本题导读

本题为理科导数压轴大题,考查利用导数研究含参超越函数的单调性,以及“任意-存在”双量词命题下的最值转化与分类讨论。

📌【题干】

Question

(2010年山东卷(理)) 已知函数 .

(1) 当 时,讨论 的单调性;

(2) 设 ,当 时,若对任意 ,存在 ,使 ,求实数 的取值范围.

🔍【思路分析】

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  1. 第 (1) 问:对 求导,得 (或因式分解)。对 的正负及根的大小进行分类讨论:
  • 当 时,分子判别式与符号分析;
  • 当 时,比较两个根 与 的大小关系;
  • 当 时,二次项凑成完全平方。
  1. 第 (2) 问:命题“对任意 ,存在 ,使 ”等价于: 当 时,由 (1) 可求出 在 上的最小值 。求出 在 上的最小值 (对二次函数轴线 进行分类讨论),建立关于 的不等式组求解。

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  • 当 时, 在 上单调递减,在 上单调递增;- 当 时, 在 和 $\left(\frac{1 - a}{a}, +\infty\righ

✍【详细解析】

Abstract

(1) 当 时,讨论 的单调性

函数 的定义域为 。 求导得:

分子因式分解:

设 ,令 ,解得根为:

下面对 分类讨论:

① 当 时: 当 时,; 当 时,。 即:

  • 当 时,, 单调递减;
  • 当 时,, 单调递增。

② 当 时: 恒成立。 故当 时, 在 上单调递减。

③ 当 时: 因为 ,所以 。

  • 当 时,, 单调递减;
  • 当 时,, 单调递增;
  • 当 时,, 单调递减。

综上所述:

  • 当 时, 在 上单调递减,在 上单调递增;
  • 当 时, 在 和 上单调递减,在 上单调递增;
  • 当 时, 在 上单调递减。

(2) 求实数 的取值范围

当 时,由 (1) 知,。 在 上单调递减,在 上单调递增。

因为 ,所以 在 上的极小值点为 ,亦为最小值点。 求出 在 上的最小值为:

命题“对任意 ,存在 ,使 ”等价于:

二次函数 的对称轴为 。下按对称轴 与区间 的位置关系分类讨论 的最小值:

  1. 当 时: 在 上单调递增,故最小值在 处取得: 由 。 与 无交集,无解。

  2. 当 时: 在 处取得最小值: 由 。 因为 ,解得 。 结合 得:。

  3. 当 时: 在 上单调递减,故最小值在 处取得: 由 。 结合 ,求交集得 。

综合三种情况,求并集可得:

故实数 的取值范围是 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:导数判断超越函数单调性(双根分类)、双量词“任意-存在”的最值等价转换 。
  2. 核心方法:
  • 导数根的大小比较(与定义域界限 的比较);
  • 二次函数闭区间最值(轴线三分法)。
  1. 避坑指南:
  • 注意第 (2) 问中 , 最小值为极小值点 处的函数值,需验证 在 内;
  • 对二阶二次函数 讨论时,注意 的三大区间端点处的闭合交集取值。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:山东高考数学压轴题经典范例,融汇了求导、分类讨论、逻辑量词与二次函数最值。
  2. 结论推广:对“” 型命题,充要条件必为 。

🔗【关联脉络】

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