本题导读
本题考查导数的运算与极值判别。核心在于导数工具分析法、韦达定理整体代换法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2004年重庆卷(理)) 设函数 ().
(1)求导数 ;并证明 有两个不同的极值点 ;
(2)若不等式 成立,求 的取值范围.
🔍【思路分析】
破题导航
- 展开求导,利用判别式证双极值点:
- 将 展开为标准三次多项式 ,对其求导得到一个二次函数 。
- 极值点对应着导函数的变号零点。计算 的根的判别式 ,证明在 的大前提下 恒成立,即可确保存在两个不同的驻点,且两点两侧导数符号相反,从而构成极值点。
- 利用韦达定理进行极值和降幂整体代换:
- 设 为 的两个不同的根,满足韦达定理 且 。
- 直接代入 会产生三次项,极其繁琐。可以利用多项式带余除法,将 表达为 的形式。
- 因为 且 ,所以 。此时余式 是线性的,可直接利用韦达定理实现极速降幂。
✅【答案】
Success
(1) ,证明见解析
(2)
✍【详细解析】
Abstract
(1)求导数 ,并证明 有两个不同的极值点 将函数 展开为一般多项式: 对其求导,得:
令 ,得到关于极值候选点(驻点)的一元二次方程: 计算该二次方程根的判别式 : 由于多项式 恒成立,所以对于任意实数 ,其判别式均严格大于 0:
因此,方程 在实数域内恒有两个不相等的实数根,分别记为 (不妨设 )。 因为导函数 的图象是一条开口向上的抛物线且有两个相异零点,所以:
- 当 时, ,函数 单调递增;
- 当 时, ,函数 单调递减。 由于导数在 左右两侧均发生符号反转,故 和 确为函数 的两个不同的极值点(分别取得极大值与极小值)。
(2)若不等式 成立,求 的取值范围 由(1)可知, 是方程 的两个不同实根。 根据一元二次方程根与系数的关系(韦达定理),有:
为了精简极值之和 的代数运算层级,利用多项式带余除法,用 去消除 中的高次项: 我们直接对原函数进行恒等变形配凑:
更为严谨高效的消元路径如下: 因为 ,可得二次项的降维降幂等式:
将(式2)代入函数原式 中: 将再次出现的 强制用(式2)进行二次替换消元: 合并同类项,最终将三次函数完全退化为线性运算:
对两个极值进行求和累加,提取公因式: 将(式1)中的韦达定理和通式 整体代入:
题目已知约束条件为 ,且分母 : 对左端高次多项式进行分组或有理根分解,显然当 时多项式为 0,当 时 。 提取公因式 实施因式分解:
利用穿根法解该高次不等式,其零点边界为 。要使乘积大于或等于 0,代数解集域为:
又因为题目初始设定了核心硬性取值域限制 ,将两区间集合求交集:
所以,参数 的取值范围是 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:三次多项式的导数运算法则;一元二次方程有相异实根的充要条件();利用驻点特征方程 实现高次代数式的整体降幂消除;多阶高次不等式的因式分解与区间截断。
- 核心方法:导数分析法、多项式消元降维法。
- 避坑指南:
- 直接代入求根公式导致运算崩溃:如果第一步直接求出 并强行代入函数求三次幂,属于本题最严重的运算陷阱。必须建立“先通过 降幂,再用韦达定理整体求和”的代数化简意识。
- 漏掉 的前置约束:在解出高次不等式的两个区间后,许多学生错把 也写进最终答案,务必随时注意题干对未知数的前置定义域限制。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 考查导数应用与代数综合的经典压轴解答题。
- 结论推广: 三次函数 的图象关于其拐点( 的解 )中心对称,极大值与极小值之和等于 。
🔗【关联脉络】
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