一道入手点隐蔽又很综合的导数题目
从难度上说,光是a的取值范围,就超出了大部分地区高考压轴的难度,因此这个题目对于基础不那么好的学生要慢慢消化。
首先第一步自然要求导,
之所以要进行一步变型,就是因为高中阶段我们无法借助极限工具来解决问题,实际上显然f'(x)是单调递增函数,x趋近零时,f'(x)趋近负无穷大,x趋近正无穷大时,f'(x)趋近正无穷大,因此只要a是正实数,极值点总是存在的,但高中阶段为了拿全分不得不借助辅助函数分析:
到这里可以确定,f(x)存在极值点这个条件,对正实数a的范围没有影响,现在分析下一个已知条件:f(x)有两个零点:
到这里不少同学很可能就卡住了,得到极值点与a的关系后,好像无法推进下去,借助原函数也没有什么用,因为1/2a在(0,x0)区间内,所以f(1/2a)可以是正的,也可以是负的,这里要想到借助f'(x),由于f'(x)是单调递增的,所以f'(1/2a)<f'(x0)=0,利用这个关系,就可以得到a的范围:
写到这里结束了吗?严格上说没有,我们没有证明当f(x)满足f(x0)<0时f(x)总是存在两个零点的,所以要补全这部分说明过程才是完整的:
注意上述过程利用了一个基本放缩e^x≥ex,此处限于篇幅没有证明,读者可自行补全。
接下来这个不等式证明比较难想,当然我还不知道标准答案是从哪个角度切入的,我试着从对称化构造和一般的放缩角度想了一下,没有得到什么进展,因此转而利用特值和均值不等式来证明了。注意到f(a^2)>0,并且由a的范围以及x0的范围可以得知0<a^2<1/2a<x0,而f(x)在(0,x0)上单调递减,且f(a^2)>f(x1)=0,因此x1>a^2,接下来利用均值不等式即可证出结论:
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