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函数与导数 · 第 11 讲 · 2026-10-05 · 约 10 分钟

含参函数的单调性讨论——分类讨论的艺术

含参函数的单调性讨论,核心是"找分界点"——导数的零点位置如何随参数变化而变化。分类讨论的完备性是得分的关键。

从一个问题开始

先看一道求导一步、讨论半页的题:讨论 f(x)=x3−3axf(x) = x^3 - 3ax 的单调性。 求导毫不费力:f′(x)=3(x2−a)f'(x) = 3(x^2 - a)。换成不含参的函数,到这里就该收尾——令导数为零,解出零点,画表判号,完事。可这里要解 x2=ax^2 = a,有没有解,得看 aa 的脸色。

a<0a < 0 时无解,a=0a = 0 时只有一个解,a>0a > 0 时冒出两个解。 无解时导数恒正,函数一路递增;两个解时导数"正—负—正",函数升—降—升。

答案不是一个式子,而是按参数分成几段、每段一套答案——这就是含参讨论最本质的难处。

为什么含参函数这么难

不含参的函数,导数零点是钉死的,几个、在哪全由常数说了算,分析一遍就完事。

含参时,零点的存在性和位置都被参数牵着走,变化分三层:

  • 存在性:零点从"没有"变"有",如 x2−ax^2 - a 随 aa 由负变正,从零个变两个。
  • 位置:零点一直存在,落在哪一截随参数滑。f′(x)=x−af'(x) = x - a 的零点永远是 aa,可 aa 一挪,它就从定义域外溜进定义域内,这一层最容易被漏。
  • 多重性:两个零点从分开到重合再到分开。(x−1)(x−a)(x-1)(x-a) 的零点,aa 经过 11 时先并成二重零点再分开;重合那一刻导数不变号,单调性换面孔。

这三层变化对应三个"分界点",分界点就是讨论的全部依据。 找出所有让导数性质突变的参数值,从小到大排好,参数轴切成若干段,逐段讨论再合起来。

分类的标准

分类的唯一标准是找"分界点"——让导数性质突变的那些参数值。常见来源有三个:

  1. 判别式为 00:导函数是二次式时,Δ\Delta 的正负决定零点有零个、一个、两个,Δ=0\Delta = 0 就是分界点。
  2. 二次项系数为 00:参数取使系数为零的值时,导函数次数降了,形态整个变样,必是分界点。
  3. 零点撞上定义域边界:零点没动,参数却让它从定义域外滑到内,跨界那一刻就是分界点。

顺手的一招:把导函数当成关于 xx 的方程,追问"根怎样随参数变"。 根由无到有、由一到二、由外到内、由分到合,每个质变的参数值都记下来,就是分界点清单。

分类的三种典型形态

导数长什么样,讨论就怎么分。高中出现的导函数,绝大多数落进三种形态之一。

一次型:解得出零点,只需盯住它在哪

导函数是一次式,零点唯一,焦点只有一个——它在不在定义域里。 比如 f′(x)=x−af'(x) = x - a,零点永远是 x=ax = a。定义域是全体实数就没什么可分;定义域是 (0,+∞)(0, +\infty) 时,a≤0a \le 0 的零点在定义域外、导数恒正,a>0a > 0 的零点落进来、两侧符号相反。一次型的分界点,往往就是定义域的边界值。

二次型:先看判别式,再看两根位置

导函数是含参二次式时,讨论分两道关——先问"有没有根",再问"根在不在、比不比得上"。 第一道看 Δ=0\Delta = 0 是不是分界点;第二道看两根大小以及与定义域端点的相对位置。只答第一关、忘了第二关,是二次型最常见的失分点。 二次项系数也含参时,系数为零那一种要单独说。

可因式分解型:固定零点与含参零点比大小

导函数能分解成 (x−x1)(x−x2)(x - x_1)(x - x_2),一个零点固定、另一个随参数走,核心就是"谁在左、谁在右"。 以 (x−1)(x−a)(x-1)(x-a) 为例:a<1a < 1 时零点排 aa、11;a=1a = 1 时两根重合,导数变成完全平方、恒不变号;a>1a > 1 时顺序翻个。分界点就是两根相等那一刻(这里 a=1a = 1),"两根重合"那一支最容易被漏。

示意图

含参讨论的流程:求导后先看判别式,再比较零点与端点

判别式不大于零,导数的符号当场定死;大于零才进入第二层,去比较零点与端点

经典例题

三个算例,对应三种形态。

算例一:一次型——零点在不在定义域里

讨论 f(x)=12x2−axf(x) = \dfrac{1}{2}x^2 - ax 在 (0,+∞)(0, +\infty) 上的单调性(aa 为参数)。

求导一步到位:f′(x)=x−af'(x) = x - a。 零点唯一,x=ax = a。定义域只有 (0,+∞)(0, +\infty) 这一截,关键就落在 aa 与 00 的大小上。

情形一:a≤0a \le 0。 此时 x>0≥ax > 0 \ge a,故 f′(x)>0f'(x) > 0 恒成立,f(x)f(x) 在 (0,+∞)(0, +\infty) 上单调递增。a=0a = 0 时 f′(x)=x>0f'(x) = x > 0 也递增,等号这一支不能丢。

情形二:a>0a > 0。 零点 x=ax = a 落进定义域内部,把定义域切成两截。列表判号:

xx(0,a)(0, a)aa(a,+∞)(a, +\infty)
f′(x)f'(x)−-00++
f(x)f(x)↘极小值↗

所以 f(x)f(x) 在 (0,a)(0, a) 上递减,在 (a,+∞)(a, +\infty) 上递增。

把 a=0a = 0 归进第一支,是本题的要点。 若只写 a<0a < 0 与 a>0a > 0 两支,a=0a = 0 就成了漏网之鱼。

算例二:二次型——先看判别式

讨论函数 f(x)=x3−3axf(x) = x^3 - 3ax 的单调性(aa 为参数)。

求导:f′(x)=3x2−3a=3(x2−a)f'(x) = 3x^2 - 3a = 3(x^2 - a)。 导数是二次式,先算判别式:方程 x2=ax^2 = a 的判别式 Δ=4a\Delta = 4a,分界点取在 a=0a = 0。

情形一:a<0a < 0。 Δ<0\Delta < 0,x2−a>0x^2 - a > 0 恒成立,f′(x)>0f'(x) > 0,f(x)f(x) 在 R\mathbb{R} 上单调递增。

情形二:a=0a = 0。 f′(x)=3x2≥0f'(x) = 3x^2 \ge 0,且只在 x=0x = 0 取零。导数不变号,f(x)f(x) 仍在 R\mathbb{R} 上递增——x=0x = 0 是驻点,却不是极值点。

情形三:a>0a > 0。 Δ>0\Delta > 0,令 f′(x)=0f'(x) = 0 得 x=±ax = \pm\sqrt{a}。列表判号:

xx(−∞,−a)(-\infty, -\sqrt{a})−a-\sqrt{a}(−a,a)(-\sqrt{a}, \sqrt{a})a\sqrt{a}(a,+∞)(\sqrt{a}, +\infty)
f′(x)f'(x)++00−-00++
f(x)f(x)↗极大值↘极小值↗

递增区间为 (−∞,−a)(-\infty, -\sqrt{a}) 与 (a,+∞)(\sqrt{a}, +\infty),递减区间为 (−a,a)(-\sqrt{a}, \sqrt{a})。

验算:取 a=1a = 1,此时 f′(x)=3(x−1)(x+1)f'(x) = 3(x-1)(x+1)。 f′(−2)=9>0f'(-2) = 9 > 0、f′(0)=−3<0f'(0) = -3 < 0、f′(2)=9>0f'(2) = 9 > 0,符号"正—负—正",与表格吻合。

算例三:可因式分解型——两个零点比大小

讨论 f(x)=13x3−a+12x2+axf(x) = \dfrac{1}{3}x^3 - \dfrac{a+1}{2}x^2 + ax 的单调性(aa 为参数)。

这道题的好处是导数一整就分解开了。

f′(x)=x2−(a+1)x+a=(x−1)(x−a)f'(x) = x^2 - (a+1)x + a = (x-1)(x-a)

零点只有两类:常数零点 x=1x = 1,含参零点 x=ax = a。讨论的核心自然是"谁在左、谁在右",分界点取在两零点相等处,即 a=1a = 1。

情形一:a<1a < 1。 零点按 aa、11 排列:

xx(−∞,a)(-\infty, a)aa(a,1)(a, 1)11(1,+∞)(1, +\infty)
f′(x)f'(x)++00−-00++
f(x)f(x)↗极大值↘极小值↗

递增区间 (−∞,a)(-\infty, a) 与 (1,+∞)(1, +\infty),递减区间 (a,1)(a, 1)。

情形二:a=1a = 1。 f′(x)=(x−1)2≥0f'(x) = (x-1)^2 \ge 0,且只在 x=1x = 1 取零。导数不变号,f(x)f(x) 在 R\mathbb{R} 上递增。这一支最容易被漏——它的导数非负、仅一点取零,结论仍是递增。

情形三:a>1a > 1。 零点顺序翻转为 11、aa:

xx(−∞,1)(-\infty, 1)11(1,a)(1, a)aa(a,+∞)(a, +\infty)
f′(x)f'(x)++00−-00++
f(x)f(x)↗极大值↘极小值↗

递增区间 (−∞,1)(-\infty, 1) 与 (a,+∞)(a, +\infty),递减区间 (1,a)(1, a)。

验算:取 a=0a = 0(属 a<1a < 1 支),此时 f′(x)=x(x−1)f'(x) = x(x-1)。 f′(−1)=2>0f'(-1) = 2 > 0、f′(0.5)=−0.25<0f'(0.5) = -0.25 < 0、f′(2)=2>0f'(2) = 2 > 0,符号"正—负—正",与表格一致。再取 a=2a = 2(属 a>1a > 1 支),f′(x)=(x−1)(x−2)f'(x) = (x-1)(x-2),f′(0)=2>0f'(0) = 2 > 0、f′(1.5)=−0.25<0f'(1.5) = -0.25 < 0、f′(3)=2>0f'(3) = 2 > 0,同样吻合。

列表法:把讨论结果理成一张表

讨论到"符号怎么变"这一步,最不容易出错的写法是列表。

一张规范的判号表固定三行:第一行写 xx 的分段,第二行写 f′(x)f'(x) 的正负,第三行写 f(x)f(x) 的增减。 分段的节点是所有驻点与导数不存在的点,从小到大排开,一头一尾接上定义域端点。

制表有三条规矩: ① 节点必须取自定义域内部,定义域外的零点不进表;② 每个节点单独占一列,节点之间的开区间各占一列,写清端点;③ 每一段都要给出导数符号,而不是只标零点——零点给位置,符号才给单调性。

参数不同的情形各列一张表。 别把两个情形的符号挤进同一张表,那样分不清哪一列属于哪个参数范围。最后一步是把符号翻译成话:"正—负—正"要落成"在 (…)(\ldots) 递增、在 (…)(\ldots) 递减",并写明区间。

含参最值问题

参数不只在导数里,也常跑到区间端点上。 看这道典型题:

求 f(x)=x3−3xf(x) = x^3 - 3x 在闭区间 [0,a][0, a] 上的最小值(a>0a > 0 为参数)。

函数固定,参数跑到区间右端。 求导得 f′(x)=3(x+1)(x−1)f'(x) = 3(x+1)(x-1),驻点 x=±1x = \pm 1。区间限制在 [0,a][0, a] 上,只有驻点 11 可能起作用(−1-1 够不着),极小值 f(1)=−2f(1) = -2。讨论只剩一个问题:驻点 11 有没有落进 [0,a][0, a]。

情形一:0<a≤10 < a \le 1。 区间整个在 11 的左侧,f′<0f' < 0,ff 单调递减,最小值取右端点

f(a)=a3−3af(a) = a^3 - 3a

情形二:a>1a > 1。 驻点落进区间,ff 在 [0,1][0, 1] 递减、在 [1,a][1, a] 递增,最小值取内点

f(1)=1−3=−2f(1) = 1 - 3 = -2

两情形在 a=1a = 1 处接得上:代入情形一的式子得 1−3=−21 - 3 = -2,与情形二一致。要害是把"极值点是否落入区间"当成唯一分岔口。

含参与定义域的交汇

前面都默认定义域是死的。可含参题里,定义域本身常带参数——这才是最容易翻车的地方。

含参定义域有两个来源: 一是对数、根式带来的"活动端点",ln⁡(x−a)\ln(x - a) 的定义域是 (a,+∞)(a, +\infty),aa 一动左端点跟着动;二是题目指定的含参区间,如 [a,a+2][a, a+2]、(0,a)(0, a)。

遇到含参定义域,第一件事永远是把它写清、按参数分段。

讨论 f(x)=ln⁡(x−a)−ln⁡xf(x) = \ln(x - a) - \ln x 的单调性(aa 为参数)。

求导之前,先把定义域按 aa 拆开。 定义域要求 x−a>0x - a > 0 且 x>0x > 0。求导得

f′(x)=1x−a−1x=ax(x−a)f'(x) = \dfrac{1}{x - a} - \dfrac{1}{x} = \dfrac{a}{x(x - a)}

情形一:a>0a > 0。 定义域为 (a,+∞)(a, +\infty),其上 x(x−a)>0x(x - a) > 0 分母为正,分子 a>0a > 0 也为正,所以 f′(x)>0f'(x) > 0,ff 递增。

情形二:a=0a = 0。 f(x)=ln⁡x−ln⁡x=0f(x) = \ln x - \ln x = 0,是常值函数,导数恒为零,谈不上增减。这一支要单独交代,不能并进情形一。

情形三:a<0a < 0。 定义域变成 (0,+∞)(0, +\infty),分母仍为正,但分子 a<0a < 0,所以 f′(x)<0f'(x) < 0,ff 递减。

关键不在导数,而在"定义域随 aa 的符号整个换了一张脸"。 若不动笔写定义域,直接说"a>0a > 0 递增、a<0a < 0 递减",就漏掉了定义域本身也是 aa 的函数这一层。

讨论的完备性

分类讨论必须"不重不漏",这六个字是含参题的命门。 检查分三步:

  1. 所有情形都考虑到了吗? 把参数轴从头过一遍:负、零、正,任何一段都不能悬空。
  2. 情形之间有没有重叠? 相邻两支的衔接点只能属于一支。常见错法是并排写 a≥1a \ge 1 和 a≤1a \le 1,让 a=1a = 1 算两遍。
  3. 等号放对位置了吗? 某支在分界点处退化时,先判断它更像左边还是右边,再决定等号归谁。

省事的自查法:把每个分界点的值代回原函数,看两支结论是否接得上。 算例二里 a=0a = 0 代回后导数变成 3x23x^2,与 a<0a < 0 支一致,于是归左;算例三里 a=1a = 1 代回后导数变成完全平方,单调性换样,于是单独成支。接得上就归并,换了模样就单列。

常见错误

错误一:漏讨论一种情形。 最典型的是写完 a>0a > 0 与 a<0a < 0,独独忘掉 a=0a = 0;或二次型里只讨论 Δ>0\Delta > 0,忘了 Δ≤0\Delta \le 0 那一块也要交代。防漏的办法是画一条参数数轴,每分出一支就在对应区间打勾,收尾看有没有空白段。

错误二:把等号边界放错位置。 分界点是一把刀,切在左还是右结论不同。a≤1a \le 1 与 a>1a > 1 是合法切法;a<1a < 1 与 a>1a > 1 漏掉 a=1a = 1;a≥1a \ge 1 与 a≤1a \le 1 又把 a=1a = 1 说两遍,结论还未必一样。

错误三:忘了定义域,把定义域外的零点也列进表。 导数在定义域外没有意义,那样的零点不参与讨论。

错误四:把驻点当极值点。 f′(x0)=0f'(x_0) = 0 只说明 x0x_0 是驻点,还得检查 f′f' 在它两侧是否变号——不变号就是"假极值点"。

错误五:二次项系数含参时不问系数是否为零。 系数为零时导函数次数下降,讨论形态整个变了,必须单独拎出来,这一条最隐蔽。

在高中数学体系里的位置

从思想上看,这一讲是"分类讨论"最集中的一次实战。 分类标准从参数对导数性质的影响来;找分界点、分区讨论、逐支验证,把"一题一个答案"变成"一题几支答案"。

从运算上看,它是求导与解不等式的练兵场。 求导、解二次方程、判断二次式符号、比较两根大小,这些技能前几讲都练过,这里负责串成一条链。

从考试上看,它是导数大题最多见的第一问。 后面的求极值、证不等式、讨论根的个数,全都建立在"单调性先说清楚"之上;第一问有缺口,后面几问跟着一起错。

思考与拓展

  1. 讨论 f(x)=x3−3ax2f(x) = x^3 - 3ax^2 的单调性。(提示:f′(x)=3x(x−2a)f'(x) = 3x(x - 2a),比较零点 00 与 2a2a 的大小。)
  2. 讨论 f(x)=12x2−aln⁡xf(x) = \dfrac{1}{2}x^2 - a\ln x 在 (0,+∞)(0, +\infty) 上的单调性。(提示:f′(x)=x2−axf'(x) = \dfrac{x^2 - a}{x},先看 x2−ax^2 - a 在定义域内几个零点。)
  3. 讨论 f(x)=ln⁡(x−2a)+xf(x) = \ln(x - 2a) + x 的单调性。(提示:先写定义域 (2a,+∞)(2a, +\infty),再算 f′(x)f'(x) 符号。)
  4. 求 f(x)=x3−3x2f(x) = x^3 - 3x^2 在 [a,a+3][a, a+3] 上的最小值。(提示:驻点是 00 和 22,按两个驻点是否落入区间分类。)
  5. 讨论 f(x)=x3−3x+af(x) = x^3 - 3x + a 在不同 aa 值下零点个数的变化。(提示:先固定 g(x)=x3−3xg(x) = x^3 - 3x 的极值,再让水平线上下平移。)

高考母题

(2025·全国II卷) 已知函数 f(x)=ln(1+x)−x+12x2−kx3f(x)=ln(1+x)-x+\frac { 1 } { 2 }x ^ { 2 } -kx ^ { 3 } ,其中 0<k<130 < k < \frac { 1 } { 3 } .
(1)证明: f(x)f(x) 在区间 (0,+∞)(0,+∞) 存在唯一的极值点和唯一的零点;
(2)设 x1,x2x_{ 1 } ,x_{ 2 } 分别为 f(x)f(x) 在区间 (0,+∞)(0,+∞) 的极值点和零点. (i)设函数 g(t)=f(x1+t)−f(x1−t)g(t)=f\left ( { x_{ 1 } +t } \right )-f\left ( { x_{ 1 } -t } \right ) .证明: g(t)g(t) 在区间 (0,x1)\left ( { 0,x_{ 1 } } \right ) 单调递减; (ii)比较 2x12x_{ 1 } 与 x2x_{ 2 } 的大小,并证明你的结论.

展开详解

(1)证明:由题得 f′(x)=11+x−1+x−3kx2=x21+x−3kx2=x2(11+x−3k)f'\left ( { x } \right )=\frac { 1 } { 1+x }-1+x-3kx ^ { 2 } =\frac { x ^ { 2 } } { 1+x }-3kx ^ { 2 } =x ^ { 2 } \left ( { \frac { 1 } { 1+x }-3k } \right ) , 因为 x∈(0,+∞)x∈\left ( { 0,+∞ } \right ) ,所以 x2>0x ^ { 2 } >0 ,设 g(x)=11+x−3k,x>0g\left ( { x } \right )=\frac { 1 } { 1+x }-3k,x>0 , 则 g′(x)=−1(1+x)2<0g'\left ( { x } \right )=-\frac { 1 } { \left ( { 1+x } \right ) ^ { 2 } } < 0 在 (0,+∞)(0,+∞) 上恒成立,所以 g(x)g\left ( { x } \right ) 在 (0,+∞)(0,+∞) 上单调递减, g(0)=1−3k>0g\left ( { 0 } \right )=1-3k>0 ,令 g(x0)=0⇒x0=13k−1g\left ( { x_{ 0 } } \right )=0⇒x_{ 0 } =\frac { 1 } { 3k }-1 , 所以当 x∈(0,x0)x∈\left ( { 0,x_{ 0 } } \right ) 时, g(x)>0g\left ( { x } \right )>0 ,则 f′(x)>0f'\left ( { x } \right )>0 ;当 x∈(x0,+∞)x∈\left ( { x_{ 0 } ,+∞ } \right ) 时, g(x)<0g\left ( { x } \right ) < 0 ,则 f′(x)<0f'\left ( { x } \right ) < 0 , 所以 f(x)f\left ( { x } \right ) 在 (0,x0)\left ( { 0,x_{ 0 } } \right ) 上单调递增,在 (x0,+∞)\left ( { x_{ 0 } ,+∞ } \right ) 上单调递减, 所以 f(x)f\left ( { x } \right ) 在 (0,+∞)(0,+∞) 上存在唯一极值点, 对函数 y=ln(1+x)−xy=ln\left ( { 1+x } \right )-x 有 y′=11+x−1=−x1+x<0y'=\frac { 1 } { 1+x }-1=-\frac { x } { 1+x } < 0 在 (0,+∞)(0,+∞) 上恒成立, 所以 y=ln(1+x)−xy=ln\left ( { 1+x } \right )-x 在 (0,+∞)(0,+∞) 上单调递减, 所以 y=ln(1+x)−x<y∥x=0=0y=ln\left ( { 1+x } \right )-x < y\|_{ x=0 } =0 在 (0,+∞)(0,+∞) 上恒成立, 又因为 f(0)=0f\left ( { 0 } \right )=0 , x→+∞x→+∞ 时 12x2−kx3=12x2(1−2kx)<0\frac { 1 } { 2 }x ^ { 2 } -kx ^ { 3 } =\frac { 1 } { 2 }x ^ { 2 } \left ( { 1-2kx } \right ) < 0 , 所以 x→+∞x→+∞ 时 f(x)<0f\left ( { x } \right ) < 0 , 所以存在唯一 x2∈(0,+∞)x_{ 2 } ∈\left ( { 0,+∞ } \right ) 使得 f(x2)=0f\left ( { x_{ 2 } } \right )=0 ,即 f(x)f\left ( { x } \right ) 在 (0,+∞)(0,+∞) 上存在唯一零点.
(2)(i)证明:由(1)知 x1=13k−1x_{ 1 } =\frac { 1 } { 3k }-1 ,则 x1+1=13kx_{ 1 } +1=\frac { 1 } { 3k } , f′(x)=x2(11+x−11+x1)f'\left ( { x } \right )=x ^ { 2 } \left ( { \frac { 1 } { 1+x }-\frac { 1 } { 1+x_{ 1 } } } \right ) , ∵g(t)=f(x1+t)−f(x1−t)\because g(t)=f\left ( { x_{ 1 } +t } \right )-f\left ( { x_{ 1 } -t } \right ) , 则 g′(t)=(x1+t)2(1x1+t+1−11+x1)+(x1−t)2(1x1−t+1−11+x1)g'\left ( { t } \right )=\left ( { x_{ 1 } +t } \right ) ^ { 2 } \left ( { \frac { 1 } { x_{ 1 } +t+1 }-\frac { 1 } { 1+x_{ 1 } } } \right )+\left ( { x_{ 1 } -t } \right ) ^ { 2 } \left ( { \frac { 1 } { x_{ 1 } -t+1 }-\frac { 1 } { 1+x_{ 1 } } } \right ) =−t(x1+t)2(x1+t+1)(x1+1)+t(x1−t)2(x1−t+1)(x1+1)=\frac { -t\left ( { x_{ 1 } +t } \right ) ^ { 2 } } { \left ( { x_{ 1 } +t+1 } \right )\left ( { x_{ 1 } +1 } \right ) }+\frac { t\left ( { x_{ 1 } -t } \right ) ^ { 2 } } { \left ( { x_{ 1 } -t+1 } \right )\left ( { x_{ 1 } +1 } \right ) } =3kt[−(x1+t)2x1+t+1+(x1−t)2x1−t+1]=3kt\left[ -\frac { \left ( { x_{ 1 } +t } \right ) ^ { 2 } } { x_{ 1 } +t+1 }+\frac { \left ( { x_{ 1 } -t } \right ) ^ { 2 } } { x_{ 1 } -t+1 } \right] =6kt2(t2−x12−2x1)(1+x1)2−t2=\frac { 6kt ^ { 2 } \left ( { t ^ { 2 } -x_{ 1 } ^{ 2 }-2x_{ 1 } } \right ) } { \left ( { 1+x_{ 1 } } \right ) ^ { 2 } -t ^ { 2 } } , ∵k>0,t∈(0,x1),∴t2−x12−2x1⟨0,(1+x1)2−t2⟩0\because k>0,t∈\left ( { 0,x_{ 1 } } \right ),∴t ^ { 2 } -x_{ 1 } ^{ 2 }-2x_{ 1 } \left \langle { 0,\left ( { 1+x_{ 1 } } \right ) ^ { 2 } -t ^ { 2 } } \right \rangle 0 , ∴g′(t)=6kt2(t2−x12−2x1)(1+x1)2−t2<0∴g'(t)=\frac { 6kt ^ { 2 } \left ( { t ^ { 2 } -x_{ 1 } ^{ 2 }-2x_{ 1 } } \right ) } { \left ( { 1+x_{ 1 } } \right ) ^ { 2 } -t ^ { 2 } } < 0 , 即 g(t)g(t) 在 t∈(0,x1)t∈\left ( { 0,x_{ 1 } } \right ) 上单调递减. (ii) 2x1>x22x_{ 1 } >x_{ 2 } ,证明如下: 由(i)知:函数 g(t)g\left ( { t } \right ) 在区间 (0,x1)\left ( { 0,x_{ 1 } } \right ) 上单调递减, 所以 g(0)>g(x1)g\left ( { 0 } \right )>g\left ( { x_{ 1 } } \right ) 即 0>f(2x1)0>f\left ( { 2x_{ 1 } } \right ) ,又 f(x2)=0f\left ( { x_{ 2 } } \right )=0 , 由(1)可知 f(x)f\left ( { x } \right ) 在 (x0,+∞)\left ( { x_{ 0 } ,+∞ } \right ) 上单调递减, x2∈(x0,+∞)x_{ 2 } ∈\left ( { x_{ 0 } ,+∞ } \right ) ,且对任意 x∈(0,x2)x∈\left ( { 0,x_{ 2 } } \right ) f(x)>0f\left ( { x } \right )>0 , 所以 2x1>x22x_{ 1 } >x_{ 2 } . 【分析】
(1)先由题意求得 f′(x)=x2(11+x−3k)f'\left ( { x } \right )=x ^ { 2 } \left ( { \frac { 1 } { 1+x }-3k } \right ) ,接着构造函数 g(x)=11+x−3k,x>0g\left ( { x } \right )=\frac { 1 } { 1+x }-3k,x>0 ,利用导数工具研究函数 g(x)g\left ( { x } \right ) 的单调性和函数值情况,从而得到函数的单调性,进而得证函数 f(x)f\left ( { x } \right ) 在区间 (0,+∞)(0,+∞) 上存在唯一极值点;再结合 f(0)=0f\left ( { 0 } \right )=0 和 x→+∞x→+∞ 时 f(x)f\left ( { x } \right ) 的正负情况即可得证 f(x)f\left ( { x } \right ) 在区间 (0,+∞)(0,+∞) 上存在唯一零点;
(2)(i)由(1) x1+1=13kx_{ 1 } +1=\frac { 1 } { 3k } 和 g′(t)=f′(x1+t)−f′(x1−t)g'\left ( { t } \right )=f'\left ( { x_{ 1 } +t } \right )-f'\left ( { x_{ 1 } -t } \right ) 结合(1)中所得导函数 f′(x1)f'\left ( { x_{ 1 } } \right ) 计算得到 g′(t)=6kt2(t2−x12−2x1)(1+x1)2−t2g'\left ( { t } \right )=\frac { 6kt ^ { 2 } \left ( { t ^ { 2 } -x_{ 1 } ^{ 2 }-2x_{ 1 } } \right ) } { \left ( { 1+x_{ 1 } } \right ) ^ { 2 } -t ^ { 2 } } ,再结合 t∈(0,x1)t∈\left ( { 0,x_{ 1 } } \right ) 得 g′(t)<0g'\left ( { t } \right ) < 0 即可得证; (ii)由函数 g(t)g\left ( { t } \right ) 在区间 (0,x1)\left ( { 0,x_{ 1 } } \right ) 上单调递减得到 0>f(2x1)0>f\left ( { 2x_{ 1 } } \right ) ,再结合 f(x2)=0f\left ( { x_{ 2 } } \right )=0 , 和函数 f(x)f\left ( { x } \right ) 的单调性以以及函数值的情况即可得证.
(1)略
(2)(i)略 (ii)略

一句话总结

含参讨论的核心:找到让导数性质变化的"临界参数值",把它们排成参数轴,逐段讨论、列表判号、写完每一支。画图是最好的检查工具,参数数轴上打勾是最好的防漏工具。

— Y. · 2026-10-05
含参函数的单调性讨论——分类讨论的艺术 · 函数与导数第11讲