已知函数其中,为常数,为自然对数的底数. Ⅰ讨论函数的单调性; Ⅱ设曲线在处的切线为,当时,求直线在轴上截距的取值范围.
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完整解法
(Ⅰ)
1. 求出函数 $f(x)$ 的导数
已知函数 ,其定义域为 .
求导得:
2. 讨论 $a \geqslant 2$ 时导数的符号及单调性
因为 恒成立,所以 的符号由 决定.
当 时,,则 恒成立,即 恒成立.
此时函数 在 上单调递增,单调递增区间为 (或 ).
3. 讨论 $a < 2$ 时导数的符号及单调性
当 时,令 ,解得 .
当 时,;
当 时,;
当 时,.
故 的单调递增区间为 和 ,单调递减区间为 .
答案
当 时, 的单调递增区间为 ,无单调递减区间;
当 时, 的单调递增区间为 和 ,单调递减区间为 .
(Ⅱ)
1. 求切点坐标与切线斜率
由题意可知,切点为 ,其中 .
由第(Ⅰ)问可知,切线 的斜率为 .
2. 写出切线方程并求 $y$ 轴截距表达式
切线 的方程为:
令 ,得 轴上的截距为:
记 ,其中 .
3. 求截距函数 $g(a)$ 的导数并确定其单调性
对 求导,得:
设 ,在 上:
因为 ,所以 ,
故 在区间 上单调递减.
由此可得 .
因为 ,所以 恒成立,
即 在区间 上单调递减.
4. 计算截距函数的最值,从而确定截距取值范围
由于 在区间 上单调递减,
当 时, 取得最大值,最大值为 ;
当 时, 取得最小值,最小值为 .
因此,直线 在 轴上截距的取值范围是 .
答案
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