已知函数,,其中。
(1)求函数的单调区间;
(2)若曲线在点处的切线与曲线在点处的切线平行,证明;
(3)证明当时,存在直线,使是曲线的切线,也是曲线的切线。
(1)由已知,,有,
令,解得。
由,可知当变化时,,的变化情况如下表:
所以函数的单调递减区间为,单调递增区间为。
(2)证明:
由,可得曲线在点处的切线斜率为,
因为这两条切线平行,故有,
即,
两边取以为底的对数,得
,
所以。
(3)证明:
曲线在点处的切线:,
要证明当时,存在直线,使是曲线的切线,也是曲线的切线,
只需证明当时,存在,,使得与重合,
即只需证明当时,方程组
有解,
由①得,代入②,得
③,
因此,只需证明当时,关于的方程③存在实数解,
设函数,
即要证明当时,函数存在零点,
,可知时,;
时,单调递减,又,,
故存在唯一的,且,使得,即,
由此可得在上单调递增,在上单调递减,在处取得极大值。
因为,故,所以
,当且仅当时取得。
下面证明存在实数,使得。
由(1)可得,当时,有
所以存在实数,使得。
因此,当时,存在,使得。
所以,当时,存在直线,使是曲线的切线也是曲线的切线。
本题主要考查导数在研究函数中的应用。
(1)对进行求导,得到,根据的符号判断的单调性,即可求出的单调区间。
(2)分别求得和的导函数,根据两条切线平行,得,得,两边同时取以为底的对数,即可证明。
(3)设切线为,切线为,若存在直线同时与和相切,得,得到,只需证明,在时,函数存在零点。