题目内容

【题目】设函数的定义域为,其中,.

(1)若,判断的单调性;

(2)当,设函数在区间上恰有一个零点,求正数a的取值范围;

(3)当,时,证明:对于,有.

【答案】(1)见解析;(2)(3)见解析

【解析】

(1)由题意求导后,按照、分类,解出、的解集即可得解;

(2)对求导,令,求导后可得在上单调递减,按照、,结合函数单调性、零点存在性定理即可得解;

(3)令,求导后可得对,恒有,依次取,求和即可得证.

(1)时,,,

则,

①当时,,在上单调递增;

②当时,令,,(舍),

令,,,

∴函数的单调增区间为,单调减区间为;

综上,当时,在上单调递增;当时,函数的单调增区间为,单调减区间为;

(2)由题意,则,

令,,

∴在上单调递减,∴,

①若,则即,即在上单调递减,

∴,∴,不合题意;

②若,则,,

∴根椐零点存在性定理,使得,

即,使得,

当时,,在上单调递增,且,

∴,函数无零点;

当时, ,在上单调递减,

其中,

令,则,

∴在上单调递增,在上单调递减,∴,

∴,

∴,

根据零点存在性定理可得时有且仅有一个零点,符合题意;

综上:;

(3)当时,令,则

当时,恒有,即在上单调递减,

∴对恒成立.

又,,故,

即对,恒有,

在此不等式中依次取,得:

,,,

,,

将以上不等式相加得:,即.

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