本题导读

本题考查切线方程。核心在于构造函数法、分类讨论法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2022年乙卷理) 已知函数 .

(1)当 时,求曲线 在点 处的切线方程;

(2)若 在区间 , 各恰有一个零点,求 的取值范围.

🔍【思路分析】

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  1. 第一问(切线方程):

    • 代入 ,求出 的解析式。

    • 计算切点坐标 。

    • 求导 ,计算斜率 。

    • 利用点斜式写出方程。

  2. 第二问(零点参数范围):

    • 分析端点:。题目要求在 的左侧和右侧各有一个零点,这意味着 不能是唯一的“穿过轴”的点,或者说函数在 附近必须发生符号的特定变化。

    • 利用端点效应(必要性):考察 。若 ,函数在 附近单调递增,图象穿过原点,左右异号,可能无法在两侧各形成一个“回弯”的零点。若 ,函数在 附近单调递减,结合两端极限( 和 ),更有可能形成“山峰”和“低谷”从而产生零点。

    • 分类讨论:

      • 求导通分,将导数符号问题转化为辅助函数 的符号问题。

      • 讨论 :函数单调,不合题意。

      • 讨论 :利用二阶导数或 的单调性,结合 的正负进行精细化分析。重点证明当 时,导数先正后负再正,原函数先增后减再增,从而产生两个额外零点。

✅【答案】

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(1)

(2)

✍【详细解析】

Abstract

(1)求切线方程

当 时,函数为 ,定义域为 .

1. 求切点坐标:

.

切点为 .

2. 求导数与斜率:

.

.

故切线斜率 .

3. 写出方程:

切线方程为 ,即 .

(2)求 的取值范围

.

令 ,其中 .

(i) 若 ,则当 时,,所以 在 上没有零点。

(ii) 若 ,由于 在 上单调递增,

所以当 时,,故 ,

所以 在 上单调递增,

从而当 时,, 在 上没有零点。

(iii) 若 ,由于 在 上单调递增,而 ,,

所以 在 上存在唯一零点 ,

从而可得,当 时,;

当 时,。故 在 上单调递减,在 上单调递增。

因为 ,所以 在 上没有零点,且 。

取 ,则 故 在 上存在唯一零点。

由于 ,故当 时, 是增函数,且 ,,

故 在 上存在唯一零点 ,且当 时,;

当 时,。所以 在 上单调递减,在 上单调递增。

因为 ,所以 ,又 ,所以 在 上存在唯一零点 ,

且当 时,,故 ;

当 时,,故 ,从而 在 上单调递增,在 上单调递减。

因为 ,所以 在 上没有零点,且 。

取 ,则 , 故 在 存在唯一零点。

综上, 的取值范围是 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心技巧:

    1. 端点效应(必要性探路):题设隐含 。若要 在 的左右两侧各有零点,且不通过 变号(或者说在 处不直接穿过轴而是“切”或“离”),这很难直观判断。但通过 的正负可以快速筛选:若 ,函数穿过原点直线上升,左侧为负无零点;只有 (即 ),函数在 处递减,图象才有可能呈现“左侧先增后减回到0,右侧先减后增穿过轴”的形态(即 M 型或 N 型波动)。

    2. 辅助函数定号:构造 将分式导数的符号判定转化为二次函数与指数函数的复合判定,利用二阶导数或凸性迅速确定 的根的分布。

  • 规律总结:对于涉及 与多项式乘积的函数,其零点问题往往归结为导数零点的个数问题。本题中 控制了二次项的开口和正负,决定了导数是有两个零点(一正一负)还是无零点。

  • 避坑指南:

    • 极限的判断:在证明 时 以及 时 是使用零点存在性定理的必要步骤,不能利用极限,要取点.

    • 零点的互斥性:题目要求的是“各恰有一个”,这意味着 这个零点不计入区间内,且区间内的零点必须唯一(通过单调性保证)。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:待补

  2. 结论推广:待补

🔗【关联脉络】

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