题目内容

设,其中,且(为自然对数的底数)

(I)求与的关系;

(II)若在其定义域内为单调函数,求的取值范围;

(III)证明:

    ① ;

    ② .

解:(I)由题意知,

又,

∴,

∴ ,即,

而,

∴ . 

(II)由(I)知,

,

令,要使在其定义域内为单调函数,只需在内满足:或恒成立.

① 当时,,∵,∴,∴,

∴在内为单调递减,故适合题意.

② 当时,,其图象为开口向上的抛物线,对称轴为, ∴.

只需,即时,,

∴在内为单调递增,

故适合题意.  

③当时,,其图象为开口向下的抛物线,对称轴为.

只需,即时在恒成立.

故适合题意. 

综上可得,或.   

(III)证明:①即证明 ,

设,,

∴ 时,,∴ 为单调递增函数;

时,,∴ 为单调递减函数;

为的极大值点.
    ∴, 即∴

② 由(I)知,又,

设,则, ∴.

∵ ,   ∴

∴ ,

∴,

∴ 结论成立.

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