本题导读
本题考查导数的应用。核心在于分类讨论法、导数法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2013年江苏卷) 设函数 ,,其中 为实数.
(1)若 在 上是单调递减函数,且 在 上有最小值,求 的取值范围;
(2)若 在 上是单调递增函数,试求 的零点个数,并证明你的结论.
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问(交集求范围):
- 单调性约束: 在 上恒成立,导出 的上界,即 。
- 最值约束: 有最小值意味着导数 在 内必须有零点且变号。若 ,导数恒非负,无最小值。故需 。
- 取交集:综合两个条件得出结果。
- 第二问(零点判定):
- 确定 的范围:根据 在 递增,得出 恒成立,即 。
- 分类讨论 :
- 当 时,分析 的单调性与极值。
- 当 时,利用导数确定 的单调区间和极大值,再结合边界极限判定零点。
✅【答案】
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;;1 个零点;2 个零点
✍【详细解析】
Abstract
(1)解: 因为 ,若 在 上递减, 则 在 上恒成立,即 。 由于 ,,故 。 又 。 ① 若 ,则当 时,,故 。 此时 在 上单调递增,无最小值,不合题意。 ② 若 ,令 得 。 当 时,, 递减; 当 时,, 递增。 此时 在 处取得极小值,也是最小值,符合题意。 故 的取值范围是 。
(2)解:结论:当 或 时, 有 1 个零点;当 时, 有 2 个零点。
证明如下: 由 在 上递增,得 对 恒成立。 即 恒成立,故 。
(i) 当 时: 。令 得 。 在 递增,在 递减。 极大值 。 因为 ,故 ,即 。
- 若 ,极大值 ,此时只有 1 个零点。
- 若 ,极大值 。 当 时,;当 时,。 由零点存在性定理知,在 和 各有 1 个零点,共 2 个零点。
(ii) 当 时: ,在 上可知只有 1 个零点 ()。
(iii) 当 时: 在 恒成立,故 单调递增。 当 时,;当 时,。 故 只有 1 个零点。
综上所述证明完成。
💡【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是解决最值和零点问题的基石。 2. 分类标准:本题中参数 决定了极值点的位置以及极大值与 0 的大小关系,因此分类点选在 。
核心方法:见详细解析
避坑指南:在叙述零点个数时,必须体现单调区间及区间端点的正负情况(或极限状态)。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:利用导数研究函数的单调性是解决最值和零点问题的基石。 2. 分类标准:本题中参数 决定了极值点的位置以及极大值与 0 的大小关系,因此分类点选在 。
结论推广:见详细解析。
方法推广:见详细解析
🔗【关联脉络】
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