题目内容
【题目】已知函数,,其中为自然对数的底数,.
(1)求证:;
(2)若对于任意,恒成立,求的取值范围;
(3)若存在,使,求的取值范围.
【答案】(1)证明见解析;
(2);
(3)或.
【解析】
(1)对利用导数研究函数的单调性及最小值,进而证明不等式;
(2)由题意得,对分成三种情况讨论,进而利用参变分离,构造新函数,利用导数研究新函数的最值,从而得到的取值范围;
(3)设,题设等价于函数有零点时的的取值范围,先对函数进行求导得,再对分成三种情况进行研究函数的零点.
解:(1)令,得,
当时,;当时,,
所以函数在上单调递减,在上单调递增,
所以函数在处取得最小值,因为,
所以.
(2)由题意,得,
当,不等式显然成立,此时;
当时,,所以,
当时,,所以,
记,,
∴在区间和上为增函数,和上为减函数.
∴当时,,
当时,,
综上所述的取值范围为.
(3)设,题设等价于函数有零点时的的取值范围.
当,,恒成立,
所以在单调递增,
,
若,则,
只需,则,则,
所以有零点.
当时,,对恒成立,
所以无零点,不成立.
当时,,得,
则时,所以在单调递减;
时,所以在在单调递增,
所以,
①时,,,
又,
所以有零点;
②时,,
所以有零点;
③时,,,
所以无零点,不成立.
综上,的取值范围是或.
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