(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,求的取值范围。
(Ⅰ)由,有,所以。因此当时,。
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,在区间上单调递增。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,所以在区间内至少有两个零点。
由(Ⅰ)知,当时,在上单调递增,故在内至多有一个零点;
当时,在上单调递减,故在内至多有一个零点;所以。
此时在区间上单调递减,在区间上单调递增。
因此,,
必有,。
由有,有,,
解得。
当时,在区间内有最小值。
若,则,
从而在区间单调递增,这与矛盾,所以。
又,,
故此时在和内各只有一个零点和。
由此可知在上单调递增,在上单调递减,在上单调递增。
所以,,
故在内有零点。
综上可知,的取值范围是。
本题主要考查导数在研究函数中的应用。
(Ⅰ)利用导数判断函数在区间上的单调性,从而求最值。
(Ⅱ)利用(Ⅰ)中函数的单调性求解。