题目内容

【题目】已知函数.

(1)求的极值;

(2)证明:时,

(3)若函数有且只有三个不同的零点,分别记为,设且的最大值是,证明:

【答案】(Ⅰ)见解析(Ⅱ)见解析(Ⅲ)见解析

【解析】

(Ⅰ)先求导数,再根据讨论导函数零点情况,最后根据导函数零点以及导函数符号变化规律确定极值,(Ⅱ)作差函数,先利用导数研究导函数单调性,确定导函数零点,再根据导函数符号确定函数最小值,最后根据基本不等式证得结论,(Ⅲ)先利用导数研究有两个零点时,其两个零点对应区间,再令,根据条件用表示,利用导数求其最大值,即得结论.

(Ⅰ)函数的定义域为.

由已知可得.

(1)当时,,故在区间上单调递增; 无极值.

(2)当时,由,解得;由,解得.所以函数在上单调递增,在上单调递减. 的极大值为,无极小值.

(Ⅱ)证明:令,故只需证明.

因为

所以函数在上为增函数,且,.

故在上有唯一实数根,且.

当时,,当时,,

从而当时,取得最小值.

由,得,即,

故 ,

因为,所以等于号取不到,即

综上,当时, 即.

(Ⅲ)∵ 函数有且只有三个不同的零点,而是其零点,

∴ 函数存在两个零点(不等于),即有两个不等且不等于的实数根.

可转化为方程在区间上有两个不等且不等于的实数根,

即函数的图象与函数的图象有两个交点.

∵,

∴ 由,解得,故在上单调递增;

由,解得,故在上单调递减;

故函数的图象与的图象的交点分别在,上,

即的两个根分别在区间,上,

∴的三个不同的零点分别是,且.

令,则.

由,解得故, .-令,则.

令,则.

所以在区间上单调递增,即.

所以,即在区间上单调递增,

即,

所以,即,

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