本题导读

本题考查导数的几何意义与运算。核心在于导数构造单调性法、极值与端点值比较法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2004年全国卷IV(理)) 求函数 在 上的最大值和最小值.

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 求导并化简导函数:对原函数 进行求导,利用复合函数求导法则将 通分,化为分子分母均为初等代数式的分式结构。
  2. 判定单调性与极值:令 ,求出在定义域及指定闭区间 内的驻点。根据导函数在驻点两侧的正负号,确定函数的单调递增与递减区间。
  3. 计算并比较特征值:算出极值点处的函数值以及区间两端点 处的函数值,比较大小得出结论。

✅【答案】

Success

最大值为 ,最小值为

✍【详细解析】

Abstract

解:

  • 第一步:对函数求导并求驻点 已知函数 ,其定义域为 。 对 求导得: 将导函数进行通分化简: 分子进行因式分解:

    令 ,解得: 因为要求的区间为 ,其中只有驻点 落在该区间内。

  • 第二步:列表分析单调性 由于当 时,分母 恒成立,故导函数的正负号完全由分子 决定:

    • 当 时, ,则 ,此时 单调递增;
    • 当 时, ,则 ,此时 单调递减。

    根据上述分析,列出函数在 上的变化状态表:

极大值
  • 第三步:计算各节点数值并确定最值 由表可知,唯一极值点 是区间内的绝对极大值点。 因此,最大值为:

    最小值必然在区间的左、右两个端点 或 处取得,分别计算其函数值:

    • 当 时, ;
    • 当 时, 。

    比较 与 的大小: 因为 ,所以 。 由此可得 。 所以,最小值为 。

综上所述,函数 在 上的最大值为 ,最小值为 0。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:导数通分及因式分解、利用单调性表分析先增后减模型、对数数值大小估算。
  2. 核心方法:单调性列表检验法。
  3. 避坑指南:
    • 通分时切勿丢掉分母或弄错分子的符号。分子 提取负号变为 ,若变号发生失误,会导致整个单调区间黑白颠倒。
    • 找最小值时不能主观臆断,必须严格比大小。算出 后,需要通过常规对数常识 确定其大于 0,从而严谨判定 0 才是两个端点中的绝对极小者。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 经典导数应用题,属于微积分在初等数学函数最值研究中的标准化大题流程。
  2. 结论推广: 本题本质上是借助多项式控制超越函数(对数函数)的边界。一般地,在区间 上,函数 等式链具有丰富的泰勒级数展开背景,而本题通过改变系数 构造出完美的单峰极值图景。

🔗【关联脉络】

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