本题导读
本题考查利用导数研究函数的极值,以及二阶导数的应用。
📌【题干】
Question
(2022年乙卷理) 已知 和 分别是函数 的极小值点和极大值点.若 ,则 的取值范围是 .
🔍【思路分析】
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求导分析:求出一阶导数 和二阶导数 。
利用极值点类型定性分析:
极值点对应 的根。
是极小值点 在 附近 由负变正。
是极大值点 在 附近 由正变负。
已知 ,说明导函数 的符号变化趋势为“先负,后正,再负”。这暗示 的图象呈现“倒 U 型”(先增后减)。
利用二阶导判定单调性:
- 研究 的正负,确定 的单调性,从而确定参数 的大致范围( 还是 )。
极值存在性条件:
- 要使 有两个变号零点,其极大值(即 的最大值)必须大于 。由此建立关于 的不等式并求解。
✅【答案】
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✍【详细解析】
Abstract
1. 求导函数:
2. 分类讨论确定 的范围:
情形一:当 时
, 单调递增,故 单调递增。
当 时,;
当 时,。
存在唯一零点 ,使得 在 递减,在 递增。
的图象呈“U 型”(先减后增)。
若 有两个零点 ,则符号变化必为 。
这意味着 是极大值点, 是极小值点。
这与题目已知条件( 为极小值点, 为极大值点)矛盾。
故 不成立。
情形二:当 时
, 单调递减,故 单调递减。
当 时,;
当 时,。
存在唯一零点 ,使得 在 递增,在 递减。
的图象呈“倒 U 型”(先增后减)。
若 有两个零点 ,则符号变化必为 。
这意味着 是极小值点, 是极大值点。
这与题目条件相符。
故必有 。
3. 求解具体不等式:
在 的前提下,要保证 有两个零点,只需 的最大值大于 。
最大值点 满足 ,即:
同时,对两边取以 为底的对数(注意 ):
要求 :
将 代入:
2 \cdot \frac{e}{(\ln a)^2} \cdot \ln a - 2e x_0 > 0$$$$\frac{2e}{\ln a} - 2e x_0 > 0
因为 ,约去得:
将 的表达式代入:
注意:因为 ,所以 。
不等式两边同乘 ,不等号方向改变:
1 < 1 - 2\ln|\ln a|$$$$0 < -2\ln|\ln a|$$$$\ln|\ln a| < 0$$$$0 < |\ln a| < 1
即 (因为 )
-1 < \ln a < 0$$$$e^{-1} < a < e^0$$$$\frac{1}{e} < a < 1
结论:
的取值范围是 .
【解法二】
【分析】由分别是函数的极小值点和极大值点,
可得时,
,时,,
再分和两种情况讨论,方程的两个根为,
即函数与函数的图象有两个不同的交点,
构造函数,根据导数的结合意义结合图象即可得出答案.
【解析】,
因为分别是函数的极小值点和极大值点,
所以函数在和上递减,
在上递增,所以当时,
,当时,,若时,
当时,,
则此时,与前面矛盾,故不符合题意,
若时,则方程的两个根为,
即方程的两个根为,
即函数与函数的图象有两个不同的交点,
令,则,
设过原点且与函数的图象相切的直线的切点为,
则切线的斜率为,故切线方程为,
则有,解得,
则切线的斜率为,
因为函数与函数的图象有两个不同的交点,
所以,
解得,
又,所以,
综上所述,的范围为.
【解法三】
\begin{align}& f(x)\Leftrightarrow f\prime (x)\Leftrightarrow y={{a}^{x}}\ln ay=ex\\&f'(x)=2{{a}^{x}}\ln a-2ex=0 {{a}^{x}}\ln a=ex\\\end{align}
\begin{align}& a>1\\&f\prime (x)\\\end{align}
\begin{align}&{{x}_{1}}<{{x}_{2,}}{{x}_{1}}{{x}_{2}}\\&\therefore\\\end{align} \begin{align}&1>a>0\\& y={{a}^{x}}\ln a00\\&y-{{a}^{{{x}_{0}}}}\ln a={{a}^{{{x}_{0}}}}{{\ln }^{2}}a(x-{{x}_{0}})\\& (0,0){{x}_{0}}=\frac{1}{\ln a}=\log _{a}^{e}\\\end{align} \begin{align}&\therefore k={{a}^{{{x}_{0}}}}{{\ln }^{2}}a={{a}^{\log _{a}^{e}}}{{\ln }^{2}}a=e{{\ln }^{2}}a\\& k=e{{\ln }^{2}}a<e\\&\therefore -1<\ln a<1\frac{1}{e}<a<e\\&\therefore\frac{1}{e}<a<1\\\end{align}
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心技巧:
二阶导定型:对于超越函数,二阶导数往往比一阶导数更容易判断符号,通过二阶导数的单调性可以反推一阶导数的单调性(即原函数的凹凸性)。
极值点顺序判定法:若函数先有极小值再有极大值,说明导数先负后正再负,导函数必为“先增后减”形态。这是判断参数范围( 还是 )的最快依据。
避坑指南:
不等式变号:在解 时,务必时刻牢记 是负数,乘除时要变号。这是本题最容易丢分的地方。
对数运算:处理 时要小心,确保真数大于 0 且理解其绝对值的含义(此处 为负)。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:待补
结论推广:待补
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