本题导读

本题考查利用导数研究函数的单调性与极值。核心在于构造函数法(极值点偏移)、同构代换法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2022年甲卷理) 已知函数 .

(1)若 ,求 的取值范围;

(2)证明:若 有两个零点 ,则 .

🔍【思路分析】

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  1. 第一问(求参数范围):

    • 求导定单调性:对 求导,提取公因式找到导函数的唯一零点 。

    • 求最值:根据导数的正负确定函数在 递减,在 递增。函数在 处取得最小值。

    • 建立不等式:要使 恒成立,只需让其最小值 即可,解出 的范围。

  2. 第二问(证明极值点偏移):

    • 不等式等价转化:已知 为两零点,不妨设 。要证 ,即证 。

    • 利用单调性转化:因为 和 都大于 ,而 在 上单调递增,故等价于证明 。又因为 ,最终等价于证明 。

    • 构造辅助函数:构造“对称差函数” ,其中 。目标转化为证明 。

    • 导数放缩证明:对 求导,提取公因式 ,将剩余部分转化为比较 与 的大小。利用经典函数 的单调性完成致命一击。

✅【答案】

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(1)

(2) 证明见解析

✍【详细解析】

Abstract

(1)若 ,求 的取值范围

  1. 求导:

    函数 的定义域为 。

    提取公因式 :

  2. 判定单调性与极值:

    因为 ,所以 且 恒成立。

    令 ,解得 。

    • 当 时,,则 , 单调递减;

    • 当 时,,则 , 单调递增。

      故 在 处取得极小值,同时也是全定义域上的最小值。

  3. 求解参数范围:

    要使 在 上恒成立,仅需 :

    结论: 的取值范围是 。

(2)证明:若 有两个零点 ,则

  1. 确认零点分布与逻辑转化:

    因为 有两个零点,则必有其最小值 ,即 。

    不妨设 。

    要证明 ,因为 ,等价于证明 。

    因为 ,所以 。

    由于 在 上单调递增,且 ,

    所以 。

    又因为 为零点,即 ,

    上式等价于证明:。

  2. 构造辅助函数:

    构造函数 ,其中 。

    目标转化为证明:对任意 ,恒有 。

  3. 对辅助函数求导:

    代入(1)中求得的 :

    h'(x) = \frac{(e^x + x)(x - 1)}{x^2} + \frac{1}{x^2} \frac{(e^{1/x} + 1/x)(1/x - 1)}{(1/x)^2}$$$$h'(x) = \frac{(e^x + x)(x - 1)}{x^2} + \frac{(x e^{1/x} + 1)(1 - x)}{x^2}

    提取公因式 :

  4. 放缩与单调性分析:

    设 ,其中 。

    。

    设 ,则 (当 时)。

    所以 在 上单调递增,则 。

    这说明 ,故 在 上单调递增。

    因为 ,所以 。

    利用 的单调性,有 :

    移项得:。

    回到 的表达式:

    因为 ,所以 。

    两个负数相乘得正数,即 。

  5. 得出最终结论:

    因为 在 上恒成立,所以 在 上单调递增。

    故对任意 ,有 。

    即 在 上恒成立。

    因为 ,所以 成立,从而推导出 。

    原命题得证。

    【解法二】∵单调递增, 有两个零点,

    ∴有且仅有一个零点, 且有两个解

    由的单调性知,分别位于两个不同的单调区间

    因此不妨设{0<x_{1}<1<x_{2}}$$\therefore {{x}_{1}}-\ln {{x}_{1}}={{x}_{2}}-\ln {{x}_{2}}={{t}_{0}}    

    下面证明不等式 成立:

    要证,

    即证,

    令

    即证

    令, 即证

    ∴单调递减,

    即

    【解法三】由(1)可知,要使有两个零点,

    可将问题转化为有两个零点

    不妨设,令

    ,即

    ,

    即,所以在上单调递增

    所以,即

    因为,则有,即,

    所以

    因为是两个的零点,

    所以,所以

    因为,则,

    又因为在上单调递减,所以,

    所以

    【解法四】(2)由(1)可知,要使有两个零点, 可将问题转化为有两个零点

    则有,

    即

    令,

    由,

    所以,

    要证, 即证

    ,

    ,

    令,

    则

    令,

    则,所以在上单调递增

    所以,

    即,所以在上单调递减,

    所以,即,

    所以在上单调递增,

    所以,

    所以

    所以

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心技巧:

    1. 极值点偏移的“对称差函数”法:证明 构造 ;证明 (本题 )构造 。这是处理双零点偏移问题的“黄金定式”。

    2. 分离因子与函数同构:在研究 的符号时,将难以比较的结构整理出 的同构形式,通过证明基底函数的单调性来实现不等式的严密放缩,极其优雅且严谨。

  • 规律总结:高考中处理 这种乘积型偏移时,通常 就是那个关键的极值点。利用单调性转化 是打通逻辑的第一步。

  • 避坑指南:在求 时, 必须应用复合函数求导法则(即不要漏乘内部函数 的导数 ),这是大量学生折戟沉沙的地方。

📖【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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