题目内容
【题目】已知函数
,
,其中
为自然对数的底数,
.
(1)求证:
;
(2)若对于任意
,
恒成立,求
的取值范围;
(3)若存在
,使
,求
的取值范围.
【答案】(1)证明见解析;
(2)
;
(3)
或
.
【解析】
(1)对利用导数研究函数的单调性及最小值,进而证明不等式;
(2)由题意得
,对
分成
三种情况讨论,进而利用参变分离,构造新函数,利用导数研究新函数的最值,从而得到
的取值范围;
(3)设
,题设等价于函数
有零点时的
的取值范围,先对函数进行求导得
,再对
分成
三种情况进行研究函数的零点.
解:(1)令
,得
,
当
时,
;当
时,
,
所以函数
在
上单调递减,在
上单调递增,
所以函数
在
处取得最小值,因为
,
所以
.
(2)由题意,得
,
当
,不等式显然成立,此时
;
当
时,
,所以
,
当
时,
,所以
,
记
,
,
∴
在区间
和
上为增函数,
和
上为减函数.
∴当
时,
,
当
时,
,
综上所述
的取值范围为
.
(3)设
,题设等价于函数
有零点时的
的取值范围.
![]()
当
,
,
恒成立,
所以
在
单调递增,
,
若
,则
,
只需
,则
,则
,
所以
有零点.
当
时,
,对
恒成立,
所以
无零点,不成立.
当
时,
,得
,
则
时
,所以
在
单调递减;
时
,所以
在在
单调递增,
所以
,
①
时,
,
,
又
,
所以
有零点;
②
时,
,![]()
所以
有零点;
③
时,
,
,
所以
无零点,不成立.
综上,
的取值范围是
或
.
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