本题导读
本题考查导数在函数单调性与极值中的应用。
📌【题干】
Question
(2011年湖北卷(理)) 21. (1) 已知函数 ,,求函数 的最大值;
(2) 设 () 均为正数,证明: ① 若 ,则 ; ② 若 ,则 .
🔍【思路分析】
破题导航
- 第 (1) 问:求导 ,确定单调区间并求出最大值,由此得出基础切线不等式 。
- 第 (2) 问 ①:对所证乘积式两边取对数,将“乘积”转化为“求和”形式 ;利用 (1) 的结论 进行放缩,结合条件 完成证明。
- 第 (2) 问 ②:
- 右边不等式:应用 ① 的结论,通过构造使得乘积形式与 产生关联;令 ,验证满足 ① 的条件即可得证;
- 左边不等式:应用 ① 的结论,令 ,验证 后直接得出结论。
✅【答案】
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(1) 待补
(2) 证明见解析
✍【详细解析】
Abstract
(1) 函数 的定义域为 。 求导得: 。
当 时,, 单调递增; 当 时,, 单调递减。 所以,当 时, 取得极大值,也是最大值。 最大值为 。
(2) 由 (1) 知,对任意 ,恒有 ,即 , 当且仅当 时等号成立。
① 因为 (), 由 ,两边同乘以正数 ,得: 。 将上述 个不等式累加,得: 。
由已知条件 , 得 。 根据对数运算法则: 。 因为自然对数函数在 上单调递增,且 , 所以: 。
② 已知 。 先证右边:。 记 。因为 ,所以 。 令 (),则 。 此时: 。 而 , 故 成立,满足 ① 的条件。 根据 ① 的结论: 。 由指数和对数性质: 。 所以: 。
再证左边:。 令 (),则 。 此时: 。 又已知 , 所以 成立,满足 ① 的条件。 根据 ① 的结论: 。 整理得: 。 即: 。
综合两边证明,不等式: 成立。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:切线不等式 的求导证明、加权对数和的构造性代换。
- 核心方法:“以题引路”迁移递进法——直接将上一问结论作为定理应用于后一问,通过逆推目标待定构造 。
- 避坑指南:第 (2) 问 ② 若脱离 ① 的结论盲目使用柯西不等式或 Jensen 不等式极难配凑系数,应敏锐利用形式结构,构造比值型 。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:源自信息论中的相对熵(Kullback-Leibler 散度)非负性定理,以及凸分析中琴生不等式(Jensen’s Inequality)对对数凹函数的应用。
- 结论推广:若 (),对于任意概率分布 ,有 (吉布斯不等式 Gibbs’ Inequality)。
🔗【关联脉络】
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