本题导读

本题考查不等式恒成立问题。核心在于待定系数法、几何切线分析法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2020年江苏卷)已知关于 的函数 与 在区间 上恒有 。

(1)若 ,求 的表达式;

(2)若 ,求 的取值范围;

(3)若 (),,求证:。

🔍【思路分析】

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(1)利用判别式: 夹在两个开口相反、顶点相同的抛物线之间。通过 的特殊值或利用二次不等式恒成立的判别式 锁定系数。

(2)导数判定边界:

  • 考察 :构造函数 ,利用导数证明当 时成立。
  • 考察 :这是一个二次不等式在 上恒成立的问题,分类讨论对称轴与区间的关系。

(3)区间跨度最值化:

  • 分析 : 这是一个关键突破口。通过代数变形发现 恰好是 在 处的切线,从而利用因式分解 确定 的范围。
  • 分析 : 这是一个开口向上的二次不等式,其解集的长度即为 的上限。
  • 构造函数: 将长度表达为关于 的函数,利用导数求最大值。

✅【答案】

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✍【详细解析】

Abstract

(1)解: 由 在 上恒成立:

  1. 令 ,得 。
  2. 此时 且 。
  3. 要使二次函数在 上恒 ,判别式必须 : 。 故 。

(2)解:

  1. 分析 : 即 。令 ,则 。 可知 在 递减, 递增,。 要使 恒成立,需 。
  2. 分析 : 即 对 恒成立。
  • 若 ,得 。
  • 结合 ,得 。 综上,。

(3)证明:

  1. 解析 : 。 由于 ,只需 在 上成立。 其判别式 。当 时,,不等式在 上恒成立。
  2. 解析 : 。 解集长度为两根之差:。
  3. 求 的最大值: 令 ,。 。 在 上,,函数单调递减。 。 故 。证毕。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 因式分解的切点视角: 第三问中 实际上是 的切线。在处理 时,若发现 且 ,则必有因子 。
  • 参数压缩: 将 视为单一变量 降次,是处理复杂高次函数的最优路径。

📖【试题探源与推广】

Tip

此类题目在高等数学中对应“夹逼定理”的背景。从几何上看,直线 必须穿过由 和 构成的“狭长走廊”。

  • 如果 和 在某点 处相切(即 且 ),则直线 必须是它们在该点处的公切线。第(1)问就是这一结论的直观体现。

在处理第(2)问这种含有参数 的恒成立问题时,如果解析式在某个点(如 )处两端相等(),那么这个点通常就是限制参数范围的“瓶颈点”。通过考察该点处的导数大小关系(切线斜率),可以迅速缩窄 的取值范围,再进行严谨证明。

第三问展示了江苏卷常见的“六次式转三次式”手法。

  • 识别对称性: 观察到 始终以 形式出现(或者能通过平方项构造),应果断换元。
  • 单调性优先: 在压轴题最后一步,往往不需要求出极其复杂的极值,利用导数判定区间内的单调性,通常最大值就落在区间的端点。在本题中,当 时取得最大值 。

🔗【关联脉络】

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