《南方凤凰台》2016届高考数学(江苏专用)二轮复习 专题四 函数与导数 第3讲 函数的综合运用 (理科).docx
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1、第3讲函数的综合运用【自主学习】第3讲函数的综合运用(本讲对应学生用书第3942页)自主学习回归教材1. (必修1 P71习题13改编)已知函数f(x)=a+是奇函数,则常数a=.【答案】-【解析】函数的定义域为R,因为f(x)是奇函数,所以f(x)+f(-x)=0,即a+a+=2a+=2a+1=0,所以a=-.2. (必修1 P93练习3改编)已知函数f(x)=3x-x2,则函数f(x)在区间-1,0上零点的个数为.【答案】1【解析】因为f(x)=3xln 3-2x,所以f(x)0在x-1,0上恒成立,所以f(x)在-1,0上单调递增.又因为f(-1)f(0)=(3-1-1)(30-0)=-
2、0,所以函数f(x)在区间-1,0上有1个零点.3. (选修1-1 P92习题8改编)已知函数y=2x2-ln x,则函数的值域为.【答案】【解析】由y=4x-,令y=4x-=0,可得x=,所以函数在上单调递减,在上单调递增,所以值域为.4. (选修1-1 P93例2改编)某种圆柱形的饮料罐的容积一定时,若它所用的材料最省,则此时底面半径R和高h的关系为.【答案】h=2R【解析】设圆柱的高为h,底面半径为R,则表面积为S(R)=2Rh+2R2,又V=R2h,则h=,所以S(R)=2R+2R2=+2R2.由S(R)=-+4R=0,解得R=,从而h=2R.当R时,S(R)时,S(R)0,因此,当h
3、=2R时,S(R)取得极小值,且是最小值.5. (必修1 P111复习17改编)已知定义在R上的偶函数f(x)在区间0,+)上是单调增函数,若f(1)f(lg x),则x的取值范围是.【答案】(10,+)【解析】因为f(x)是R上的偶函数且在0,+)上是单调增函数,所以f(x)在(-,0上是单调减函数.又因为f(1)1或lg x0,a0,则(a2-a)0,故a1.又2s+2t=4s+4t2,即a,所以a2,当且仅当s=t时取得等号.综上,g(a)的定义域为(1,2.(3) 8s+8t=(2s+2t)(4s-2s2t+4t)=a(a-b)=a=-a3+a2,a(1,2.令h(a)=-a3+a2,
4、a(1,2,h(a)=-+3a=-a(a-2)0在(1,2上恒成立,所以h(a)在(1,2上单调递增,h(a)(h(1),h(2),所以8s+8t(1,2.【点评】函数的综合问题涉及到几乎所有类型的函数,如一次函数、二次函数、三次函数、指数函数、对数函数,简单的分式函数、分段函数、复合函数也有所涉及.重点考查函数的三大性质(单调性、奇偶性与周期性),二次函数的图象与性质、三次函数、导数及其几何意义等,利用导数研究函数的性质,如单调性、极值与最值,利用函数的图象解题.变式设a为常数,y=f(x)是定义在R上的奇函数,当x0时,f(x)=9x+7,若f(x)a+1对一切x0恒成立,则实数a的取值范
5、围为.【答案】【解析】方法一:由题设知f(0)=0,故由f(0)a+1,得0a+1,即a-1.当x0时,f(x)=9x+-76-7=-6a-7,故-6a-7a+1,解得a-.综上,实数a的取值范围是.方法二:同方法一,得a-1,当x0时,f(x)-6a-7,故-6a-7a+1,解得a-.综上,实数a的取值范围是.方法三:同方法一,原问题就是9x2-(a+8)x+a20在x(0,+)上恒成立.考察二次函数g(x)=9x2-(a+8)x+a2的图象,因为g(0)=a20,要使不等式9x2-(a+8)x+a20在x(0,+)上恒成立,只需0,解得a-或a;或解得a.又因为a-1,所以实数a的取值范围
6、是.【点评】函数性质综合应用问题的常见类型及解题策略:(1) 函数单调性与奇偶性结合,注意函数单调性及奇偶性的定义,以及奇、偶函数图象的对称性;(2) 周期性与奇偶性结合,此类问题多考查求值问题,常利用奇偶性及周期性进行交换,将所求函数值的自变量转化到已知解析式的函数定义域内求解;(3) 周期性、奇偶性与单调性结合,解决此类问题通常先利用周期性转化自变量所在的区间,然后利用奇偶性和单调性求解.函数应用题例2(2015宿迁一模)如图是一个半圆形湖面景点的平面示意图.已知AB为直径,且AB=2 km,O为圆心,C为圆周上靠近A的一点,D为圆周上靠近B的一点,且CDAB.现在准备从A经过C到D建造一
7、条观光路线,其中A到C是圆弧,C到D是线段CD.设AOC=x rad,观光路线总长为y km.(例2)(1) 求y关于x的函数解析式,并指出该函数的定义域;(2) 求观光路线总长的最大值.【分析】(1) 将观光路线分解成两部分进行求解,但要注意实际问题的条件要求;(2) 利用导数求函数的最值.【解答】(1) 由题意知圆弧=x1=x,CD=2cos x.因为C为圆周上靠近A的一点,D为圆周上靠近B的一点,且CDAB,所以0x.所以y=x+2cos x,x.(2) 记f(x)=x+2cos x,则f(x)=1-2sin x.令f(x)=0,得x=.当x变化时,f(x),f(x)的变化情况如下表:x
8、f(x)+0-f(x)极大值所以函数f(x)在x=处取得极大值,这个极大值就是最大值,即f=+.答:观光路线总长的最大值为km.【点评】利用导数解决生活中的优化问题的一般步骤:(1) 分析实际问题中各个量之间的关系,列出实际问题的数学模型,写出实际问题中变量之间的函数关系式y=f(x);(2) 求函数的导数f(x),解方程f(x)=0;(3) 比较函数在区间端点和f(x)=0的点的函数值的大小,最大(小)者为最大(小)值;(4) 回归实际问题作答.变式(2015苏北四市期末)如图(1),有一个长方形地块ABCD,边AB为2 km,AD为4 km.地块的一角是湿地(图中阴影部分),其边缘线AC是
9、以直线AD为对称轴、A为顶点的抛物线的一部分.现要铺设一条过边缘线AC上一点P的直线型隔离带EF(EF与AC相切),E,F分别在边AB,BC上(隔离带不能穿越湿地,且占地面积忽略不计).设点P到边AD的距离为t(单位:km),BEF的面积为S(单位:km2).(变式(1)(1) 求S关于t的函数解析式,并指出该函数的定义域;(2) 是否存在点P,使隔离出的BEF面积S超过3 km2?并说明理由.【解答】(1) 如图(2),以A为坐标原点O,AB所在直线为x轴,建立平面直角坐标系,(变式(2)则点C的坐标为(2,4).设边缘线AC所在抛物线的方程为y=ax2,把(2,4)代入,得4=a22,解得
10、a=1,所以抛物线的方程为y=x2.因为y=2x,所以过点P(t,t2)的切线EF方程为y=2tx-t2.令y=0,得E;令x=2,得F(2,4t-t2),所以S=(4t-t2),即S=(t3-8t2+16t),定义域为(0,2.(2) 由(1)得S=(t3-8t2+16t),定义域为(0,2,所以S=(3t2-16t+16)=(t-4),令S=0得t=(t=4舍去).当t变化时,S,S的变化情况如下表:tS+0-S极大值当t=时,S取极大值,这个极大值就是S的最大值,且Smax=S=,又因为=3-恒成立.【分析】(1) 分离参数,构成新函数,然后通过对新函数求最值来求解;(2) 结合已知的两
11、个函数,然后证明f(x)minm(x)max,其中m(x)=-(x(0,+).【解答】(1) 由题意知2xln x-x2+ax-3对一切x(0,+)恒成立,则a2ln x+x+.设h(x)=2ln x+x+(x0),则h(x)=,当x(0,1)时,h(x)0,h(x)单调递增,所以h(x)min=h(1)=4.因为对一切x(0,+),2f(x)g(x)恒成立,所以ah(x)min=4,即实数a的取值范围是(-,4.(2) 问题等价于证明xln x-(x(0,+)恒成立.又f(x)=xln x,f(x)=ln x+1,当x时,f(x)0,f(x)单调递增,所以f(x)min=f=-.设m(x)=
12、-(x(0,+),则m(x)=,易知m(x)max=m(1)=-,从而对一切x(0,+),ln x-恒成立.【点评】利用导数研究不等式恒成立问题,首先要构造函数,利用导数研究函数的单调性,求出最值,进而得出相应的含参不等式,从而求出参数的取值范围;也可以分离变量,构造函数,直接把问题转化为函数的最值问题.变式(2015宿迁一模)已知函数f(x)=ex(其中e是自然对数的底数),g(x)=x2+ax+1,aR.(1) 记函数F(x)=f(x)g(x),且a0,求F(x)的单调增区间;(2) 若对任意的x1,x20,2,x1x2,均有|f(x1)-f(x2)|g(x1)-g(x2)|成立,求实数a
13、的取值范围.【分析】(1) 求出函数F(x)的导函数F(x),可由F(x)0得到函数F(x)的单调增区间;(2) 由于所研究的问题与绝对值有关,因此首先要去掉绝对值符号,注意到不等式的左边以及f(x)=ex的单调性,为了去掉左边的绝对值,为此增设一个条件x1x2,从而去掉了左边的不等式符号,再考虑不等式的右边,注意到n(x)|m(x)|的充要条件是-n(x)m(x)0,因为a0,所以x-1或x|g(x1)-g(x2)|成立,不妨设x1x2,因为f(x)=ex在0,2上单调递增,所以有|f(x1)-f(x2)|g(x1)-g(x2)|对x1x2恒成立,所以f(x2)-f(x1)g(x1)-g(x
14、2)x2恒成立,即对x1,x20,2,x1x2恒成立,所以f(x)+g(x)和f(x)-g(x)在0,2上都是单调增函数.所以f(x)+g(x)0在0,2上恒成立,所以ex+(2x+a)0在0,2上恒成立,即a-(ex+2x)在0,2上恒成立.因为-(ex+2x)在0,2上是单调减函数,所以-(ex+2x)在0,2上取得最大值-1,所以a-1.当f(x)-g(x)0在0,2上恒成立时,所以ex-(2x+a)0在0,2上恒成立,即aex-2x在0,2上恒成立.因为ex-2x在0,ln 2上单调递减,在ln 2,2上单调递增,所以ex-2x在0,2上取得最小值2-2ln 2,所以a2-2ln 2,
15、所以实数a的取值范围为-1,2-2ln 2.1. (2015南通中学)已知y=f(x)是奇函数,当x(0,2)时,f(x)=ln x-ax;且当x(-2,0)时,f(x)的最小值为1,则实数a=.【答案】1【解析】因为f(x)是奇函数,所以f(x)在(0,2)上的最大值为-1.当x(0,2)时,f(x)=-a,令f(x)=0得x=.又a,所以02.当0x0,f(x)在上单调递增;当x时,f(x)0,f(x)在上单调递减,所以f(x)max=f=ln -a=-1,解得a=1.2. 已知函数f(x)=ex-2x+a有零点,则实数a的取值范围是.【答案】(-,2ln 2-2)【解析】f(x)=ex-
16、2,可得f(x)=0的根为x=ln 2,当xln 2时,f(x)ln 2时,f(x)0,可得函数在区间(ln 2,+)上为增函数,所以函数y=f(x)在x=ln 2处取得极小值f(ln 2)=2-2ln 2+a,并且这个极小值也是函数的最小值,由题设知函数y=f(x)的最小值要小于或等于零,即2-2ln 2+a0,可得a2ln 2-2,故答案为(-,2ln 2-2).3. (2015镇江期末)若函数f(x)为定义在R上的奇函数,当x0时,f(x)=xln x,则不等式f(x)0时,f(x)=xln x,f(x)=ln x+1.当f(x)0时,x,即f(x)在上单调递减,在上单调递增,所以f(x
17、)在(0,+)上的最小值为-.又因为f(x)为奇函数,所以f(x)在上单调递减,在上单调递增,所以f(x)在(-,0)上的最大值为,即f(x)在上单调递增,在上单调递减,在上单调递增,所以f(x)-e在上无解.又f(-e)=-f(e)=-e,所以f(x)2时,f(x)0恒成立,求k的最大值.(参考数据:ln 8=2.08,ln 9=2.20,ln 10=2.30).【解答】(1) 当k=0时,f(x)=1+ln x.因为f(x)=,从而f(1)=1.又f(1)=1,所以曲线y=f(x)在点(1,f(1)处的切线方程为y-1=x-1,即x-y=0.(2) 当k=5时,f(x)=ln x+-4.因
18、为f(x)=,所以当x(0,10)时,f(x)0,f(x)单调递增.所以当x=10时,f(x)有极小值.因为f(10)=ln 10-30,所以f(x)在(1,10)上有且仅有一个零点.因为f(e4)=4+-40,所以f(x)在(10,e4)上有且仅有一个零点.从而f(x)有且仅有两个不同的零点.(3) 由题意知,1+ln x-0对x(2,+)恒成立,即k0,所以v(x)在(2,+)上为增函数.因为v(8)=8-2ln 8-4=4-2ln 80,所以存在x0(8,9),v(x0)=0,即x0-2ln x0-4=0.当x(2,x0)时,h(x)0,h(x)单调递增.所以当x=x0时,h(x)取最小
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