本题导读

本题考查导数的几何意义。核心在于导数工具法、极值比较法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2020年全国卷III(理))21. 设函数 ,曲线 在点 处的切线与 轴垂直。

(1)求 ;

(2)若 有一个绝对值不大于 1 的零点,证明: 所有零点的绝对值都不大于 1。

🔍【思路分析】

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(1)求参数 :

  • “切线与 轴垂直”意味着切线的斜率 。
  • 根据导数的几何意义,。求导代入即可。

(2)证明零点范围(核心难点):

  • 单调性分析: 先确定 的极值点()和单调区间。

  • 关键点取值: 计算 的值。发现它们都与参数 有关,且呈现出对称的结构。

  • 逻辑突破: * 题设条件“有一个零点 ”实质上限制了参数 的取值范围。

    • 如果 ,函数图像会整体上移或下移过多,导致零点“跑”到 之外。
    • 通过反证法:假设存在一个零点 ,推导出这与“存在一个零点 ”相矛盾。

✅【答案】

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的所有零点均落在区间 内

✍【详细解析】

Abstract

(1)求 。 由于在 处的切线与 轴垂直,则 。 。 解得 。

(2)证明零点绝对值均不大于 1 1. 确定函数特征: 由(1)知 ,则 。

  • 在 和 单调递增;
  • 在 单调递减。 极值点取值: ,,,。

2. 挖掘隐藏条件: 已知 有一个零点 。

  • 若 ,则 在 上的最小值为 。此时 在 上无零点,矛盾。
  • 若 ,则 在 上的最大值为 。此时 在 上无零点,矛盾。 因此,必有 。

3. 证明所有零点都在 内: 在上述 的范围内,观察端点值:

  • 由于 时 , 时 :
  • 如果 ,由于 在 单调递增,则 。故 且 时无零点。
  • 如果 ,由于 在 单调递增,则 。故 且 时无零点。
  • 特殊情况:若 ,则 ,零点为 ;若 ,则 ,零点为 。 综上所述, 的所有零点均落在区间 内。

即 所有零点的绝对值都不大于 1。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 导数与单调性: 压轴题的第一步永远是求导看单调性,画出草图是理解零点分布的关键。
  • 参数 的双重限制: 这一类题目通常利用“存在零点”反推参数范围,再利用该范围锁定“其他零点”。
  • 反证法 vs 直接法: 本题使用直接法(确定 的范围后观察端点)比解析给出的反证法更直观。

📖【试题探源与推广】

Tip

在本题中, 和 的差值恰好是 。

  • 当 时,极大值 且极小值 ,函数有 3 个不同的零点。
  • 当 时,其中一个极值点正好是零点,函数有 2 个零点(其中一个是二重根)。 这种对三次函数图像左右、上下平移的整体把握,是攻克导数压轴题的高级直觉。

🔗【关联脉络】

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