本题导读
本题考查利用导数研究函数的单调性。核心在于构造函数法、同构转化法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2021年新高考I卷)已知函数 。
(1)讨论 的单调性;
(2)设 为两个不相等的正数,且 ,证明:。
🔍【思路分析】
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第一问(单调性):直接求导 ,通过导函数的零点 划分区间。注意定义域为 。
第二问(同构转化):已知等式 两边同除以 ,整理得 。进一步变形为 。发现这正是 。
极值点偏移建模:令 ,问题转化为:已知 且 ,证明 。
构造对称差函数:
- 证明 :构造 。
- 证明 :构造 。
✅【答案】
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得证
✍【详细解析】
Abstract
(1)讨论 的单调性 函数 的定义域为 。 求导得:。
令 ,得 ;
令 ,得 。 故 在 上单调递增,在 上单调递减。
(2)证明: 第一步:同构转化 由 两边同除以 得: 令 。不妨设 。 由第一问知 。由 可知 。
第二步:证明 要证 。由于 且 在 递减, 只需证 ,即证 。 构造 ,。 。 因为 ,所以 ,则 。 故 , 在 递增。 则 ,即 。 令 ,得 。左侧不等式得证。
第三步:证明 要证 。由于 且 递减, 只需证 ,即证 。 构造 ,。 。 由二次函数性质可知 在 上从 增加到 。 由于 ,存在 使得 。 在 递增,在 递减。 端点值:。 。 利用 (当 )可知 。 故 对 恒成立,即 。右侧不等式得证。
综上,得证 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 同构转化是破局点:本题最难的第一步就是将 的混合式转化为 。如果看不出 和 的同构,题目将无法下手。
- 极值点偏移的标准化流程:
- 确定极值点 ;
- 设 ;
- 构造对称辅助函数 。
- 超越不等式的端点处理:在证明右侧不等式时,利用了 这一重要极限,这是处理对数函数端点值的常用技巧。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 结论推广:本题左侧证明的是“算术平均数大于极值点”,这反映了函数 图像“左陡右缓”的特征。
- 思维进阶:对于此类题目,如果不想构造函数,也可以尝试使用对数平均不等式 进行放缩,往往能起到出奇制胜的效果。
🔗【关联脉络】
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