(新課標)2020版高考數(shù)學(xué)二輪復(fù)習(xí) 專題六 函數(shù)與導(dǎo)數(shù) 第3講 導(dǎo)數(shù)的簡單應(yīng)用學(xué)案 理 新人教A版
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1、第3講 導(dǎo)數(shù)的簡單應(yīng)用 [做真題] 題型一 導(dǎo)數(shù)的幾何意義 1.(2018·高考全國卷Ⅰ)設(shè)函數(shù)f(x)=x3+(a-1)x2+ax.若f(x)為奇函數(shù),則曲線y=f(x)在點(0,0)處的切線方程為( ) A.y=-2x B.y=-x C.y=2x D.y=x 解析:選D.法一:因為函數(shù)f(x)=x3+(a-1)x2+ax為奇函數(shù),所以f(-x)=-f(x), 所以(-x)3+(a-1)(-x)2+a(-x)=-[x3+(a-1)x2+ax],所以2(a-1)x2=0,因為x∈R,所以a=1,所以f(x)=x3+x,所以f′(x)=3x2+1,所以f′(0)
2、=1,所以曲線y=f(x)在點(0,0)處的切線方程為y=x.故選D. 法二:因為函數(shù)f(x)=x3+(a-1)x2+ax為奇函數(shù),所以f(-1)+f(1)=0,所以-1+a-1-a+(1+a-1+a)=0,解得a=1,所以f(x)=x3+x,所以f′(x)=3x2+1,所以f′(0)=1,所以曲線y=f(x)在點(0,0)處的切線方程為y=x.故選D. 2.(2019·高考全國卷Ⅲ)已知曲線y=aex+xln x在點(1,ae)處的切線方程為y=2x+b,則( ) A.a(chǎn)=e,b=-1 B.a(chǎn)=e,b=1 C.a(chǎn)=e-1,b=1 D.a(chǎn)=e-1,b=-1 解析:選D.因為y′
3、=aex+ln x+1,所以y′|x=1=ae+1,所以曲線在點(1,ae)處的切線方程為y-ae=(ae+1)(x-1),即y=(ae+1)x-1,所以解得 3.(2018·高考全國卷Ⅱ)曲線y=2ln(x+1)在點(0,0)處的切線方程為________. 解析:因為y=2ln(x+1),所以y′=.當x=0時,y′=2,所以曲線y=2ln(x+1)在點(0,0)處的切線方程為y-0=2(x-0),即y=2x. 答案:y=2x 4.(2016·高考全國卷Ⅱ)若直線y=kx+b是曲線y=ln x+2的切線,也是曲線y=ln(x+1)的切線,則b=________. 解析:設(shè)y=kx
4、+b與y=ln x+2和y=ln(x+1)的切點分別為(x1,ln x1+2)和(x2,ln(x2+1)). 則切線分別為y-ln x1-2=(x-x1),y-ln(x2+1)=(x-x2), 化簡得y=x+ln x1+1,y=x-+ln(x2+1), 依題意, 解得x1=, 從而b=ln x1+1=1-ln 2. 答案:1-ln 2 題型二 導(dǎo)數(shù)與函數(shù)的單調(diào)性、極值與最值 1.(2017·高考全國卷Ⅱ)若x=-2是函數(shù)f(x)=(x2+ax-1)ex-1的極值點,則f(x)的極小值為( ) A.-1 B.-2e-3 C.5e-3 D.1 解析:選A.因為f(x)=
5、(x2+ax-1)ex-1,所以f′(x)=(2x+a)ex-1+(x2+ax-1)ex-1=[x2+(a+2)x+a-1]ex-1.因為x=-2是函數(shù)f(x)=(x2+ax-1)ex-1的極值點,所以-2是x2+(a+2)x+a-1=0的根,所以a=-1,f′(x)=(x2+x-2)ex-1=(x+2)(x-1)ex-1.令f′(x)>0,解得x<-2或x>1,令f′(x)<0,解得-2 6、8·高考全國卷Ⅰ)已知函數(shù)f(x)=2sin x+sin 2x,則f(x)的最小值是________.
解析:法一:因為f(x)=2sin x+sin 2x,
所以f′(x)=2cos x+2cos 2x=4cos2x+2cos x-2=4(cos x+1),
由f′(x)≥0得≤cos x≤1,即2kπ-≤x≤2kπ+,k∈Z,
由f′(x)≤0得-1≤cos x≤,即2kπ+π≥x≥2kπ+或2kπ-π≤x≤2kπ-,k∈Z,
所以當x=2kπ-(k∈Z)時,f(x)取得最小值,
且f(x)min=f=2sin+sin 2=-.
法二:因為f(x)=2sin x+sin 2x 7、=2sin x(1+cos x)=4sin cos ·2cos2
=8sin cos3 = ,
所以[f(x)]2=×3sin2cos6 ≤·
=,
當且僅當3sin2=cos2,即sin2=時取等號,
所以0≤[f(x)]2≤,所以-≤f(x)≤,
所以f(x)的最小值為-.
答案:-
[明考情]
1.此部分內(nèi)容是高考命題的熱點內(nèi)容,在選擇題、填空題中多考查導(dǎo)數(shù)的幾何意義,難度較?。?
2.應(yīng)用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性、極值、最值,多在選擇題、填空題最后幾題的位置考查,難度中等偏上,屬綜合性問題.有時也常在解答題的第一問中考查,難度一般.
導(dǎo)數(shù)的幾何意義
[典型例題 8、]
(1)(2019·高考全國卷Ⅱ)曲線y=2sin x+cos x在點(π,-1)處的切線方程為( )
A.x-y-π-1=0 B.2x-y-2π-1=0
C.2x+y-2π+1=0 D.x+y-π+1=0
(2)曲線f(x)=x3-x+3在點P處的切線平行于直線y=2x-1,則點P的坐標為________.
(3)(2019·廣州市調(diào)研測試)若過點A(a,0)作曲線C:y=xex的切線有且僅有兩條,則實數(shù)a的取值范圍是________.
【解析】 (1)依題意得y′=2cos x-sin x,y′|x=π=(2cos x-sin x)|x=π=2cos π-sin 9、 π=-2,因此所求的切線方程為y+1=-2(x-π),即2x+y-2π+1=0,故選C.
(2)f′(x)=3x2-1,令f′(x)=2,則3x2-1=2,解得x=1或x=-1,所以P(1,3)或(-1,3),經(jīng)檢驗,點(1,3),(-1,3)均不在直線y=2x-1上,故點P的坐標為(1,3)或(-1,3).
(3)設(shè)切點坐標為(x0,x0ex0),y′=(x+1)ex,y′|x=x0=(x0+1)ex0,所以切線方程為y-x0ex0=(x0+1)ex0(x-x0),將點A(a,0)代入可得-x0ex0=(x0+1)ex0(a-x0),化簡,得x-ax0-a=0,過點A(a,0)作曲線C 10、的切線有且僅有兩條,即方程x-ax0-a=0有兩個解,則有Δ=a2+4a>0,解得a>0或a<-4,故實數(shù)a的取值范圍是(-∞,-4)∪(0,+∞).
【答案】 (1)C (2)(1,3)或(-1,3) (3)(-∞,-4)∪(0,+∞)
(1)求曲線y=f(x)的切線方程的3種類型及方法
類型
方法
已知切點P(x0,y0),求切線方程
求出切線的斜率f′(x0),由點斜式寫出方程
已知切線的斜率k,求切線方程
設(shè)切點P(x0,y0),通過方程k=f′(x0)解得x0,再由點斜式寫出方程
已知切線上一點(非切點),求切線方程
設(shè)切點P(x0,y0),利用導(dǎo)數(shù)求得切線斜 11、率f′(x0),再由斜率公式求得切線斜率,列方程(組)解得x0,再由點斜式或兩點式寫出方程
(2)由曲線的切線求參數(shù)值或范圍的2種類型及解題關(guān)鍵
類型
解題關(guān)鍵
已知曲線在某點處的切線求參數(shù)
關(guān)鍵是用“方程思想”來破解,先求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù),從而求出在某點處的導(dǎo)數(shù)值;再根據(jù)導(dǎo)數(shù)的幾何意義與已知條件,建立關(guān)于參數(shù)的方程,通過解方程求出參數(shù)的值
已知曲線的切線方程,求含有雙參數(shù)的代數(shù)式的取值范圍
關(guān)鍵是過好“雙關(guān)”;一是轉(zhuǎn)化關(guān),即把所求的含雙參數(shù)的代數(shù)式轉(zhuǎn)化為含單參數(shù)的代數(shù)式,此時需利用已知切線方程,尋找雙參數(shù)的關(guān)系式;二是求最值關(guān),常利用函數(shù)的單調(diào)性、基本不等式等方法求最值,從而得所求 12、代數(shù)式的取值范圍
[對點訓(xùn)練]
1.(2019·武漢調(diào)研)設(shè)曲線C:y=3x4-2x3-9x2+4,在曲線C上一點M(1,-4)處的切線記為l,則切線l與曲線C的公共點個數(shù)為( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:選C.y′=12x3-6x2-18x,所以切線l的斜率k=y(tǒng)′,所以切線l的方程為12x+y-8=0.聯(lián)立方程得消去y,得3x4-2x3-9x2+12x-4=0,所以(x+2)(3x-2)(x-1)2=0,所以x1=-2,x2=,x3=1,所以切線l與曲線C有3個公共點.故選C.
2.(2019·成都第二次診斷性檢測)已知直線l既是曲線C1:y=ex的切線,又 13、是曲線C2:y=e2x2的切線,則直線l在x軸上的截距為( )
A.2 B.1
C.e2 D.-e2
解析:選B.設(shè)直線l與曲線C1:y=ex的切點為A(x1,ex1),與曲線C2:y=e2x2的切點為B.由y=ex,得y′=ex,所以曲線C1在點A處的切線方程為y-ex1=ex1(x-x1),即y=ex1x-ex1(x1-1) ①.
由y=e2x2,得y′=e2x,所以曲線C2在點B處的切線方程為y-e2x=e2x2(x-x2),即y=e2x2x-e2x?、?
因為①②表示的切線為同一直線,所以解得所以直線l的方程為y=e2x-e2,令y=0,可得直線l在x上的截距為1,故選 14、B.
3.(2019·廣州市綜合檢測(一))若函數(shù)f(x)=ax-的圖象在點(1,f(1))處的切線過點(2,4),則a=________.
解析:f′(x)=a+,f′(1)=a+3,f(1)=a-3,故f(x)的圖象在點(1,a-3)處的切線方程為y-(a-3)=(a+3)(x-1),又切線過點(2,4),所以4-(a-3)=a+3,解得a=2.
答案:2
利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性
[典型例題]
命題角度一 求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間或判斷函數(shù)的單調(diào)性
已知函數(shù)f(x)=ln(x+1)-,且1
15、f′(x)=,x>-1.
①當-1<2a-3<0,即10時,f′(x)>0,f(x)單調(diào)遞增,
當2a-3 16、0)上單調(diào)遞減;當a=時,f(x)在(-1,+∞)上單調(diào)遞增;當
17、′(x)>0或f′(x)<0及方程f′(x)=0均不可解時求導(dǎo)數(shù)并化簡,根據(jù)f′(x)的結(jié)構(gòu)特征,選擇相應(yīng)的基本初等函數(shù),利用其圖象與性質(zhì)確定f′(x)的符號,得單調(diào)區(qū)間.
命題角度二 已知函數(shù)的單調(diào)性求參數(shù)
已知函數(shù)f(x)=ln x-a2x2+ax(a∈R).
(1)當a=1時,求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)若函數(shù)f(x)在區(qū)間(1,+∞)上是減函數(shù),求實數(shù)a的取值范圍.
【解】 (1)當a=1時,f(x)=ln x-x2+x,其定義域為(0,+∞),
所以f′(x)=-2x+1=-,
令f′(x)=0,則x=1(負值舍去).
當0 18、>1時,f′(x)<0.
所以函數(shù)f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為(0,1),單調(diào)遞減區(qū)間為(1,+∞).
(2)法一:f′(x)=-2a2x+a=.
①當a=0時,f′(x)=>0,
所以f(x)在區(qū)間(0,+∞)上為增函數(shù),不合題意;
②當a>0時,由f′(x)<0,得x>.
所以f(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為.
依題意,得解得a≥1;
③當a<0時,由f′(x)<0,得x>-.
所以f(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為.
依題意,得解得a≤-.
綜上所述,實數(shù)a的取值范圍是∪[1,+∞).
法二:f′(x)=-2a2x+a=.
由f(x)在區(qū)間(1,+∞)上是減函數(shù),可得g(x)=-2a 19、2x2+ax+1≤0在區(qū)間(1,+∞)上恒成立.
①當a=0時,1≤0不合題意;
②當a≠0時,可得即
所以
所以a≥1或a≤-.
所以實數(shù)a的取值范圍是∪[1,+∞).
(1)已知函數(shù)的單調(diào)性,求參數(shù)的取值范圍,應(yīng)用條件f′(x)≥0(或f′(x)≤0),x∈(a,b)恒成立,解出參數(shù)的取值范圍(一般可用不等式恒成立的理論求解),應(yīng)注意參數(shù)的取值是f′(x)不恒等于0的參數(shù)的范圍.
(2)若函數(shù)y=f(x)在區(qū)間(a,b)上不單調(diào),則轉(zhuǎn)化為f′(x)=0在(a,b)上有解.
[對點訓(xùn)練]
1.若函數(shù)f(x)=(x+a)ex在區(qū)間(0,+∞)上不單調(diào),則實數(shù)a的取值范 20、圍為________.
解析:f′(x)=ex(x+a+1),由題意,知方程ex(x+a+1)=0在(0,+∞)上至少有一個實數(shù)根,即x=-a-1>0,解得a<-1.
答案:(-∞,-1)
2.已知函數(shù)f(x)=ex(ex-a)-a2x,討論f(x)的單調(diào)性.
解:函數(shù)f(x)的定義域為(-∞,+∞),f′(x)=2e2x-aex-a2=(2ex+a)(ex-a).
①若a=0,則f(x)=e2x在(-∞,+∞)上單調(diào)遞增.
②若a>0,則由f′(x)=0,得x=ln a.
當x∈(-∞,ln a)時,f′(x)<0;
當x∈(ln a,+∞)時,f′(x)>0.
故f(x) 21、在(-∞,ln a)上單調(diào)遞減,在(ln a,+∞)上單調(diào)遞增.
③若a<0,則由f′(x)=0,
得x=ln.
當x∈時,f′(x)<0;
當x∈時,f′(x)>0;
故f(x)在上單調(diào)遞減,
在上單調(diào)遞增.
利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的極值(最值)問題
[典型例題]
命題角度一 求已知函數(shù)的極值(最值)
已知函數(shù)f(x)=-1.
(1)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)設(shè)m>0,求函數(shù)f(x)在區(qū)間[m,2m]上的最大值.
【解】 (1)因為函數(shù)f(x)的定義域為(0,+∞),且f′(x)=,
由得0 22、,e),單調(diào)遞減區(qū)間為(e,+∞).
(2)①當
即0 23、≥e時,f(x)max=-1.
利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)極值、最值的方法
(1)若求極值,則先求方程f′(x)=0的根,再檢查f′(x)在方程根的左右函數(shù)值的符號.
(2)若已知極值大小或存在情況,則轉(zhuǎn)化為已知方程f′(x)=0根的大小或存在情況來求解.
(3)求函數(shù)f(x)在閉區(qū)間[a,b]上的最值時,在求得極值的基礎(chǔ)上,結(jié)合區(qū)間端點的函數(shù)值f(a),f(b)與f(x)的各極值進行比較得到函數(shù)的最值.
命題角度二 已知函數(shù)的極值或最值求參數(shù)
(2019·高考全國卷Ⅲ)已知函數(shù)f(x)=2x3-ax2+b.
(1)討論f(x)的單調(diào)性;
(2)是否存在a,b,使得f(x)在區(qū) 24、間[0,1]的最小值為-1且最大值為1?若存在,求出a,b的所有值;若不存在,說明理由.
【解】 (1)f′(x)=6x2-2ax=2x(3x-a).
令f′(x)=0,得x=0或x=.
若a>0,則當x∈(-∞,0)∪時,f′(x)>0;當x∈時,f′(x)<0.故f(x)在(-∞,0),單調(diào)遞增,在單調(diào)遞減;
若a=0,f(x)在(-∞,+∞)單調(diào)遞增;
若a<0,則當x∈∪(0,+∞)時,f′(x)>0;當x∈時,f′(x)<0.故f(x)在,(0,+∞)單調(diào)遞增,在單調(diào)遞減.
(2)滿足題設(shè)條件的a,b存在.
(i)當a≤0時,由(1)知,f(x)在[0,1]單調(diào)遞增,所 25、以f(x)在區(qū)間[0,1]的最小值為f(0)=b,最大值為f(1)=2-a+b.此時a,b滿足題設(shè)條件當且僅當b=-1,2-a+b=1,即a=0,b=-1.
(ii)當a≥3時,由(1)知,f(x)在[0,1]單調(diào)遞減,所以f(x)在區(qū)間[0,1]的最大值為f(0)=b,最小值為f(1)=2-a+b.此時a,b滿足題設(shè)條件當且僅當2-a+b=-1,b=1,即a=4,b=1.
(iii)當0
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