题目内容

【题目】已知函数.

(1)当时,求函数在处的切线方程;

(2)是否存在非负整数,使得函数是单调函数,若存在,求出的值;若不存在,请说明理由;

(3)已知,若存在,使得当时,的最小值是,求实数的取值范围.(注:自然对数的底数)

【答案】(1)(2)存在,的值是0,1,2;(3)

【解析】

(1)当时求出函数的导数,计算及,利用点斜式,即可求出切线方程。

(2)求出函数的导数,要使函数是单调函数即是使或恒成立,对分类讨论,即可求出非负整数的值。

(3)通过讨论的范围,根据函数的单调性求出的最小值,从而确定实数的取值范围。

解:(1)的定义域为.

当时,,.∴.

所以,函数在处的切线方程为

即

(2)∵,∴,.

当时,.∴是单调减函数.符合

当时,若是单调增函数,则,

即恒成立,这不可能;

若是单调减函数,则,

即恒成立,令,其开口方向向上,对称轴方程为

,,故,∴

又,.

综上,满足条件的非负整数的值是0,1,2

(3)∵

∴

∴

①当0时,.

当时,,在上为减函数;

当时,,在上为增函数.

所以当时,,不符合题意.

②当时,.

(i)当,即时,当变化时,,的变化情况如下:

1

-

0

+

0

-

↘

极小值

↗

极大值

↘

若满足题意,只需满足,整理得.

令,

当时,,

所以在上为增函数,

所以,当时,.

可见,当时,恒成立,故当,时,函数的最小值为.;所以满足题意.

(ⅱ)当,即时,,,0,当且仅当时取等号.

所以在上为减函数.从而在上为减函数.符合题意.

(ⅲ)当,即时,当变化时,,的变化情况如下表:

1

-

0

+

0

-

↘

极小值0

↗

极大值

↘

若满足题意,只需满足,且(若,不符合题意),

即,且.

又,∴.

综上,.

所以实数的取值范围是.

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