本题导读
本题是 2015 年福建理科卷的最优压轴大题。题目围绕对数函数 展开,考查了函数不等式的证明、参数范围的判定以及局部近似问题。第三问具有极高的思维难度,要求学生深入理解函数在原点附近的局部性质,考查了高等数学背景下的不等式放缩。
📌【题干】
Question
(2015年福建卷(理)) 已知函数 , ().
(1) 证明:当 时,;
(2) 证明:当 时,存在 ,使得对任意 ,恒有 ;
(3) 确定 的所有可能取值,使得存在 ,对任意 ,恒有 .
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问(基础证明):构造辅助函数 ,求导判定单调性,利用端点值 证得不等式。
- 第二问(局部存在性):考察函数 。求导得 。当 时,,由导数定义或连续性可知,在 0 的右邻域内 递增,从而 。
- 第三问(深度探究):
- 本质是考察 在 处的二阶局部逼近。
- 利用泰勒公式(或多项式放缩):。
- 若 ,则 是一阶无穷小(量级为 ),在 时必然大于 。
- 若 ,则 。由一问知 ,构造 判定其在 0 右侧的符号。
✅【答案】
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综上所述,实数
✍【详细解析】
Abstract
(1) 证明: 时, 令 ,定义域为 。 则 。 当 时,,所以 在 上单调递减。 故 ,即 。
(2) 证明:当 时,存在 ,使得 时 令 。 则 。 因为 ,所以 。 当 时, 对 恒成立,取任意 即可。 当 时,令 ,解得 。 取 ,则对任意 ,有 , 所以 在 上单调递增,,即 。
(3) 确定 的可能取值 由(Ⅰ)(Ⅱ)及绝对值意义讨论如下: 1. 若 : 由(Ⅰ)知,当 时,,且 ,故 。 。 若要满足 ,则需 ,即 。 这与“对于任意 恒成立”矛盾(当 极小时不成立),故 不合题意。
2. 若 : 由(Ⅱ)知,当 时,。 。 同理,当 时,。 因为 ,一阶项 在 极小时必然大于 ,故 不合题意。
3. 若 : 此时 。 要证存在 使得 , 构造 。 。 当 时,,所以 在 上单调递增。 故 ,即 。 此时对任意 ,该不等式均成立。
综上所述,实数 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 压轴题的梯度:一、二问是基础铺垫,引导学生观察 与 在原点处的切线关系( 是临界斜率)。
- 局部性问题的处理:第三问这类“存在 ,对任意 ”的描述,本质是在考察函数的高阶导数性质。 3.* 此类问题若能熟记 等常用放缩不等式,解题思路会非常清晰。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 方法拓展: 利用泰勒公式 。原式变为 ,由极限性质易知必有 。
- 变式思考: 若将题目中的 改为 ,满足条件的 值还会是 1 吗?
🔗【关联脉络】
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