已知函数若函数有两个零点,求的取值范围; (2)设函数的两个零点为,,求证:
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完整解法
(1)
1. 将零点问题转化为两函数图象的交点问题
由题意,函数 的定义域为 .
令 ,则函数 有两个零点等价于方程 有两个不同的实根,即函数 的图象与直线 有两个不同的交点。
2. 求导并确定函数 $g(x)$ 的单调性与极值
求导得 .
令 ,得 .
当 时,, 在 上单调递增;
当 时,, 在 上单调递减。
因此,当 时, 取得极大值,也是最大值 。
3. 分析边界行为并求出 $a$ 的取值范围
当 时,;
当 时,。
结合 的单调性,其大致图象在 轴右侧,自 递增至最大值 ,随后递减趋近于 。
因此,要使直线 与 有两个不同的交点,需满足 。
故 的取值范围是 。
答案
的取值范围是
(2)
1. 由零点关系列出等式并作差作和变形
设 。由题意知 是 的两个零点,则:
,且 ,即 ,。
两式相减得:,得 ;
两式相加得:,代入 得:
。
2. 引入自变量比值 $t$,转化为一元不等式
设 ,则:
。
要证 ,只需证 ,即证 。
代入得:。
因为 ,所以 ,上式等价于 。
3. 构造辅助函数,利用导数证明不等式
构造函数 ()。
求导得:。
当 时,,所以 在 上单调递增。
从而当 时,。
即 成立。
因此 ,进而 ,故 得证。
答案
证明见解析
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