(本小题满分14分)
设函数,。
(Ⅰ)当(为自然对数的底数)时,求的极小值;
(Ⅱ)讨论函数零点的个数;
(Ⅲ)若对任意,恒成立,求的取值范围。
(Ⅰ)由题设,当时,,则,所以当,,在上单调递增。所以时,,在上单调递增。所以时,取得极小值,所以的极小值是。
(Ⅱ)由题设,令,得。设,则,当时,,在上单调递增;当时,,在上单调递减。所以是的唯一极值点,且时极大值点。因此也是的最大值,所以的最大值为。
又,结合的图像(如图),可知①当时,函数无零点;②当时,函数有且仅有一个零点;③当时,函数有两个零点。④当时,函数有且仅有一个零点。综上所述,当时,函数无零点;当或时,函数有且仅有一个零点;当时,函数有两个零点。
(Ⅲ)对任意的,恒成立,等价于恒成立(*)。设,所以(*)等价于在上单调递减。由在恒成立,得恒成立,所以(对,仅在时成立),所以的取值范围是。
本题主要考查利用函数的单调性判断函数的最值问题。
(Ⅰ)对函数求导,求出函数在定义域内的单调性,找到最小值。
(Ⅱ)利用函数的的单调性找到的取值范围,然后根据得不同取值,找到函数的零点情况。
(Ⅲ)找到问题的等价函数,然后利用函数的单调性,得到函数的最小值,且这个最小值是关于的函数,根据最小最必须小于,得到的取值范围。