题目内容

【题目】已知函数.

(1)讨论函数的单调性;

(2)若且,求证: .

【答案】(1)答案见解析;(2)证明见解析.

【解析】试题分析:(1)对函数求导,然后分类讨论若时、时和时三种情况,分别给出单调性(2)法一:构造,求导算出最值,构造,利用二阶导数,得,从而得证;法二:利用放缩法当时,得,即,然后再证明;法三:对问题放缩由于,则只需证明,然后给出证明

解析:解法一:(1)函数的定义域为,

,

①若时,则, 在上单调递减;

②若时,当时, ;

当时, ;

当时, .

故在上, 单调递减;在上, 单调递増;

③若时,当时, ;

当时, ;当时, .

故在上, 单调递减;在上, 单调递増.

(2)若且,

欲证,

只需证,

即证.

设函数,则.

当时, .故函数在上单调递增.

所以.

设函数,则.

设函数,则.

当时, ,

故存在,使得,

从而函数在上单调递增;在上单调递减.

当时, ,当时,

故存在,使得,

即当时, ,当时,

从而函数在上单调递增;在上单调递减.

因为,

故当时,

所以,

即.

解法二:(1)同解法一.

(2)若且,

欲证,

只需证,

即证.

设函数,则.

当时, .故函数在上单调递增.

所以.

设函数,

因为,所以,所以,

又,所以,

所以,

即原不等式成立.

解法三:(1)同解法一.

(2)若且,

欲证,

只需证,

由于,则只需证明,

只需证明,令,

则,

则函数在上单调递减,则,

所以成立,

即原不等式成立.

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