(本小题满分14分)
若函数满足
(1),;
(2)对任意,有;
(3)在上单调递减。
则称为补函数。已知函数。
(1)判函数是否为补函数,并证明你的结论;
(2)若存在,使得,称是函数的中介元。记时的中介元为,且,若对任意的,都有,求的取值范围;
(3)当,时,函数的图像总在直线的上方,求的取值范围。
(1)函数是补函数,证明如下:
①,;
②对任意,有
③令,有
因为,,所以当时,,所以函数在上单调递减,故函数在上单调递减。
(2)当,由,得
(i)当时,中介元;
(ii)当且时,由得或;得中介元。
综合(i)(ii):对任意的,中介元为
于是,当时,有。
当无限增大时,无限接近于,无限接近于,故对任意的,成立等价于,即。
(3)当时,,中介元为。
(i)当时,,中介元,
所以点不在直线的上方,不符合条件;
(ii)当时,依题意只需在时恒成立,
也即在时恒成立,
设,,
则,
由得,且当时,,当时,,
又因为,所以当时,恒成立.
综上:的取值范围是。
本题考查函数、数列基本概念等。
(1)逐个验证三个条件即可知是补函数。
(2)首先求出中介元的通项公式,继而求出,对的表达式进行放缩变换,从而可得满足的的取值范围。
(3)分,两种情况讨论,可将问题转化为证明在上恒成立。