专题地图 › 导数的应用
2022 年甘肃预赛
含参指数对数函数恒正
F3填空题导数的应用
函数
f(x)=ex−aln(ax−a)+a(a>0),
若 f(x)>0 恒成立,则实数 a 的取值范围是。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
标准答案:(0,e2)
解析
思路
函数在定义域两端都趋于正无穷且严格凸,因此恒正等价于唯一极小值为正。令极小点到边界的距离为 t=x−1,可把参数与极小值都写成 t 的函数。
解答
由 ax−a>0 及 a>0,定义域为 x>1。并且
f′(x)=ex−x−1a,f′′(x)=ex+(x−1)2a>0.
故 f 有唯一极小点。令该点 x=1+t,其中 t>0。由 f′(1+t)=0 得
a=e1+tt.
在该点,
ln(at)=ln(e1+tt2)=1+t+2lnt,
所以
af(1+t)=t1−t−2lnt=:h(t).
又
h′(t)=−t21−1−t2=−t2(t+1)2<0,h(1)=0.
因此极小值为正当且仅当 0<t<1。
函数 a(t)=e1+tt 在 t>0 上严格递增,且 a(1)=e2,于是
0<t<1⟺0<a<e2.
故所求范围为
(0,e2).
复核
当 a=e2 时,t=1 处的最小值恰为 0,不满足严格不等式;当 a>0 时,f(x) 在 x→1+ 与 x→+∞ 时均趋于 +∞,唯一临界点确为全局最小点。
方法总结
含参数的指数、对数恒正问题,常先用严格凸性把全域条件压缩到极小点。再用驻点方程消去参数,所得单变量函数的符号往往比直接讨论参数容易。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
需以极小点t反向表示a=t e^(1+t),使极小值符号化为1/t-t-2ln t;这一转化后两项单调关系把临界t=1还原为a=e²。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:用导数或作差看单调性、用极值点方程消元
专题卡:分离参数与导数统一界、驻点方程消元与重新参数化