本题导读
本题考查利用导数研究函数的单调性。
📌【题干】
Question
(2007年辽宁卷(理)) 已知函数 , .
(1) 证明:当 时, 在 上是增函数;
(2) 对于给定的闭区间 ,试说明存在实数 ,当 时, 在闭区间 上是减函数;
(3) 证明: .
🔍【思路分析】
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- 分解设问:本题分 6 问,逐问推进——先由题设条件求解基本量,再在所得结论基础上进一步计算或证明。
- 方法选择:采用两次求导法(高阶导数分析),规范书写每一步的依据与结果。
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当 时, 恒有 在 上成立
✍【详细解析】
Abstract
(1) 证明: 首先求函数 的导函数 : 根据定义 , 得到 的显式解析式: 对 进行求导运算: 令 , 则导函数化为关于 的二次一元函数: 要证明 在 上是增函数, 只需证明 在 上恒成立, 即 在 上恒成立。 由于二次项系数 , 二次函数图象开口向上, 只要其判别式 即可保证全域非负: 题目给定条件为 :
当 时, 恒成立;
当 时, 对称轴 , 此时当 时, 必然恒成立。 综上所述, 当 时, 恒有 在 上成立。 所以, 在 上是增函数。
(2) 解: 要使 在给定的闭区间 上是减函数, 必须且只需满足 在 上恒成立。 由(1)可知 。 由于 , 我们通过参数分离法将 隔离出来: 设 。 要使 在 上恒成立, 只需满足 大于或等于该函数在闭区间 上的最大值即可。 因为 在闭区间 上由指数函数的连续性可知, 必然存在最大值 。 令 。 由于闭区间 固定, 则 是一个确定的实数(具体为 )。 因此, 存在实数 , 当 时, 恒有 在 上成立。 即 在闭区间 上是减函数。
(3) 证明: 将原函数 变形, 按照关于参数 的一元二次多项式进行重新配方组装: 提取系数 2 进行二次项配方: 由于第一项平方项 , 我们将其放缩丢弃:
下面求新构造函数 的全域极小值: 对 求导: 。 令 。
- 当 时, , 单调递减;
- 当 时, , 单调递增。 故 在 处取得全域绝对极小值, 亦即最小值: 由此可知, 恒有 成立。
将 代回不等式 ① 中进行二次放缩: 所以, 成立。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:利用导数研究函数的单调性、导数在闭区间上的最值与不等式证明、构造函数法。
- 核心方法:两次求导法(高阶导数分析)、参数分离与范围卡位法、配方法与不等式放缩。
- 避坑指南:
- 注意关键条件(如定义域、符号、取值范围)的约束,避免漏解或增解。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题考查利用导数研究函数的单调性、导数在闭区间上的最值与不等式证明,是辽宁卷(理)解答题的高频命题方向,同型题见下方类题演练。
- 变式思考:本题的核心步骤(两次求导法(高阶导数分析)、参数分离与范围卡位法)可迁移到同类问题——若改变题设条件(如更换数值或几何对象),解法框架不变,重在把握「条件→目标」的转化路径。
- 知识关联:利用导数研究函数的单调性、导数在闭区间上的最值与不等式证明相互关联,解答中综合运用了两次求导法(高阶导数分析)、参数分离与范围卡位法,建议结合知识锚点中的对应专题系统梳理。
🔗【关联脉络】
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