本题导读

本题为导数与不等式综合压轴题。第一问通过求导、因式分解通分,在定义域内对根的大小进行分类讨论以确定单调区间;第二问将含有双变量 的不等式变形,转化为构造单调函数并求其最值的问题,是高考解决此类双变量不等式的经典套路。

📌【题干】

Question

(2009年辽宁卷(理)) 已知函数 ,.

(1) 讨论函数 的单调性;

(2) 证明:若 ,则对于任意 ,,有 .

🔍【思路分析】

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  1. 对于第(1)问,求出 。由于定义域为 ,且 ,需对两个根 和 的大小关系进行分类讨论(即讨论 与 的大小,等价于 与 的大小)。
  2. 对于第(2)问,不妨设 。去分母后,不等式等价于 ,移项整理为 。
  3. 由此构造辅助函数 ,将问题转化为证明 在 上是单调递增函数,即在 的条件下证明 恒成立。

✅【答案】

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待补

✍【详细解析】

Abstract

(1) 函数 的定义域为 。 求导得: 令 ,得 或 。 因为 ,所以 。下面对 与 的大小进行分类讨论:

① 当 ,即 时: 由 得 或 ; 由 得 。 所以, 的单调增区间为 和 ;单调减区间为 。

② 当 ,即 时: 恒成立(仅在 处为 )。 所以, 的单调增区间为 ,无单调减区间。

③ 当 ,即 时: 由 得 或 ; 由 得 。 所以, 的单调增区间为 和 ;单调减区间为 。

(2) 证明: 对于任意 且 ,不妨设 。 要证 , 只需证 , 即证 。 构造辅助函数 ,则上述不等式等价于 在 上单调递增。 对 求导,得: 若要使 在 上单调递增,只需 在 上恒成立。 因为 ,只需分子 恒成立。 由于 是开口向上的二次函数,要使其在实数集上恒大于等于 0,只需判别式 : 因为 ,所以 。 从而解得 。 由题意已知 (因为 且 ),显然满足 。 此时 恒成立,从而 恒成立。 所以函数 在 上严格单调递增。 因为 ,所以 , 即 。 原不等式 成立。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:利用导数研究含参函数的单调性,利用构造函数法解决双变量不等式。
  2. 核心方法:
  • 单调性讨论:求导因式分解后,通过比较驻点 与 的大小来划分单调区间。
  • “同构法”构造函数:将 变形为 (当 时),进而构造新函数 证明其单调性,是破解此类双变量平均变化率问题的终极杀招。
  1. 避坑指南:第(1)问写区间时必须注意定义域 ,例如当 时,增区间之一是 而不是 。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 典型的高考导数压轴题,考查了利用一元函数单调性解决多元变量不等式的基本数学思想。
  2. 结论推广: 一般地,若函数 满足在定义域内对任意 均有 ,则等价于函数 在该定义域内单调递增,即 恒成立。

🔗【关联脉络】

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