(本小题满分14分)
设,。已知函数有两个零点,,且。
(Ⅰ)求的取值范围;
(Ⅱ)证明 随着的减小而增大;
(Ⅲ)证明 随着的减小而增大。
(Ⅰ)由,可得 。下面分两种情况进行讨论:
(1)时,在上恒成立,可得在上单调递增,不合题意。
(2)时,由,得。当变化时,,的变化情况如下表:
这时,的单调递增区间是;单调递减区间是。于是“函数 有两个零点”等价于如下条件同时成立:①;②存在 ,满足 ;③存在 ,满足 。由,即,解得。而此时,取,满足 ,且;取 ,满足,且。所以, 的取值范围是 。
(Ⅱ)由,有。设 ,由,知在上单调递增,在上单调递减。并且,当时,;当时,。由已知,,满足 ,。由,及的单调性,可得 ,。对于任意的,,设 ,,其中;,其中。因为在上单调递增,故由,即,可得;类似可得。又由,,得。所以,随着的减小而增大。
(Ⅲ)由,,可得,。故。
设,则,且,解得,。所以, ①。令 ,,则。令,得。当时,。因此,在上单调递增,故对于任意的 , ,由此可得,故在上单调递增。因此,由①可得 随着的增大而增大。而由(Ⅱ),随着的减小而增大,所以随着的减小而增大。
本题主要考查指数函数的性质。
(Ⅰ)根据指数函数的性质和两个零点,并有指数函数的导数,求出的取值范围。
(Ⅱ)构造新函数,然后由新函数以及(Ⅰ)中的的取值范围,证明。
(Ⅲ)方法基本和(Ⅱ)的方法类似,构造新函数,然后由新函数以及(Ⅰ)中的的取值范围,证明。