已知函数,当时,若函数在上恒成立,求实数的取值范围; (2)试判断当时,函数在内是否存在零点.
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完整解法
(1)
1. 求出当 $k=0$ 时函数的导函数并求驻点
当 时,函数 ()。
求导得 。
令 ,解得 。
2. 分析单调性并求出函数 $f(x)$ 的最小值
当 时,, 单调递减;
当 时,, 单调递增。
因此,当 时, 取得极小值也是最小值,且最小值为 。
3. 由恒成立条件求出 $m$ 的取值范围
若 在 上恒成立,则需满足 ,
即 。
故实数 的取值范围是 (或表示为 )。
答案
(或 )
(2)
1. 分析 $f(x)$ 在区间 $(k, 2k)$ 上的单调性
当 时,,求导得 。
当 时,,故 ,
所以 。
因此,函数 在区间 上单调递增。
2. 判断区间端点函数值 $f(k)$ 和 $f(2k)$ 的符号
计算左端点函数值:。
因为 ,所以 。
计算右端点函数值:。
设辅助函数 (),则 。
当 时,,故 , 在 上单调递增。
因此 ,即 。
3. 应用零点存在定理得出结论
由于 在连续闭区间 上单调递增,且 ,,满足 ,
根据函数零点存在定理,函数 在 内必存在零点(且仅有一个零点)。
答案
函数 在区间 内存在零点(且存在唯一零点)。
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