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Chapter 5第 5 章

Analytical Applications of Differentiation微分的解析应用

AP-Style Practice QuestionsAP 风格练习题

EASYMEDIUMHARD

Topics 5.1 - 5.12AB考点 5.1 至 5.12AB



Name:姓名:Period:课节:
PART ITopics 5.1 - 5.12考点 5.1 至 5.12

Multiple Choice Questions选择题

Show all supporting work on scratch paper. On the AP Exam, Section I is split into a no-calculator and a calculator-allowed part, each question below is labeled accordingly.在草稿纸上写出所有支持步骤。AP 考试第 I 部分分为不允许使用计算器和允许使用计算器两段,每道题均已标注。

Q1EASY5.2 MVT5.2 均值定理No Calculator

Let $f(x)=x^{2}-3x$ on $[0,4]$. The value $c$ guaranteed by the MVT is设 $f(x)=x^{2}-3x$ 在 $[0,4]$ 上。由均值定理(MVT)保证存在的值 $c$ 为

Q2EASY5.3 Critical Points5.3 临界点No Calculator

The critical points of $f(x)=x^{3}-3x$ are$f(x)=x^{3}-3x$ 的临界点为

Q3EASY5.4 Increasing / Decreasing5.4 递增 / 递减No Calculator

$f(x)=x^{3}-6x^{2}+9x$ is decreasing on$f(x)=x^{3}-6x^{2}+9x$ 在以下区间上递减:

Q4MEDIUM5.5 First Derivative Test5.5 一阶导数判别法No Calculator

If $f'$ changes from negative to positive at $x=c$, then $f$ has若 $f'$ 在 $x=c$ 处由负变正,则 $f$ 在该点

Q5MEDIUM5.6 Concavity5.6 凹凸性No Calculator

$f(x)=x^{4}-6x^{2}$ is concave up on$f(x)=x^{4}-6x^{2}$ 在以下区间上为凹(concave up):

Q6MEDIUM5.7 Second Derivative Test5.7 二阶导数判别法No Calculator

For $f(x)=x^{3}-3x$, at $x=-1$ the function has对于 $f(x)=x^{3}-3x$,函数在 $x=-1$ 处

Q7HARD5.8 Points of Inflection5.8 拐点No Calculator

The graph of $y=x^{5}-5x^{4}$ has a point of inflection at$y=x^{5}-5x^{4}$ 的图像的拐点位于

Q8MEDIUM5.4 Graph of $f'$5.4 $f'$ 的图像No Calculator

The graph of $f'$ is shown. On which interval is $f$ increasing and concave down?如图所示为 $f'$ 的图像。$f$ 在哪个区间上递增且为凸(concave down)?

$y=f'(x)$
Q9MEDIUM5.9 Candidates Test5.9 候选点检验法No Calculator

The absolute maximum of $f(x)=x^{3}-3x$ on $[-2,2]$ is$f(x)=x^{3}-3x$ 在 $[-2,2]$ 上的绝对最大值为

Q10HARD5.10 Optimization5.10 最优化No Calculator

A rectangle with one side on the $x$-axis has its upper two vertices on the parabola $y=12-x^{2}$. The maximum area of such a rectangle is一个矩形的一边在 $x$ 轴上,上方两个顶点在抛物线 $y=12-x^{2}$ 上。该矩形的最大面积为

Q11MEDIUM5.11 Implicit Optim5.11 隐函数最优化No Calculator

The point on $y=\sqrt{x}$ closest to $(3,0)$ has $x$-coordinate$y=\sqrt{x}$ 上距点 $(3,0)$ 最近的点,其 $x$ 坐标为

Q12EASY5.12 Graph Sketching5.12 图像描绘No Calculator

If $f'(x)>0$ and $f''(x)<0$ on $(a,b)$, then the graph of $f$ on $(a,b)$ is若在 $(a,b)$ 上 $f'(x)>0$ 且 $f''(x)<0$,则 $f$ 在 $(a,b)$ 上的图像是

Q13HARD5.9 Candidates Test5.9 候选点检验法No Calculator

On $[0,2]$, the absolute maximum of $f(x)=x\sqrt{2-x}$ is在 $[0,2]$ 上,$f(x)=x\sqrt{2-x}$ 的绝对最大值为

Q14MEDIUM5.7 Concavity Inference5.7 凹凸性推断No Calculator

The table gives values of a continuous function $f''$. The graph of $f$ must have an inflection point in which interval(s)?下表给出连续函数 $f''$ 的值。$f$ 的图像在哪个(些)区间上必有拐点?

$x$$0$$1$$2$$3$$4$
$f''$$-3$$-1$$2$$1$$-1$
Q15HARD5.10 Optimization (Area)5.10 最优化(面积)Calculator

A page must have a printed area of $96$ in², with $1$ in. margins on each side and $1.5$ in. margins top and bottom. The dimensions (width × height) that minimize total page area are closest to一页纸的印刷区域面积为 $96$ 平方英寸,左右各留 $1$ 英寸页边距,上下各留 $1.5$ 英寸页边距。使整页面积最小的尺寸(宽 × 高)最接近

Q16MEDIUM5.3 Graph of $f'$5.3 $f'$ 的图像No Calculator

If the graph of $f'$ crosses the $x$-axis at $x=1$ (from + to -) and has a local min at $x=3$, then $f$ has若 $f'$ 的图像在 $x=1$ 处穿越 $x$ 轴(由正变负),并在 $x=3$ 处有局部极小值,则 $f$ 在

Q17MEDIUM5.2 Rolle's Theorem5.2 罗尔定理No Calculator

Which hypothesis of Rolle's Theorem is violated for $f(x)=|x|$ on $[-1,1]$?对于 $f(x)=|x|$ 在 $[-1,1]$ 上,罗尔定理的哪个条件不满足?

Q18HARD5.12 Sketch Reasoning5.12 图像推理No Calculator

Which of the following must be true if $f''(x)>0$ for all $x$?若对所有 $x$ 均有 $f''(x)>0$,以下哪项必定成立?

PART IIShow All Work展示完整解题过程

Free-Response Questions自由作答题

Curve-sketching and optimization FRQs require sign charts for $f'$ and $f''$, clear tests (first / second derivative / closed-interval), and interval justifications.曲线描绘与最优化类自由作答题需要列出 $f'$ 和 $f''$ 的符号表,明确写出判别方法(一阶导数判别法、二阶导数判别法或闭区间法),并给出区间说明。

FRQ 1EASY5.3 - 5.7 Curve Analysis5.3 至 5.7 曲线分析No Calculator

Let $f(x)=x^{3}-6x^{2}+9x+2$.设 $f(x)=x^{3}-6x^{2}+9x+2$。

(a) Find all critical points of $f$.求 $f$ 的所有临界点。
(b) Use a sign chart of $f'$ to classify each critical point as a local max, local min, or neither.利用 $f'$ 的符号表,将每个临界点分类为极大值、极小值或均不是。
(c) Find the inflection point(s) of $f$ and the intervals of concavity.求 $f$ 的拐点及凹凸区间。
FRQ 2MEDIUM5.9 Absolute Extrema5.9 绝对极值No Calculator

Let $f(x)=\dfrac{x}{x^{2}+1}$ on $[0,3]$.设 $f(x)=\dfrac{x}{x^{2}+1}$ 在 $[0,3]$ 上。

(a) Find all critical points of $f$ on $[0,3]$.求 $f$ 在 $[0,3]$ 上的所有临界点。
(b) Use the closed-interval method to find the absolute max and min of $f$ on $[0,3]$.用闭区间法求 $f$ 在 $[0,3]$ 上的绝对最大值和绝对最小值。
(c) Find the intervals on which $f$ is concave up, and list any inflection points.求 $f$ 为凹(concave up)的区间,并列出所有拐点。
FRQ 3MEDIUM5.10 Optimization5.10 最优化Calculator

A rectangular box with a square base and open top has volume $256$ in³. Material for the base costs $\$6$/in² and for the sides costs $\$2$/in².一个正方形底面、开口顶部的长方体,体积为 $256$ 立方英寸。底面材料每平方英寸 $\$6$,侧面材料每平方英寸 $\$2$。

(a) If $x$ is the base edge and $h$ the height, write the cost $C(x)$ in terms of $x$ alone. Show the setup.设 $x$ 为底边长,$h$ 为高,将费用 $C(x)$ 用 $x$ 单独表示,并写出建立方程的步骤。
(b) Find the critical point(s) of $C$ on $(0,\infty)$ and justify that it gives a minimum using $C''$ or a sign chart.求 $C$ 在 $(0,\infty)$ 上的临界点,并用 $C''$ 或符号表说明该点为最小值。
(c) Report the minimum cost, rounded to the nearest cent, along with the dimensions that achieve it.报告最小费用(精确到分),并给出对应尺寸。
FRQ 4HARD5.4 / 5.7 Graph of $f'$5.4 / 5.7 $f'$ 的图像No Calculator

The graph of $f'$, the derivative of a function $f$, is shown on $[-2,6]$. The graph consists of two line segments and a parabolic arc.函数 $f$ 的导数 $f'$ 的图像在 $[-2,6]$ 上如图所示,由两段线段和一段抛物线弧组成。

$y=f'(x)$
(a) Identify all $x$-values on $(-2,6)$ at which $f$ has a local maximum. Justify.找出 $(-2,6)$ 上 $f$ 取得极大值的所有 $x$ 值,并说明理由。
(b) Find all $x$-values on $(-2,6)$ at which $f$ has a point of inflection. Justify.求 $(-2,6)$ 上 $f$ 的所有拐点处的 $x$ 值,并说明理由。
(c) Given that $f(-2)=3$, determine whether $f(0)$ is greater than, less than, or equal to $f(-2)$. Justify using the graph of $f'$.已知 $f(-2)=3$,判断 $f(0)$ 与 $f(-2)$ 的大小关系,并利用 $f'$ 的图像说明理由。
FRQ 5HARD5.10 Optimization & Geometry5.10 最优化与几何No Calculator

A farmer has $800$ meters of fencing and wants to enclose a rectangular field along a straight river (no fencing is needed along the river) and then divide it with one fence parallel to the river.一位农民有 $800$ 米的围栏,要沿一条直河围一块矩形农田(沿河一侧不需要围栏),并用一道平行于河流的围栏将其分为两部分。

(a) Let $x$ be the length parallel to the river and $y$ be the length perpendicular to the river. Write an equation relating $x$ and $y$ from the fencing constraint.设 $x$ 为平行于河流的边长,$y$ 为垂直于河流的边长,根据围栏约束条件写出 $x$ 与 $y$ 的关系式。
(b) Express the enclosed area $A$ as a function of $x$ alone, stating the domain.将围起的面积 $A$ 表示为 $x$ 的单变量函数,并说明定义域。
(c) Find the critical point of $A$ and use the second derivative test to justify that it gives a maximum.求 $A$ 的临界点,并用二阶导数判别法说明该点为最大值。
(d) Report the optimal $x$, $y$, and maximum area.报告最优 $x$、$y$ 值及最大面积。