(本小题满分14分)
已知函数,其中,,为自然对数的底数。
(Ⅰ)设是函数的导函数,求函数在区间上的最小值;
(Ⅱ)若,函数在区间内有零点,证明:。
(Ⅰ)由,有,所以。当时,。当时,,所以在上单调递增,因此在上的最小值是;当时,,所以在上单调递减,因此在上的最小值是;当时,令,得,所以函数在区间上单调递减,在区间单调递增,于是,在上的最小值是。综上所述,当时,在上的最小值是;当时,在上的最小值是;当时,在上的最小值是。
(Ⅱ)设为在区间内的一个零点,则由可知在区间上不可能单调递增,也不可能单调递减。则不可能恒为正,也不可能恒为负。故在区间内存在零点。同理,在区间内存在零点。所以,在区间内至少存在两个零点。由(Ⅰ)知,当时,在上单调递增,故在区间内至多有一个零点。当时,在上单调递减,故在区间内至多有一个零点。所以。此时在区间上单调递减,在区间单调递增。因此,,必有,。由有,有,,解得。所以,函数在区间内有一个零点时,。
本题主要考查导数在研究函数中的应用。
(1)求得后,对其正负性进行讨论得到其单调区间,与区间大小进行讨论,故可得到其最小值;
(2)根据(1)中结论得到在区间内至多存在一个零点,故通过讨论端点处的函数值即可得到结论。