本题导读
本题考查分式函数的最值求解以及不等式恒成立问题。第一问通过拆分分式,利用基本不等式或对勾函数的单调性直接求出特定参数下的最小值;第二问属于经典的恒成立问题,核心方法是采用“参数分离法”,将问题转化为求已知函数在给定区间上的下界(最小值或下确界)。
📌【题干】
Question
(2000年上海卷(理)) 已知函数 .
(1) 当 时,求函数 的最小值;
(2) 若对任意 , 恒成立,试求实数 的取值范围.
🔍【思路分析】
破题导航
- 化简解析式:将 拆项化简为:
- 第一问(求最小值):代入 得 。由于 ,需注意对勾函数 的顶点(极值点)为 。由于 ,该函数在 上单调递增,因此在左端点 处取得最小值。
- 第二问(恒成立问题):
- 不等式 。
- 因为 ,故不等式等价于分子 恒成立。
- 采用参数分离法: 。
- 设 ,求出 在 上的最大值,则 必须大于该最大值。
✅【答案】
Success
(1) 当 时, 的最小值为
(2) 实数 的取值范围为 ,即
✍【详细解析】
Abstract
将原函数解析式进行拆项化简:
(1) 当 时,求函数 的最小值: 代入 ,函数变为:
设 ,这是一个典型的对勾函数。 根据对勾函数的性质,其在第一象限的单调递减区间为 ,单调递增区间为 。 因为 ,而函数的定义域限制为 。 区间 完全包含在单调递增区间 内。 因此,函数 在区间 上是严格单调递增的。
故当 时,函数 取得极小值即最小值:
(2) 若对任意 , 恒成立,求实数 的取值范围: 根据题意,在 条件下,有:
因为 ,分母始终为正数,不等式两边同乘以 不改变符号方向,原式等价于:
利用参数分离法,将参数 独立移至不等式左边:
设 ,由于上述不等式对任意 均成立,故只需满足:
分析二次函数 在区间 上的变化规律:
- 抛物线开口向下;
- 对称轴为 。 因为定义域区间 处于对称轴 的右侧,由二次函数的单调性可知, 在 上是单调递减的。
因此,当 时, 取得最大值:
由于要求 ,所以实数 的取值范围为:
即用区间表示为 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:对勾函数 拐点(极值点位置)与给定定义域区间的相对单调性分析;恒成立问题中“大于最大值”的判定。
- 核心方法:参数分离法。处理形如 的恒成立问题,能直接分离出 或 是最优先、最不易出错的通解。
- 避坑指南:
- 第一问中,部分学生容易盲目套用基本不等式 ,得出最小值为 。这是错误的,因为基本不等式取等号的条件是 ,该取等点不在定义域 内。必须先判定其在区间内的单调性。
- 第二问中,由于要求是严格大于 0(),在求得最大值 后, 与 之间必须是严格大于号(),不能带有等号。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题源于对分段/具体分式函数最值和性质的考查,属于高考解答题中关于函数与不等式交汇的经典中档题。
- 结论推广:对于对勾函数 在区间 上的最值问题:
- 若 ,则 在该区间单调递增,最小值为 ;
- 若 ,则 在 处取得全局极小值即最小值 。
🔗【关联脉络】
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