| 6.2.1 导数与函数的单调性 题目答案及解析

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选择性必修三

第六章 导数及其应用

6.2 利用导数研究函数的性质

6.2.1 导数与函数的单调性

${f}'\left(x\right)$为函数$f\left(x\right)$的导函数,若${f}'\left(x\right)$$D$上单调递增,则称$f\left(x\right)$$D$上的凹函数;若${f}'\left(x\right)$$D$上单调递减,则称$f\left(x\right)$$D$上的凸函数.下列结论正确的是$ $ $(\qquad)$ $ $

["

函数$f\\left(x\\right)=x^{2}-100x$$R$上的凹函数

","

函数$g\\left(x\\right)=x\\sin x$$\\left(\\dfrac{\\pi }{2},\\pi \\right)$上的凸函数

","

函数$h(x)=\\dfrac{x}{{2}^{x}}+1$$\\left(0,4\\right)$上的凸函数

","

函数$k\\left(x\\right)=\\left(x+1\\right){\\rm e}^{2x}+{\\rm e}^{-5}x^{2}$$\\bf R$上的凹函数

"]
[["ABD"]]

因为${f}'\left(x\right)=2x-100$$\rm \bf R$上的增函数,
所以$f\left(x\right)=x^{2}-100x$$\bf R$上的凹函数,故$\rm A$正确;
因为${g}'\left(x\right)=\sin x+x\cos x$,设$G\left(x\right)={g}'\left(x\right)$
${G}'\left(x\right)=\cos x+\cos x-x\sin x=2\cos x-x\sin x$
$x∈\left(\dfrac{\pi }{2},\pi \right)$时,${G}'\left(x\right) \lt 0$,可知$G\left(x\right)$$\left(\dfrac{\pi }{2},\pi \right)$上的减函数,
${g}'\left(x\right)$$\left(\dfrac{\pi }{2},\pi \right)$上的减函数,所以$g\left(x\right)=x\sin x$$\left(\dfrac{\pi }{2},\pi \right)$上的凸函数,故$\rm B$正确;
因为$h′(x)=\dfrac{1-x\ln2}{{2}^{x}}$,设$H\left(x\right)={h}'\left(x\right)$
$H′(x)=\dfrac{\ln2\left(x\ln2-2\right)}{{2}^{x}}$,注意到$H′(3)=\dfrac{\ln2\left(3\ln2-2\right)}{2}\gt 0$
可知$H\left(x\right)$$\left(0,4\right)$内不是单调递减函数,即${h}'\left(x\right)$$\left(0,4\right)$内不是单调递减函数,
所以函数$h(x)=\dfrac{x}{{2}^{x}}+1$$\left(0,4\right)$上不为凸函数,故$\rm C$错误;
因为${k}'\left(x\right)=\left(2x+3\right){\rm e}^{2x}+2{\rm e}^{-5}x$,令$K\left(x\right)={k}'\left(x\right)$
${K}'\left(x\right)=\left(4x+8\right){\rm e}^{2x}+2{\rm e}^{-5}$
$m\left(x\right)={K}'\left(x\right)$,则${m}'\left(x\right)=\left(8x+20\right){\rm e}^{2x}$
$x\lt -\dfrac{5}{2}$时,${m}'\left(x\right) \lt 0$,当$x\gt -\dfrac{5}{2}$时,${m}'\left(x\right) \gt 0$
可知$m\left(x\right)$$\left(-∞,-\dfrac{5}{2}\right)$内单调递减,在$\left(-\dfrac{5}{2},+∞\right)$内单调递增,
$m(x)≥m\left(-\dfrac{5}{2}\right)=0$,即${K}'\left(x\right)\geqslant 0$$R$上恒成立,
可知$K\left(x\right)$$\bf R$上的单调递增,所以$k\left(x\right)=\left(x+1\right){\rm e}^{2x}+{\rm e}^{-5}x^{2}$$\bf R$上的凹函数,故$\rm D$正确.
故选:$\rm ABD $.

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