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中考数学二轮精品专题复习 专题07 构造函数法解决导数不等式问题(二)(解析版)
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专题07 构造函数法解决导数不等式问题(二)
考点四 构造F(x)=f(x)±g(x),F(x)=f(x)g(x),F(x)=类型的辅助函数
【方法总结】
(1)若F(x)=f(x)+axn+b,则F′(x)=f′(x)+naxn-1;
(2)若F(x)=f(x)±g(x),则F′(x)=f′(x)±g′(x);
(3)若F(x)=f(x)g(x),则F′(x)=f′(x)g(x)+f(x)g′(x);
(4)若F(x)=,则F′(x)=.
由此得到结论:
(1)出现f′(x)+naxn-1形式,构造函数F(x)=f(x)+axn+b;
(2)出现f′(x)±g′(x)形式,构造函数F(x)=f(x)±g(x);
(3)出现f′(x)g(x)+f(x)g′(x)形式,构造函数F(x)=f(x)g(x);
(4)出现f′(x)g(x)-f(x)g′(x)形式,构造函数F(x)=.
【例题选讲】
[例1](1)函数f(x)的定义域为R,f(-1)=3,对任意x∈R,f′(x)<3,则f(x)>3x+6的解集为( )
A.{x|-1
答案 C 解析 设g(x)=f(x)-(3x+6),则g′(x)=f′(x)-3<0,所以g(x)为减函数,又g(-1)=f(-1)-3=0,所以根据单调性可知g(x)>0的解集是{x|x<-1}.
(2)定义在R上的函数f(x)满足f(1)=1,且对∀x∈R,f′(x)<,则不等式f(log2x)>的解集为________.
答案 (0,2) 解析 构造函数F(x)=f(x)-x,则F′(x)=f′(x)-<0,∴函数F(x)在R上是减函数.由f(1)=1,得F(1)=f(1)-=1-=,∴f(log2x)>⇔f(log2x)-log2x>⇔F(log2x)>F(1)⇔log2x<1⇔0<x<2.
(3)定义在R上的可导函数f(x)满足f(1)=1,且2f′(x)>1,当x∈时,不等式f(2cos x)>-2sin2的解集为( )
A. B. C. D.
答案 D 解析 令g(x)=f(x)--,则g′(x)=f′(x)->0,∴g(x)在R上单调递增,且g(1)=f(1)--=0,∵f(2cos x)-+2sin2=f(2cos x)--=g(2cos x),∴f(2cos x)>-2sin2,即g(2cos x)>0,∴2cos x>1,又x∈,∴x∈.
(4)f(x)是定义在R上的偶函数,当x≥0时,f′(x)>2x.若f(a-2)-f(a)≥4-4a,则实数a的取值范围是( )
A.(-∞,1] B.[1,+∞) C.(-∞,2] D.[2,+∞)
答案 A 解析 令G(x)=f(x)-x2,则G′(x)=f′(x)-2x.当x∈[0,+∞)时,G′(x)=f′(x)-2x>0,∴G(x)在[0,+∞)上是增函数.由f(a-2)-f(a)≥4-4a,得f(a-2)-(a-2)2≥f(a)-a2,即G(a-2)≥G(a),又f(x)是定义在R上的偶函数,知G(x)是偶函数.故|a-2|≥|a|,解得a≤1.
(5)已知f′(x)是函数f(x)的导数,且f(-x)=f(x),当x≥0时,f′(x)>3x,则不等式f(x)-f(x-1)<3x-的解集是( )
A. B. C. D.
答案 D 解析 设g(x)=f(x)-x2,则g′(x)=f′(x)-3x.因为当x≥0时,f′(x)>3x,所以当x≥0时,g′(x)=f′(x)-3x>0,即g(x)在[0,+∞)上单调递增.因为f(-x)=f(x),所以g(-x)=f(-x)-x2=f(x)-x2=g(x),所以g(x)是偶函数.因为f(x)-f(x-1)<3x-,所以f(x)-x2
答案 (0,1) 解析 由于函数y=f(x)为R上的奇函数,则f(0)=0.当x>0时,f(x)+f′(x)·xlnx<0,则f(1)<0.当x>0时,构造函数g(x)=f(x)lnx,则g′(x)=f′(x)lnx+f(x)·=<0,所以函数y=g(x)在区间(0,+∞)上单调递减,且g(1)=0.当0
(7)(多选)定义在(0,+∞)上的函数f(x)的导函数为f′(x),且(x+1)f′(x)-f(x)<x2+2x对任意x∈(0,+∞)恒成立.下列结论正确的是( )
A.2f(2)-3f(1)>5 B.若f(1)=2,x>1,则f(x)>x2+x+
C.f(3)-2f(1)<7 D.若f(1)=2,0<x<1,则f(x)>x2+x+
解析 CD 答案 设函数g(x)=,则g′(x)=.因为(x+1)f′(x)-f(x)<x2+2x对任意x∈(0,+∞)恒成立,所以g′(x)<0,故g(x)在(0,+∞)上单调递减,从而g(1)>g(2)>g(3),整理得2f(2)-3f(1)<5,f(3)-2f(1)<7,故A错误,C正确.当0<x<1时,若f(1)=2,因为g(x)在(0,+∞)上单调递减,所以g(x)>g(1)=,即>,即f(x)>x2+x+,故D正确,从而B不正确.即结论正确的是CD.
(8)已知函数f(x),对∀x∈R,都有f(-x)+f(x)=x2,在(0,+∞)上,f′(x)
答案 B 解析 因为对∀x∈R,都有f (-x)+f (x)=x2,所以f (0)=0,设g(x)=f (x)-x2,则g(-x)=f (-x)-x2,所以g(x)+g(-x)=f (x)-x2+f (-x)-x2=0,又g(0)=f (0)-0=0,所以g(x)为奇函数,且f (x)=g(x)+x2,所以f (4-m)-f (m)=g(4-m)+(4-m)2-=g(4-m)-g(m)+8-4m≥8-4m,则g(4-m)-g(m)≥0,即g(4-m)≥g(m).当x>0时,g′(x)=f ′(x)-x<0,所以g(x)在(0,+∞)上为减函数,又g(x)为奇函数,所以4-m≤m,解得m≥2.
(9)已知函数y=f(x)是R上的可导函数,当x≠0时,有f′(x)+>0,则函数F(x)=xf(x)+的零点个数是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
答案 B 解析 依题意,记g(x)=xf(x),则g′(x)=xf′(x)+f(x),g(0)=0,当x>0时,g′(x)=x[f′(x)+]>0,g(x)是增函数,g(x)>0;当x<0时,g′(x)=x[f′(x)+]<0,g(x)是减函数,g(x)>0.在同一坐标系内画出函数y=g(x)与y=-的大致图象,结合图象可知,它们共有1个公共点,因此函数F(x)=xf(x)+的零点个数是1.
(10)函数f(x)满足x2f′(x)+2xf(x)=,f(2)=,当x>0时,f(x)的极值状态是___________.
答案 没有极大值也没有极小值 解析 因为x2f′(x)+2xf(x)=,关键因为等式右边函数的原函数不容易找出,因此把等式左边函数的原函数找出来,设h(x)=x2f(x),则h′(x)=,且h(2)=,因为x2f′(x)+2xf(x)=,则f′(x)=,判断f(x)的极值状态就是判断f′(x)的正负,设g(x)=ex-2h(x),则g′(x)=ex-2h′(x)=ex-2·=ex·,这里涉及二阶导,g(x)在x=2处取得最小值0,因此g(x) ≥0,则f′(x)≥0,故f(x)没有极大值也没有极小值(有难度,但不失为好题目).
【对点训练】
1.已知函数f(x)的定义域为R,f(-1)=2,且对任意x∈R,f′(x)>2,则f(x)>2x+4的解集为( )
A.(-1,1) B.(-1,+∞) C.(-∞,-1) D.(-∞,+∞)
1.答案 B 解析 由f(x)>2x+4,得f(x)-2x-4>0.设F(x)=f(x)-2x-4,则F′(x)=f′(x)-2.因为f′(x)
>2,所以F′(x)>0在R上恒成立,所以F(x)在R上单调递增.又F(-1)=f(-1)-2×(-1)-4=2+2-4=0,故不等式f(x)-2x-4>0等价于F(x)>F(-1),所以x>-1,故选B.
2.已知函数f(x)(x∈R)满足f(1)=1,f(x)的导数f′(x)<,则不等式f(x2)<+的解集为 .
2.答案 {x|x<-1或x>1} 解析 设F(x)=f(x)-x,∴F′(x)=f′(x)-,∵f′(x)<,∴F′(x)=f′(x)-<0,
即函数F(x)在R上单调递减.∵f(x2)<+,∴f(x2)-
3.已知定义域为R的函数f(x)的导数为f′(x),且满足f′(x)<2x,f(2)=3,则不等式f(x)>x2-1的解集是( )
A.(-∞,-1) B.(-1,+∞) C.(2,+∞) D.(-∞,2)
3.答案 D 解析 令g(x)=f(x)-x2,则g′(x)=f′(x)-2x<0,即函数g(x)在R上单调递减.又不等式f(x)>x2
-1可化为f(x)-x2>-1,而g(2)=f(2)-22=3-4=-1,所以不等式可化为g(x)>g(2),故不等式的解集为(-∞,2).故选D.
4.定义在(0,+∞)上的函数f(x)满足x2f′(x)+1>0,f(1)=4,则不等式f(x)>+3的解集为________.
4.解析 (1,+∞) 答案 由x2f′(x)+1>0得f′(x)+>0,构造函数g(x)=f(x)--3,则g′(x)=f′(x)+
>0,即g(x)在(0,+∞)上是增函数.又f(1)=4,则g(1)=f(1)-1-3=0,从而g(x)>0的解集为(1,+∞),即f(x)>+3的解集为(1,+∞).
5.设f(x)为R上的奇函数,当x≥0时,f′(x)-cosx<0,则不等式f(x)
单调递减,又f(x)为R上的奇函数,∴φ(x)为R上的奇函数,∴φ(x)在(-∞,0]上单调递减,故φ(x)在R上单调递减且φ(0)=0,不等式f(x)
6.设f(x)和g(x)分别是定义在R上的奇函数和偶函数,f′(x),g′(x)分别为其导数,当x<0时,f′(x)g(x)+
f(x)g′(x)>0,且g(-3)=0,则不等式f(x)g(x)<0的解集是( )
A.(-3,0)∪(3,+∞) B.(-3,0)∪(0,3)
C.(-∞,-3)∪(3,+∞) D.(-∞,-3)∪(0,3)
6.答案 D 解析 令h(x)=f(x)g(x),当x<0时,h′(x)=f′(x)g(x)+f(x)g′(x)>0,则h(x)在(-∞,0)上单
调递增,又f(x),g(x)分别是定义在R上的奇函数和偶函数,所以h(x)为奇函数,所以h(x)在(0,+∞)上单调递增.又由g(-3)=0,可得h(-3)=-h(3)=0,所以当x<-3或0<x<3时,h(x)<0,故选D.
7.设f(x),g(x)是定义在R上的恒大于0的可导函数,且f′(x)g(x)-f(x)g′(x)<0,则当a<x<b时,有( )
A.f(x)g(x)>f(b)g(b) B.f(x)g(a)>f(a)g(x) C.f(x)g(b)>f(b)g(x) D.f(x)g(x)>f(a)g(a)
7.解析 C 答案 令F(x)=,则F′(x)=<0,所以F(x)在R上单调递减.又a<x
<b,所以>>.又f(x)>0,g(x)>0,所以f(x)g(b)>f(b)g(x).
8.设函数f(x)在R上存在导数f′(x),对任意x∈R,都有f(-x)+f(x)=x2,在(0,+∞)上f′(x)
8.答案 [1,+∞) 解析 令g(x)=f(x)-,则g(-x)+g(x)=0,g(x)是R上的奇函数.又当x∈(0,+
∞)时,g′(x)=f′(x)-x<0,所以g(x)在(0,+∞)上单调递减,所以g(x)是R上的单调减函数.原不等式等价于g(2-m)+g(-m)≥0,g(2-m)≥-g(-m)=g(m),所以2-m≤m,m≥1.
9.已知f(x)是定义在R上的减函数,其导函数f′(x)满足+x<1,则下列结论正确的是( )
A.对于任意x∈R,f(x)<0 B.对于任意x∈R,f(x)>0
C.当且仅当x∈(-∞,1),f(x)<0 D.当且仅当x∈(1,+∞),f(x)>0
9.答案 B 解析 ∵+x<1,f(x)是定义在R上的减函数,f′(x)<0,∴f(x)+xf′(x)>f′(x),∴f(x)+(x-
1)f′(x)>0,∴[(x-1)f(x)]′>0,∴函数y=(x-1)f(x)在R上单调递增,而x=1时,y=0,则x<1时,y<0,故f(x)>0.x>1时,x-1>0,y>0,故f(x)>0,∴f(x)>0对任意x∈R成立,故选B.
10.已知y=f(x)为R上的可导函数,当x≠0时,f′(x)+>0,若g(x)=f(x)+,则函数g(x)的零点个数
为( )
A.1 B.2 C.0 D.0或2
10.答案 C 解析 令h(x)=xf(x),因为当x≠0时,>0,所以>0,因此当x>0时,h′(x)
>0,当x<0时,h′(x)<0,又h(0)=0,易知当x≠0时,h(x)>0,又g(x)=,所以g(x)≠0,故函数g(x)的零点个数为0
考点五 构造具体函数关系式
【方法总结】
这类题型需要根据题意构造具体的函数关系式,通过具体的关系式去解决不等式及求值问题.
【例题选讲】
[例1] (1) (2020·全国Ⅰ)若2a+log2a=4b+2log4b,则( )
A.a>2b B.a<2b C.a>b2 D.a
A.α>β B.α2>β2 C.α<β D.α+β>0
答案 B 解析 构造函数f(x)=xsinx,则f′(x)=sinx+xcosx.当x∈时,f′(x)≥0,f(x)是增函数,当x∈时,f′(x)<0,f(x)是减函数,又f(x)为偶函数,∴αsinα-βsinβ>0⇔αsinα>βsinβ⇔f(α)>f(β)⇔f(|α|)>f(|β|)⇔|α|>|β|⇔α2>β2,故选B.
(3)(多选)若0
答案 AC 解析 令f(x)=x-lnx,∴f′(x)=1-=,当0
(4)已知函数f(x)=-ax,x∈(0,+∞),当x2>x1时,不等式-<0恒成立,则实数a的取值范围是( )
A.(-∞,e] B.(-∞,e) C.(-∞,) D.(-∞,]
答案 D 解析 由-<0,得x1f(x1)
A.(a+1)a+2>(a+2)a+1 B.loga(a+1)>loga+1(a+2)
C.loga(a+1)< D.loga+1(a+2)<
答案 ABD 解析 若A成立,则(a+1)a+2>(a+2)a+1,两边取自然对数,得(a+2)ln(a+1)>(a+1)ln(a+2),因为a≥2,所以>.令f(x)=,则x≥3,f′(x)=<0,故f(x)在[3,+∞)上单调递减,所以>,故A成立;若B成立,则loga(a+1)>loga+1(a+2),即>,设g(x)=,x≥2,则g′(x)==,令h(x)=x lnx,x≥2,则h′(x)=lnx+1>0,故h(x)在[2,+∞)上单调递增,所以x lnx-(x+1)ln(x+1)<0,所以g′(x)<0,故g(x)在[2,+∞)上单调递减,所以>,故B成立;若C成立,则loga(a+1)<,即<,由A知f(x)=在[2,e)上单调递增,在(e,+∞)上单调递减,取a=2,故C不成立;若D成立,则loga+1(a+2)<,即<,由A知D成立.故选ABD.
(6) (2021·全国乙)设a=2ln1.01,b=ln1.02,c=-1,则( )
A.a 答案 B 解析 b-c=ln1.02-+1,设f(x)=ln(x+1)-+1,则b-c=f(0.02),f′(x)=-=,当x>0时,x+1=>,故当x>0时,f′(x)=<0,所以f(x)在(0,+∞)上单调递减,所以f(0.02)
A.f′=0 B.f(x)在x=处取得极大值 C.0
1.若a=,b=,c=,则( )
A.a 1.答案 C 解析 设f(x)=,则f′(x)=,所以f(x)在(0,e)上单调递增,在(e,+∞)上单调递
减,即有f(6)
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件 C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
2.答案 D 解析 因为a,b>0,由aa>bb可得aln a>bln b.设函数f(x)=xln x,则f′(x)=ln x+1,由f′(x)>0
可得x>,所以函数f(x)=xlnx在上单调递减,在上单调递增,所以a>b不一定有aln a>blnb,即aa>bb,所以充分性不成立;当aa>bb,即aln a>bln b时,不一定有a>b,所以必要性不成立,所以“a>b”是“aa>bb”的既不充分也不必要条件,故选D.
3.已知0
调递增;由f′(x)<0,得0
A.(1)(3) B.(2)(3) C.(1)(4) D.(2)(4)
4.答案 C 解析 由ab=ba两边取对数得bln a=aln b⇒=.对于y=,由图象易知当b
5.设x,y,z为正数,且2x=3y=5z,则( )
A.2x<3y<5z B.5z<2x<3y C.3y<5z<2x D.3y<2x<5z
5.答案 D 解析 令2x=3y=5z=t(t>1),两边取对数得x=log2t=,y=log3t=,z=log5t=,
从而2x=ln t,3y=ln t,5z=ln t.由t>1知,要比较三者大小,只需比较,,的大小.又=,e<3<4<5,由y=在(e,+∞)上单调递减可知,>>,从而<<,3y<2x<5z,故选D.
6.已知a<5且ae5=5ea,b<4且be4=4eb,c<3且ce3=3ec,则( )
A.c 6.答案 D 解析 方法一 由已知=,=,
=,设f(x)=,则f′(x)=,所以f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,所以f(3)
7.若0
7.答案 B 解析 -≤-,即+≤+,令f(x)=+,则f(x)在(0,a)上为增函数,
所以f′(x)≥0在(0,a)上恒成立,f′(x)=,令f′(x)=0,解得x=1,所以f(x)在(0,1)上为增函数,在(1,+∞)上为减函数,所以a≤1,所以a的最大值为1,选B.
8.下列四个命题:①ln 5
A.1 B.2 C.3 D.4
8.答案 B 解析 构造函数f(x)=,则f′(x)=,当x∈(0,e)时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x
∈(e,+∞)时,f′(x)<0,f(x)单调递减.①ln 5
9.已知函数f(x)=ex+mlnx(x∈R),若对任意正数x1,x2,当x1>x2时,都有f(x1)-f(x2)>x1-x2成立,
则实数m的取值范围是________.
9.答案 m≥0 解析 由f(x1)-f(x2)>x1-x2得,f(x1)-x1>f(x2)-x2,令g(x)=f(x)-x,所以g(x1)>g(x2)
,所以g(x)在(0,+∞)单调递增,又g(x)=f(x)-x=ex+mlnx-x,所以g′(x)=ex+-1≥0,在(0,+∞) 上恒成立,即m≥(1-ex)x,令h(x)=(1-ex)x,则h′(x)=-ex(x+1)+1<0,所以h(x)在(0,+∞)单调递减,所以h(x)min=0(但取不到).所以m≥0.
10.若实数a,b满足2a+3a=3b+2b,则下列关系式中可能成立的是( )
A.0 10.答案 ABD 解析 因为实数a,b满足2a+3a=3b+2b,所以设f(x)=2x+3x,g(x)=3x+2x,在同一
平面直角坐标系中作出f(x)与g(x)的图象如图所示.由图象可知:①当x<0 时,f(x)
11.已知函数f(x)=-ax,x∈(0,+∞),当x2>x1时,不等式<恒成立,则实数a的取值范围为( )
A.(-∞,e] B.(-∞,e) C. D.
11.答案 D 解析 因为x∈(0,+∞),所以x1f(x1)
12.设f′(x)为函数f(x)的导函数,已知x2f′(x)+xf(x)=lnx,f(e)=,则下列结论正确的是( )
A.f(x)在(0,+∞)单调递增 B.f(x)在(0,+∞)单调递减
C.f(x)在(0,+∞)上有极大值 D.f(x)在(0,+∞)上有极小值
12.答案 B 解析 由x2f′(x)+xf(x)=lnx,得xf′(x)+f(x)=,构造F′(x)=xf′(x)+f(x)=,F(x)=xf(x)
=+m,当x=e时,xf(x)=+m,又e f(e)=+m,所以m=,所以f(x)=,所以f′(x)=-≤0,f(x)在(0,+∞)单调递减,选B.
13.(多选)下列不等式中恒成立的有( )
A.ln(x+1)≥,x>-1 B.ln x≤,x>0
C.ex≥x+1 D.cos x≥1-x2
13.答案 ACD 解析 A选项,因为x>-1,令t=x+1>0,f(t)=ln t+-1,则f′(t)=-=,所
以当0
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