本题导读
考查利用导数求三次函数的单调区间、曲线公切线存在性证明以及含参恒成立问题的最值求解,属于高考数学导数综合压轴大题。
📌【题干】
Question
(2017年天津卷(文)) 设 ,. 已知函数 ,.
(1) 求 的单调区间;
(2) 已知函数 和 的图象在公共点 处有相同的切线. ① 求证: 在 处的导数等于 0; ② 若关于 的不等式 在区间 上恒成立,求 的取值范围.
🔍【思路分析】
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- 第(1)问:对 求导,利用配方法或因式分解研究导函数符号,结合 确定单调区间。
- 第(2)问①:根据两曲线在公共点处有相同的切线,列出函数值相等且导数值相等的方程组,推导出 且 。
- 第(2)问②:将不等式 化简为 (因为 ),结合 及 的极值点性质,利用闭区间上的最值在 上恒成立求出参数 的范围。
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的取值范围是
✍【详细解析】
Abstract
(1) 函数 , 求导得: 。 因为 ,可得两个根的大小关系: 当 即 时(显然 满足此条件): 令 或 ; 令 。 因此, 的单调递增区间为 和 ;单调递减区间为 。
(2) ① 证明: 因为函数 和 在公共点 处有相同的切线, 所以在点 处满足函数值相等且导数值相等: 因为 ,所以其导数为 。 代入 得: 因为 ,消去 得: 将第一个式子代入第二个式子得: 。 即 在 处的导数等于 0。
② 求 的取值范围: 由①知 ,结合 , 可知 只能是极值点,即 或 。 又因为 ,当 时,, 展开得:。 考虑不等式 在区间 上恒成立: 因为 ,所以 。 因为 ,所以该不等式等价于 在 上恒成立。 由于 是 的极大值点(当时 时,由(1)知 时递增, 递减, 处取得极大值), 所以在区间 上,函数 的最大值即为 。 因此 恒成立。 当 时,同理可求得对应的 的取值。 通过对 求函数 的取值范围: 求导得 ,在 上单调递减, 当 时,; 当 时,。 综上所述, 的取值范围是 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:导数的几何意义、公切线方程、含参函数恒成立与最值。
- 核心方法:方程联立消元法与闭区间最值控制法。
- 避坑指南:证明切线相同必须同时满足函数值相等和导数值相等两个条件,切勿遗漏导数相等。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 高考导数压轴题的标准压轴板块,综合了切线与恒成立。
- 结论推广: 若两条曲线在某点有公切线,则该点处的函数值与导数值均对应相等。
🔗【关联脉络】
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