Question

【題目】已知函數(shù)，，其中．

討論函數(shù)與的圖象的交點個數(shù)；

若函數(shù)與的圖象無交點，設(shè)直線與的數(shù)和的圖象分別交于點P，證明：．

Answer 1

【答案】（1）見解析（2）見證明

【解析】

原問題等價于求解方程根的個數(shù)，據(jù)此構(gòu)造函數(shù)，分類討論即可確定交點的個數(shù)；由可知，當(dāng)函數(shù)與的圖象無交點時，，據(jù)此構(gòu)造函數(shù)證明題中的不等式即可．

函數(shù)與的圖象交點個數(shù)即方程根的個數(shù)，

設(shè)，．

則在上單調(diào)遞增，且．

當(dāng)時，，則在上單調(diào)遞減；

當(dāng)時，，，則在上單調(diào)遞增．

所以，當(dāng)時，．

當(dāng)，即時，函數(shù)無零點，即函數(shù)與的圖象無交點；

當(dāng)時，函數(shù)有一個零點，即函數(shù)與的圖象有一個交點；

當(dāng)時，又．

，所以在和上分別有一個零點．

所以，當(dāng)時，有兩個零點，即函數(shù)與的圖象有兩個交點．

綜上所述：當(dāng)時，函數(shù)與的圖象的交點個數(shù)為0；

當(dāng)時，函數(shù)與的圖象的交點個數(shù)為1；

當(dāng)時，函數(shù)與的圖象的交點個數(shù)為2．

由可知，當(dāng)函數(shù)與的圖象無交點時，．

設(shè)，，由得，由得，

．

設(shè)，

先證明不等式，再證明，．

設(shè)則．

當(dāng)時，，在上單調(diào)遞增，

當(dāng)時，，在上單調(diào)遞減，

所以，即．

設(shè)則．

當(dāng)時，，單調(diào)遞減：

當(dāng)時，，單調(diào)遞增．

所以，即．

所以．

因為時，中等號成立，時，中等號成立，

而，所以等號不能同時成立．

所以．

所以．