Question

【題目】已知函數(shù)，其中.

（1）設(shè)，討論的單調(diào)性；

（2）若函數(shù)在內(nèi)存在零點，求的范圍.

Answer 1

【答案】（1）見解析；（2）的取值范圍是.

【解析】試題分析：（1）求出，對分三種情況討論，分別令求得的范圍，可得函數(shù)增區(qū)間， 求得的范圍，可得函數(shù)的減區(qū)間；（2）設(shè) , ，設(shè)，分三種情況討論： , ， ，分別利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性，結(jié)合函數(shù)圖象以及零點定理，可得的范圍.

則 .

試題解析：（1）定義域

故 則

若，則 在 上單調(diào)遞減；

若，則 .

（i） 當 時，則 ，因此在 上恒有 ，即 在 上單調(diào)遞減；

（ii）當時， ，因而在上有，在上有 ；因此 在 上單調(diào)遞減，在單調(diào)遞增.

（2）設(shè) ,

，設(shè)，

則 .

先證明一個命題：當時， .令， ，故在上是減函數(shù)，從而當時， ，故命題成立.

（i）若 ,由 可知， .，故 ，對任意都成立，故 在上無零點，因此.

（ii）當，考察函數(shù) ，由于 在 上必存在零點.設(shè)在 的第一個零點為，則當時， ，故 在 上為減函數(shù)，又 ，

所以當 時， ，從而 在 上單調(diào)遞減，故在 上恒有 。即 ，注意到 ，因此，令時，則有，由零點存在定理可知函數(shù) 在 上有零點，符合題意.

（iii）若，則由 可知， 恒成立，從而 在 上單調(diào)遞增，也即 在上單調(diào)遞增，因此，即在 上單調(diào)遞增，從而恒成立，故方程 在 上無解.

綜上可知， 的取值范圍是 .