2021年高考数学压轴讲与练 专题06 函数、导数与数列、不等式的综合应用(解析版).doc
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1、专题06 函数、导数与数列、不等式的综合应用【压轴综述】纵观近几年的高考命题,应用导数研究函数的单调性、极(最)值问题,证明不等式、研究函数的零点等,是高考考查的“高频点”问题,常常出现在“压轴题”的位置.其中,函数、导数与数列、不等式的综合应用问题的主要命题角度有:函数与不等式的交汇、函数与数列的交汇、导数与数列不等式的交汇等.本专题就函数、导数与数列、不等式的综合应用问题,进行专题探讨,通过例题说明此类问题解答规律与方法.1.数列不等式问题,通过构造函数、应用函数的单调性或对不等式进行放缩,进而限制参数取值范围.如xlnx+1,exx+1,exx2+1(x0).2.涉及等差数列的求和公式问
2、题,应用二次函数图象和性质求解.3.涉及数列的求和问题,往往要利用“错位相减法”、“裂项相消法”等,先求和、再构造函数.【压轴典例】例1.(2020全国卷理科T21)已知函数f(x)=sin2xsin 2x.(1)讨论f(x)在区间(0,)的单调性; (2)证明:|f(x)|338;(3)设nN*,证明:sin2xsin22xsin24xsin22nx3n4n.【解析】(1)由函数的解析式可得f(x)=2sin 3xcos x,则:f(x)=2(3sin 2xcos 2x-sin 4x)=2sin 2x(3cos 2x-sin 2x)=2sin 2x(4cos 2x-1)=2sin 2x(2c
3、os x+1)(2cos x-1),f(x)=0在x(0,)上的根为:x1=3,x2=23,当x0,3时,f(x)0,f(x)单调递增,当x3,23时,f(x)0,f(x)单调递增.(2)注意到f(x+)=sin 2(x+)sin 2(x+)=sin 2xsin 2x=f(x),故函数f(x)是周期为的函数,结合(1)的结论,计算可得:f(0)=f()=0,f3=32232=338,f23=322-32=-338,据此可得:f(x)max=338,f(x)min=-338,即|f(x)|338.(3)结合(2)的结论有:sin 2xsin 22xsin 24xsin 22nx=sin3xsin
4、32xsin34xsin32nx23=sin x(sin 2xsin 2x)(sin 22xsin 4x)(sin 22n-1xsin 2nx)sin 22nx23sinx338338338sin22nx23338n23=34n.例2.(2020浙江高考T22)已知10,所以f(x)在(0,+)上单调递增,由于f(0)=1-a0,f(0)f(2)0, 则y=f(x)在(0,+)上有唯一零点.()()由于f(x)单调递增,1a2.设x0的最大值为t,则et=2+t.由f(1)=e-1-21.右边:由于x0时,ex1+x+12x2,且ex0-x0-a=0,则a1+12x02x02(a-1).左边:
5、要证明x02a-1=ex0-x0-1,只需证明ex0-x02-x0-10.记h(x)= ex-1-x-x2(0xt),则h(x)=ex-1-2x,h(x)=ex-2,于是h(x)在(0,ln 2)上单调递减,在(ln 2,+)上单调递增.于是h(x)=ex-1-2xmaxh(0),h(t)=0,则h(x)在0xt上单调递减.h(x)=ex-1-x-x2h(0)=0,得证.()要证明x0f(ex0)(e-1)(a-1)a,只需证:x0f(x0+a)(e-1)(a-1)a.由于(xf(x+a)= f(x+a)+xf(x+a)f(x+a)f(a)=ea-2a1-a+a220,则x0f(x0+a)a-
6、1f(a-1+a),只需要证明:f(a-1+a)(e-1)aa-1,即ea-1+a-a-1-2a(e-1)aa-1.由ex1+x+12x2,只需证:1+12(a-1+a)2-a(e-1)aa-1a2-(a-1)2-2(e-2)aa-10,只需证aa-1-a-1a2(e-2),由于aa-1=1a-1+a-12,+),则aa-1-a-1a2-12=322(e-2).综上所述,得证.例3.(2020天津高考T20)已知函数f(x)=x3+kln x(kR),f(x)为f(x)的导函数.(1)当k=6时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1)处的切线方程;求函数g(x)=f(x)-f(x)+9x的单调区
7、间和极值;(2)当k-3时,求证:对任意的x1,x21,+),且x1x2,有f(x1)+f(x2)2f(x1)-f(x2)x1-x2.【解析】(1)当k=6时,f(x)=x3+6ln x,f(x)=3x2+6x.可得f(1)=1,f(1)=9,所以曲线y=f(x)在点(1,f(1)处的切线方程为y-1=9(x-1),即y=9x-8.依题意,g(x)=x3-3x2+6ln x+3x,x(0,+).从而可得g(x)=3x2-6x+6x-3x2,整理可得:g(x)=3(x-1)3(x+1)x2,令g(x)=0,解得x=1.当x变化时,g(x),g(x)的变化情况如表:x(0,1)1(1,+)g(x)
8、-0+g(x)单调递减极小值单调递增所以,g(x)的减区间为(0,1),单调递增区间为(1,+);g(x)的极小值为g(1)=1,无极大值.(2)由f(x)=x3+kln x,得f(x)=3x2+kx.对任意的x1,x21,+),且x1x2,令x1x2=t(t1),则(x1-x2)f(x1)+f(x2)-2(f(x1)-f(x2)=(x1-x2)3x12+kx1+3x22+kx2-2x13-x23+klnx1x2=x13-x23-3x12x2+3x1x22+kx1x2-x2x1-2kln x1x2=x23(t3-3t2+3t-1)+kt-1t-2lnt.()令h(x)=x-1x-2ln x,x
9、(1,+).当x1时,h(x)=1+1x2-2x=1-1x20,由此可得h(x)在(1,+)上单调递增,所以当t1时,h(t)h(1),即t-1t-2ln t0.因为x21,t3-3t2+3t-1=(t-1)30,k-3,所以x23(t3-3t2+3t-1)+kt-1t-2lnt(t3-3t2+3t-1)-3t-1t-2lnt=t3-3t2+6ln t+3t-1.()由(1)可知,当t1时,g(t)g(1),即t3-3t2+6ln t+3t1,故t3-3t2+6ln t+3t-10.()由()()()可得(x1-x2)f(x1)+f(x2)-2(f(x1)-f(x2)0.所以,当k-3时,对任
10、意的x1,x21,+),且x1x2,有f(x1)+f(x2)2f(x1)-f(x2)x1-x2.例4(2021浙江金华市高三期末)设,已知函数,(1)当时,证明:当时,;(2)当时,证明:函数有唯一零点【答案】(1)证明见解析;(2)证明见解析.【详解】,令,(1)证明:要证原不等式,只需证:当时,则对任意的恒成立.所以,函数在上单调递增,因此,即原不等式成立;(2)(i)由()可得当时,故函数在上没有零点;(ii)当时,令,则递增,且,在上存在唯一零点,记为,当,此时,函数单调递减;当时,此时,函数单调递增.,在上存在唯一零点,当时,故当,;当时,在上递增,在上递减,且令,当时,则,函数在上
11、递增,取,且,则,则有,又,由零点存在定理可得,在上存在唯一的零点综上可证:函数在上有唯一零点例5(2021江苏南通市高三期末)已知函数,.(1)若关于.的不等式对任意的恒成立,求实数的取值范围;(2)设,.求证:;若数列满足,求证:.【答案】(1);(2)证明见解析 证明见解析.【详解】(1),令,在上为增函数,.(2)要证证明:即证令,在上为增函数,在上为增函数,可用数学归纳法证明.由知,时,当时,显然成立假设当时,则当时,.在上为增函数.下只需证,令证明:,又,为增函数故为增函数,故故不等式成立,故时成立例6.(2020江苏高考T19)已知关于x的函数y=f(x),y=g(x)与h(x)
12、=kx+b(k,bR)在区间D上恒有f(x)h(x)g(x).(1)若f(x)=x2+2x,g(x)=-x2+2x,D=(-,+).求h(x)的表达式;(2)若f(x)=x2-x+1,g(x)=kln x,h(x)=kx-k,D=(0,+).求k的取值范围;(3)若f(x)=x4-2x2,g(x)=4x2-8,h(x)=4(t3-t)x-3t4+2t2(0m(0)=1+k0,所以k=-1.当x=k+120时,0,即(k+1)2-4(k+1)0,(k+1)(k-3)0,-1k3.综上,k0,3.(3)当1t2时,由g(x)h(x),得4x2-84(t3-t)x-3t4+2t2,整理得x2-(t3
13、-t)x+3t4-2t2-840.(*)令=(t3-t)2-(3t4-2t2-8),则=t6-5t4+3t2+8.记(t)=t6-5t4+3t2+8(1t2),则(t)=6t5-20t3+6t=2t(3t2-1)(t2-3)0恒成立,所以(t)在1,2上是减函数,则(2)(t)(1),即2(t)7所以不等式(*)有解,设解集为x|x1xx2,因此n-mx2-x1=7.当0t1时,f(-1)-h(-1)=3t4+4t3-2t2-4t-1.设v(t)=3t4+4t3-2t2-4t-1,v(t)=12t3+12t2-4t-4=4(t+1)(3t2-1),令v(t)=0,得t=33.当t0,33时,v
14、(t)0,v(t)是增函数;v(0)=-1,v(1)=0,则当0t1时,v(t)0,(或证:v(t)=(t+1)2(3t+1)(t-1)0)则f(-1)-h(-1)0,因此-1(m,n).因为m,n-2,2,所以n-m2+17.当-2t0,求使得Snan的n的取值范围【答案】(1);(2).【解析】(1)设等差数列的首项为,公差为,根据题意有,解答,所以,所以等差数列的通项公式为;(2)由条件,得,即,因为,所以,并且有,所以有,由得,整理得,因为,所以有,即,解得,所以的取值范围是:例8.(2019江苏高考真题)定义首项为1且公比为正数的等比数列为“M数列”.(1)已知等比数列an满足:,求
15、证:数列an为“M数列”;(2)已知数列bn满足:,其中Sn为数列bn的前n项和求数列bn的通项公式;设m为正整数,若存在“M数列”cn,对任意正整数k,当km时,都有成立,求m的最大值【答案】(1)见解析;(2)bn=n;5.【解析】(1)设等比数列an的公比为q,所以a10,q0.由,得,解得因此数列为“M数列”.(2)因为,所以由得,则.由,得,当时,由,得,整理得所以数列bn是首项和公差均为1的等差数列.因此,数列bn的通项公式为bn=n.由知,bk=k,.因为数列cn为“M数列”,设公比为q,所以c1=1,q0.因为ckbkck+1,所以,其中k=1,2,3,m.,当k=1时,有q1
16、;当k=2,3,m时,有设f(x)=,则令,得x=e.列表如下:xe(e,+)+0f(x)极大值因为,所以取,当k=1,2,3,4,5时,即,经检验知也成立因此所求m的最大值不小于5若m6,分别取k=3,6,得3q3,且q56,从而q15243,且q15216,所以q不存在.因此所求m的最大值小于6.综上,所求m的最大值为5例9.(2020湖南高考模拟)设函数,.(1)证明:.(2)若恒成立,求的取值范围;(3)证明:当时,.【答案】(1)见解析;(2);(3)见解析.【解析】(1)证明:令函数,所以为单调递增函数,故.(2),即为,令,即恒成立,令,即,得.当,即时,在上单调递增,所以当时,
17、在上恒成立;当,即时,在上单调递增,在上单调递减,所以,所以不恒成立.综上所述:的取值范围为.(3)证明:由(1)知,令,即,故有,上述各式相加可得.因为,所以.例10.(2020江苏高考模拟)已知数列,且对任意n恒成立(1)求证:(n);(2)求证:(n)【答案】(1)见解析(2)见解析【解析】(1)当时,满足成立.假设当时,结论成立.即:成立下证:当时,成立.因为即:当时,成立由、可知,(n)成立.(2)()当时,成立,当时,成立,()假设时(),结论正确,即:成立下证:当时,成立.因为要证,只需证只需证:,只需证:即证:()记当时,所以在上递增,又所以,当时,恒成立.即:当时,成立.即:
18、当时,恒成立.所以当,恒成立.由()()可得:对任意的正整数,不等式恒成立,命题得证.【压轴训练】1(2020河南郑州高三)已知函数在上单调递增,则实数的取值范围为( )ABCD【答案】C【详解】因为函数在上单调递增,所以在上恒成立;由于,所以在上恒成立,故令,故当时,当时,所以函数在区间单调递减,在区间上单调递增,所以,解得,故实数的取值范围为.2(2020威远中学校高三)已知函数,且,都有成立,则实数的取值范围是( )ABCD【答案】C【详解】不妨设,则等价于,即,设,依题意,函数在上为严格的单调递减函数,函数在上为严格的单调递增函数,在上恒成立,在上恒成立,在上恒成立,在上恒成立,而二次
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