题目内容

【题目】已知函数,其中,为函数的导函数.

(1)讨论的单调性;

(2)若对任意,恒成立,求实数的取值范围.

【答案】(1)见解析(2)

【解析】

(1)求,令,求出,得出,对分类讨论求出,

的解,即可得出结论;

(2)分离参数转化为求,设

,通过求导及构造函数,得且满足,进而得到时,取得最小值,即可求出结论.

(1)

令,则,所以故

(ⅰ)当时,

当时,,所以在上单调递减

当时,,所以在上单调递增

(ⅱ)当时,令,则或

(a)若即时,

当或时,,

所以在和上单调递增

当时,,

所以在上单调递减

(b)若即时,,

所以在上单调递增

(c)若即时,

当或时,,

所以在和上单调递增

当时,,

所以在上单调递减

综上所述:当时,在上单调递减,在上单调递增

当时,在和上单调递增,

在上单调递减

当时,在上单调递增

当时,在和上单调递增,

在上单调递减

(2)解法一:参数分离法

由知在恒成立即

令,则

令,则,

所以在上单调递增

又,

所以在上存在唯一零点,且

所以当时,即;当时,

即

所以在上单调递减,在上单调递增,

又因为

思路一:即

因为,所以(*)

设,当时,,

所以在上单调递增

由(*)知,所以

所以,

则有即

所以实数的取值范围为

思路二:即,两边取对数,

得

即(*)

设,则在上单调递增

由(*)知,所以

所以,

则有即

所以实数的取值范围为.

下面提供一种利用最小值的定义求的最小值的方法:

先证:,

设,则,

所以当时,;当时,,

所以在上单调递减,在上单调递增,

所以即,

(当且仅当时等号成立),

再证:

由得(用代换),

,

,

(当且仅当时等号成立)

最后证:方程有实根,

设,则在上单调递增,

又,,

所以在有唯一零点,

即方程有实根,

综上,则有即,

所以实数的取值范围为.

解法二:函数性质法

由知在恒成立,

设,则,

因为,

,所以在上单调递增,

又当时,;当时,;

所以在上存在唯一零点,即,(1)

所以当时,;当时,,

所以在上单调递减,在上单调递增,

,

,

即,

思路一:即,

因为,所以,(*)

设,当时,,

所以在上单调递增,

由(*)知,

所以即,

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