(本小题满分16分)
已知函数,其中是自然对数的底数。
(1)证明:是上的偶函数;
(2)若关于的不等式在上恒成立,求实数的取值范围;
(3)已知正数满足:存在,使得成立。试比较与的大小,并证明你的结论。
(1)因为对任意,都有,所以是上的偶函数。
(2)由条件知在上恒成立,令,则,所以对任意成立,因为,所以,当且仅当,即时等号成立,因此实数的取值范围是。
(3)令函数,则,当时,,又,故,所以是上的单调增函数,因此在上的最小值是,由于存在,使成立,当且仅当最小值,故,即。令函数,则,令,得。当时,,故是上的单调减函数;当时,,故是上的单调增函数。所以在上的最小值是。注意到,所以当时,;当时,。所以对任意的成立。
①当时,,即,从而;
②当时,;
③当时,,即,故。
综上所述,当时,;当时,;当时,。
本题主要考查偶函数、不等式恒成立问题以及导数与函数单调性。
(1)根据偶函数的定义可证明;
(2)关键是令,再化简不等式;
(3)根据不等关系重新建立函数,对新函数进行求导,根据导数与函数单调性关系进行求证。