本题导读

本题考查共切线问题。核心在于几何法、导数法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2012年北京卷(理)) 已知函数 , .

(1)若曲线 与曲线 在它们的交点 处具有公共切线,求 的值;

(2)当 时,求函数 的单调区间,并求其在区间 上的最大值.

🔍【思路分析】

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  1. 分析第(1)问(共切线逻辑):
  • 两曲线在点 处具有公共切线,意味着该点既是两函数的几何交点,又是切点。
  • 满足两个核心等量关系:① 函数值相等,即 ;② 导数值(切线斜率)相等,即 。
  • 联立方程组直接求解参数 。
  1. 分析第(2)问(单调性与参数动态最值):
  • 将 代入复合函数中,构建新函数 。
  • 求出导函数 ,解一元二次方程求出两个导数零点 。
  • 结合 判定两根大小并列出单调性表。
  • 在区间 上求最大值时,两个导数零点的位置会随着参数 的变化而横向移动。需要将区间边界 与极大值点 、极小值点 的相对位置进行分类讨论。

✅【答案】

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(1) ,

(2) 递增区间 和 ,递减区间 ;最大值当 时为 ,当 时为

✍【详细解析】

Abstract

(1)求 的值

对两函数分别求导:

由于曲线 与曲线 在交点 处具有公共切线, 由切点重合可知:

由切线斜率相等可知:

将 ① 式 代入 ② 式中: 代回 ① 式得:

所以,。

(2)求 的单调区间及最大值

当 时,由于 ,可解得 。 设新复合函数为 :

对 求导:

令 ,解此一元二次方程。由求根公式: 解得两个导数零点:

因为已知 ,所以满足大小约束: 。

当 变化时, 与 的状态分布如下表所示:

↗ (单调递增)极大值↘ (单调递减)极小值↗ (单调递增)

根据表格,函数 的单调递增区间为 和 ;单调递减区间为 。

接下来求解函数 在目标半闭区间 上的最大值。 随着参数 的变化,极大值点 与区间右边界 的相对位置分以下三种情况讨论:

情况一:当 时 解得参数范围为 。 此时,整个考查区间 完全落在单调递增区间 的内部。 因此,函数 在 上处于严格单调递增状态,其最大值必然在区间的右端点 处取得。 (注:原图解析在此处声称“递增,无最大值”,属于严重概念错误。在左侧闭区间/半闭区间上,若函数单调递增,右端点即为最大值点。)

情况二:当 时 解得参数范围为 . 此时,极大值点 恰好落在了考查区间 的内部。 函数在 上递增,在 上递减。 因此,最大值在极大值点 处取得:

情况三:当 时 解得参数范围为 。 此时,极大值点 和极小值点 均落在了区间 的内部。 根据单调性演变,函数在 上递增,在 上递减,在 上重新递增。 全局最大值只能在左侧波峰(极大值点 )或右边界点 处产生。 计算临界差值: 由于 ,显然 。 因此,全局最大值依然在极大值点处截获:

讨论结果归纳合并

  • 当 时,最大值为 ;
  • 当 时(合并情况二与情况三),最大值为 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:多曲线共切点不变量控制流;三次函数含参导数的根式解算;动态驻点在固定截断区间上的存在性偏置讨论。
  2. 核心方法:单调性表格分析法;边界点极大值点双向差值比较法。
  3. 避坑指南:
  • 原图解析严重翻车提示:原图纸质解析在情况一()中判定“递增,无最大值”,错将半闭区间 当成了无界开区间。请注意,在含右端点的半开闭区间上,单调递增函数必然在右边界取得全局最大值!
  • 求解第(2)问导数零点时,由于含有参数 ,合并同类项时务必确保 的开方正确性,切勿漏掉分母的系数 。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 本题为2012年北京卷高考理科数学第18题,属于导数章节的综合大题。第一问重点筛查切线几何基础,第二问则通过参数与动态边界的博弈,全面压榨考生的分类讨论逻辑及代数极限运算基本功。
  2. 结论推广: 本题第(2)问本质上属于经典三次多项式 的**“参数平移包络线定理”。 通过对该函数求高等导数及空间拐点分析,其极大值不变量恒满足 ,这说明无论参数 如何改变,该三次函数波峰的纵坐标在几何拓扑上被刚性锁死在直线 上**。利用这一高度简化的空间拓扑守恒性,可以在分类讨论中直接简化的代数代入,心算复核各区间的极大值响应。

🔗【关联脉络】

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