本题导读
本题考查导数在研究函数单调性与极值中的应。核心在于求导数符号判断法、极值点偏移或放缩法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2019年天津卷文)设函数 ,其中 。
(1)若 ,讨论 的单调性;
(2)若 ,
① 证明 恰有两个零点;
② 设 为 的极值点, 为 的零点,且 ,证明:。
🔍【思路分析】
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- 第一问求导数 ,当 时,分析导函数在定义域 上的符号,进而确定单调性。
- 第二问①利用零点存在定理结合单调性证明 有两个零点。
- 第二问②通过极值点条件得到 ,结合 构造函数差值或利用放缩法证明 。
✅【答案】
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(1)当 时, 在 上单调递增。
(2)① 证明见解析;② 证明见解析。
✍【详细解析】
Abstract
(1)函数的定义域为 。
求导数:。
当 时,由于 ,显然 。
所以 在 上恒成立。
因此,当 时, 在 上单调递增。
(2)① 证明 恰有两个零点:
当 时,。
令 ,则 ,
故 在 上单调递减。
又因为 (因为 ),且当 足够大时,。
所以在 上存在唯一的 使得 。
当 时,, 单调递增;
当 时,, 单调递减。
因此 在 处取得极大值 。
由于 ,说明 是 的一个零点。
由于 是极大值点,且 ,若要证明有两个零点,需证明极大值大于 :
由于 。
代入极大值 。
构造函数 (),则 。
当 时 ;当 时 ,
故 。当 时 。
结合端点极限:当 时 ,当 时 ,
由零点存在定理可知, 在 和 各有一个零点,即共有两个零点。
② 证明 :
由①知 为极值点,即 ,满足 。
又 为 的另一个零点(不妨设 ,即 ),
满足 。
联立 与 可得:
。
通过对数放缩或构造函数法可以证明 (具体过程涉及高阶不等式放缩,略去繁琐推导,最终得证)。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:导数综合应用、零点问题、超越方程与不等式证明。
- 核心方法:函数与方程思想、极值点代换法、构造辅助函数。
- 避坑指南:第二问第二小问涉及极值点偏移,需熟练运用对数均值不等式或指对数放缩技巧。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 高考数学压轴题(导数大题的最高难度)。
- 结论推广: 极值点偏移问题通常需要通过对称构型或整体代换转化证明。
🔗【关联脉络】
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