本题导读
本题考查导数的应用。核心在于分离参数法、构造函数法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2013年陕西卷(理)) 已知函数 .
(I)若直线 与 的反函数的图像相切,求实数 的值;
(II)设 ,讨论曲线 与曲线 公共点的个数;
(III)设 ,比较 与 的大小,并说明理由.
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问(切线问题):
- 确定 的反函数为 。
- 设切点坐标为 。利用导数 求得切线斜率 。
- 结合切点在直线上,列出方程组解出 。
- 第二问(公共点个数):
- 将问题转化为方程 在 上的根的个数。
- 分离参数:。构造辅助函数 。
- 求导分析 的单调性与极小值,通过观察水平直线 与 图像的交点来分类讨论。
- 第三问(不等式比较):
- 本质是比较指数函数的平均值与割线斜率(或函数凹凸性的应用)。
- 构造函数:将待比较两式相减,设 。
- 转化为关于 的单变量函数 ,通过二阶导数或多次求导证明其单调性,判定其正负。
✅【答案】
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(III)解:结论为
✍【详细解析】
Abstract
(I)解:

函数 的反函数为 。 设直线与 相切于点 , 则 ,且该点的导数 。 依题意有斜率 。 将切点代入直线方程 : 。 由 得 。 故 。
(II)解: 令 ,由于 ,可得 。 设 ,则 。
- 当 时,, 单调递减;
- 当 时,, 单调递增。 所以 。 观察 图像:当 时 ;当 时 。
- 当 时,直线 与 图像有 2 个交点,即原曲线有 2 个公共点;
- 当 时,有 1 个公共点;
- 当 时,没有公共点。
(III)解:结论为 理由如下: 要比较 与 。 令 ,则 。 原式等价于比较 与 。 两边除以 (),即比较 与 。 构造函数 。 令 。 。 。 因为 ,所以 ,则 在 单调递增。 。 所以 在 单调递增,则 。 故 ,即 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:导数的几何意义(切线斜率)、分离参数研究根的个数、利用导数证明抽象不等式。
核心方法:“构造函数法”。特别是第三问,将两个自变量 通过换元转化为一个增量 ,是简化解析式、寻找单调性规律的关键。
避坑指南:第二问在讨论公共点时,除了考虑极值点,还必须考虑端点处的极限趋势( 和 ),以确保分类讨论的完整性。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:拉格朗日中值定理、二阶导数判断函数凹凸性。
结论推广:第三问揭示了指数函数的下凸性(Convexity)。根据詹森不等式(Jensen’s Inequality),对于下凸函数,两点连线的中点纵坐标(算术平均)大于该段弧的平均变化率。
方法推广:遇到 与 的交点问题,优先考虑 分离参数,转化为求新函数的最值。
🔗【关联脉络】
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