本题导读
本题考查利用导数研究函数的单调性与极值。核心在于构造函数法、端点效应法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2022年新高考II卷) 已知函数 。
(1)当 时,讨论 的单调性;
(2)当 时, 恒成立,求 的取值范围;
(3)设 , 证明:。
🔍【思路分析】
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第一问:代入 ,求导 。通过判定导函数的正负区间来确定原函数的单调性。注意 始终大于 0。
第二问:构造 。由于 ,若要 时 ,函数在 附近的趋势必须是向下的。利用 ,进一步考查二阶导 的正负(即端点效应),从而分类讨论 的范围。
第三问:这是导数与数列的综合放缩。目标是证明 。因此核心是证明 。设 ,则原式等价于 ,进一步构造关于 的超越不等式进行证明。
✅【答案】
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(1) 见解析
(2) 证明见解析
✍【详细解析】
Abstract
(1)讨论 的单调性 ()
求导:
当 时,.
对 求导得:.
判定区间:
由于 恒成立:
当 时,,函数 单调递增;
当 时,,函数 单调递减.
结论: 在 上递减,在 上递增.
(2)。
令 ,则 。
若 ,则 ,于是当 时,,故 ,
因此 在 上单调递减,,
从而 , 在 上单调递减,所以 。
若 ,则 ,,
当 时,,
在 上单调递增,故 ,
所以 , 在 上单调递增,故 。
若 ,则 .
综上, 的取值范围是 .
(3)由(2)知,当 时,.
取 ,有
故
【解法二】:设,设的前项和为,则, 当时,, 要想证明,即证明, 即证明,即证明 令,, 构造函数, 在上恒成立,,
在恒成立,恒成立,
时,①,时,②,时,③,…… 时,,, 把所有不等式都相加,成立. 所以原不等式
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 二阶导数的“探路”作用:当函数的一阶导在端点为 0 时,二阶导的正负决定了函数在该点后的增减趋势。这是处理高考导数求参题的“标配”技能。
- 同构与放缩的联动:第三问展示了导数背景下的数列放缩。关键在于将 拆解为累加形式,从而将整体证明转化为局部项的不等式证明。 是对数放缩中的高频模型,值得背诵。
- 细节决定成败:在第二问中讨论 时,直接利用 进行放缩可以避开三阶导数的讨论,是提速的关键。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 思考题:若将第三问改为证明 ,难度会如何变化? (提示:利用 或更精细的放缩,这是完全不同的证明方向。)
- 名师点睛:高考数学的最后一道解答题,考的不只是计算,更是对数学结构的洞察力。通过构造辅助函数将复杂的不等式“简化”到单变量函数,是压轴题的万能钥匙。
🔗【关联脉络】
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