本题导读

本题考查导数的几何意义。核心在于辅助函数法、分类讨论法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2023年乙卷文)已知函数 。

(1)当 时,求曲线 在点 处的切线方程;

(2)若 在 单调递增,求 的取值范围。

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 第(1)问思路:
  • 将 代入原函数,求出切点纵坐标 。
  • 利用导数的四则运算法则求出导函数 ,代入 计算切线斜率 。
  • 利用点斜式方程展开化简,确定最终的切线方程。
  1. 第(2)问思路:
  • 函数在区间上单调递增等价于导函数 在 上恒成立。
  • 对 求导,提取公因式 后,将条件转化为判断括号内部构造函数 的正负符号。
  • 通过对 再次求导,分析其导函数 的零点与正负分布。
  • 临界切分点由 决定,据此对 、 以及 进行分类讨论,判定使 恒成立的充要参数区间。

✅【答案】

点击查看答案

(1)

(2) 的取值范围为

✍【详细解析】

Abstract

(1)解: 当 时,函数解析式为: 代入 可得切点纵坐标: 即切点坐标为 。

根据导数的乘法求导法则与链式法则,对 求导得:

将 代入导函数中,求得切线斜率 :

由直线的点斜式方程可知,切线方程为: 化简得:

所以,曲线在点 处的切线方程为 (或 )。

(2)解: 若 在 上单调递增,则其导函数满足 在 上恒成立。 计算通用导函数 :

为了便于分析符号,通分并整体提取 :

设辅助函数 ,其中 。 要使 恒成立,由于 ,则必须满足:

显见易知 。 对 求导,利用商的求导法则:

由于 ,分母 ,故 的符号完全由分子中的线性项 决定。下面对参数 进行分类讨论:

情况一:若 当 时,由于 ,则 。 同时 ,所以 。 此时 恒成立,说明 在 上单调递增。 由于 ,则当 时必有 。 这与 恒成立相矛盾,不合题意。

情况二:若 当 时,临界常数 。 因为 ,所以 。 从而有 恒成立。 此时 恒成立,说明 在 上单调递减。 由于 ,则当 时必有 ,满足 恒成立的要求。 故 符合题意。

情况三:若 此时临界常数 。 令 。

  • 当 时, , 在该区间单调递增;
  • 当 时, , 在该区间单调递减。 由此可知,函数 在 处取得极大值。 由于 且在右侧先单调递增,所以在区间 内必然存在 ,与 恒成立矛盾,不合题意。

综上所述, 的取值范围为 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:导数判定单调性、二次求导法(构建辅助函数)、多情境分类讨论。
  2. 核心方法:整体化分式分离法。在求出 后,通过提取外部的 ,使括号内变为非分式的标准形式 ,从而能针对 执行干净的二次求导。
  3. 避坑指南:
  • 求导公式多重嵌套出错:第(2)问对 求导时,涉及减法与分式的联合求导,分子展开式中含有多个含 的项,极易因漏掉括号而导致符号反转。
  • 讨论界限模糊:很多考生能够求出 的分子,但找不到分类讨论的突破口。本题的本质是以 时的截距正负为分界线,即令 导出关键临界值 。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:本题源于人教A版高中数学选择性必修第二册第五章《一元函数的导数及其应用》的章末综合压轴题。其高等数学背景为利用**麦克劳林级数(Maclaurin series)**在边界端点处理极限放缩。
  2. 结论推广:
  • 泰勒级数透视法:将函数 在 处展开为幂级数:。
  • 代入原恒成立条件中:。
  • 将其通分并保留到二次项展开,可近似看作:。
  • 若要使该式在 的右侧邻域内恒小于或等于 0,其最前列的主导项系数必须小于或等于 0,即 。通过这种高等数学级数展开的视角,可以极速在一分钟内透视出解析压轴题的参数临界值。

🔗【关联脉络】

Multi column