2023-2024学年天津一中高二(下)月考数学试卷(3月份)(含解析)
展开1.下列函数的求导正确的是( )
A. (x−2)′=−2xB. (sinx)′=−csx
C. (ex+ln3)′=ex+13D. (lnx2)′=2x
2.等比数列{an}中,a2a4=16,a1+a5=17,则a3=( )
A. −4B. 2C. 4D. ±4
3.函数f(x)的定义域为开区间(a,b),导函数f′(x)在(a,b)内的图像如图所示,则函数f(x)在区间(a,b)内有极大值点( )
A. 1个B. 2个C. 3个D. 4个
4.设等差数列{an}的前n项和为Sn,a1>0,公差为d,a8+a9>0,a9<0,则下列结论不正确的是( )
A. d<0B. 当n=8时,Sn取得最大值
C. a4+a5+a18<0D. 使得Sn>0成立的最大自然数n是15
5.已知函数f(x)=(2−x)ex−ax在(0,2)上为减函数,则a的取值范围是( )
A. (−∞,2e)B. [e,+∞)C. (1,+∞)D. [1,+∞)
6.已知函数f(x)=13x3+3x2+ax的导函数为f′(x).若g(x)=14x,对任意x1∈[12,1],存在x2∈[12,2],使f′(x1)≤g(x2)成立,则实数a( )
A. 有最大值−132B. 有最小值−114C. 有最大值−114D. 有最小值−132
7.已知f(x)=aexx,x∈(0,+∞),且∀x1,x2∈(0,+∞),且x1
8.函数f(x)=13x3+ax2−x+3在区间(2,4)内存在极值点,则( )
A. −158≤a≤−34B. −158C. a≤−158或a≥−34D. a<−158或a>−34
9.已知定义在R上的函数f(x)的导数为f′(x),f(1)=e,且对任意的x满足f′(x)−f(x)
A. (−∞,1)B. (−∞,0)C. (0,+∞)D. (1,+∞)
二、填空题:本题共6小题,每小题5分,共30分。
10.函数f(x)=x−2lnx+1的单调递减区间为______.
11.若等差数列{an},{bn}的前n项和分别为Sn,Tn,且SnTn=2n+25n+3,则a2+a20b7+b15= ______.
12.已知函数f(x)=x3+ax2+bx+a2在x=1处取得极小值10,则ba的值为______.
13.已知函数f(x)=ax2−lnx在区间[1,2]上存在单调递增区间,则实数a的取值范围是______.
14.设函数f(x)=ex(x−1),函数g(x)=mx−m(m>0),若对任意的x1∈[−2,2],总存在x2∈[−2,2],使得f(x1)=g(x2),则实数m的取值范围是______
15.若函数f(x)=x2−1与g(x)=alnx−1的图象存在公共切线,则实数a的最大值为______.
三、解答题:本题共5小题,共75分。解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤。
16.(本小题14分)
已知函数f(x)=2x3−ax2+12x+b在x=2处取得极小值5.
(1)求实数a,b的值;
(2)当x∈[0,3]时,求函数f(x)的最小值.
17.(本小题15分)
已知数列{an}满足a1=−13,3an+1=2an−n−3(n∈N*).
(1)求证:数列{an+n}为等比数列,并求{an}的通项公式;
(2)设bn=(n−12)(an+n),求{bn}的前n项和.
18.(本小题15分)
已知正项数列{an}前n项和为Sn,且满足a1=2,6Sn=(an+2)(an+1).
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若数列{bn}满足bn=(−1)nan+1anan+1,求数列{bn}的前2n项和T2n.
19.(本小题15分)
已知函数f(x)=alnx+12(x−1)2,a∈R.
(1)当a=−2时,求函数f(x)的单调区间;
(2)若∀x∈[1,+∞),都有f(x)≥0,求实数a的取值范围;
(3)设g(x)=lnx+12x2+ax+12,若∃x0∈[1,e],使得f(x0)>g(x0)成立,求实数a的取值范围.
20.(本小题16分)
设m为实数,函数f(x)=lnx−mx.
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)当m=e时,直线y=ax+b是曲线y=f(x)的切线,求a+2b的最小值;
(3)若方程f(x)=(2−m)x+n(n∈R)有两个实数根x1,x2(x1
答案和解析
1.【答案】D
【解析】解:根据题意,依次分析选项:
对于A,(x−2)′=−2x−3=−2x3,A错误;
对于B,(sinx)′=csx,B错误;
对于C,(ex+ln3)′=(ex)′+(ln3)′=ex,C错误;
对于D,(lnx2)′=2x,D正确;
故选:D.
根据题意,依次分析选项中导数的计算,综合可得答案.
本题考查导数的计算,注意导数的计算公式,属于基础题.
2.【答案】C
【解析】解:等比数列{an}中,a2a4=16,所以a1a5=16,
又a1+a5=17,
所以a1=1,a5=16或a1=16,a5=1,
因为a22=a1a3,所以a3>0,
因为a32=a1a5=16,所以a3=4.
故选:C.
利用等比数列的性质直接求解.
本题主要考查了等比数列的性质,属于基础题.
3.【答案】A
【解析】解:由导函数的图象可知,在区间(a,b)内,f′(x)与x轴共有四个交点,
第一个点处导数左负右正,第二个点处导数左正右负,
第三个点处导数左负右负,第四个点处导数左负右正,
则函数f(x)在区间(a,b)内极大值有1个.
故选:A.
考虑导数与x轴的交点的左右两侧导数的变化,结合图象即可得出结论.
本题考查运用导数判断极值的方法,考查数形结合思想,属于中档题.
4.【答案】D
【解析】解:因为等差数列{an}中,a8+a9>0,a9<0,
所以a8>0,a9<0,d=a9−a8<0,A正确;
当n=8时,Sn取得最大值,B正确;
a4+a5+a18=3a1+24d=3(a1+8d)=3a9<0,C正确;
S16=8(a1+a16)=8(a8+a9)>0,S17=17(a1+a17)2=17a9<0,
故Sn>0成立的最大自然数n=16,D错误.
故选:D.
由已知结合等差数列的通项公式,性质及求和公式分析各选项即可判断.
本题主要考查了等差数列的性质及求和公式的应用,考查了分析问题的能力,属于中档题.
5.【答案】D
【解析】解:f′(x)=−ex+(2−x)ex−a=(1−x)ex−a,
因为f(x)在(0,2)上为减函数,
所以f′(x)=(1−x)ex−a≤0在(0,2)上恒成立,即a≥(1−x)ex,
设g(x)=(1−x)ex,则g′(x)=−xex<0,
所以g(x)在(0,2)上单调递减,
所以g(x)
故选:D.
原问题等价于f′(x)≤0在(0,2)上恒成立,即a≥(1−x)ex,再求得y=(1−x)ex在(0,2)上的最大值,即可.
本题考查利用导数研究函数的单调性与最值,熟练掌握参变分离法是解题的关键,考查逻辑推理能力和运算能力,属于中档题.
6.【答案】A
【解析】解:f′(x)=x2+6x+a,
若对任意x1∈[12,1],存在x2[12,2],使f′(x1)≤g(x2)成立,
则f′(x1)max≤g(x2)max成立,
因为f′(x)=x2+6x+a=(x+3)2+a−9在[12,1]上单调递增,
所以当x=1时,f′(x)取得最大值7+a,
因为g(x)在[12,2]上单调递减,当x=12时,g(x)取得最大值12,
所以7+a≤12,即a≤−132.
故选:A.
由题意可得,f′(x1)max≤g(x2)max成立,然后结合二次函数及指数函数的单调性即可求解.
本题主要考查了恒成立及存在性问题与最值关系的转化,还考查了导数与单调性及单调性在函数最值求值中的应用,属于中档题.
7.【答案】B
【解析】解:∵∀x1,x2∈(0,+∞),且x1
g′(x)=aex−2x≥0,对∀x∈(0,+∞)恒成立,
即a≥2xex,对∀x∈(0,+∞)恒成立,∴只需a≥(2xex)max,
令t(x)=2xex(x>0),则t′(x)=2(1−x)ex,
∴当0
∴t(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,
∴t(x)max=t(1)=2e,∴a≥2e,
∴a的取值范围为[2e,+∞).
故选:B.
根据条件将问题转化为x1f(x1)
8.【答案】B
【解析】解:f(x)=13x3+ax2−x+3,x∈(2,4),则f′(x)=x2+2ax−1,
函数f(x)=13x3+ax2−x+3在(2,4)内存在极值点,
则f′(x)=x2+2ax−1在(2,4)内有异号零点,则−a≤0f′(2)<0f′(4)>0或−a>0f′(2)<0f′(4)>0,
即−a≤022+4a−1<042+8a−1>0或−a>022+4a−1<042+8a−1>0,
解得−158故选:B.
依据导函数,判定函数的单调性,列出关于实数a的不等式组,即可求得a的范围.
本题考查了利用导数研究函数的极值,考查了转化思想,属中档题.
9.【答案】A
【解析】解:令g(x)=f(x)ex−x,
g′(x)=f′(x)ex−exf(x)(ex)2−1=f′(x)−f(x)−exex,
因为对任意的x满足f′(x)−f(x)
所以g(x)在R上单调递减,
又f(1)=e,
所以g(1)=f(1)e−1=0,
不等式f(x)>xex等价于g(x)>0,即g(x)>g(1),
所以x<1.
故选:A.
令g(x)=f(x)ex−x,求导分析单调性,不等式f(x)>xex等价于g(x)>0,即g(x)>g(1),进而可得答案.
本题考查导数的综合应用,解题中注意转化思想的应用,属于中档题.
10.【答案】(0,2)
【解析】解:函数f(x)的定义域为(0,+∞),
f′(x)=1−2x=x−2x,
令f′(x)=x−2x<0,得0
故答案为:(0,2).
求导,再令f′(x)<0即可得解.
本题考查利用导数求单调区间,解题中注意转化思想的应用,属于中档题.
11.【答案】1127
【解析】解:因为SnTn=2n+25n+3,且S21T21=21(a1+a21)221(b1+b21)2=a1+a21b1+b21=2a112b11=a11b11,
故a2+a20b7+b15=2a112b11=a11b11=S21T21=2×21+25×21+3=1127.
故答案为:1127.
由等差数列前n项和的性质,即可得到答案.
本题主要考查等差数列的性质,属于基础题.
12.【答案】−114
【解析】解:f′(x)=3x2+2ax+b,由题意f′(1)=3+2a+b=0f(1)=1+a+b+a2=10,
解得a=−3b=3或a=4b=−11,
若a=−3,b=3,f′(x)=3x2−6x+3=3(x−1)2,x=1不是极值点,舍去.
a=4,b=−11时,f′(x)=3x2+8x−11=(x−1)(3x+11),
−113
x=−113是极大值点,x=1是极小值点,满足题意.
∴ba=−114.
故答案为:−114.
由题意说明f′(1)=0,f(1)=10,由此可求得a,b的比值.然后代入检验1是极小值点.
本题主要考查利用导数研究函数的极值问题,体现了转化的思想方法,属于中档题.
13.【答案】(18,+∞)
【解析】解:因为f(x)=ax2−lnx,x>0,
∴f′(x)=2ax−1x,
若f(x)在[1,2]上存在单调递增区间,则f′(x)>0在[1,2]上有解,
即a>12x2在[1,2]上有解,
∴a>(12x2)min,
又(12x2)min=18,
∴a>18,
则a的取值范围是:(18,+∞).
故答案为:(18,+∞).
f(x)在区间[1,2]上存在单调递增区间转换成f′(x)>0在[1,2]上能成立,分离参数得a≥12x2,转换成求函数12x2最小值,从而得实数a的取值范围.
本题考查导数的综合应用,解题中注意转化思想的应用,属于中档题.
14.【答案】[e2,+∞)
【解析】解:f(x)=ex(x−1)的导数为f′(x)=xex,
当x>0时,f(x)递增;x<0时,f(x)递减,
即x=0时,f(x)取得极小值,且为最小值−1;
由f(−2)=−3e−2,f(2)=e2,
可得f(x)在[−2,2]的值域为[−1,e2].
由g(x)=mx−m(m>0)在[−2,2]递增,
可得g(x)的值域为[−3m,m].
又对任意的x1∈[−2,2],总存在x2∈[−2,2],使得f(x1)=g(x2),
可得[−1,e2]⊆[−3m,m],
即为−3m≤−1
即m的取值范围是[e2,+∞).
故答案为:[e2,+∞).
由题意可得f(x)在[−2,2]的值域包含于g(x)在[−2,2]的值域,运用导数和函数的单调性可得函数的值域,解不等式即可得到所求范围.
本题考查任意存在性问题解法,注意运用转化思想,考查函数的值域的求法,以及运算能力和推理能力,属于中档题.
15.【答案】2e
【解析】解:由题意得,f′(x)=2x,g′(x)=ax.
设公切线与f(x)=x2−1的图象切于点(x1,x12−1),
与g(x)=alnx−1的图象切于点(x2,alnx2−1),
∴2x1=ax2=(alnx2−1)−(x12−1)x2−x1=alnx2−x12x2−x1,
∴a=2x1x2≠0,∴2x1=2x1x2lnx2−x12x2−x1,
∴x1=2x2−2x2lnx2,∴a=2x1x2=4x22−4x22lnx2.
设h(x)=4x2−4x2lnx,则h′(x)=4x(1−2lnx),
∴h(x)在(0, e)上单调递增,在( e,+∞)上单调递减,
∴h(x)max=h( e)=2e,
∴实数a的最大值为2e.
故答案为:2e.
由导数的几何意义将公共切线的斜率分别由两函数上的切点横坐标x1,x2表示,并据此建立关系,将a由切点坐标x2表示,进而将a转化为关于x2的函数,通过求导求其最大值.
本题考查导数的几何意义,考查转化思想以及运算求解能力,属于中档题.
16.【答案】解:(1)由f(x)=2x3−ax2+12x+b,得f′(x)=6x2−2ax+12,
因为f(x)在x=2处取极小值5,所以f(2)=24−4a+12=0,解得a=9,
此时f′(x)=6x2−18x+12x=6(x−1)(x−2),
所以f(x)在(1,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,
所以f(x)在x=2时取极小值,符合题意,
所以a=9,f(x)=2x3−9x2+12x+b.
又f(2)=4+b=5,所以b=1,
所以a=9,b=1.
(2)f(x)=2x3−9x2+12x+1,所以f′(x)=6(x−1)(x−2),
f(x)和f′(x)随着x的变化情况如下表所示.
所以x∈[0,3]时,f(x)min=f(0)=1.
【解析】(1)对f(x)求导,根据函数f(x)在x=2处取得极小值5,列方程求出a,b的值即可;
(2)对f(x)求导,判断f(x)在[0,3]上的单调性,再求出f(x)的最小值即可.
本题考查了利用导数研究函数的单调性与极值,利用导数求函数在给定区间上的最值,属基础题.
17.【答案】解:(1)证明:由3an+1=2an−n−3,得3an+1+3(n+1)=2an+2n,
所以3[an+1+(n+1)]=2(an+n).
又a1+1=23,所以数列{an+n}是首项为23,公比为23的等比数列,
所以an+n=23⋅(23)n−1=(23)n,
故an=(23)n−n.
(2)由(1)知bn=(n−12)(an+n)=(n−12)⋅(23)n.
设{bn}的前n项和为Tn,
所以Tn=12×(23)1+32×(23)2+…+(n−12)×(23)n,①
23Tn=12×(23)2+32×(23)3+…+(n−12)×(23)n+1,②
①−②得13Tn=13+(23)2+(23)3+…+(23)n−(n−12)×(23)n+1
=13+(23)2[1−(23)n−1]1−23−(n−12)×(23)n+1
=53−(23)n(53+23n).
所以Tn=5−(2n+5)⋅(23)n.
【解析】(1)根据递推关系式变形化简,利用等比数列的定义即可证明得解;
(2)利用错位相减法求和即可得解.
本题考查等比数列的定义、通项公式和求和公式,以及数列的错位相减法求和,考查转化思想和运算能力,属于中档题.
18.【答案】解:(1)因为6Sn=(an+2)(an+1)=an2+3an+2,则6Sn+1=an+12+3an+1+2,
两式相减得:6an+1=an+12−an2+3an+1−3an,
整理得(an+1−an−3)(an+1+an)=0,
且{an}为正项数列,可知an+1+an>0,
可得an+1−an−3=0,即an+1−an=3,
可知数列{an}是以首项a1=2,公差d=3的等差数列,
所以an=2+3(n−1)=3n−1.
(2)由(1)可得bn=(−1)nan+1(3n−1)(3n+2)=(−1)nan+13(13n−1−13n+2),
当n为奇数,则(−1)nan+(−1)n+1an+1=−an+an+1=3,
可得T2n=b1+b2+⋅⋅⋅+b2n
=[(−a1+a2)+(−a3+a4)+⋅⋅⋅+(−a2n−1+a2n)]+13(12−15+15−18+⋅⋅⋅+16n−1−16n+2)
=3n+16(1−13n+1),
所以T2n=3n+16(1−13n+1).
【解析】(1)根据an与Sn之间的关系分析可知数列{an}是等差数列,结合等差数列通项公式运算求解;
(2)由(1)可得bn=(−1)nan+13(13n−1−13n+2),利用分组求和以及裂项相消法运算求解.
本题主要考查了数列的和与项的递推关系的应用,还考查了等差数列的通项公式的应用,分组求和方法的应用,属于中档题.
19.【答案】解:(1)当a=−2时,f(x)=−2lnx+12(x−1)2,
∴f′(x)=−2x+x−1=x2−x−2x=(x−2)(x+1)x(x>0),
令f′(x)=0,解得x=−1,x=2,
当0
所以f(x)在(0,2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增.
(2)∀x∈[1,+∞),都有f(x)≥0,
即x∈[1,+∞)时,f(x)min≥0恒成立,
f′(x)=ax+x−1=x2−x+ax(x≥1),令h(x)=x2−x+a,
①当Δ≤0,即1−4a≤0,a≥14时,
h(x)≥0,即f′(x)≥0,所以f(x)在[1,+∞)单增,
所以f(x)min=f(1)=0,满足题意.
②当Δ≥0,即1−4a≥0,a≤14时,
此时x=1− 1−4a2,x=1+ 1−4a2,
i)当1+ 1−4a2≤1时,即0≤a≤14时,
h(x)≥0,即f′(x)≥0,所以f(x)在[1,+∞)单增,
所以f(x)min=f(1)=0,满足题意.
ii)当1+ 1−4a2≥1时,即a≤0时,
此时f(1)=0,所以f(x)min=f(1+ 1−4a2)<0,不满足题意.
综上所述:当a≥0时,满足x∈[1,+∞)时,f(x)min≥0恒成立.
∴a∈[0,+∞).
(3)令m(x)=f(x)−g(x)=(a−1)lnx−x−ax,
即存在x0∈[1,e],使得m(x0)=(a−1)lnx0−x0−ax0>0,
即存在x0∈[1,e],使得m(x)max>0,
m′(x)=a−1x−1+ax2=−x2+(a−1)x+ax2=(x+1)(−x+a)x2,
i)当a≤1时,此时在x∈[1,e]上,m′(x)≤0,m(x)单调递减,
∴m(x)max=m(1)=−1−a>0,即a<−1,满足题意.
ii)当10,m(x)单调递增,
在x∈[a,e]上,m′(x)<0,m(x)单调递增.
∴m(x)max=m(a)=(a−1)lna−a−1,
∵1∴m(x)max=m(a)<0,不满足题意.
iii)当a≥e时,此时在x∈[1,e]上,m′(x)≥0,m(x)单调递增,
∴m(x)max=m(e)=a−1−e−ae>0,解得a>e2+ee−1,满足题意.
综上所述:a∈(−∞,−1)∪(e2+ee−1,+∞).
【解析】(1)代入a=−2,求导即可得出函数f(x)的单调区间;
(2)∀x∈[1,+∞),都有f(x)≥0等价于x∈[1,+∞)时,f(x)min≥0恒成立,然后分类讨论求f(x)min即可.
(3)令m(x)=f(x)−g(x)=(a−1)lnx−x−ax,即存在x0∈[1,e],使得m(x)max>0,然后分类讨论求m(x)max>0即可求解.
本题主要考查了导数与单调性关系的应用,还考查了由不等式恒成立求解参数范围,体现了分类讨论思想的应用,属于中档题.
20.【答案】解:(1)因为f(x)=lnx−mx,
∴f′(x)=1x−m=−mx+1x,(x>0),
当m≤0时,f′(x)>0在(0,+∞)上恒成立,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当m>0时,由f′(x)>0,解得0
综上,当m≤0时,函数f(x)的单调递增区间为(0,+∞);
当m>0时,函数f(x)的单调递增区间为(0,1m),单调递减区间为(1m,+∞);
(2)当m=e时,f(x)=lnx−ex,设切点为(x0,lnx0−ex0),
则切线斜率k=f′(x0)=1x0−e,
切线方程为y−(lnx0−ex0)=(1x0−e)(x−x0),y=(1x0−e)x+lnx0−1,
∴a=1x0−e,b=lnx0−1,∴a+2b=1x0+2lnx0−e−2,
令g(x0)=1x0+2lnx0−e−2,则g′(x0)=−1x02+2x0=2x0−1x02,
由g′(x0)<0,可得0
∴g(x0)在(0,12)上单调递减,在(12,+∞)上单调递增,
∴g(x0)min=g(12)=−e−2ln2,即a+2b的最小值为−e−2ln2;
(3)证明:由f(x)=lnx−mx=(2−m)x+n,可得lnx−2x=n,
令F(x)=lnx−2x,则F′(x)=1−2xx,
由F′(x)>0,可得0
∴F(x)在(0,12)上单调递增,在(12,+∞)上单调递减,且F(1)=−2,
∴n<−2,不妨设0
设φ(t)=h′(t)=1t+2lnt−e+2,则φ′(t)=2t−1t2,
由φ′(t)<0,可得0
∴h′(t)在(0,12)上单调递减,在(12,1)上单调递增,
∵h′(1e)=0,h′(1 e)= e−e+1<0,h′(1)=3−e>0,
则存在t0∈(1 e,1),使得h′(t0)=0,
∴h(t)在(0,1e)上单调递增,在(1e,t0)上单调递减,在(t0,1)上单调递增,
∵h(1e)=e−2e−2<0,h(1)=0,
∴h(t)=(2t+1)lnt−e(t−1)<0在0
【解析】(1)求出函数的导数,分类讨论根据其正负判断函数的单调性,求解即可;
(2)根据导数的几何意义得切线方程,进而可得a+2b的表达式,构造函数,然后利用导数求最值即可;
(3)由题可得lnx1x2=2(x1−x2),利用换元法变形为lnt=2(tx2−x2),从而将证明2x1+x2>e2,转化为证明(2t+1)lnt
0
(0,1)
1
(1,2)
2
(2,3)
3
f′(x)
+
0
−
0
+
f(x)
1
↑
极大值6
↓
极小值5
↑
10
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