本题导读
本题是一道集导数工具性、函数单调性分类讨论、闭区间最值以及双动点存在性问题于一体的压轴题。核心考查利用导函数零点性质确定参数关系,并运用值域区间距离模型量化“存在性”不等式。
📌【题干】
Question
(2006年湖北卷(理)) 设 是函数 () 的一个极值点. (1)求 与 的关系式(用 表示 ),并求 的单调区间; (2)设 ,.若存在 使得 成立,求 的取值范围.
🔍【思路分析】
破题导航
第(1)问:求出 ,利用极值点处导数为零 导出 。将 代入并对导函数因式分解得到两个零点 与 ,通过比较两个零点的大小进行分类讨论,确定单调区间。 第(2)问:当 时,判定 在 上的单调性并求出最大值 ;同时易知 为单调递增函数,求出其最小值 。将条件“存在 满足 ”转化为两函数值域区间的距离小于 1,列出关于 的不等式求解。
✅【答案】
Success
的单调递增区间为 ,单调递减区间为 和
✍【详细解析】
Abstract
(1)求 与 的关系式及 的单调区间
对函数 求导,可得: 因为 是 的一个极值点,所以 ,即: 将 代入导函数中化简: 令 ,得两根为 ,. 由于 是极值点,必有 .下面分两种情况讨论单调区间:
- 情况一:,即 时
当 或 时,;
当 时,. 综上, 的单调递增区间为 ,单调递减区间为 和 .
- 情况二:,即 时
- 当 或 时,;
- 当 时,. 综上, 的单调递增区间为 ,单调递减区间为 和 .
(2)求 的取值范围
当 时,由(1)可知 . 此时 在区间 上单调递增,在区间 上单调递减. 因此,当 时, 的最大值为: 又 .
对于函数 ,因为 ,且 在 上单调递增, 所以 在 上单调递增.其最小值为:
已知存在 使得 成立, 这意味着 在 上的值域 与 在 上的值域 之间的最值距离必须小于 1. 由于 且 , 的所有值均小于 的最大值, 故两区间能够接近至距离小于 1 的充要条件为: 代入最值表达式得: 两边同乘 4 并因式分解: 又因为已知 ,求交集可得 的取值范围是:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:导函数符号决定原函数单调性的分类讨论方法;存在性命题 转化为区间距离模型 。
- 核心方法:零点比对分类讨论、值域区间边界边界推导。
- 避坑指南:
- 第(1)问分类讨论时,必须牢记极值点处的导函数符号改变性质,若 时该点退化为中转拐点而非极值点,必须予以舍去。
- 第(2)问是典型的“双动点存在性”模型,很多同学容易将其与单动点问题混淆。满足条件的代数实质是 ,即 ,而不是令两函数直接作差求极值。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:本题是考查导数压轴题中“双函数值域关联”的里程碑式题目,奠定了后续二十年间高考导数大题中研究双变量不等式、区间交集存在性问题的基本代数框架。 结论推广:存在性与任意性值域判定准则:
- 使得 。
- 使得 与 的值域完全分离且最值跨度 。
🔗【关联脉络】
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