题目内容

【题目】已知函数.

(Ⅰ)讨论函数的单调性;

(Ⅱ)当时,证明:函数有两个零点;

(Ⅲ)若函数有两个不同的极值点,记作,且,证明(为自然对数的底数).

【答案】(Ⅰ)当时,在上单调递增;当时,在上单调递减,在上单调递增;(Ⅱ)证明见解析;(Ⅲ)证明见解析.

【解析】

(Ⅰ)求得函数的导数,分类讨论,即可求解函数的单调区间;

(Ⅱ)当时,由(Ⅰ)知函数在上单调递减,在上单调递增,求得函数的最小值,记,利用导数求得函数的单调性与最值,利用零点的存在定理,即可求解;

(Ⅲ)求得,得到,把欲证转化为证,进而得到,设,等价于,令,利用导数求得函数的单调性,即可求解.

(Ⅰ)的定义域为,

由,可得,

当时,,函数在上单调递增;

当时,,即时,函数单调递增;

当时,即时,函数单调递减.

综上,当时,函数在上单调递增;

当时,函数在上单调递减,在上单调递增.

(Ⅱ)当时,由(Ⅰ)知函数在上单调递减,在上单调递增,

所以.取,

记,所以在上单调递减. .所以当,

,所以函数在上存在一个零点.当时,,,所以函数在上存在一个零点.所以,当时,函数有两个零点.

(Ⅲ)依题意得,,则,

因为有两个极值点,所以,

欲证等价于证,即,所以,

因为,所以原不等式等价于①,

由可得,则②,

由①②可知,原不等式等价于,即,

设,则上式等价于时,,

令,则,

因为,所以,所以在区间上单调递增,

所以当时,,即,

所以原不等式成立,即.

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