本题导读

本题考查导数正负与单调性的对应关系、闭区间最值定理。核心在于导数分析法。

📌【题干】

Question

(2005年北京卷(理)) 15. 已知函数 .

(1) 求

(2) 若 在区间 上的最大值为 20,求它在该区间上的最小值.

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 第一问(单调减区间):求出 的导函数 。令 ,解关于 的一元二次不等式,所得解集即为单调减区间。
  2. 第二问(闭区间最值):
  • 结合第一问求出的导数零点,分析 在 上的单调性变化。
  • 确定极值点与端点,计算 , 以及极值点处的代数式。
  • 找出最大值代数式并令其等于 20,求出常数 。
  • 将 回代,对比剩余端点与极小值的大小,确定在该区间上的最小值。

✅【答案】

Success

(1) 的单调减区间为 和 ;

(2) 在区间 上的最小值为 。

✍【详细解析】

Abstract

解:

(1) 求 的单调减区间

对原函数 求导:

令 ,即: 两边同除以 ,不等号改变方向: 因式分解得: 解得:

所以,函数 的单调减区间为 和 。

(2) 求 在区间 上的最小值

令 ,由 得到驻点:

其中驻点 落在给定闭区间 内。根据第一问的单调性结论, 在 上的单调性变化如下:

  • 当 时, , 单调递减;
  • 当 时, , 单调递增。

由此可知:

  • 极小值点为 ;
  • 最大值必在区间端点 或 处取得。

计算两个端点的函数值以作比较:

显然,对任意实数 ,恒有 。 因此, 在 上的最大值为 。

已知最大值为 20:

因为 在 上单调递减,在 上单调递增,所以该闭区间上的最小值必在极小值点 处取得:

将 代入上式:

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:导数正负与单调性的对应关系、闭区间最值定理(端点与极值点对比)。 核心方法:导数分析法。

避坑指南:

  • 单调区间切勿用并集符号“”连接。在书写第一问答案时,应当用“和”或“,”隔开。因为在整个 集合上,函数并不满足单调递减的代数定义。
  • 最值判定必须进行端点定量数值对比。第二问求最大值时,不能主观臆断其中某一个端点是最大值,必须通过代数式显式算出 与 的具体表达,通过大小比较确定 为最大值。

📖【试题探源与推广】

Tip

变式练习:将参数置于区间端点或极值点,讨论单调区间的划分与最值取到的位置,强化导数符号分析。

🔗【关联脉络】

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