本题导读

本题考查导数的几何意义。核心在于构造函数法、隐零点代换法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2021年天津卷)20. 已知 ,函数 .

(I)求曲线 在点 处的切线方程;

(II)证明 存在唯一的极值点;

(III)若存在 ,使得 对任意 成立,求实数 的取值范围.

  • 第一问(切线方程): 常规操作,求导 ,代入 求出斜率 ,再算出切点纵坐标 ,用点斜式写出方程。
  • 第二问(唯一极值点): 令 。因为方程不好直接解,将其转化为 。构造新函数 ,通过对 求导分析其单调性和极值,结合 的条件,画出 大致图像,数形结合证明直线 与 只有唯一交点 。
  • 第三问(存在性嵌套恒成立): 1. 恒成立,等价于 。
  1. 根据第二问, 是唯一的极大值(也是最大值)点,所以 ,即 。

  2. 核心消参: 由于 是 的根,所以有天然的等量关系 。把这个 代入 中,把含参数 的式子彻底变成只含变量 的新函数 。

  3. 题目转化为:存在 使得 ,即求 。对 求导找最小值即可。

(I) 对函数求导:。 则切线斜率为 。 又因为切点纵坐标 , 所以切线方程为 ,即 。

(II) 令 ,变形为 。 令 ,对其求导: 。 当 时,, 单调递减; 当 时,, 单调递增。 当 时, 且趋近于 0;;当 时,。

因为 ,由 的图像性质可知,直线 与曲线 在 上仅有唯一交点。 设该交点横坐标为 ,则 ,且满足 。 当 时,,即 , 单调递增; 当 时,,即 , 单调递减。 所以 是 的极大值点,且是唯一极值点。命题得证。

(III) 由(II)可知, 在 处取得最大值,即 。 此时有核心代换条件:。 若“存在 使得 对任意 成立”,等价于: 我们计算 的表达式:

令新函数 。 原命题等价于:存在 ,使得 成立。 这就转化为求 。

对 求导:

因为 ,所以当 时,, 单调递减; 当 时,, 单调递增。 所以 。 故 。 实数 的取值范围为 。# 导数综合问题解答(不使用极限,高考规范取点)

证明 存在唯一的极值点,等价于证明 在 上存在唯一的变号零点。

设 。

  1. 证明区间 上无零点
    当 时,。
    又因为 ,所以 。
    因此: 即 在 上恒大于 ,不存在零点。

  2. 区间 上的单调性与取点验证
    对 求导: 当 时,,,故 ,所以 在 上单调递减。

  • 取左端点:
  • 寻找右端负值点(取 ):
    因为 ,故 。此时 ,可得: 所以:

因为 且 ,根据零点存在定理, 在区间 上必存在唯一的零点 。

  1. 判断极值
  • 当 时,, 单调递增;
  • 当 时,, 单调递减。

故 是函数 的唯一极大值点,即 存在唯一的极值点。

  1. 转化问题
    由第(II)问可知, 在 处取得最大值 。
    “存在 ,使得 对任意 恒成立”
    等价于:存在 ,使得 ,即:

  2. 建立 关于 的关系式
    由 ,得到: 因为 ,所以 ,即 。

将 代入 :

因此:

  1. 求最小值
    设 ()。
    求导: 当 时,,:
  • 当 时,, 单调递减;
  • 当 时,, 单调递增。

故当 时, 取得最小值:

  1. 得出结论
    因为 的最小值为 ,所以只要 ,就能保证存在对应的 (此时 ),使得 成立。
    所以,实数 的取值范围是 。

🔍【思路分析】

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切线方程为𝑦=(𝑎−1)𝑥;函数有唯一极大值点;𝑏∈[−e,+∞).

✅【答案】

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(I) ;(II)证明见解析;(III)

✍【详细解析】

Abstract

切线方程为𝑦=(𝑎−1)𝑥;函数有唯一极大值点;𝑏∈[−e,+∞).

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 隐零点代换(极值点偏移前置技能): 当导数方程 无法求出精确解时,我们设其根为 (隐零点)。不要硬算 ,而是将含有参数的方程写成 的形式。在后续求最值时,直接用 替换掉原函数中的参数 ,实现“消参减元”,这是解决压轴题最核心的代数手段。
  • “存在”与“任意”的区别: * 对任意 成立 。
  • 存在某一个 成立 。 本题出现了巧妙的嵌套:“存在 (转化为存在 ),使得(任意 都有 )”,理清这个逻辑链条是列出 的关键。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:待补

  2. 结论推广:待补

🔗【关联脉络】

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