已知函數
(其中
為常數).
(Ⅰ)當
時,求函數的單調區間;
(Ⅱ)當
時,設函數
的3個極值點為
,且
.證明:
.
(Ⅰ)單調減區間為
,
;增區間為
.(Ⅱ)詳見解析.
解析試題分析:(Ⅰ)將
代入
,然后求導便可得其單調區間.
(Ⅱ)我們分以下幾步來分析.
第一步、對
求導得:
.顯然
是它的一個極值點,下面我們要弄清楚
應該是
還是
.另兩個極值點便是方程
的根.對這個方程,我們不可能直接解,所以接下來就利用導數研究函數
.
第二步、對
求導得:![]()
∴函數
在
上單調遞減,在
上單調遞增
當
時,![]()
,
.又
,
所以
在
上必有一個極值點.
因為
,所以
,
,
∴
的兩個零點必有一個小于
(實際上比
還小),而另一個大于1,
∴
.
∴當
時,
是函數
的兩個零點,且
.
即有
.這樣問題轉化為在該條件下證明
.那么這個不等式如何證呢?
第三步、注意到待證不等式
中不含
,故考慮消去
,找到
之間的關系式.
消去
有
.
令
,
有零點
.
∴函數
在
上遞減,在
上遞增,
在
處取得極小值.由于
,所以
.
因為
.![]()
所以要證明
,只需證
.那么這個不等式又如何證明呢?
因為函數
在
上遞增,所以轉化為證
.
即證
.
這個不等式,通過構造函數
,再利用導數就很容易證明了.
試題解析:(Ⅰ)求導得:
.
令
可得
.列表如下: