题目内容

【题目】已知函数,其中.

1)求函数的单调区间;

2)讨论函数零点的个数;

3)若存在两个不同的零点,求证:.

【答案】1)增区间为,减区间为 2)见解析 3)证明见解析

【解析】

1)先求出的定义域,求得导函数,可解得,分类讨论判断,进而解得单调区间;

2)整理函数为,则令,,,则分别讨论两种情况,利用零点存在性定理判断零点个数;

3)由(2)可知,构造函数,利用导数可得单调递增,,整理即可得证

解:(1)函数的定义域为,

,得,

因为,当时,,单调递增;

时,,单调递减,

所以的增区间为,;减区间为

2)取,则当时,,,

所以

又因为,由(1)可知上单调递增,因此,,恒成立,即上无零点.

下面讨论的情况:

①当时,因为单调递减,单调递增,且,,,

根据零点存在定理,有两个不同的零点;

②当时,由单调递减,单调递增,且

此时有唯一零点

③若,由单调递减,单调递增,,

此时无零点;

综上,若,有两个不同的零点;若,有唯一零点;若,无零点

3)证明:由(2)知,,且,

构造函数,,

,

,,

因为当时,,,

所以

,所以恒成立,即单调递增,

于是当时,,即 ,

因为,所,

,所以,

因为,,且单调递增,

所以由,可得,即

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