2022年高考数学试题解答


(2022年北京高考)已知函数f(x)=exln(1+x).

(I)求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;

(II)设g(x)=f(x),讨论函数g(x)[0,+)上的单调性;

(II)证明:对任意的s,t(0,+),有f(s+t)>f(s)+f(t).

解.(I)由于f(x)=ex[ln(1+x)+11+x],则f(0)=1.又f(0)=0,故曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=x.


(II)因为g(x)=f(x)=ex[ln(1+x)+11+x],则
g(x)=ex[ln(1+x)+21+x1(1+x)2].

h(x)=ln(1+x)+21+x1(1+x)2,

h(x)=11+x2(1+x)2+2(1+x)3=x2+1(1+x)3>0.
h(x)[0,+)上单调递增,则h(x)h(0)=1>0,

g(x)>0,故函数g(x)[0,+)上单调递增.

(II)令
F(s)=f(s+t)f(s)f(t),
由函数g(x)=f(x)[0,+)上单调递增可知
F(s)=f(s+t)f(s)>0
F(s)>F(0)=0,即f(s+t)>f(s)+f(t).



(2022年新高考二卷)已知函数f(x)=xeaxex.

(1)当a=1时,讨论f(x)的单调性;

(2)当x>0时, f(x)<1,求实数a的取值范围;

(3)设nN,证明:
112+1+122+2++1n2+n>ln(n+1).
解. (1)当a=1时, f(x)=xexex=(x1)ex,
f(x)=xex.故f(x)(,0)上单调递减,在(0,+)上单调递增.

 


(2)先证明xex/2ex<1.

这等价于
xex/2<ex/2,ex/2ex/2x>0
g(x)=ex/2ex/2x,
g(x)=12(ex/2+ex/2)1>122ex/2ex/21=0.故g(x)>g(0)=0.

 

a12,则xeaxex<xex/2ex<1.

a>12a1,则xeaxex<1e(1a)xeaxx>0.

h(x)=e(1a)xeaxx,则
h(x)=(1a)e(1a)x+aeax1,

h(x)=(1a)2e(1a)xa2eax=eax[(1a)2exa2].
则当0<x<lna2(1a)2时, h(x)<0,
此时h(x)<h(0)=0,则h(x)<h(0)=0,矛盾.

a=1,则f(x)=(x1)ex,显然f(2)=e2>1,矛盾.

综上所述, a12.

解法二.令h(x)=xeaxex+1,则
h(x)=(1+ax)eaxex,

h(x)=(1+ax)eaxex=eax(1+axe(1a)x),
F(x)=1+axe(1a)x,
F(x)=a(1a)e(1a)x.

a12,
F(x)=a(1a)e(1a)x<a(1a)=2a10,
此时F(x)<F(0)=0,h(x)<0,则h(x)<h(0)=0.

12<a<1,当0<x<11alna1aF(x)>0,此时F(x)>F(0)=0,h(x)>0,则h(x)>h(0)=0,矛盾.

a1,则f(x)=xeaxexxexex=(x1)ex,故f(2)e2>1,矛盾.

 


综上所述, a12.


(3)只需证明
1n2+n>ln(n+1)lnn,
之后累加即可.即证
ln(1+1n)<1n1+1n.

利用(2)中的结论,当a=12时,有
xex/2ex<1,x<ex/2ex/2.
x换成ln(1+x),便有
ln(1+x)<1+x11+x=x1+x.
再取x=1n可得
ln(1+1n)<1n1+1n=1n2+n.
于是
112+1+122+2++1n2+n>(ln2ln1)+(ln3ln2)++ln(n+1)lnn=ln(n+1).



(2022年高考甲卷)已知函数f(x)=exxlnx+xa.

(1)若f(x)0,求a的取值范围;

(2)证明:若f(x)有两个零点x1,x2,则x1x2<1.

解. (1)首先注意到
f(x)=exxlnx+xa=exlnxlnx+xa,
u=xlnx1,要使f(x)0,只需g(u)=eu+ua0,则e+1a0,即ae+1.

(2)由f(x)=0可知g(u)=0,则a>e+1.

g(u0)=0,则xlnx=u0>1有两个不同零点x1,x2,则
x1lnx1=u0,x2lnx2=u0.于是x1x2=lnx1lnx2.

利用对数平均不等式
x1x2<x1x2lnx1lnx2=1,
于是x1x2<1.



(2022年新高考一卷)设a=0.1e0.1,b=19,c=ln0.9,则( )


(A) a<b<c

(B) c<b<a

(C) c<a<b

(D) a<c<b

x1+x<ln(1+x)中取x=19可得0.1<ln109,则e0.1<109,0.1e0.1<19,故a<b.

或者在lnx<x1中取x=0.9亦可.


考虑
ac=0.1e0.1+ln0.9=0.1e0.1+ln(10.1),
f(x)=xex+ln(1x),则
f(x)=(x+1)ex+1x1=(1x2)ex11x,
g(x)=(1x2)ex1,则g(x)=(12xx2)ex,

0x0.1时, 12xx2>0,则g(x)>0,此时g(x)g(0)=0,即f(x)0.

因此f(x)在区间[0,0.1]上递增,故f(0.1)>f(0)=0,故ac>0,a>c.

综上所述, b>a>c,答案为C选项.


(2022年新高考一卷)
已知函数f(x)=exaxg(x)=axlnx有相同的最小值.

(1)求a;

(2)证明:存在直线y=b,其与两条曲线y=f(x)y=g(x)共有三个不同的交点,并且从左到右的三个交点的横坐标成等差数列.


解. (1)若a0,则f(x)=exax单调递增,无最小值.

a>0, f(x)=exa,g(x)=a1x,则
[f(x)]min=f(lna)=aalna=[g(x)]min=g(1a)=1+lna,

(a+1)lnaa+1=0,lnaa1a+1=0.
h(a)=lnaa1a+1,
h(a)=1a2(a+1)2=a2+1a(a+1)2>0.

h(a)(0,+)上单调递增,且h(1)=0,故h(a)=lnaa1a+1=0有唯一解a=1.

(2)要使直线y=b与两条曲线y=f(x)y=g(x)共有三个不同的交点,只需
exx=xlnx=b,此时ex+lnx2x=0.

F(x)=ex+lnx2x,则F(x)=ex+1x2x+1+1x2=x+1x121=1>0,则F(x)(0,+)上单调递增,又F(1)=e2>0,F(12)=eln21<0,或者利用
F(e4)=ee442e4<e42e4<0.

F(x)(0,+)上有唯一零点,记为x0,令b=ex0x0即可.此时,直线y=b与两条曲线y=f(x)y=g(x)共有三个不同的交点x1,x0,x2x1<x0<x2.

下面证明: 2x0=x1+x2,即证x2=2x0x1.

利用ex1x1=b, ex0x0=b=x0lnx0x2lnx2=b.

由于2x0x1>x0,只需证明
(2x0x1)ln(2x0x1)=b.
2x0ln(2x0x1)=x1+b=ex1,ex0+lnx0ln(2x0x1)=ex1,
故等价于证明
ex0ex1=x0x1=ln2x0x1x0,ex0x1=x0bx1b=2x0x1x0,
(x1x0)(x1x0+b)=0.又x1x0>0,只需证明x1x0+b=0,即x0=x1+b=ex1.

事实上,
g(ex1)=ex1lnex1=ex1x1=b=g(x0),
x2>1>ex1>0>x1, g(x)(0,1)上单调递减,故ex1=x0=x1+b,得证.


解法二. (同构法)利用ex1x1=b, ex0x0=b=x0lnx0x2lnx2=b可得lnx0+ex0=2x0.

再由ex1x1=b=x0lnx0=elnx0lnx0, ex0x0=b=x2lnx2=elnx2lnx2.由g(x)=exx(,0)上递减,在(0,+)上递增以及x1,lnx0<0,而x0,lnx2>0可知x1=lnx0,x0=lnx2.

于是x1+x2=lnx0+ex0=2x0.


 

 

(2022年全国乙卷)已知函数f(x)=ln(1+x)+axex.

(1)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;

(2)若f(x)在区间(1,0),(0,+)各恰有一个零点,求a的取值范围.

解. (1)当a=1时, f(x)=ln(1+x)+xex,则
f(x)=11+x+(1x)ex.
f(0)=0,f(0)=2,则曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=2x.

 


(2) 解法一. (参变分离)当x0时,由f(x)=ln(1+x)+axex=0可得
a=exln(1+x)x.
g(x)=exln(1+x)x,则
g(x)=ex[(x21)ln(1+x)+x]x2(1+x).
h(x)=(x21)ln(1+x)+x,则
h(x)=2xln(1+x)+x=x(2ln(1+x)+1).
于是h(x)(1,1e1)(0,+)上单调递增,在(1e1,0)上单调递减,又h(0)=0,则存在x0(1,1e1),使得h(x0)=0.此时,当1<x<x0时, h(x)<0,则g(x)>0;当xx0时, h(x)0,则g(x)0.

于是g(x)(1,x0)上单调递增,在(x0,0)(0,+)上单调递减.

注意到
limx0g(x)=limx0(exln(1+x)x)=1,
要使f(x)在区间(1,0),(0,+)各恰有一个零点,只需g(x)的图象与水平直线y=a在区间(1,0),(0,+)各有一个交点,于是a<1.

(解法二.) 由于
f(x)=11+x+a(1x)ex=ex+a(1x2)(1+x)ex,

(i)若a0,则当x>0时, f(x)=ln(1+x)+axex>0,
f(x)在区间(0,+)恰有一个零点矛盾.

(ii)若1a<0,当0<x1时,
ex+a(1x2)ex(1x2)=ex+x21>0,
此时f(x)>0;

x1时,
ex+a(1x2)ex>0,
此时f(x)>0也成立.

因此当x>0时恒有f(x)>0,故f(x)在区间(0,+)上单调递增,
f(x)f(0)=0,与f(x)在区间(0,+)恰有一个零点也矛盾.

(iii)若a<1,令g(x)=ex+a(1x2),
g(x)=ex2ax(1,+)上单调递增,
g(1)=1e+2a<1e2<0,g(0)=1>0,则存在x0(1,0),使得g(x0)=0.当x(1,x0)时, g(x)<0, g(x)单调递减;当x(x0,+)时, g(x)>0, g(x)单调递增.

由于g(1)=1e>0,g(0)=1+a<0,g(1)=e>0,则存在x1(1,0),x2(0,1),使得g(x1)=g(x2)=0.当x(1,x1)(x2,+)时, g(x)>0,f(x)>0, g(x)单调递增;当x(x1,x2)时, g(x)<0,f(x)<0, f(x)单调递减.

由于1<x1<0<x2f(0)=0,则f(x1)>0,f(x2)<0,故f(x)在区间(1,x1),(x2,+)各恰有一个零点,即f(x)在区间(1,0),(0,+)各恰有一个零点.

综上所述, a的取值范围为a<1.



(2022年浙江高考)已知数列{an}满足a1=1,an+1=an13an2 (nN),则( )

(A) 2<100a100<52

(B) 52<100a100<3

(C) 3<100a100<72

(D) 72<100a100<4

解. 由an+1an=13an2<0可知数列{an}单调递减, 则an1.再由an+1=an(113an)>0可知0<an<1.

于是
1an+1=1an(113an)=3an(3an)=1an+13an,

1an+11an=13an>13.
递推得
1an=(1an1an1)+(1an11an2)++(1a21a1)+1a1>n13+1=n+23.

1a100>1023=34.

 

进而由an<3n+2可得
1an+11an=13an<133n+2=13(1+1n+1),

1an=(1an1an1)+(1an11an2)++(1a21a1)+1a1<n13+13(12+13++1n)+1=n+23+13(12+13++1n).
因此
1a100<1023+13(12+13++1100)=34+13(12+13++17)+13(18+19++1100)<34+13×12×6+13×18×93<40.
于是
52<100a100<10034<3.
答案为B选项.

 

(2022年浙江高考)设函数f(x)=e2x+lnx,x>0.

(I)求函数f(x)的单调区间;

(II)若y=f(x)在互不相同的三点(x1,f(x1)),(x2,f(x2)),(x3,f(x3))的切线均过点(a,b).

(i)若a>e,证明: 0<bf(a)<12(ae1);


(ii)若0<a<ex1<x2<x3,证明: 2e+ea6e2<1x1+1x3<2aea6e2.

注: e=2.71828是自然对数的底数.


证. (I)因为
f(x)=e2x2+1x=2xe2x2
函数f(x)的单调递减区间为(0,e2),单调递增区间为[e2,+).

 

(II)函数f(x)在点(xi,f(xi)) (i=1,2,3)处的切线方程为
y(e2xi+lnxi)=(e2xi2+1xi)(xxi),

y=(e2xi2+1xi)x+exi+lnxi1.
由于这三点处的切线均经过(a,b),则有
b=(e2xi2+1xi)a+exi+lnxi1.
这表明关于x的方程
(e2x2+1x)a+ex+lnx1b=0
有三个不同正根x1,x2,x3.

(i)若a>e,令
g(x)=(e2x2+1x)a+ex+lnx1b,

g(x)=(xe)(xa)x3,
g(x)(0,e][a,+)上单调递增,在(e,a)上单调递减.

要使g(x)=0有三个不同正根,只需保证极大值g(e)=a2e+1b>0
和极小值g(a)=e2a+lnab<0,即
0<bf(a)=be2alna<12(aeea)+1lna.
要证
12(aeea)+1lna<12(ae1),
只需证
lna+e2a32>0,a>e.

h(a)=lna+e2a32,则h(a)=1ae2a2=2ae2a2>0,
h(a)(e,+)上递增.故h(a)>h(e)=0,得证.

 

(ii)若0<a<e,则g(x)(0,a][e,+)上单调递增,在(a,e)上单调递减.类似地由极大值g(a)=e2a+lnab>0和极小值g(e)=a2e+1b<0可得
a2e+1<b<e2a+lna.

ti=1xi (i=1,2,3),由0<x1<a<x2<e<x3可知t3<1e<t2<1a<t1.

要证
2e+ea6e2<1x1+1x3<2aea6e2,
只需证
2e+ea6e2<t1+t3<2aea6e2.
等价于证明
(t1+t32eea6e2)(t1+t32a+ea6e2)<0,

(t1+t3)2(2e+2a)(t1+t3)+(2e+ea6e2)(2aea6e2)<0.

 

此时ti (i=1,2,3)均为方程
ae2t2+(a+e)tlnt1b=0
的三个根.


{ae2t12+(a+e)t1lnt11b=0ae2t32+(a+e)t3lnt31b=0
两式相减整理得
t1+t3=2e+2a2aelnt1lnt3t1t3.

只需证
2aelnt1lnt3t1t3(t1+t3)+(2e+ea6e2)(2aea6e2)<0,
即证
2lnt1t3t1t3+1t1t31>(2ae+ea6e2a)(2eaea6e).
注意到u=t1t3>ea>1且函数G(u)=2lnuu+1u1单调递增,因为
G(u)=2(u1)2(u1u2lnu)>0,u>1.
这里u1u2lnu>0,u>1.


G(u)>G(ea),只需证明
G(ea)>(2ae+ea6e2a)(2eaea6e).

w=ea>1,等价于证明
2lnww+1w1>(2w+w16w2)(2ww16w)=(13w1)(12w2w+1)36w3.

H(w)=2lnw(13w1)(12w2w+1)(w1)36w3(w+1),

H(w)=(w1)2(72w349w220w+3)36w4(w+1)2>0,
这里72w349w220w+3=49w2(w1)+20w(w21)+3w3+3>0.


H(w)(1,+)上单调递增,则H(w)>H(1)=0,证毕.


 


(2022年天津高考)
已知f(x)=exasinx,g(x)=bx.

(1)求函数y=f(x)(0,f(0))处的切线方程;

(2)若y=f(x)y=g(x)有公共点.

i)当a=0时,求b的取值范围;

ii)求证: a2+b2>e.

解. (1)因为f(0)=1,而f(x)=exacosx,f(0)=1a,则函数y=f(x)(0,f(0))处的切线方程为y=(1a)x+1.

(2)

i)当a=0时, f(x)=ex,要使y=f(x)y=g(x)有公共点,只需保证方程f(x)=g(x)有解,即ex=bx有解.

(参变分离)显然x>0,则b=exx.令h(x)=exx,则h(x)=ex(2x1)2x3/2.于是h(x)(0,12)上递减,在[12,+)上递增且h(12)=2e.

由于y=h(x)的图象与水平直线y=b有交点,则b的取值范围为[2e,+).

ii)要使y=f(x)y=g(x)有公共点,只需保证方程f(x)=g(x)有解,即exasinx=bx有正数解t,则asint+bt=et.

由柯西不等式可得
(a2+b2)(sin2t+t)(asint+bt)2=e2t.

a2+b2e2tsin2t+te2tt2+t.
下面证明e2tt2+t>e,即e2t>et2+et.

F(x)=e2tet2et,则F(x)=2e2t2ete,F(x)=4e2t2e,
F(x)(0,12lne2)上递减,在[12lne2,+)上递增.
F(0)=2e<0,F(12)=0,F(1)=2e23e>0,则F(x)(0,12)上递减,在[12,+)上递增.故
F(x)F(12)=e4>0.
因此
a2+b2e2tsin2t+te2tt2+t>e.

另证.利用et>t+1可得et1>t,则e2t1>t2+t,故e2tt2+t>e.

 

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