2023-2024学年安徽省合肥七中高二(下)第一次段考数学试卷(含解析)
展开1.已知函数f(x)满足f(x)=x2f′(1)+lnx,则f′(12)=( )
A. −1B. 1C. −2D. 2
2.函数f(x)=x2⋅ex+1,x∈[−2,1]的最大值为( )
A. 4e−1B. 1C. e2D. 3e2
3.若关于x的方程lnx−ax=0有且只有2个实根,则a的取值范围是( )
A. (−∞,1e]B. (−∞,1e)C. (0,1e]D. (0,1e)
4.设函数f(x)=2x−2x−alnx在(1,2)上单调递减,则实数a的取值范围是( )
A. [4,5]B. (5,+∞)C. [4,+∞)D. [5,+∞)
5.已知f(x)=x3+3ax2+bx+a2在x=−1处有极值0,则a+b=( )
A. 11或4B. −4或−11C. 11D. 4
6.如图所示的五个区域中,现有四种颜色可供选择.要求每一个区域只涂一种颜色,相邻区域所涂颜色不同,则不同涂色方法种数为
( )
A. 24种B. 48种C. 72种D. 96种
7.定义在R上的函数f(x)的导函数为f′(x),若f′(x)>f(x),f(2)=1008,则不等式e2f(x+1)−1008ex+1>0的解集为( )
A. (−1,+∞)B. (2,+∞)C. (−∞,1)D. (1,+∞)
8.已知a,b,c∈(0,1),e是自然对数的底数,若ae4=4ea,be3=3eb,2c=ecln2,则有( )
A. a二、多选题:本题共3小题,共18分。在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求。
9.下列函数求导运算正确的是( )
A. (lg3x)′=1xln3B. (e−x)′=e−x
C. (xcsx)′=csx+xsinxD. [ln(2x+1)+f′(1)]′=22x+1
10.已知定义在R上的函数f(x),其导函数f′(x)的大致图象如图所示,则下列叙述不正确的是( )
A. f(a)>f(e)>f(d)
B. 函数f(x)在[a,b]上递增,在[b,d]上递减
C. 函数f(x)的极值点为c,e
D. 函数f(x)的极大值为f(b)
11.已知函数f(x)=(2x−1)ex−ax2−bx+b,a,b∈R.( )
A. 若曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为2x−y−2=0,且过点(1,e−2),则a=−1,b=2
B. 当a=b且0C. 当a=b时,若函数f(x)有三个零点,则a∈(8 e5e,1)∪(e,+∞)
D. 当a=0时,若存在唯一的整数x0,使得f(x0)<0,则b∈[32e,1)∪(3e2,52e3]
三、填空题:本题共3小题,每小题5分,共15分。
12.一个三层书架,分别放置语文书12本,数学书14本,英语书11本,从中取出一本,则不同的取法______种. (以数字作答)
13.若曲线y=(x+a)e2x有两条过坐标原点的切线,则实数a的取值范围是______.
14.已知对∀x∈[1e,e3],不等式emx+1+(m−1)x≥lnx−1恒成立,则实数m的最小值是______.
四、解答题:本题共5小题,共77分。解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤。
15.(本小题13分)
已知函数f(x)=x2+x−1ex.
(1)求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线的方程;
(2)求函数y=f(x)的极值.
16.(本小题15分)
已知0,1,2,3,4,5这六个数字.
(1)可以组成多少个数字不重复的三位奇数?
(2)可以组成多少个数字不重复的小于1000的自然数?
(3)可以组成多少个数字不重复的大于3000且小于5421的四位数?
17.(本小题15分)
为了积极响应国家“全面实施乡村振兴战略”的号召,某同学大学毕业后决定利用所学专业知识进行自主创业.经过市场调查,生产某种小型电子产品需投入固定成本3万元,每生产x万件,需另投入流动成本C(x)万元,当年产量小于10万件时,C(x)=9x+7x−14(万元);当年产量不小于10万件时,C(x)=6x+lnx+4ex−13(万元).已知每件产品售价为6元,假若该产品当年全部售完.
(1)写出年利润P(x)(万元)关于年产量x(万件)的函数解析式;(注:年利润=年销售收入−固定成本−流动成本)
(2)当年产量约为多少万件时,该产品所获年利润最大?最大年利润是多少?(结果保留一位小数,取ln2=0.7)
18.(本小题17分)
已知函数f(x)=ex−ln(x+m)
(Ⅰ)设x=0是f(x)的极值点,求m,并讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)当m≤2时,证明f(x)>0.
19.(本小题17分)
已知函数f(x)=[ln2x−(a+1)lnx+1]⋅x,a∈R,
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)若a=−1,对任意x1,x2∈(1,+∞),当x1>x2时,不等式|f(x1)−f(x2)|
1.【答案】B
【解析】解:∵f(x)=x2f′(1)+lnx,∴f′(x)=2xf′(1)+1x,∴f′(1)=−1,
∴f′(x)=−2x+1x,∴f′(12)=−1+2=1.
故选:B.
先对f(x)求导数,再求f′(1)可解决此题.
本题考查导数运算,考查数学运算能力,属于基础题.
2.【答案】C
【解析】解:f′(x)=xex+1(x+2)
令f′(x)=0得x=−2或x=0
当f′(x)>0时,x<−2或x>0;当f′(x)<0时,−2
所以函数的最大值为e2
故选:C.
求出函数的导函数,令导数为0求出根,判断根左右两边导函数的符号,求出函数的极值及端点值,在其中选出最大值.
利用导数求函数的最值时,求出函数的极值及端点值,选出最值即可.
3.【答案】D
【解析】解:由题意,可得a=lnxx,设f(x)=lnxx,f′(x)=1−lnxx2.
当0
当x>e时,f′(x)<0,f(x)为减函数且f(x)>0.
所以f(x)有最大值f(e)=1e,简图如下,
由图可知,0故选:D.
分离参数,可得a=lnxx,利用导数求解y=lnxx的单调性,结合图象可求实数a的取值范围.
本题考查了函数的零点与方程根的关系,利用导数研究函数的单调性,考查了转化思想,属基础题.
4.【答案】D
【解析】解:∵函数f(x)=2x−2x−alnx在(1,2)上单调递减,
∴f′(x)=2+2x2−ax≤0在(1,2)上恒成立,
即a≥2x+2x在(1,2)上恒成立,
而y=2x+2x在(1,2)上单调递增,故ymax>2×2+22=5,
∴a≥5.
故选:D.
利用函数单调性和导数之间的关系转化为f′(x)≤0恒成立,利用参数分离法进行求解即可.
本题主要考查函数单调性和导数的关系,利用参数分离法是解决本题的关键,比较基础.
5.【答案】C
【解析】解:根据题意,f(x)=3x2+6ax+b,
∵函数f(x)在x=−1处有极值0,
∴f′(−1)=3−6a+b=0且f(−1)=−1+3a−b+a2=0,
∴a=1,b=3或a=2,b=9,
a=1,b=2时f(x)=3x2+6x+3≥0恒成立,此时函数无极值点,
∴a=2,b=9,
∴a+b=11.
故选:C.
先求解导函数,再根据极值的概念求解参数的值即可.
本题考查导数的极值,考查学生的运算能力,属于中档题.
6.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查了区域涂色、种植花草作物这一类题目.解决此题的关键是分类要全要细.
每个区域只涂一种颜色,相邻区域颜色不相同,然后分类研究,A、C不同色;A、C同色两大类.
【解答】
解:分两种情况:(1)A、C不同色,先涂A有4种,C有3种,E有2种,B、D有1种,有4×3×2=24种;
(2)A、C同色,先涂A有4种,E有3种,B、D各有2种,有4×3×2×2=48种.
共有72种,
故选C.
7.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查了导数与函数单调性的关系,构造函数g(x)是解题的关键,属于中档题.
令g(x)=f(x)ex,对函数求导判断出单调性,利用g(x)的单调性解出不等式即可.
【解答】
解:令g(x)=f(x)ex,则g′(x)=f′(x)−f(x)ex>0,
所以g(x)在R上单调递增,
因为g(2)=1008e2,所以不等式e2f(x+1)−1008ex+1>0,
可变形得f(x+1)ex+1>f(2)e2,即g(x+1)>g(2),所以x+1>2,
解得x>1,
故选:D.
8.【答案】A
【解析】解:∵ae4=4ea,be3=3eb,2c=ecln2,
∴eaa=e44,ebb=e33,ecc=2ln2=4ln4=eln4ln4,
设f(x)=exx,x>0,则f′(x)=ex(x−1)x2,
由f′(x)=0得,x=1,
当f′(x)>0得x>1,
当f′(x)<0得0
∵1
∴a故选:A.
由ae4=4ea,be3=3eb,2c=ecln2得,eaa=e44,ebb=e33,ecc=2ln2=4ln4=eln4ln4,构造函数f(x)=exx,x>0,求导得出函数单调性,即可得出答案.
本题考查利用导数研究函数的单调性,考查转化思想和函数思想,考查逻辑推理能力和运算能力,属于中档题.
9.【答案】AD
【解析】【分析】
本题考查了基本初等函数、复合函数的求导公式,考查了计算能力,属于中档题.
根据基本初等函数、复合函数的求导公式求导即可.
【解答】
解:(lg3x)′=1xln3,(e−x)′=−e−x,
(xcsx)′=csx−xsinx,
[ln(2x+1)+f′(1)]′=22x+1.
故选:AD.
10.【答案】ABD
【解析】【分析】
本题考查导数与函数单调性的关系,属于基础题.
根据导数与函数单调性的关系及所给图象可得f(x)的单调性,判断函数的极值即可.
【解答】
解:由导数与函数单调性的关系知,当f′(x)>0时f(x)递增,f′(x)<0时f(x)递减,
结合所给图象知,x∈(a,c)时,f′(x)>0,
∴f(x)在(a,c)上单调递增,
x∈(c,e)时,f′(x)<0,
∴f(x)在(c,e)上单调递减,
函数f(x)在x=c处取得极大值,在x=e处取得极小值;
f(c)>f(e),
故选:ABD.
11.【答案】BCD
【解析】解:A选项,f′(x)=(2x+1)ex−2ax−b,
则f(1)=e−a=e−2,f′(0)=1−b=2,则a=2,b=−1,故A错误;
B选项,当a=b时,f(x)=(2x−1)ex−ax2−ax+a,
f′(x)=(2x+1)ex−2ax−a=(2x+1)(ex−a),
因为0f′(x)>0⇒x<1na或x>−12⇒f(x)在(−∞,lna),(−12,+∞)上单调递增,
则f(x)在(0,+∞)上单调递增,故B正确;
C选项,当a=b时,令f(x)=(2x−1)ex−ax2−ax+a=0,
注意到当x2+x−1=0时,f(x)≠0,则a=(2x−1)exx2+x−1,
则函数f(x)有三个零点,相当于直线y=a与函数y=(2x−1)exx2+x−1的图象有三个交点.
令g(x)=(2x−1)exx2+x−1,其中x≠−1− 52,−1+ 52,
g′(x)=x(2x+1)(x−1)ex(x2+x−1)2
g′(x)>0⇒−12
g′(x)<0⇒x<−1− 52或−1− 52
又x→−∞,g(x)→0,x→+∞,g(x)→+∞,
则可得g(x)大致图象如下,
则由图可得,当a∈(8 e5e,1)∪(e,+∞)时,直线y=a与函数y=(2x−1)exx2+x−1图象有三个交点,
即此时函数f(x)有三个零点,故C正确;
D选项,由题可得,ex0(2x0−1)即存在唯一整数x0,使得h(x)=ex(2x−1)的图象在n(x)=a(x−1)下方,
则h′(x)>0⇒x>−12,h′(x)<0⇒x<−12,
得h(x)在(−∞,−12)上单调递减,在(−12,+∞)上单调递增,
又x→−∞,h(x)→0,x→+∞,h(x)→+∞,n(x)=a(x−1)过定点(1,0),
可在同一坐标系下做出h(x)与n(x)图象,
又设h(x)过(1,0)点切线方程的切点为(x1,h(x1)),
则切线方程为:y=h′(x1)(x−x1)+h(x1),因其过(1,0),
则0=h′(x1)(1−x1)+h(x1)=(3x1−2x12)ex1,解得x1=0或32,
又注意到h(1)>n(1),结合两函数图象,可知x0=0或2.
当x0=0时,如图1,需满足h(0)
故选:BCD.
A选项,由导数几何意义结合题意可知f(1)=e−a=e−2,f′(0)=1−b=2,即可判断正误;
B选项,利用导数得到f(x)的单调区间,即可判断正误;
C选项,f(x)有三个零点等价于直线y=a与函数y=(2x−1)exx2+x−1图象有3个交点,利用导数判断单调性,极值情况,即可判断正误;
D选项,存在唯一整数x0,使h(x)=ex(2x−1)图象在直线n(x)=a(x−1)下方,利用导数研究h(x)=ex(2x−1)的单调性,极值情况,可得其大致图象,后利用切线知识结合h(x),n(x)图象可确定x0及相关不等式,即可判断选项正误.
本题考查导数的综合应用,属于中档题.
12.【答案】37
【解析】解:由题意可知选择拿语文书:有12种不同的拿法,
数学书有14种不同的拿法,
英语书有11种不同的拿法,
则从中取出一本,则不同的取法共有12+14+11=37种;
故答案为:37.
根据题意,分3种情况讨论:选择拿语文书:有12种不同的拿法,数学书有14种不同的拿法,英语书有11种不同的拿法,然后把这三种情况的数量加在一起即可
本题考查加法原理的应用,注意按取出书的类型不同分类讨论.
13.【答案】{a|a<−2或a>0}
【解析】解:由题设,令切线方程为y=kx,而y′=f′(x)=(2x+2a+1)e2x,
若切点为(t,kt),则f′(t)=(2t+2a+1)e2t=k且f(t)=(t+a)e2t=kt,
所以t(2t+2a+1)e2t=(t+a)e2t,故2t2+2at−a=0有两个不相等的实根,
则Δ=4a2+8a>0,可得a<−2或a>0.
故答案为:{a|a<−2或a>0}.
令切线方程为y=kx、切点为(t,kt),并对曲线y=f(x)求导,由f′(t)=k且f(t)=kt得到2t2+2at−a=0有两个不相等的实根,即可求范围.
本题主要考查利用导数研究曲线上某点切线的方程,属于基础题.
14.【答案】1e2
【解析】解:已知对∀x∈[1e,e3],不等式emx+1+(m−1)x≥lnx−1恒成立,
此时emx+1+mx≥lnx+x−1,
即lnemx+1+emx+1−1≥lnx+x−1,
不妨设f(x)=lnx+x−1,函数定义域为(0,+∞),
此时需满足∀x∈[1e,e3],使得f(emx+1)≥f(x)恒成立,
因为f′(x)=1x+1>0,
所以函数f(x)在定义域上恒成立,
则∀x∈[1e,e3],使得emx+1≥x恒成立,
即∀x∈[1e,e3],使得m≥lnx−1x恒成立,
不妨设g(x)=lnx−1x,函数定义域为[1e,e3],
可得g′(x)=2−lnxx2,
当1e≤x
当e2
此时m≥1e2,
则实数m的最小值为1e2.
故答案为:1e2.
由题意,将问题转化成不等式lnemx+1+emx+1−1≥lnx+x−1在[1e,e3]上恒成立,构造函数f(x)=lnx+x−1,对函数f(x)进行求导,利用导数得到函数f(x)的单调性,将问题转化成∀x∈[1e,e3],使得m≥lnx−1x恒成立,构造函数g(x)=lnx−1x,对函数g(x)进行求导,利用导数得到函数g(x)的单调性,进而即可求解.
本题考查利用导数研究函数的单调性和最值,考查了逻辑推理、转化思想和运算能力.
15.【答案】解:(1)函数f(x)=x2+x−1ex定义域为R.
且f′(x)=(x2+x−1)′⋅ex−(x2+x−1)(ex)′(ex)2=(2x+1)⋅ex−(x2+x−1)⋅exe2x
=−x2+x+2ex=−(x+1)(x−2)ex,
∵曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线斜率k=f′(0)=2,
又f(0)=−1,则切点为(0,−1),
∴所求切线方程为y−(−1)=2(x−0)即2x−y−1=0.
(2)∵f′(x)=−(x+1)(x−2)ex,又ex>0,
由f′(x)=0,得x=−1或x=2,
当x∈(−∞,−1)和(2,+∞)时,f′(x)<0,此时f(x)单调递减;
当x∈(−1,2)时,f′(x)>0,此时f(x)单调递增.
由f(x)的单调性知:f(x)极小值=f(−1)=−e,
f(x)极大值=f(2)=5e−2=5e2.
【解析】本题考查函数的导数的应用,切线方程的求法,极值的求法,是中档题.
(1)求出函数的定义域,函数的导数,求解切线的斜率,求出切点坐标,然后求解切线方程.
(2)求出导函数,求出极值点,判断函数的单调性,然后求解函数的极值即可.
16.【答案】解:(1)分3步:
①先选个位数字,由于组成的三位数是奇数,因此有3种选法;
②再选百位数字有4种选法;
③十位数字也有4种选法;
由分步计数原理知所求三位数共有3×4×4=48个;
(2)分3类:
①一位数,共有6个;
②两位数,先选十位数字,有5种选法;再选个位数字也有5种选法,共有5×5=25个;
③三位数,先选百位数字,有5种选法;再选十位数字也有5种选法;再选个位数字,有4种选法,共有5×5×4=100个;
因此,比1 000小的自然数共有6+25+100=131个;
(3)分4类:
①千位数字为3或4时,后面三个数位上可随便选择,此时共有2×5×4×3=120个;
②千位数字为5,百位数字为0,1,2,3之一时,共有4×4×3=48个;
③千位数字为5,百位数字是4,十位数字为0,1之一时,共有2×3=6个;
④5420也满足条件;
故所求四位数共有120+48+6+1=175个.
【解析】(1)根据分步乘法计数原理求解;
(2)根据分类加法计数原理求解;
(3)根据分类加法计数原理求解.
本题主要考查了排列组合知识,考查了分类加法计数原理的应用,属于中档题.
17.【答案】解:(1)产品售价为6元,则x万件产品销售收入为6x万元,
依题意得,当0
∴P(x)=11−(x+9x),0
当x≥10时,P(x)=10−(lnx+4ex),∴P′(x)=−1x+4ex2=4e−xx2,
∴当10≤x<4e时,P′(x)>0,P(x)单调递增,
当x>4e时,P′(x)<0,P(x)单调递减,
∴当x=4e时,P(x)取最大值,P(4e)=10−(1+ln4e)=9−ln4e=8−2ln2≈6.6(万元),
∴当x=4e时,P(x)取最大值6.6万元,
即当年产量约为4e万件时,该产品所获年利润最大,最大利润为6.6万元.
【解析】(1)根据利润是商品销售收入减去固定成本和每生产x万件,需另投入流动成本求解;
(2)根据(1)利用分段函数的性质,分别求得每一段的最大值,从中取最大的则为利润的最大值求解.
本题考查了函数模型的实际应用,属于中档题.
18.【答案】(Ⅰ)解:∵f′(x)=ex−1x+m,x=0是f(x)的极值点,
∴f′(0)=1−1m=0,解得m=1,经检验,满足题意,
所以函数f(x)=ex−ln(x+1),其定义域为(−1,+∞),
∵f′(x)=ex−1x+1=ex(x+1)−1x+1,
设g(x)=ex(x+1)−1,x∈(−1,+∞),
则g′(x)=ex(x+1)+ex>0,所以g(x)在(−1,+∞)上为增函数,
又∵g(0)=0,所以当x>0时,g(x)>0,即f′(x)>0;当−1
(Ⅱ)证明:当m≤2,x∈(−m,+∞)时,ln(x+m)≤ln(x+2),
故要证当m≤2时,f(x)>0,只需证明当m=2时f(x)>0.
当m=2时,函数f′(x)=ex−1x+2在(−2,+∞)上为增函数,且f′(−1)<0,f′(0)>0.
故f′(x)=0在(−2,+∞)上有唯一实数根x0,且x0∈(−1,0).
当x∈(−2,x0)时,f′(x)<0,当x∈(x0,+∞)时,f′(x)>0,
从而当x=x0时,f(x)取得最小值,
由f′(x0)=0,得ex0=1x0+2,ln(x0+2)=−x0.
故f(x)≥f(x0)=1x0+2+x0=(x0+1)2x0+2>0.
综上,当m≤2时,f(x)>0.
【解析】本题考查了利用导数研究函数的单调性,利用导数根据极值或极值点求参,利用导数证明不等式,考查了利用导数证明不等式,是较难题.
(Ⅰ)求出原函数的导函数,因为x=0是函数f(x)的极值点,由极值点处的导数等于0求出m的值,注意检验;代入函数解析式后再由导函数大于0和小于0求出原函数的单调性;
(Ⅱ)要证当m≤2时,f(x)>0,只需证明当m=2时f(x)>0,利用导数,即可得证.
19.【答案】解:(1)因为f(x)=[ln2x−(a+1)lnx+1]⋅x,
所以f′(x)=[2lnxx−a+1x]x+ln2x−(1+a)lnx+1=ln2x+(1−a)lnx−a=(lnx−a)(lnx+1),令f′(x)=0,则两根分别为x1=ea,x2=1e,
①当a=−1时,f′(x)=(lnx+1)2≥0在(0,+∞)上恒成立,故f(x)的单调递增区间为(0,+∞),无单调递减区间;
②当a>−1时,令f′(x)>0,得x<1e或x>ea,令f′(x)<0,得1e
③当a<−1时,令f′(x)>0,得x
当a>−1时,f(x)单调递增区间为(0,1e),(ea,+∞),单调递减区间为(1e,ea);
当a<−1时,f(x)单调递增区间为(0,ea),(1e,+∞),单调递减区间为(ea,1e);
(2)由(1)知,若a=−1,则f(x)=(ln2x+1)x,
所以f′(x)=(lnx+1)2≥0,
所以f(x)在区间(1,+∞)上单调递增,
又x1>x2,
所以|f(x1)−f(x2)|
则h(x)在(1,+∞)上单调递减,
则h′(x)≤0在(1,+∞)上恒成立,
又h′(x)=(lnx+1)2−2mx,且x>1,
所以2m≥(lnx+1)2x在(1,+∞)上恒成立,
即2m≥[(lnx+1)2x]max,
令g(x)=(lnx+1)2x(x>1),
则g′(x)=(lnx+1)(1−lnx)x2,
令g′(x)>0,得x∈(1,e),令g′(x)<0,得x∈(e,+∞),
所以g(x)在(1,e)上单调递增,在(e,+∞)上单调递减,
所以g(x)max=g(e)=4e,
所以2m≥4e,
解得m≥2e.
所以实数m的取值范围:[2e,+∞).
【解析】(1)先求导函数得f′(x)=(lnx−a)(lnx+1),分类讨论a的值,判断函数单调性即可;
(2)结合(1)知|f(x1)−f(x2)|
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