题目内容
(本小题满分13分)设函数
,其中
为正整数.
(Ⅰ)判断函数
的单调性,并就
的情形证明你的结论;
(Ⅱ)证明:
;
(Ⅲ)对于任意给定的正整数
,求函数
的最大值和最小值.


(Ⅰ)判断函数


(Ⅱ)证明:

(Ⅲ)对于任意给定的正整数


(Ⅰ)函数
在
上单调递增(Ⅱ)略 (Ⅲ)
的最大值为
,最小值为
.





:(1)
在
上均为单调递增的函数. 1分
对于函数
,设
,则

,

,
函数
在
上单调递增. 3分
(2)
原式左边

.… 5分
又
原式右边
.
. 6分
(3)当
时,函数
在
上单调递增,
的最大值为
,最小值为
.
当
时,
,
函数
的最大、最小值均为1.
当
时,函数
在
上为单调递增.
的最大值为
,最小值为
.
当
时,函数
在
上单调递减,
的最大值为
,最小值为
. … 9分
下面讨论正整数
的情形:
当
为奇数时,对任意
且
,
以及
,
,从而
.
在
上为单调递增,则
的最大值为
,最小值为
. …… 11分
当
为偶数时,一方面有
.
另一方面,由于对任意正整数
,有
,
.
函数
的最大值为
,最小值为
.
综上所述,当
为奇数时,函数
的最大值为
,最小值为
.
当
为偶数时,函数
的最大值为
,最小值为
. …… 13分


对于函数









(2)




又




(3)当







当




当







当







下面讨论正整数

当





以及










当


另一方面,由于对任意正整数







综上所述,当




当





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