(2015·北京海淀4月模拟题)设某商品的需求函数为Q=100-5P,其中Q,P分别表示需求量和价格,如果商品需求弹性EQEP大于1其中EQEP=-Q′QP,Q′是Q的导数,则商品价格P的取值范围是________.6.(2015·湛江质检)已知函数f(x)=sinx(x≥0),g(x)=ax(x≥0).(1)若f(x)≤g(x)恒成立,求实数a的取值范围;(2)当a取(1)中的最小值时,求证:g(x)-f(x)≤16x3.7.(2015·浙江余杭模拟)已知函数f(x)=4x2-72-x,x∈[0,1].(1)求f(x)的单调区间和值域;(2)设a≥1,函数g(x)=x3-3a2x-2a,x∈[0,1],若对于任意x1∈[0,1],总存在x0∈[0,1],使得g(x0)=f(x1)成立,求a的取值范围.答案精析A组三年高考真题(2016~2014年)1.C[∵导函数f′(x)满足f′(x)>k>1,∴f′(x)-k>0,k-1>0,1k-1>0,可构造函数g(x)=f(x)-kx,可得g′(x)>0,故g(x)在R上为增函数,∵f(0)=-1,∴g(0)=-1,∴g1k-1>g(0),∴f1k-1-kk-1>-1,∴f1k-1>1k-1,∴选项C错误,故选C.]2.A[A正确等价于a-b+c=0,①B正确等价于b=-2a,②C正确等价于4ac-b24a=3,③D正确等价于4a+2b+c=8.④下面分情况验证,若A错,由②、③、④组成的方程组的解为a=5,b=-10,c=8.符合题意;若B错,由①、③、④组成的方程组消元转化为关于a的方程后无实数解;若C错,由①、②、④组成方程组,经验证a无整数解;若D错,由①、②、③组成的方程组a的解为-34也不是整数.综上,故选A.]3.A[因为f(x)(x∈R)为奇函数,f(-1)=0,所以f(1)=-f(-1)=0.当x≠0时,令g(x)=f(x)x,则g(x)为偶函数,且g(1)=g(-1)=0.则当x>0时,g′(x)=f(x)x′=xf′(x)-f(x)x2<0,故g(x)在(0,+∞)上为减函数,在(-∞,0)上为增函数.所以在(0,+∞)上,当0<x<1时,g(x)>g(1)=0?f(x)x>0?f(x)>0;在(-∞,0)上,当x<-1时,g(x)<g(-1)=0?f(x)x<0?f(x)>0.综上,得使得f(x)>0成立的x的取值范围是(-∞,-1)∪(0,1),选A.]4.D[设g(x)=ex(2x-1),y=ax-a,由题知存在唯一的整数x0,使得g(x0)在直线y=ax-a的下方,因为g′(x)=ex(2x+1),所以当x<-12时,g′(x)<0,当x>-12时,g′(x)>0,所以当x=-12时,[g(x)]min=-2e-12,当x=0时,g(0)=-1,g(1)=3e>0,直线y=a(x-1)恒过(1,0)且斜率为a,故-a>g(0)=-1,且g(-1)=-3e-1≥-a-a,解得32e≤a<1,故选D.]5.C[由正弦型函数的图象可知:f(x)的极值点x0满足f(x0)=±3,则πx0m=π2+kπ(k∈Z),从而得x0=(k+12)m(k∈Z).所以不等式x20+[f(x0)]2<m2即为(k+12)2m2+3<m2,变形得m21-k+122>3,其中k∈Z.由题意,存在整数k使得不等式m21-k+122>3成立.当k≠-1且k≠0时,必有k+122>1,此时不等式显然不能成立,故k=-1或k=0,此时,不等式即为34m2>3,解得m<-2或m>2.]6.C[当x∈(0,1]时,得a≥-31x3-41x2+1x,令t=1x,则t∈[1,+∞),a≥-3t3-4t2+t,令g(t)=-3t3-4t2+t,t∈[1,+∞),则g′(t)=-9t2-8t+1=-(t+1)(9t-1),显然在[1,+∞)上,g′(t)<0,g(t)单调递减,所以g(t)max=g(1)=-6,因此a≥-6;同理,当x∈[-2,0)时,得a≤-2.由以上两种情况得-6≤a≤-2,显然当x=0时也成立.故实数a的取值范围为[-6,-2].]7.(1)解f(x)的定义域为(-∞,-2)∪(-2,+∞).f′(x)=(x-1)(x+2)ex-(x-2)ex(x+2)2=x2ex(x+2)2≥0,且仅当x=0时,f′(x)=0,所以f(x)在(-∞,-2),(-2,+∞)单调递增.因此当x∈(0,+∞)时,f(x)>f(0)=-1.所以(x-2)ex>-(x+2),即(x-2)ex+x+2>0.(2)证明g′(x)=(x-2)ex+a(x+2)x3=x+2x3(f(x)+a).由(1)知,f(x)+a单调递增,对任意a∈[0,1),f(0)+a=a-1<0,f(2)+a=a≥0.因此,存在唯一xa∈(0,2],使得f(xa)+a=0,即g′(xa)=0.当0<x<xa时,f(x)+a<0,g′(x)<0,g(x)单调递减;当x>xa时,f(x)+a>0,g′(x)>0,g(x)单调递增.因此g(x)在x=xa处取得最小值,最小值为g(xa)=exa-a(xa+1)x2a=exa+f(xa)(x+1)x2a=exaxa+2.于是h(a)=exaxa+2,由exx+2′=(x+1)ex(x+2)2>0,exx+2单调递增.所以,由xa∈(0,2],得12=e00+2<h(a)=exaxa+2≤e22+2=e24.因为exx+2单调递增,对任意λ∈12,e24,存在唯一的xa∈(0,2],a=-f(xa)∈[0,1),使得h(a)=λ.所以h(a)的值域是12,e24.综上,当a∈[0,1)时,g(x)有最小值h(a),h(a)的值域是12,e24.8.(1)解f′(x)=-2in2x-(a-1)sinx.(2)解当a≥1时,|f(x)|=|acos2x+(a-1)(cosx+1)|≤a+2(a-1)=3a-2.因此A=3a-2.当0<a<1时,将f(x)变形为f(x)=2acos2x+(a-1)·cosx-1,令g(t)=2at2+(a-1)t-1,则A是|g(t)|在[-1,1]上的最大值,g(-1)=a,g(1)=3a-2,且当t=1-a4a时,g(t)取得极小值,极小值为g1-a4a=-(a-1)28a-1=-a2+6a+18a.令-1<1-a4a<1,解得a<-13(舍去),a>15.(ⅰ)当0<a≤15时,g(t)在(-1,1)内无极值点,|g(-1)|=a,|g(1)|=2-3a,|g(-1)|<|g(1)|,所以A=2-3a.(ⅱ)当15<a<1时,由g(-1)-g(1)=2(1-a)>0,知g(-1)>g(1)>g1-a4a.又g1-a4a-|g(-1)|=(1-a)(1+7a)8a>0,所以A=g1-a4a=a2+6a+18a.综上,A=2-3a,0<a≤15,a2+6a+18a,15<a<1,3a-2,a≥1.(3)证明由(1)得|f′(x)|=|-2in2x-(a-1)sinx|≤2a+|a-1|.当0<a≤15时,|f′(x)|≤1+a≤2-4a<2(2-3a)=2A.当15<a<1时,A=a8+18a+34≥1,所以|f′(x)|≤1+a<2A.当a≥1时,|f′(x)|≤3a-1≤6a-4=2A.所以|f′(x)|≤2A.9.解(1)f′(x)=(x-1)ex+2a(x-1)=(x-1)(ex+2a).①设a=0,则f(x)=(x-2)ex,f(x)只有一个零点.②设a>0,则当x∈(-∞,1)时,f′(x)<0;当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,所以f(x)在(-∞,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增.又f(1)=-e,f(2)=a,取b满足b<0且b<lna2,则f(b)>a2(b-2)+a(b-1)2=ab2-32b>0,故f(x)存在两个零点.③设a<0,由f′(x)=0得x=1或x=ln(-2a).若a≥-e2,则ln(-2a)≤1,故当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,因此f(x)在(1,+∞)上单调递增.又当x≤1时,f(x)<0,所以f(x)不存在两个零点.若a<-e2,则ln(-2a)>1,故当x∈(1,ln(-2a))时,f′(x)<0;当x∈(ln(-2a),+∞)时,f′(x)>0,因此f(x)在(1,ln(-2a))上单调递减,在(ln(-2a),+∞)上单调递增.又当x≤1时,f(x)<0,所以f(x)不存在两个零点.综上,a的取值范围为(0,+∞).(2)不妨设x1<x2.由(1)知,x1∈(-∞,1),x2∈(1,+∞),2-x2∈(-∞,1),f(x)在(-∞,1)上单调递减,所以x1+x2<2等价于f(x1)>f(2-x2),即f(2-x2)<0.由于f(2-x2)=-x2e2-x2+a(x2-1)2,而f(x2)=(x2-2)ex2+a(x2-1)2=0,所以f(2-x2)=-x2e2-x2-(x2-2)ex2.设g(x)=-xe2-x-(x-2)ex,则g′(x)=(x-1)(e2-x-ex),所以当x>1时,g′(x)<0,而g(1)=0,故当x>1时,g(x)<0,从而g(x2)=f(2-x2)<0,故x1+x2<2.10.解(1)f(x)的定义域为R.∵f′(x)=ea-x-xea-x+b=(1-x)ea-x+b.依题设,f(2)=2e+2,f′(2)=e-1,即2ea-2+2b=2e+2,-ea-2+b=e-1.解得a=2,b=e.(2)由(1)知f(x)=xe2-x+ex,由f′(x)=e2-x(1-x+ex-1)及e2-x>0知,f′(x)与1-x+ex-1同号.令g(x)=1-x+ex-1,则g′(x)=-1+ex-1.所以,当x∈(-∞,1)时,g′(x)<0,g(x)在区间(-∞,1)上单调递减;当x∈(1,+∞)时,g′(x)>0,g(x)在区间(1,+∞)上单调递增.故g(1)=1是g(x)在区间(-∞,+∞)上的最小值,从而g(x)>0,x∈(-∞,+∞),综上可知,f′(x)>0,x∈(-∞,+∞).故f(x)的单调递增区间为(-∞,+∞).11.解(1)f′(x)=2ax-1x=2ax2-1x(x>0).当a≤0时,f′(x)<0,f(x)在(0,+∞)内单调递减.当a>0时,由f′(x)=0,有x=12a.此时,当x∈0,12a时,f′(x)<0,f(x)单调递减;当x∈12a,+∞时,f′(x)>0,f(x)单调递增.(2)令g(x)=1x-1ex-1,s(x)=ex-1-x.则s′(x)=ex-1-1.而当x>1时,s′(x)>0,所以s(x)在区间(1,+∞)内单调递增.又由s(1)=0,有s(x)>0,从而当x>1时,g(x)>0.当a≤0,x>1时,f(x)=a(x2-1)-lnx<0.故当f(x)>g(x)在区间(1,+∞)内恒成立时,必有a>0.当0<a<12时,12a>1.由(1)有f12a<f(1)=0,而g12a>0,所以此时f(x)>g(x)在区间(1,+∞)内不恒成立.当a≥12时,令h(x)=f(x)-g(x)(x≥1).当x>1时,h′(x)=2ax-1x+1x2-e1-x>x-1x+1x2-1x=x3-2x+1x2>x2-2x+1x2>0.因此,h(x)在区间(1,+∞)单调递增.又因为h(1)=0,所以当x>1时,h(x)=f(x)-g(x)>0,即f(x)>g(x)恒成立.综上,a∈12,+∞.12.(1)解f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=a-ax-2x2+2x3=(ax2-2)(x-1)x3.当a≤0时,x∈(0,1)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,x∈(1,+∞)时,f′(x)<0,f(x)单调递减.当a>0时,f′(x)=a(x-1)x3x-2ax+2a.①0<a<2时,2a>1,当x∈(0,1)或x∈2a,+∞时,f′(x)>0,f(x)单调递增,当x∈1,2a时,f′(x)<0,f(x)单调递减.②a=2时,2a=1,在x∈(0,+∞)内,f′(x)≥0,f(x)单调递增.③a>2时,0<2a<1,当x∈0,2a或x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,当x∈2a,1时,f′(x)<0,f(x)单调递减.综上所述,当a≤0时,f(x)在(0,1)内单调递增,在(1,+∞)内单调递减;当0<a<2时,f(x)在(0,1)内单调递增,在1,2a内单调递减,在2a,+∞内单调递增;当a=2时,f(x)在(0,+∞)内单调递增;当a>2时,f(x)在0,2a内单调递增,在2a,1内单调递减,在(1,+∞)内单调递增.(2)证明由(1)知,a=1时,f(x)-f′(x)=x-lnx+2x-1x2-1-1x-2x2+2x3=x-lnx+3x+1x2-2x3-1,x∈[1,2].设g(x)=x-lnx,h(x)=3x+1x2-2x3-1,x∈[1,2],则f(x)-f′(x)=g(x)+h(x).由g′(x)=x-1x≥0,可得g(x)≥g(1)=1,当且仅当x=1时取得等号.又h′(x)=-3x2-2x+6x4.设φ(x)=-3x2-2x+6,则φ(x)在x∈[1,2]单调递减.因为φ(1)=1,φ(2)=-10,所以?x0∈(1,2),使得x∈(1,x0)时,φ(x)>0,x∈(x0,2)时,φ(x)<0.所以h(x)在(1,x0)内单调递增,在(x0,2)内单调递减.由h(1)=1,h(2)=12,可得h(x)≥h(2)=12,当且仅当x=2时取得等号.所以f(x)-f′(x)>g(1)+h(2)=32.即f(x)>f′(x)+32对于任意的x∈[1,2]成立.13.(1)证明f′(x)=m(emx-1)+2x.若m≥0,则当x∈(-∞,0)时,emx-1≤0,f′(x)<0;当x∈(0,+∞)时,emx-1≥0,f′(x)>0.若m<0,则当x∈(-∞,0)时,emx-1>0,f′(x)<0;当x∈(0,+∞)时,emx-1<0,f′(x)>0.所以,f(x)在(-∞,0)单调递减,在(0,+∞)上单调递增.(2)解由(1)知,对任意的m,f(x)在[-1,0]上单调递减,在[0,1]上单调递增,故f(x)在x=0处取得最小值.所以对于任意x1,x2∈[-1,1],|f(x1)-f(x2)|≤e-1的充要条件是f(1)-f(0)≤e-1,f(-1)-f(0)≤e-1,即em-m≤e-1,e-m+m≤e-1.①设函数g(t)=et-t-e+1,则g′(t)=et-1.当t<0时,g′(t)<0;当t>0时,g′(t)>0.故g(t)在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增.又g(1)=0,g(-1)=e-1+2-e<0,故当t∈[-1,1]时,g(t)≤0.当m∈[-1,1]时,g(m)≤0,g(-m)≤0,即①式成立;当m>1时,由g(t)的单调性,g(m)>0,即em-m>e-1;当m<-1时,g(-m)>0,即e-m+m>e-1.综上,m的取值范围是[-1,1].14.(1)解因为f(x)=ln(1+x)-ln(1-x),所以f′(x)=11+x+11-x,f′(0)=2.又因为f(0)=0,所以曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=2x.(2)证明令g(x)=f(x)-2x+x33,则g′(x)=f′(x)-2(1+x2)=2x41-x2.因为g′(x)>0(0<x<1),所以g(x)在区间(0,1)上单调递增.所以g(x)>g(0)=0,x∈(0,1),即当x∈(0,1)时,f(x)>2x+x33.(3)解由(2)知,当k≤2时,f(x)>kx+x33对x∈(0,1)恒成立.当k>2时,令h(x)=f(x)-kx+x33,则h′(x)=f′(x)-k(1+x2)=kx4-(k-2)1-x2.所以当0<x<4k-2k时,h′(x)<0,因此h(x)在区间0,4k-2k上单调递减.当0<x<4k-2k时,h(x)<h(0)=0,即f(x)<kx+x33.所以当k>2时,f(x)>kx+x33并非对x∈(0,1)恒成立.综上可知,k的最大值为2.15.(1)解由已知,函数f(x)的定义域为(0,+∞),g(x)=f′(x)=2(x-a)-2lnx-21+ax,所以g′(x)=2-2x+2ax2=2x-122+2a-14x2,当0<a<14时,g(x)在区间0,1-1-4a2,1+1-4a2,+∞上单调递增,在区间1-1-4a2,1+1-4a2上单调递减;当a≥14时,g(x)在区间(0,+∞)上单调递增.(2)证明由f′(x)=2(x-a)-2lnx-21+ax=0,解得a=x-1-lnx1+x-1,令φ(x)=-2x+x-1-lnx1+x-1lnx+x2-2x-1-lnx1+x-1x-2x-1-lnx1+x-12+x-1-lnx1+x-1,则φ(1)=1>0,φ(e)=-e(e-2)1+e-1-2e-21+e-12<0,故存在x0∈(1,e),使得φ(x0)=0,令a0=x0-1-lnx01+x-10,u(x)=x-1-lnx(x≥1),由u′(x)=1-1x≥0知,函数u(x)在区间(1,+∞)上单调递增,所以0=u(1)1+1<u(x0)1+x-10=a0<u(e)1+e-1=e-21+e-1<1,即a0∈(0,1),当a=a0时,有f′(x0)=0,f(x0)=φ(x0)=0,由(1)知,f′(x)在区间(1,+∞)上单调递增,故当x∈(1,x0)时,f′(x)<0,从而f(x)>f(x0)=0;当x∈(x0,+∞)时,f′(x)>0,从而f(x)>f(x0)=0,所以,当x∈(1,+∞)时,f(x)≥0,综上所述,存在a∈(0,1),使得f(x)≥0在区间(1,+∞)内恒成立,且f(x)=0在区间(1,+∞)内有唯一解.16.(1)解由f(x)=nx-xn,可得f′(x)=n-nxn-1=n(1-xn-1).其中n∈N*,且n≥2,下面分两种情况讨论:①当n为奇数时.令f′(x)=0,解得x=1,或x=-1.当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:x(-∞,-1)(-1,1)(1,+∞)f′(x)-+-f(x)所以,f(x)在(-∞,-1),(1,+∞)上单调递减,在(-1,1)内单调递增.②当n为偶数时.当f′(x)>0,即x<1时,函数f(x)单调递增;当f′(x)<0,即x>1时,函数f(x)单调递减;所以,f(x)在(-∞,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减.(2)证明设点P的坐标为(x0,0),则x0=n1n-1,f′(x0)=n-n2.曲线y=f(x)在点P处的切线方程为y=f′(x0)(x-x0),即g(x)=f′(x0)(x-x0).令F(x)=f(x)-g(x),即F(x)=f(x)-f′(x0)(x-x0),则F′(x)=f′(x)-f′(x0).由于f′(x)=-nxn-1+n在(0,+∞)上单调递减,故F′(x)在(0,+∞)上单调递减,又因为F′(x0)=0,所以当x∈(0,x0)时,F′(x)>0,当x∈(x0,+∞)时,F′(x)<0,所以F(x)在(0,x0)内单调递增,在(x0,+∞)上单调递减,所以对于任意的正实数x,都有F(x)≤F(x0)=0,即对于任意的正实数x,都有f(x)≤g(x).(3)证明不妨设x1≤x2.由(2)知g(x)=(n-n2)(x-x0),设方程g(x)=a的根为x2′,可得x2′=an-n2+x0.当n≥2时,g(x)在(-∞,+∞)上单调递减,又由(2)知g(x2)≥f(x2)=a=g(x2′),可得x2≤x2′.类似地,设曲线y=f(x)在原点处的切线方程为y=h(x),可得h(x)=nx.当x∈(0,+∞),f(x)-h(x)=-xn<0,即对于任意的x∈(0,+∞),f(x)<h(x).设方程h(x)=a的根为x1′,可得x1′=an.因为h(x)=nx在(-∞,+∞)上单调递增,且h(x1′)=a=f(x1)<h(x1),因此x1′<x1.由此可得x2-x1<x2′-x1′=a1-n+x0.因为n≥2,所以2n-1=(1+1)n-1≥1+C1n-1=1+n-1=n,故2≥n1n-1=x0.所以,|x2-x1|<a1-n+2.17.解(1)f′(x)=3x2+2ax,令f′(x)=0,解得x1=0,x2=-2a3.当a=0时,因为f′(x)=3x2>0(x≠0),所以函数f(x)在(-∞,+∞)上单调递增;当a>0时,x∈-∞,-2a3∪(0,+∞)时,f′(x)>0,x∈-2a3,0时,f′(x)<0,所以函数f(x)在-∞,-2a3,(0,+∞)上单调递增,在-2a3,0上单调递减;当a<0时,x∈(-∞,0)∪-2a3,+∞时,f′(x)>0,x∈0,-2a3时,f′(x)<0,所以函数f(x)在(-∞,0),-2a3,+∞上单调递增,在0,-2a3上单调递减.(2)由(1)知,函数f(x)的两个极值为f(0)=b,f-2a3=427a3+b,则函数f(x)有三个零点等价于f(0)·f-2a3=b427a3+b<0,从而a>0,-427a3<b<0或a<0,0<b<-427a3.又b=c-a,所以当a>0时,427a3-a+c>0或当a<0时,427a3-a+c<0.设g(a)=427a3-a+c,因为函数f(x)有三个零点时,a的取值范围恰好是(-∞,-3)∪1,32∪32,+∞,则在(-∞,-3)上g(a)<0,且在1,32∪32,+∞上g(a)>0均恒成立.从而g(-3)=c-1≤0,且g32=c-1≥0,因此c=1.此时,f(x)=x3+ax2+1-a=(x+1)[x2+(a-1)x+1-a],因函数有三个零点,则x2+(a-1)x+1-a=0有两个异于-1的不等实根,所以Δ=(a-1)2-4(1-a)=a2+2a-3>0,且(-1)2-(a-1)+1-a≠0,解得a∈(-∞,-3)∪1,32∪32,+∞.综上c=1.18.解(1)对f(x)求导得f′(x)=(6x+a)ex-(3x2+ax)ex(ex)2=-3x2+(6-a)x+aex,因为f(x)在x=0处取得极值,所以f′(0)=0,即a=0.当a=0时,f(x)=3x2ex,f′(x)=-3x2+6xex,故f(1)=3e,f′(1)=3e,从而f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y-3e=3e(x-1),化简得3x-ey=0.(2)由(1)知f′(x)=-3x2+(6-a)x+aex.令g(x)=-3x2+(6-a)x+a,由g(x)=0解得x1=6-a-a2+366,x2=6-a+a2+366.当x<x1时,g(x)<0,即f′(x)<0,故f(x)为减函数;当x1<x<x2时,g(x)>0,即f′(x)>0,故f(x)为增函数;当x>x2时,g(x)<0,即f′(x)<0,故f(x)为减函数.由f(x)在[3,+∞)上为减函数,知x2=6-a+a2+366≤3,解得a≥-92,故a的取值范围为-92,+∞.19.解(1)设曲线y=f(x)与x轴相切于点(x0,0),则f(x0)=0,f′(x0)=0.即x30+ax0+14=0,3x20+a=0,解得x0=12,a=-34.因此,当a=-34时,x轴为曲线y=f(x)的切线.(2)当x∈(1,+∞)时,g(x)=-lnx<0,从而h(x)=min{f(x),g(x)}≤g(x)<0,故h(x)在(1,+∞)无零点.当x=1时,若a≥-54,则f(1)=a+54≥0,h(1)=min{f(1),g(1)}=g(1)=0,故x=1是h(x)的零点;若a<-54,则f(1)<0,h(1)=min{f(1),g(1)}=f(1)<0,故x=1不是h(x)的零点.当x∈(0,1)时,g(x)=-lnx>0.所以只需考虑f(x)在(0,1)的零点个数.(ⅰ)若a≤-3或a≥0,则f′(x)=3x2+a在(0,1)无零点,故f(x)在(0,1)单调.而f(0)=14,f(1)=a+54,所以当a≤-3时,f(x)在(0,1)有一个零点;当a≥0时,f(x)在(0,1)没有零点.(ⅱ)若-3<a<0,则f(x)在0,-a3单调递减,在-a3,1单调递增,故在(0,1)中,当x=-a3时,f(x)取得最小值,最小值为f-a3=2a3-a3+14.①若f-a3>0,即-34<a<0,f(x)在(0,1)无零点;②若f-a3=0,即a=-34,则f(x)在(0,1)有唯一零点;③若f-a3<0,即-3<a<-34,由于f(0)=14,f(1)=a+54,所以当-54<a<-34时,f(x)在(0,1)有两个零点;当-3<a≤-54时,f(x)在(0,1)有一个零点.综上,当a>-34或a<-54时,h(x)有一个零点;当a=-34或a=-54时,h(x)有两个零点;当-54<a<-34时,h(x)有三个零点.20.解(1)f(sinx)=sin2x-inx+b=sinx(sinx-a)+b,-π2<x<π2.[f(sinx)]′=(2sinx-a)cosx,-π2<x<π2.因为-π2<x<π2,所以cosx>0,-2<2sinx<2.①a≤-2,b∈R时,函数f(sinx)单调递增,无极值.②a≥2,b∈R时,函数f(sinx)单调递减,无极值.③对于-2<a<2,在-π2,π2内存在唯一的x0,使得2sinx0=a.-π2<x≤x0时,函数f(sinx)单调递减;x0≤x<π2时,函数f(sinx)单调递增;因此,-2<a<2,b∈R时,函数f(sinx)在x0处有极小值f(sinx0)=fa2=b-a24.(2)-π2≤x≤π2时,|f(sinx)-f0(sinx)|=|(a0-a)sinx+b-b0|≤|a-a0|+|b-b0|.当(a0-a)(b-b0)≥0时,取x=π2,等号成立.当(a0-a)(b-b0)<0时,取x=-π2,等号成立.由此可知,|f(sinx)-f0(sinx)|在-π2,π2上的最大值为D=|a-a0|+|b-b0|.(3)D≤1即为|a|+|b|≤1,此时0≤a2≤1,-1≤b≤1,从而z=b-a24≤1.取a=0,b=1,则|a|+|b|≤1,并且z=b-a24=1.由此可知,z=b-a24满足条件D≤1的最大值为1.21.(1)解f′(x)=2xex+(1+x2)ex=(x2+2x+1)ex=(x+1)2ex?x∈R,f′(x)≥0恒成立.∴f(x)的单调增区间为(-∞,+∞).(2)证明∵f(0)=1-a,f(a)=(1+a2)ea-a,∵a>1,∴f(0)<0,f(a)>2aea-a>2a-a=a>0,∴f(0)·f(a)<0,∴f(x)在(0,a)上有一零点,又∵f(x)在(-∞,+∞)上递增,∴f(x)在(0,a)上仅有一个零点,∴f(x)在(-∞,+∞)上仅有一个零点.(3)证明f′(x)=(x+1)2ex,设P(x0,y0),则f′(x0)=ex0(x0+1)2=0,∴x0=-1,把x0=-1,代入y=f(x)得y0=2e-a,∴kOP=a-2e.f′(m)=em(m+1)2=a-2e,令g(m)=em-(m+1),g′(m)=em-1.令g′(x)>0,则m>0,∴g(m)在(0,+∞)上增.令g′(x)<0,则m<0,∴g(m)在(-∞,0)上减.∴g(m)min=g(0)=0.∴em-(m+1)≥0,即em≥m+1.∴em(m+1)2≥(m+1)3,即a-2e≥(m+1)3.∴m+1≤3a-2e,即m≤3a-2e-1.22.解(1)由题意知,函数f(x)的定义域为(-1,+∞),f′(x)=1x+1+a(2x-1)=2ax2+ax-a+1x+1.令g(x)=2ax2+ax-a+1,x∈(-1,+∞).①当a=0时,g(x)=1,此时f′(x)>0,函数f(x)在(-1,+∞)上单调递增,无极值点;②当a>0时,Δ=a2-8a(1-a)=a(9a-8).(ⅰ)当0<a≤89时,Δ≤0,g(x)≥0,f′(x)≥0,函数f(x)在(-1,+∞)上单调递增,无极值点;(ⅱ)当a>89时,Δ>0,设方程2ax2+ax-a+1=0的两根为x1,x2(x1<x2),因为x1+x2=-12,所以x1<-14,x2>-14.由g(-1)=1>0,可得-1<x1<-14.所以当x∈(-1,x1)时,g(x)>0,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;当x∈(x1,x2)时,g(x)<0,f′(x)<0,函数f(x)单调递减;当x∈(x2,+∞)时,g(x)>0,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;因此函数有两个极值点.(ⅲ)当a<0时,Δ>0,由g(-1)=1>0,可得x1<-1.当x∈(-1,x2)时,g(x)>0,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;当x∈(x2,+∞)时,g(x)<0,f′(x)<0,函数f(x)单调递减;所以函数有一个极值点.综上所述,当a<0时,函数f(x)有一个极值点;当0≤a≤89时,函数f(x)无极值点;当a>89时,函数f(x)有两个极值点.(2)由(1)知,①当0≤a≤89时,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,因为f(0)=0,所以x∈(0,+∞)时,f(x)>0,符合题意;②当89<a≤1时,由g(0)≥0,得x2≤0,所以函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,又f(0)=0,所以x∈(0,+∞)时,f(x)>0,符合题意;③当a>1时,由g(x)<0,可得x2>0.所以x∈(0,x2)时,函数f(x)单调递减;因为f(0)=0,所以x∈(0,x2)时,f(x)<0,不合题意;④当a<0时,设h(x)=x-ln(x+1).因为x∈(0,+∞)时,h′(x)=1-1x+1=xx+1>0,所以h(x)在(0,+∞)上单调递增,因此当x∈(0,+∞)时,h(x)>h(0)=0,即ln(x+1)<x.可得f(x)<x+a(x2-x)=ax2+(1-a)x,当x>1-1a时,ax2+(1-a)x<0,此时f(x)<0,不合题意.综上所述,a的取值范围是[0,1].23.证明(1)f′(x)=aeaxsinx+eaxcosx=eax(inx+cosx)=a2+1eaxsin(x+φ),其中tanφ=1a,0<φ<π2.令f′(x)=0,由x≥0得x+φ=mπ,即x=mπ-φ,m∈N*,对k∈N,若2kπ<x+φ<(2k+1)π,即2kπ-φ<x<(2k+1)π-φ,则f′(x)>0;若(2k+1)π<x+φ<(2k+2)π,即(2k+1)π-φ<x<(2k+2)π-φ,则f′(x)<0.因此,在区间((m-1)π,mπ-φ)与(mπ-φ,mπ)上,f′(x)的符号总相反.于是当x=mπ-φ(m∈N*)时,f(x)取得极值,所以xn=nπ-φ(n∈N*).此时,f(xn)=ea(nπ-φ)sin(nπ-φ)=(-1)n+1ea(nπ-φ)sinφ.易知f(xn)≠0,而f(xn+1)f(xn)=(-1)n+2ea[(n+1)π-φ]sinφ(-1)n+1ea(nπ-φ)sinφ=-eaπ是常数,故数列{f(xn)}是首项为f(x1)=ea(π-φ)sinφ,公比为-eaπ的等比数列.(2)由(1)知,sinφ=1a2+1,于是对一切n∈N*;xn<|f(xn)|恒成立,即nπ-φ<1a2+1ea(nπ-φ)恒成立,等价于a2+1a<ea(nπ-φ)a(nπ-φ)(*)恒成立,因为(a>0).设g(t)=ett(t>0),则g′(t)=et(t-1)t2.令g′(t)=0得t=1.当0<t<1时,g′(t)<0,所以g(t)在区间(0,1)上单调递减;当t>1时,g′(t)>0,所以g(t)在区间(1,+∞)上单调递增.从而当t=1时,函数g(t)取得最小值g(1)=e.因此,要使(*)式恒成立,只需a2+1a<g(1)=e,即只需a>1e2-1.而当a=1e2-1时,由tanφ=1a=e2-1>3且0<φ<π2知,π3<φ<π2.于是π-φ<2π3<e2-1,且当n≥2时,nπ-φ≥2π-φ>3π2>e2-1.因此对一切n∈N*,axn=nπ-φe2-1≠1,所以g(axn)>g(1)=e=a2+1a.故(*)式亦恒成立.综上所述,若a≥1e2-1,则对一切n∈N*,xn<|f(xn)|恒成立.24.(1)证明令F(x)=f(x)-x=ln(1+x)-x,x∈(0,+∞),则有F′(x)=11+x-1=-xx+1.当x∈(0,+∞)时,F′(x)<0,所以F(x)在(0,+∞)上单调递减,故当x>0时,F(x)<F(0)=0,即当x>0时,f(x)<x.(2)证明令G(x)=f(x)-g(x)=ln(1+x)-kx,x∈(0,+∞),则有G′(x)=1x+1-k=-kx+(1-k)x+1.当k≤0时,G′(x)>0,故G(x)在(0,+∞)单调递增,G(x)>G(0)=0,故任意正实数x0均满足题意.当0<k<1时,令G′(x)=0,得x=1-kk=1k-1>0,取x0=1k-1,对任意x∈(0,x0),有G′(x)>0,从而G(x)在(0,x0)单调递增,所以G(x)>G(0)=0,即f(x)>g(x).综上,当k<1时,总存在x0>0,使得对任意x∈(0,x0),恒有f(x)>g(x).(3)解当k>1时,由(1)知,对于?x∈(0,+∞),g(x)>x>f(x),故g(x)>f(x),|f(x)-g(x)|=g(x)-f(x)=kx-ln(1+x).M(x)=kx-ln(1+x)-x2,x∈[0,+∞).则有M′(x)=k-11+x-2x=-2x2+(k-2)x+k-1x+1.故当x∈0,k-2+(k-2)2+8(k-1)4时,M′(x)>0,M(x)在0,k-2+(k-2)2+8(k-1)4上单调递增,故M(x)>M(0)=0,即|f(x)-g(x)|>x2,所以满足题意的t不存在.当k<1时,由(2)知,存在x0>0,使得当x∈(0,x0)时,f(x)>g(x),此时|f(x)-g(x)|=f(x)-g(x)=ln(1+x)-kx.令N(x)=ln(1+x)-kx-x2,x∈[0,+∞).则有N′(x)=1x+1-k-2x=-2x2-(k+2)x+1-kx+1.当x∈0,-(k+2)+(k+2)2+8(1-k)4时,N′(x)>0,N(x)在0,-(k+2)+(k+2)2+8(1-k)4上单调递增,故N(x)>N(0)=0,即f(x)-g(x)>x2.记x0与-(k+2)+(k+2)2+8(1-k)4中的较小者为x1,则当x∈(0,x1)时,恒有|f(x)-g(x)|>x2.故满足题意的t不存在.当k=1时,由(1)知,当x>0时,|f(x)-g(x)|=g(x)-f(x)=x-ln(1+x),令H(x)=x-ln(1+x)-x2,x∈[0,+∞),则有H′(x)=1-11+x-2x=-2x2-xx+1.当x>0时,H′(x)<0,所以H(x)在[0,+∞)上单调递减,故H(x)<H(0)=0.故当x>0时,恒有|f(x)-g(x)|<x2.此时,任意正实数t均满足题意.综上,k=1.法二(1)(2)证明同法一.(3)解当k>1时,由(1)知,对于?x∈(0,+∞),g(x)>x>f(x),故|f(x)-g(x)|=g(x)-f(x)=kx-ln(1+x)>kx-x=(k-1)x.令(k-1)x>x2,解得0<x<k-1.从而得到,当k>1时,对于x∈(0,k-1),恒有|f(x)-g(x)|>x2,故满足题意的t不存在.当k<1时,取k1=k+12,从而k<k1<1,由(2)知,存在x0>0,使得x∈(0,x0),f(x)>k1x>kx=g(x),此时|f(x)-g(x)|=f(x)-g(x)>(k1-k)x=1-k2x,令1-k2x>x2,解得0<x<1-k2,此时f(x)-g(x)>x2.记x0与1-k2的较小者为x1,当x∈(0,x1)时,恒有|f(x)-g(x)|>x2.故满足题意的t不存在.当k=1时,由(1)知,x>0,|f(x)-g(x)|=f(x)-g(x)=x-ln(1+x),令M(x)=x-ln(1+x)-x2,x∈[0,+∞),则有M′(x)=1-11+x-2x=-2x2-xx+1.当x>0时,M′(x)<0,所以M(x)在[0,+∞)上单调递减,故M(x)<M(0)=0.故当x>0时,恒有|f(x)-g(x)|<x2,此时,任意正实数t均满足题意.综上,k=1.25.解(1)由题意知(x2+2x+k+3)(x2+2x+k-1)>0,因此x2+2x+k+3>0x2+2x+k-1>0或x2+2x+k+3<0x2+2x+k-1<0,设y1=x2+2x+k+3,y2=x2+2x+k-1,则这两个二次函数的对称轴均为x=-1,且方程x2+2x+k+3=0的判别式Δ1=4-4(k+3)=-4k-8,方程x2+2x+k-1=0的判别式Δ2=4-4(k-1)=8-4k,因为k<-2,所以Δ2>Δ1>0,因此对应的两根分别为x1,2=-2±Δ12=-1±-k-2,x3,4=-2±Δ22=-1±2-k,且有-1-2-k<-1--k-2<-1+-k-2<-1+2-k,因此函数f(x)的定义域D为(-∞,-1-2-k)∪(-1--k-2,-1+-k-2)∪(-1+2-k,+∞).(2)由(1)中两个二次函数的单调性,且对称轴都为x=-1,易知函数f(x)在(-∞,-1-2-k)上单调递增,在(-1--k-2,-1)上单调递减,在(-1,-1+-k-2)上单调递增,在(-1+2-k,+∞)上单调递减.(3)由于k<-6,故-1-2-k<-1--k-2<-3<-1<1<-1+-k-2<-1+2-k.利用函数图象的对称性可知f(1)=f(-3),再利用函数f(x)的单调性可知在(-1--k-2,-1)上f(x)>f(1)=f(-3)的解集为(-1--k-2,-3),在(-1,-1+-k-2)上f(x)>f(1)的解集为(1,-1+-k-2).再在其余两个区间(-∞,-1-2-k)和(-1+2-k,+∞)上讨论.令x=1,则(x2+2x+k)2+2(x2+2x+k)-3=k2+8k+12,令(x2+2x+k)2+2(x2+2x+k)-3=k2+8k+12,则(x2+2x+k)2+2(x2+2x+k)-(k2+8k+15)=0,即(x2+2x+k)2+2(x2+2x+k)-(k+5)(k+3)=0,即[x2+2x+k+(k+5)][x2+2x+k-(k+3)]=0,化简得(x2+2x+2k+5)(x2+2x-3)=0,解得除了-3,1的另外两个根为-1±-2k-4,因此利用函数f(x)的单调性可知在(-∞,-1-2-k)上f(x)>f(1)的解集为(-1--2k-4,-1-2-k),在(-1+2-k,+∞)上f(x)>f(1)的解集为(-1+2-k,-1+-2k-4),综上所述,k<-6时,在D上f(x)>f(1)的解集为(-1--2k-4,-1-2-k)∪(-1--k-2,-3)∪(1,-1+-k-2)∪(-1+2-k,-1+-2k-4).26.解(1)函数y=f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=x2ex-2xexx4-k-2x2+1x=xex-2exx3-k(x-2)x2=(x-2)(ex-kx)x3由k≤0可得ex-kx>0,所以当x∈(0,2)时,f′(x)<0,函数y=f(x)单调递减,当x∈(2,+∞)时,f′(x)>0,函数y=f(x)单调递增.所以f(x)的单调递减区间为(0,2),单调递增区间为(2,+∞).(2)由(1)知,k≤0时,函数f(x)在(0,2)内单调递减,故f(x)在(0,2)内不存在极值点;当k>0时,设函数g(x)=ex-kx,x∈[0,+∞),因为g′(x)=ex-k=ex-elnk,当0<k≤1时,当x∈(0,2)时,g′(x)=ex-k>0,y=g(x)单调递增.故f(x)在(0,2)内不存在两个极值点;当k>1时,得x∈(0,lnk)时,g′(x)<0,函数y=g(x)单调递减,x∈(lnk,+∞)时,g′(x)>0,函数y=g(x)单调递增.所以函数y=g(x)的最小值为g(lnk)=k(1-lnk).函数f(x)在(0,2)内存在两个极值点,当且仅当g(0)>0,g(lnk)<0,g(2)>0,0<lnk<2.解得e<k<e22.综上所述,函数f(x)在(0,2)内存在两个极值点时,k的取值范围为e,e22.27.(1)解函数f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=aexlnx+axex-bx2ex-1+bxex-1.由题意可得f(1)=2,f′(1)=e.故a=1,b=2.(2)证明由(1)知,f(x)=exlnx+2xex-1,从而f(x)>1等价于xlnx>xe-x-2e.设函数g(x)=xlnx,则g′(x)=1+lnx.所以当x∈0,1e时,g′(x)<0;当x∈1e,+∞时,g′(x)>0.故g(x)在0,1e上单调递减,在1e,+∞上单调递增,从而g(x)在(0,+∞)上的最小值为g1e=-1e.设函数h(x)=xe-x-2e,则h′(x)=e-x(1-x).所以当x∈(0,1)时,h′(x)>0;当x∈(1,+∞)时,h′(x)<0.故h(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,从而h(x)在(0,+∞)上的最大值为h(1)=-1e.综上,当x>0时,g(x)>h(x),即f(x)>1.28.(1)证明由f(x)=xcosx-sinx得f′(x)=cosx-xsinx-cosx=-xsinx.因为在区间0,π2上f′(x)=-xsinx<0,所以f(x)在区间0,π2上单调递减.从而f(x)≤f(0)=0.(2)解当x>0时,"sinxx>a"等价于"sinx-ax>0";"sinxx<b"等价于"sinx-bx<0".令g(x)=sinx-cx,则g′(x)=cosx-c.当c≤0时,g(x)>0对任意x∈0,π2恒成立.当c≥1时,因为对任意x∈0,π2,g′(x)=cosx-c<0,所以g(x)在区间0,π2上单调递减.从而g(x)<g(0)=0对任意x∈0,π2恒成立.当0<c<1时,存在唯一的x0∈0,π2使得g′(x0)=cosx0-c=0.g(x)与g′(x)在区间0,π2上的情况如下:x(0,x0)x0x0,π2g′(x)+0-g(x)因为g(x)在区间[0,x0]上是增函数,所以g(x0)>g(0)=0.进一步,"g(x)>0对任意x∈0,π2恒成立"当且仅当gπ2=1-π2c≥0,即0<c≤2π.综上所述,当且仅当c≤2π时,g(x)>0对任意x∈0,π2恒成立;当且仅当c≥1时,g(x)<0对任意x∈0,π2恒成立.所以,若a<sinxx<b对任意x∈0,π2恒成立,则a的最大值为2π,b的最小值为1.29.解(1)当b=4时,f′(x)=-5x(x+2)1-2x,由f′(x)=0得x=-2或x=0.当x∈(-∞,-2)时,f′(x)<0,f(x)单调递减;当x∈(-2,0)时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x∈0,12时,f′(x)<0,f(x)单调递减,故f(x)在x=-2处取极小值f(-2)=0,在x=0处取极大值f(0)=4.(2)f′(x)=-x[5x+(3b-2)]1-2x,因为当x∈0,13时,-x1-2x<0,依题意,当x∈0,13时,有5x+(3b-2)≤0,从而53+(3b-2)≤0.所以b的取值范围为-∞,19.30.证明(1)当x∈0,π2时,f′(x)=-(1+sinx)(π+2x)-2x-23cosx<0,函数f(x)在0,π2上为减函数,又f(0)=π-83>0,fπ2=-π2-163<0,所以存在唯一x0∈0,π2,使f(x0)=0.(2)考虑函数h(x)=3(x-π)cosx1+sinx-4ln3-2πx,x∈π2,π.令t=π-x,则x∈π2,π时,t∈0,π2.记u(t)=h(π-t)=3tcost1+sint-4ln1+2πt,则u′(t)=3f(t)(π+2t)(1+sint).由(1)得,当t∈(0,x0)时,u′(t)>0,当t∈x0,π2时,u′(t)<0.在(0,x0)上u(t)是增函数,又u(0)=0,从而当t∈(0,x0]时,u(t)>0,所以u(t)在(0,x0]上无零点.在x0,π2上u(t)为减函数,由u(x0)>0,uπ2=-4ln2<0,知存在唯一t1∈x0,π2,使u(t1)=0.所以存在唯一的t1∈0,π2,使u(t1)=0.因此存在唯一的x1=π-t1∈π2,π,使h(x1)=h(π-t1)=u(t1)=0.因为当x∈π2,π时,1+sinx>0,故g(x)=(1+sinx)h(x)与h(x)有相同的零点,所以存在唯一的x1∈π2,π,使g(x1)=0.因x1=π-t1,t1>x0,所以x0+x1<π.B组两年模拟精选(2016~2015年)1.A[设圆柱的底面半径为R,母线长为l,则V=πR2l=27π,所以l=27R2.S表=πR2+2πRl=πR2+2π·27R.所以S′表=2πR-54πR2,令S′表=0得R=3,则当R=3时,S表最小,故选A.]2.C[f′(x)=(2x-2a)ex+(x2-2ax)ex=[x2+(2-2a)x-2a]ex,由题意,当x∈[-1,1]时,f′(x)≤0恒成立,即x2+(2-2a)x-2a≤0恒成立,令g(x)=x2+(2-2a)x-2a,则有g(-1)≤0,g(1)≤0,即(-1)2+(2-2a)·(-1)-2a≤0,12+2-2a-2a≤0.解得a≥34,故选C.3.A[∵2f′(x)>f(x),∴2f′(x)-f(x)>0,构造函数g(x)=f(x)ex2,则g′(x)=f′(x)ex2-12f(x)ex2(ex2)2=ex2[2f′(x)-f(x)]2ex>0.所以函数g(x)在R上单调递增,g(ln4)=f(ln4)eln42=22=1,又f(x)>ex2,∴f(x)ex2>1,即g(x)>g(ln4),∴x>ln4.]4.C[函数f(x)=x2+ax+b的部分图象得0<b<1,f(1)=0,从而-2<a<-1,而g(x)=lnx+f′(x)在定义域内单调递增,g12=ln12+1+a<0,g(1)=ln1+2+a=2+a>0,∴函数g(x)=lnx+f′(x)的零点所在的区间是12,1,故选C.]5.(10,20)[由Q=100-5P得Q′=-5,由EQEP=-Q′QP知5P100-5P>1,∴20>P>10,由Q>0得P<20.综上,P的取值范围为(10,20).]6.(1)解令h(x)=sinx-ax(x≥0),则h′(x)=cosx-a.①若a≥1,h′(x)=cosx-a≤0,h(x)=sinx-ax(x≥0)单调递减,h(x)≤h(0)=0,则sinx≤ax(x≥0)成立.②若0<a<1,存在x0∈0,π2,使得cosx0=a,当x∈(0,x0),h′(x)=cosx-a>0,h(x)=sinx-ax(x∈(0,x0))单调递增,h(x)>h(0)=0,不合题意.③若a≤0,结合f(x)与g(x)的图象可知显然不合题意.综上可知,a的取值范围是[1,+∞).(2)证明当a取(1)中的最小值为1时,g(x)-f(x)=x-sinx.设H(x)=x-sinx-16x3(x≥0),则H′(x)=1-cosx-12x2.令G(x)=1-cosx-12x2,则G′(x)=sinx-x≤0(x≥0),所以G(x)=1-cosx-12x2在[0,+∞)上单调递减,此时G(x)=1-cosx-12x2≤G(0)=0,即H′(x)=1-cosx-12x2≤0,所以H(x)=x-sinx-16x3在x∈[0,+∞)上单调递减.所以H(x)=x-sinx-16x3≤H(0)=0,则x-sinx≤16x3(x≥0).所以,当a取(1)中的最小值时,g(x)-f(x)≤16x3.7.解(1)f′(x)=-4x2+16x-7(2-x)2=-(2x-1)(2x-7)(2-x)2.令f′(x)=0,解得x=12或x=72(舍去).当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:x00,121212,11f′(x)不存在-0+不存在f(x)-72-4-3∴函数f(x)的单调增区间是12,1,单调减区间是0,12.当x∈[0,1]时,f(x)的值域为[-4,-3].(2)g′(x)=3(x2-a2).∵a≥1,当x∈(0,1)时,g′(x)<3(1-a2)≤0,因此当x∈(0,1)时,g(x)为减函数,从而当x∈[0,1]时,有g(x)∈[g(1),g(0)].又g(1)=1-2a-3a2,g(0)=-2a,即当x∈[0,1]时,有g(x)∈[1-2a-3a2,-2a].对于任意x1∈[0,1],f(x1)∈[-4,-3],存在x0∈[0,1]使得g(x0)=f(x1)成立,则[1-2a-3a2,-2a]?[-4,-3].即1-2a-3a2≤-4,-2a≥-3.①②解①式得a≥1或a≤-53;解②式得a≤32.又a≥1,故a的取值范围为1,32.第一节导数的概念及运算A组三年高考真题(2016~2014年)1.(2014·大纲全国,7)曲线y=xex-1在点(1,1)处切线的斜率等于()A.2eB.eC.2D.12.(2014·新课标全国Ⅱ,8)设曲线y=ax-ln(x+1)在点(0,0)处的切线方程为y=2x,则a=()A.0B.1C.2D.33.(2014·陕西,3)定积分01(2x+ex)dx的值为()A.e+2B.e+1C.eD.e-14.(2014·江西,8)若f(x)=x2+201f(x)dx,则01f(x)dx=()A.-1B.-13C.13D.15.(2014·山东,6)直线y=4x与曲线y=x3在第一象限内围成的封闭图形的面积为()A.22B.42C.2D.46.(2014·湖南,9)已知函数f(x)=sin(x-φ),且=0,则函数f(x)的图象的一条对称轴是()A.x=5π6B.x=7π12C.x=π3D.x=π67.(2014·湖北,6)若函数f(x),g(x)满足=0,则称f(x),g(x)为区间[-1,1]上的一组正交函数.给出三组函数:①f(x)=sin12x,g(x)=cos12x;②f(x)=x+1,g(x)=x-1;③f(x)=x,g(x)=x2.其中为区间[-1,1]上的正交函数的组数是()A.0B.1C.2D.38.(2016·全国Ⅲ,15)已知f(x)为偶函数,当x<0时,f(x)=ln(-x)+3x,则曲线y=f(x)在点(1,-3)处的切线方程是________.9.(2016·全国Ⅱ,16)若直线y=kx+b是曲线y=lnx+2的切线,也是曲线y=ln(x+1)的切线,则b=________.10.(2015·陕西,15)设曲线y=ex在点(0,1)处的切线与曲线y=1x(x>0)上点P处的切线垂直,则P的坐标为________.11.(2015·湖南,11)02(x-1)dx=________.12.(2015·天津,11)曲线y=x2与直线y=x所围成的封闭图形的面积为________.13.(2015·陕西,16)如图,一横截面为等腰梯形的水渠,因泥沙沉积,导致水渠截面边界呈抛物线型(图中虚线表示),则原始的最大流量与当前最大流量的比值为________.14.(2014·江西,13)若曲线y=e-x上点P处的切线平行于直线2x+y+1=0,则点P的坐标是________.B组两年模拟精选(2016~2015年)1.(2016·陕西安康模拟)设f(x)=xlnx,若f′(x0)=2,则x0=()A.e2B.eC.ln22D.ln22.(2016·广东惠州模拟)过点(1,-1)且与曲线y=x3-2x相切的切线方程为()A.x-y-2=0或5x+4y-1=0B.x-y-2=0C.x-y+2=0D.x-y-2=0或4x+5y+1=03.(2016·贵州模拟)若函数f(x)满足f(x)=13x3-f′(1)x2-x,则f′(1)的值为()A.0B.2C.1D.-14.(2015·山东潍坊模拟)已知f(x)=14x2+sinπ2+x,f′(x)为f(x)的导函数,f′(x)的图象是()5.(2015·陕西西安模拟)曲线f(x)=x3+x-2在p0处的切线平行于直线y=4x-1,则p0点的坐标为()A.(1,0)B.(2,8)C.(1,0)和(-1,-4)D.(2,8)和(-1,-4)6.(2016·河北沧州高三上学期质量检测)已知函数f(x)=x33-b2x2+ax+1(a>0,b>0),则函数g(x)=alnx+f′(x)a在点(b,g(b))处切线的斜率的最小值是______.7.(2016·山东师大附中10月第二次模拟)设f(x)=x2,x∈[0,1],1x,x∈(1,e].(其中e为自然对数的底数),则0ef(x)dx的值为________.8.(2015·广东模拟)设球的半径为时间t的函数R(t),若球的体积以均匀速度12增长,则球的表面积的增长速度与球半径的乘积为________.9.(2015·绵阳诊断)已知函数f(x)=x3+(1-a)x2-a(a+2)x+b(a,b∈R).(1)若函数f(x)的图象过原点,且在原点处的切线斜率为-3,求a,b的值;(2)若曲线y=f(x)存在两条垂直于y轴的切线,求a的取值范围.10.(2015·湖南十二校联考)已知函数f(x)=x3-ax2+10.(1)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程;(2)在区间[1,2]内至少存在一个实数x,使得f(x)<0成立,求实数a的取值范围.答案精析A组三年高考真题(2016~2014年)1.C[由题意可得y′=ex-1+xex-1,所以曲线在点(1,1)处切线的斜率等于2,故选C.]2.D[y′=a-1x+1,由题意得y′|x=0=2,即a-1=2,所以a=3.]3.C[∫10(2x+ex)dx=(x2+ex)|10=(1+e)-(0+e0)=e,因此选C.]4.B[因为∫10f(x)dx是常数,所以f′(x)=2x,所以可设f(x)=x2+c(c为常数),所以x2+c=x2+2(13x3+cx)|10,解得c=-23,∫10f(x)dx=∫10(x2+c)dx=∫10(x2-23)dx=13x3-23x|10=-13.]5.D[由4x=x3,解得x=0或x=2或x=-2(舍去),根据定积分的几何意义可知,直线y=4x与曲线y=x3在第一象限内围成的封闭图形的面积为∫20(4x-x3)dx=2x2-14x4|20=4.]6.A[由定积分∫2π30sin(x-φ)dx=-cos(x-φ)|2π30=12cosφ-32sinφ+cosφ=0,得tanφ=3,所以φ=π3+kπ(k∈Z),所以f(x)=sin(x-π3-kπ)(k∈Z),由正弦函数的性质知y=sin(x-π3-kπ)与y=sin(x-π3)的图象的对称轴相同,令x-π3=kπ+π2,则x=kπ+5π6(k∈Z),所以函数f(x)的图象的对称轴为x=kπ+56π(k∈Z),当k=0,得x=5π6,选A.]7.C[对于①,∫1-1sin12xcos12xdx=∫1-112sinxdx=0,所以①是一组正交函数;对于②,∫1-1(x+1)(x-1)dx=∫1-1(x2-1)dx≠0,所以②不是一组正交函数;对于③,∫1-1x·x2dx=∫1-1x3dx=0,所以③是一组正交函数.选C.]8.2x+y+1=0[设x>0,则-x<0,f(-x)=lnx-3x,又f(x)为偶函数,f(x)=lnx-3x,f′(x)=1x-3,f′(1)=-2,切线方程为y=-2x-1.]9.1-ln2[y=lnx+2的切线为:y=1x1·x+lnx1+1(设切点横坐标为x1).y=ln(x+1)的切线为:y=1x2+1x+ln(x2+1)-x2x2+1,(设切点横坐标为x2).∴1x1=1x2+1,lnx1+1=ln(x2+1)-x2x2+1,解得x1=12,x2=-12,∴b=lnx1+1=1-ln2.]10.(1,1)[∵(ex)′x=0=e0=1,设P(x0,y0),有1x′x=x0=-1x20=-1,又∵x0>0,∴x0=1,故xP(1,1).]11.0[∫20(x-1)dx=12x2-x20=12×22-2=0.]12.16[曲线y=x2与直线y=x所围成的封闭图形如图,由y=x2,y=x,得A(1,1),面积S=∫10xdx-∫10x2dx=12x210-13x210=12-13=16.]13.1.2[由题意可知最大流量的比即为横截面面积的比,建立以抛物线顶点为原点的直角坐标系,设抛物线方程为y=ax2,将点(5,2)代入抛物线方程得a=225,故抛物线方程为y=225x2,抛物线的横截面面积为S1=2∫502-225x2dx=22x-275x350=403(m2),而原梯形上底为10-2tan45°×2=6(m),故原梯形面积为S2=12(10+6)×2=16,S2S1=16403=1.2.]14.(-ln2,2)[由题意有y′=-e-x,设P(m,n),直线2x+y+1=0的斜率为-2,则由题意得-e-m=-2,解得m=-ln2,所以n=e-(-ln2)=2.]B组两年模拟精选(2016~2015年)1.B[f′(x)=lnx+x·1x=lnx+1.∴lnx0+1=2,得lnx0=1,即x0=e.]2.A[由于点(1,-1)在y=x3-2x上,当(1,-1)为切点时,切线斜率为y′|x=1=1,切线方程为y=x-2.当(1,-1)不是切点时,设切点为(x0,x30-2x0),可得切线方程为y-x30+2x0=(3x20-2)·(x-x0),又切线过点(1,-1),可得x0=-12,故切线方程为5x+4y=1.]3.A[因为f′(x)=x2-2f′(1)x-1,令x=1得f′(1)=1-2f′(1)-1.所以f′(1)=0,故选A.]4.A[因为f(x)=14x2+sinπ2+x=14x2+cosx,所以f′(x)=12x-sinx为奇函数,且f′π6<0,故选A.]5.C[设p0(x0,y0),则3x20+1=4,所以x0=±1,所以p0点的坐标为(1,0)和(-1,-4).故选C.]6.2[因为a>0,b>0,又g′(x)=ax+2x-ba,则g′(b)=ab+2b-ba=ab+ba≥2,所以斜率的最小值为2.]7.-23[0ef(x)dx=01x2dx+1e1xdx=13x3|10-lnx|e1=13-1=-23.]8.1[设球的体积以均匀速度c增长,由题意可知球的体积为V(t)=43πR3(t),则c=4πR2(t)R′(t),则cR(t)R′(t)=4πR(t),则球的表面积的增长速度为V表=S′(t)=(4πR2(t))′=8πR(t)R′(t)=2cR(t),即球的表面积的增长速度与球的半径的乘积为V表·R(t)=2c=1.]9.解f′(x)=3x2+2(1-a)x-a(a+2).(1)由题意得f(0)=b=0,f′(0)=-a(a+2)=-3,解得b=0,a=-3或1.(2)∵曲线y=f(x)存在两条垂直于y轴的切线,∴关于x的方程f′(x)=3x2+2(1-a)x-a(a+2)=0有两个不相等的实数根,∴Δ=4(1-a)2+12a(a+2)>0,即4a2+4a+1>0,∴a≠-12.∴a的取值范围是-∞,-12∪-12,+∞.10.解(1)当a=1时,f′(x)=3x2-2x,f(2)=14,曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线斜率k=f′(2)=8,∴曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程为y-14=8(x-2),即8x-y-2=0.(2)由已知得a>x3+10x2=x+10x2,设g(x)=x+10x2(1≤x≤2),g′(x)=1-20x3,∵1≤x≤2,∴g′(x)<0,∴g(x)在[1,2]上是减函数.g(x)min=g(2)=92,∴a>92,即实数a的取值范围是92,+∞.
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