本题导读

本题考查导数的几何意义。核心在于导数运算法、列表法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2012年重庆卷(理))

设函数 ,其中在 ,曲线 在点 处的切线垂直于 轴.

(1)求 的值;

(2)求函数 极值.

🔍【思路分析】

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  1. 第(Ⅰ)问思路:
  • 首先明确函数的定义域为 。
  • 对 求导,写出含有参数 的导函数 。
  • 理解几何条件:“切线垂直于 轴”意味着该切线是一条水平直线,其斜率 。根据导数的几何意义,点 处的切线斜率等于 ,由此建立一元一次方程 解出 。
  1. 第(Ⅱ)问思路:
  • 将求出的 代回原函数与导函数中,对导函数进行通分、因式分解化简,表示为标准的有理分式形式。
  • 令 求出导函数的全部实数根。
  • 严格在定义域 内,通过观察各区间内导函数的正负号分布(可以使用“列表法”),确定原函数的单调性走势,从而判定并计算出极值。

✅【答案】

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(1)

(2) 极小值为 ,无极大值

✍【详细解析】

Abstract

(Ⅰ)解:

函数 的定义域为 。

对 求导,利用导数的四则运算法则及基本初等函数求导公式可得:

因为曲线 在点 处的切线垂直于 轴,

说明该切线为一条水平线,其斜率严格等于 0。

根据导数的几何意义,切线斜率 ,代入 建立方程:

解得参数 的值为:

(Ⅱ)解:

由(Ⅰ)可知 ,将其代回原函数及导函数中,可得:

为了便于判定导函数的符号,将 进行通分化简:

对分子的二次多项式利用十字相乘法进行因式分解:

令 ,解得方程的两个根为:

因为原函数的定义域要求 ,而 不在定义域内,故将其舍去。

由于分母 在 内恒大于 0,且因式 恒大于 0,因此导函数 的符号完全由因式 的正负决定。

我们在定义域内对特征零点 的两侧进行单调性单因素分析:

  • 当 时, ,此时函数 在 上单调递减;
  • 当 时, ,此时函数 在 上单调递增。

由此可见,原函数在 的左侧递减、右侧递增,故当 时,函数取得唯一极小值,无极大值。

将 代入原函数 中,精确计算该极小值:

由于 ,代入化简得:

综上所述:

函数 的极小值为 ,无极大值。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:导数的几何意义(水平切线斜率为0)、含有对数与分式复合结构的求导通分、单调区间的划分与极小值的计算。
  1. 核心方法:因式分解符号提取法。在求出导函数后,一定要将其通分合并为单一的分式结构,并通过因式分解将其化为 的形式。此时可以通过“对齐常数、直接看正负”来判断零点两侧的变号分布,能有效规避盲目代入特殊值测试符号的繁琐过程。
  1. 避坑指南:
  • 忽视定义域导致错留零点:部分考生在求出 后,由于忘记了对数函数隐含有自变量 的天然定义域约束,错将其作为另一个极值点进行列表讨论。切记导数问题,定义域先行。
  • 切线垂直方向弄反:题目给定的是“垂直于 轴”,部分考生由于审题不仔细,误看成“垂直于 轴”或“平行于 轴”,错令斜率不存在或倾斜角为 。

📖【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》中利用导数研究函数的单调性与极值的经典大题。作为解答题的第一题,属于考查导数主干工具基本功的常规送分题。
  1. 结论推广:
  • 对数分式一阶极值通用模型:对于任意形如 的复合代数模型。
  • 对其求导通分后,其分子恒表现为标准的一元二次多项式: 。
  • 若通过切线等几何约束锁定参数满足 ,根据二次方程的根的判定,该导数方程在正实数域内有且仅有唯一的正根。
  • 并且由于二次项系数 且正根位于右侧,导函数在此唯一零点两侧的变号分布恒表现为“先负后正”(即左减右增)。
  • 由此可得出通用快速得出结论:该结构模型在正实数域内必然只存在唯一的极小值,且绝不可能存在极大值。掌握此因式变号分布模型,在面对任何同类的导数大题时,均能提前看穿函数的单调性格局,从而极大地提升作答的严谨度与流畅度。

🔗【关联脉络】

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