题目内容

【题目】设区间,定义在上的函数(),集合.

(1)若,求集合;

(2)设常数.

① 讨论的单调性;

② 若,求证:.

【答案】(1)(2)①见解析;②见证明

【解析】

(1)把b代入函数解析式,求出导函数,由f′(x)0,可知f(x)在[﹣3,3]上为增函数,求出函数的最小值,由最小值大于0求得a的取值范围;

(2)①求出函数的导函数,解得导函数的零点,然后根据与3的关系分类求得函数的单调区间;

②当b<﹣1时,由①可知,当0<a时,求得函数的最小值小于0,得到矛盾,故此时实数a不存在;当a时,由①可得f(x)min={f(﹣3),f()},得到f(﹣3)<0,这与x∈D,f(x)≥0恒成立矛盾,故此时实数a不存在;若f(﹣3)>0,证明f()<0,这与x∈D,f(x)≥0恒成立矛盾,故此时实数a不存在.

(1)当时,,则.

由可知恒成立,故函数在上单调递增,

所以,解得,

所以集合

(2)① 由得,

因为,则由,得.

在上列表如下:

+

0

-

0

+

单调递增

极大值

单调递减

极小值

单调递增

(ⅰ)当,即时,

则,所以在上单调递减;

(ⅱ)当,即时,此时,

在和上单调递增;在上单调递减.

综上,当时,在上单调递减;

当时,在,上单调递增;

在上单调递减

②(方法一)当时,由①可知,

(ⅰ)当时,在上单调递减,

所以,

这与恒成立矛盾,故此时实数不存在;

(ⅱ)当时,在,上单调递增;

在上单调递减,

所以.

若,这与恒成立矛盾,

故此时实数不存在;

若,此时,

又,则,

.

下面证明,也即证:.

因为,且,则,

下证:.

令,则,

所以在上单调递增,所以,即.

这与恒成立矛盾,故此时实数不存在.

综上所述,.

(方法二)(ⅰ)当时,成立;

(ⅱ)当时,由题意可知恒成立,则,

设,则,

令,解得.

因为,所以,

所以在上单调递增,在上单调递减,

所以,所以;

(ⅲ)当时,由题意可知恒成立,则.

设,则,

因为,所以恒成立,所以在上单调递增,

所以,

所以.

若,则存在实数满足,

则成立,即,

也即成立,

则,这与矛盾,所以.

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