易混 2022 年福建预赛 · P006804
两题都用驻点方程消去对数并比较临界函数值,但“有局部极小值”与“在开区间有最大值”是不同判断。前者看驻点两侧导数变号;后者还要把内部函数值与边界极限比较,检查上确界是否在定义域内取得。
局部极值存在不保证全局最值存在;开端点的极限即使高于所有内部函数值,也不是可取得的最大值。
含对数函数的极小值与指数函数恒成立参数
已知函数
设 为 的极小值,求证:;
若 恒成立,求实数 的取值范围。
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
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局部极小值只要求附近更大,不要求全域更大。恒成立参数在除以正指数后,等于寻找右端函数的下确界;若换元值域不完整,扩大范围求得的界可能失去必要性。
想法从哪来:第一问说的是极小值,函数在无穷远还可能继续下降,因此先用导数符号区分局部极小与全局最小。对数临界点不必显式求出,只需定位在半这个数的左侧;将导数为零的等式代回原函数,难处理的对数就能消掉,剩下的二次式可直接配方求严格界。 第二问把指数项除到另一侧以后,注意剩下的“对数减变量”和“变量乘负指数”其实由同一个组合决定。选指数除以变量作新自变量,两部分同时简化,恒成立问题降成一个单变量分式的下确界。换元不应只写一个范围包含关系,还需证明完整值域,尤其临界最小点确能由原变量取得,才能保留最佳参数端点。
函数定义域为 。第一问先由 的单调性定位产生极小值的临界点, 再用临界点方程消去对数。第二问将恒成立条件除以 ,换元 后,右端只依赖 ,并且 的值域容易确定。
第(1)问,在 上,
所以 在 上递增,在 上递减。 又
故在 内存在唯一的 使 , 并且 在 的两侧先减后增,因此其极小值为 。
由 ,得 。于是
由于 ,所以
第(2)问,条件 对所有 成立,等价于
令
则 ,式(1)化为
函数 在 上递减、在 上递增, 且 、两端均趋于 ,所以
设
则
因此 在 上递减,在 上递增,最小值为
式(2)对所有 成立,当且仅当
故
当 ,所以题目中的“极小值”是局部极小值而非全局最小值; 上述符号变化确实定位了该极小值。第二问的换元值域包含端点 ,且最小点 可取到, 故参数右端点应保留。
含 的极值常可在临界点用导数方程消去 。 指数与对数混合的恒成立问题中, 是自然换元;先求换元后的准确值域, 再对单变量函数求最小值,才能同时保证必要性与充分性。
第一问须由隐式导数零点消去对数估计极小值;第二问再自行选择e的x次幂除以x统一表达式并核准值域。
易混 2022 年福建预赛 · P006804
两题都用驻点方程消去对数并比较临界函数值,但“有局部极小值”与“在开区间有最大值”是不同判断。前者看驻点两侧导数变号;后者还要把内部函数值与边界极限比较,检查上确界是否在定义域内取得。
局部极值存在不保证全局最值存在;开端点的极限即使高于所有内部函数值,也不是可取得的最大值。
已记下,谢谢!