(本小题满分14分)
已知函数(为常数)的图象与轴交于点,曲线在点处的切线斜率为。
(Ⅰ)求的值及函数的极值;
(Ⅱ)证明:当时,;
(Ⅲ)证明:对任意给定的正数,总存在,使得当时,恒有。
解法一:
(Ⅰ)由,得。又因为,得。所以,。令,得。当时,,单调递减;当时,,单调递增。所以当时,取得极小值,且极小值为,无极大值。
(Ⅱ)令,则。由(Ⅰ)得,故在上单调递增,又因为,因此,当时,,即。
(Ⅲ)
①若,则。又由(Ⅱ)知,当时,。所以当时,。取,当时,恒有。
②若,令,要使不等式成立,只要成立。而要使成立,则只要,只要成立。令,则,所以当时,,在内单调递增。取,所以在内单调递增,又,易知,,,所以。即存在,当时,恒有。
综上,对任意给定的正数,总存在,当时,恒有。
解法二:
(Ⅲ)对任意给定的正数,取,由(Ⅱ)知,当时,,所以,当时,,因此,对任意给定的正数,总存在,当时,恒有。
解法三:
(Ⅲ)首先证明当时,恒有。证明如下:令,则。由(Ⅱ)知,当时,,从而,在单调递减,所以,即。取,当时,有。因此,对任意给定的正数,总存在,当时,恒有。
本题主要考查导数在研究函数中的应用。
(Ⅰ)导数等于的点可能为极值点,通过计算函数的单调区间求得函数的极值;
(Ⅱ)比较两个函数值得大小,通过两个函数相减构造新函数的方法,计算得到新函数的范围(大于或小于),进而得到两个函数的大小关系;
(Ⅲ)同样通过构造新函数的方法,并且巧妙运用前面已经得出的结论,进行两个函数的比较。