(本小题满分13分)
已知函数,。
(Ⅰ)求函数的零点个数。并说明理由;
(Ⅱ)设数列满足,,证明:存在常数,使得对于任意的,都有。
(Ⅰ)由,知,而,且,
,则为的一个零点,且在内有零点。
因此至少有两个零点。
,记,则。
当时,,因此在上单调递增,则在内至多只有一个零点。又因为,,则在内有零点,
所以在内有且只有一个零点,
记此零点为,则当时,;
当时,,
所以,当时,单调递减,而,则在内无零点;
当时,单调递增,而在内至多只有一个零点。
从而在内至多只有一个零点。
综上所述,有且只有两个零点。
(Ⅱ)记的正零点为,即。
(1)当时,由,即。
而,因此。
由此猜测:。下面用数学归纳法证明。
①当时,显然成立。
②假设当时,成立,则当时,由知,。
因此,当时,成立。
故对任意的,成立。
(2)当,由(Ⅰ)知,在上单调递增,则,
即,从而,即。
由此猜测:,下面用数学归纳法证明,
②假设当时,成立,则当时,
由知,。因此,当时,成立,
综上所述,存在常数,使得对于任意的,都有。
本题主要考查导数的运用、函数零点的判断和数学归纳法。
(Ⅰ)由知,又因为,,再研究函数在上的单调性便可确定函数零点的个数。
(Ⅱ)本题应该根据的大小关系进行判断。先由出发,猜想可能成立的结论,然后再验证即可。记的正零点为,即,当时,由,得,而,由此猜测。当时,当时,单调递增,,从而,由此猜测,然后由数学归纳法证明即可。