本题导读
本题为 2010 年四川高考理科数学压轴题,考查反函数的求法、方程在区间上有解的参数范围求解、利用导数构造辅助函数证明数列不等式,以及运用放缩法比较数列和的大小。
📌【题干】
Question
(2010年四川卷(理)) 22. 设 , 是 的反函数.
(1) 设关于 的方程 在区间 上有实数解,求 的取值范围;
(2) 当 ( 为自然对数的底数)时,证明:;
(3) 当 时,试比较 与 的大小,并说明理由.
🔍【思路分析】
破题导航
- 求反函数 : 由 解出 ,求得 (定义域 ).
- 第 (1) 问:
- 联立对数方程 ,消去对数符号得 .
- 构造函数 ,利用导数求 在 上的值域即为 的取值范围.
- 第 (2) 问:
- 当 时,,化简裂项相乘求和 .
- 设 ,将右式化为 . 令 ,构造函数 ,利用单调性证明 .
- 第 (3) 问:
- 化简 ,故 .
- 利用 放缩 ,得到等比数列再运用单调性求得上界为 .
✅【答案】
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𝑡∈[5,32].(2)短答案:题设不等式成立.(3)短答案:∣∣∣∣𝑛
✍【详细解析】
Abstract
先求反函数 : 设 ,变形得:
因为 ,所以 或 . 解得 .
故反函数为:
(1) 求 的取值范围
原方程为:
因为 ,且对数函数单调,故原方程等价于:
两边同乘以 得:
设 . 对 求导:
当 时,, 单调递增; 当 时,, 单调递减.
计算端点与极值点处的函数值:
- ;
- ;
- .
故 在 上的最小值为 ,最大值为 .
所以 的取值范围是 .
(2) 证明不等式
当 时,.
计算左边累加和:
设 ,因为 ,所以 .
右式可化简为:
要证原不等式,即证当 时:
设 ,因为 ,所以 . 等价于证明当 时:
构造辅助函数 . 求导可得:
所以 在 上严格单调递减. 因此,对任意 ,恒有:
故 成立,即:
(3) 比较 与 的大小
由 得:
所以:
因为 ,对任意 ,有 且 ,故:
当 时,,所以 .
进行放大:
因为 ,所以:
设函数 . 求导可得:
故 在 上单调递增. 所以 的最大值为:
所以:
答:.
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:求反函数、导数求区间最值、裂项求和与换元构造辅助函数证明不等式、等比放缩比较大小。
- 核心方法:
- 第 (2) 问:换元 将数列不等式转化为连续函数不等式 ,利用单调性即证;
- 第 (3) 问:放缩法 等比求和 导数证明 。
- 避坑指南:第 (3) 问放缩时需严格说明 ,从而保证严格小于号 成立。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:四川高考理科导数与数列压轴经典试题。
- 结论推广:对 ,其反函数满足 ,且 为经典裂项结果。
🔗【关联脉络】
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