本题导读

本题考查分段函数的性质、利用导数研究函数的极值与最值,以及相关运算的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2016年北京卷(理)) 设函数 . ① 若 ,则 的最大值为 ; ② 若 无最大值,则实数 的取值范围是 .

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 分析子函数性质:
  • 令 ,其导数 。
    • 极大值点为 ,;极小值点为 ,。
  • 令 ,这是一条斜率为负的射线,在其定义域内单调递减。
  1. 第一问():
  • 当 时,。在此范围内,最大值为极大值 。
  • 当 时,。
  • 比较两段,最大值为 。
  1. 第二问(无最大值):
  • 核心逻辑:若函数要“无最大值”,必须让 在 时的极限值(即开区间端点值 )大于 在其定义域 上的所有值。
  • 观察 的极大值 (位于 )。
    • 若 ,则 在 时能取到极大值 。此时若要无最大值,需满足空心端点值 ,且 。

    • 若 ,则 在 上单调递增,其最大值为 。此时若要无最大值,只需空心端点值 。

✅【答案】

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✍【详细解析】

Abstract

解: ① 当 时,。 对于 段,由导数可知在 处取得极大值 。 对于 段,。 综上, 的最大值为 。

② 分析 无最大值的条件: 由于当 时, 为减函数且无最大值(开区间),若整体函数无最大值,则必须满足该段的上极限(即空心点 )不被另一段函数值覆盖,且大于另一段的最大值。

  1. 若 : 此时 位于 的增区间上, 的最大值为 。 若要无最大值,只需满足 。 整理得 。 因为 ,上式恒成立。故 符合。

  2. 若 : 此时 段包含了极大值点 ,该段的最大值为 (或 ,取两者中较大者)。 若要无最大值,需满足 且 。 由 得 。这与前提 矛盾。

综上所述,实数 的取值范围是 。

故答案为:;。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 无最值的判定:对于分段函数,如果其中一段是开区间(如 )且在该方向上单调(如减函数),那么只要这个“缺口”处的极限值比另一段的所有值都大,函数就无法取到那个最大值。
  • 极大值点的影响:本题的关键在于参数 是否越过了 的极大值点 。
  • 此类题目最直观的方法是动态画图。想象一条射线 的起点随 移动,看它什么时候能“盖住”左侧曲线的波峰。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 变式训练:若题目要求 有最大值,则 的范围是多少?(答案:)。
  2. 知识关联:本题体现了数学中对“界”的理解,是微积分初步中连续性与最值定理的典型应用。

🔗【关联脉络】

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