已知,函数,其中为自然对数的底数。
(1)证明:函数在上有唯一零点。
(2)记为函数在上的零点,证明:
(i)。
(ii)。
(1)证明:因为,
当时,,
所以在上单调递增,
所以最多只有一个零点,
因为,,
所以由零点存在定理,存在使得,
即函数在上有唯一零点。
(2)证明:(i),
令,则且,
设,则,,
则在上单调递减,在上单调递增,
又因为,,
所以时,恒成立,
所以在上单调递减,
因此,
即,从而由单调递增得。
再证:,
注意到,
令,则,
设,
所以,
则在上恒成立,
因为,
所以在上恒成立,
因此在上单调递增,
所以
又因为在上单调递增,
综上,。
(ii)满足:,
设
,
其中,。
因为是关于的二次函数,图象开口向上,
且对称轴是直线,
所以函数在上单调递增,
所以。
因此欲证命题:成立,
只需证明:,
它等价于,
因为,且,
所以利用在上恒成立可得,
即,
所以原命题成立。
本题主要考查导数的计算和导数在研究函数中的应用。
(1)求导,得到在上单调递增,根据零点存在定理证明即可。
(2)(i)先证左边的不等式:令,则且,设,求导两次得到在上单调递减,则有,即,从而由单调递增得。再证右边的不等式:令,,求导两次得到在上单调递增,则,从而由单调递增得,即可得证。
(ii)根据(,,)得到,则是关于的二次函数,图象开口向上,证明对称轴在轴左边,从而求出二次函数在上的最小值为,证明即可。