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2020年全国一卷数学第21题导数,参变分离还是分类讨论

一、核心方法选择参变分离:直接尝试把参数 ( a ) 和变量 ( x ) 分开到不等式两边,形如 ( a geq g(x) ) 或 ( a leq g(x) )。分类讨论:对参数 ( a ) 的可能取值范围进行分割,

一、核心方法选择

参变分离:直接尝试把参数 ( a ) 和变量 ( x ) 分开到不等式两边,形如 ( a geq g(x) ) 或 ( a leq g(x) )。

分类讨论:对参数 ( a ) 的可能取值范围进行分割,在不同区间内讨论函数单调性、极值。

二、本题决策与执行

1. 先试参变分离

原题函数 ( f(x) = e^x + ax^2

  • x )。
  • 关键不等式 ( f(x) geq frac{1}{2}x^3 + 1 ) 对 ( x geq 0 ) 恒成立。

    分离后得 ( a geq frac{frac{1}{2}x^3 + 1

  • e^x + x}{x^2} ) (( x > 0 )),令右边为 ( g(x) )。
  • 问题:( g(x) ) 的导数 ( g'(x) ) 结构复杂,求导后分子为 ( (x-2)e^x + frac{1}{2}x^3 + x

  • 2 ),需二次求导甚至三次求导判断符号,计算繁琐,容易卡壳。
  • 结论:本题参变分离路径计算量爆炸,不是好路子。

    2. 转向分类讨论

    不分离,直接设 ( h(x) = e^x + ax^2

  • x
  • frac{1}{2}x^3 - 1 geq 0 ) (( x geq 0 ))。
  • 核心看一阶导 ( h'(x) = e^x + 2ax

  • 1
  • frac{3}{2}x^2 )。
  • 再求二阶导 ( h''(x) = e^x + 2a

  • 3x )。
  • 关键点:( h'(0) = 0 )。要使 ( h(x) geq 0 ),需在 ( x=0 ) 处取到最小值,则 ( x=0 ) 应为极小值点,故要求 ( h'(x) ) 在 ( x=0 ) 附近单调递增,即 ( h''(0) geq 0 )。

    由 ( h''(0) = 1 + 2a geq 0 ) 得 ( a geq -frac{1}{2} )。

    分类讨论起点:先按 ( a geq -frac{1}{2} ) 和 ( a < -frac{1}{2} ) 分两大类。

    三、分类讨论流程(简版)

    情况1:( a geq -frac{1}{2} )。

    此时 ( h''(0) geq 0 )。需继续分析 ( h''(x) ) 的单调性(可能再求三阶导),或利用 ( e^x ) 的放缩(如 ( e^x geq x+1 ))来验证 ( h'(x) geq 0 ),从而 ( h(x) ) 单调递增,满足条件。

    重点验证 ( a geq frac{1}{2} ) 时是否成立?结合题目最终答案反推,此情况成立需 ( a geq ) 某个临界值(真题答案为 ( a = 1 ) 时成立,需严格证明)。

    情况2:( a < -frac{1}{2} )。

    此时 ( h''(0) < 0 x=0 xss=clean>

    直接排除

    四、最终定论

    本题最优解是分类讨论,参变分离计算量过大,考场难搞定。

    讨论核心链:( h(0)=0 ) → 需 ( h'(0)=0 ) 且 ( x=0 ) 为极小值点 → 需 ( h''(0) geq 0 ) → 得 ( a geq -frac{1}{2} ) → 在此基础上继续讨论(常需结合 ( e^x ) 的常见放缩)确定 ( a ) 最终范围(真题答案为 ( a geq 1 ))。

    口诀:恒成立问题先看零点,二阶导判极值条件,分参麻烦就分类,指数放缩是利器。

    阅读提示

    建议先抓核心知识点,再看例题或表达方式,复习时可结合范文素材和作文栏目一起使用。

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