已知关于的函数,与(,)在区间上恒有。
(1)若,,,求的表达式。
(2)若,,,,求的取值范围。
(3)若,,(),,求证:。
(1)由得,
又因为,,
所以,
所以函数的图象为过原点,斜率为的直线,
所以。
经检验,符合题意。
(2),
设,则,
令,解得。
所以在区间上单调递减,在区间上单调递增,
所以,所以当时,。
由得,
当时,在区间上单调递增,
当时,一元二次方程的判别式小于等于,
即,
整理得,
解得。
综上所述,。
(3)因为,
所以函数的图象在处的切线方程为:
,
对比其与函数的形式可以发现,函数实际上是曲线在点处的切线方程,
因为,
所以当时,;当时,,
所以函数在,上单调递减,在,上单调递增,
注意到,,
所以可以作出函数在上的图象,如下图所示,
因为当时,,
所以当时,函数的图象要始终位于其在点处的切线的上方,
根据图象可知,为了使得区间的长度尽可能的大,应当满足(如图中、所示),
此时区间最大,。
下面去求解使得恒成立的的取值范围,
注意到函数为二次函数(图象为开口向上的抛物线),函数为一次函数(图象为直线),
根据二次函数和一次函数的图象的性质可得,只需要求解的两个根、,即可找到使得恒成立的的取值范围,
令,得到,
所以,,
所以
令,,
则,
所以当时,,
所以在上单调递减,
所以满足恒成立的区间的长度的最大值为,
所以若在区间上使恒成立,则区间的最大长度为,
本题主要考查导数在研究函数中的应用和导数的计算。
(1)首先求出当时,,再利用导数求出,即可求出函数的图象为过原点,斜率为的直线,即。
(2)因为,设,求出,由求出。因为,结合一元二次方程的对称轴和判别式,分和进行讨论,即可求出。
(3)首先对函数求导,求出其在点处的切线方程,可以发现为曲线在点处的切线方程。判断出函数的单调性,作出函数的草图,根据图象找到使得不等式成立并且可以使得区间最大的的取值范围。接下来去寻找使得成立的最大区间。注意到函数为开口向上的抛物线,函数为直线,所以只需要求解的两个根、,即可找到符合题意的最大区间,其中。利用建立一元二次方程,求出的表达式,并求出其最大值,即可求出区间长度的最大值,即可证明出题干的命题。