题目内容
【题目】已知函数
.
(1)讨论
的单调性;
(2若函数
有两个零点分别记为
.
①求
的取值范围;
②求证:
.
【答案】⑴见解析;⑵见解析;⑶见证明
【解析】
(1)
,可分
四种情况讨论
的符号后可得
的单调性.
(2)①结合(1)中函数的单调性讨论,当
时,
无两个零点,当
时,利用零点存在定理可得
有两个不同的零点,当
时,利用
时
恒成立得到
在
上没有零点,当
时,结合函数的单调性及
可得
在
上不可能有两个零点.
②结合函数的导数可知原不等式的证明可归结为
,构建新函数
,利用导数可证
在
上为单调增函数,设
,利用
及
可得
.
(1)
,
(i)当
时,
,
时,
单调递减;
时,
单调递增.
(ii)当
时,
时,
单调递增;
时,
单调递减;
时,
单调递增.
(iii)当
时,
恒成立,
在
上单增.
(iv)当
时,
时,
单调递增;
时,
单调递减,
时,
单调递增.
综上所述:
时,
在
上单调递减,
上单调递增;
时,
在
上单调递减,在
上单调递增;
时,
在
上单调递增;
时,
在
上单调递减,
上单调递增.
(2)①
,
(i)当
时,
,只有一个零点,舍去;
(ii)当
时,
在
上单调递减,
上单调递增,
![]()
又
,取
且
,
则
![]()
,
存在两个零点.
(iii)当
时,
在
上单调递增,
时,![]()
不可能有两个零点,舍去.
(iv)当
时,
在
上单调递增,
不可能有两个零点,舍去.
(v)当
时,
时,
,又
在
单调递减,在
上单调递增,因
,
不可能有两个零点,舍去.
综上所述:
.
②由①知:
,
在
上单调递减,在
上单调递增,
要证
, 即证
,即证
,
令
,则
![]()
当
时,
单调递增.
不妨设
,则
,即
,
又
,
,
在
上单调递减,
,
,原命题得证.
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