已知函数f(x)=lnx-ax+1,a∈R是常数.
(Ⅰ)求函数y=f(x)的图象在点P(1,f(1))处的切线l的方程;
(Ⅱ)证明:函数y=f(x)(x≠1)的图象在直线l的下方;
(Ⅲ)讨论函数y=f(x)零点的个数.
(Ⅰ)函数的定义域为(0,+∞),函数的导数为f′(x)=
-a,…(1分)1 x
f(1)=-a+1,所以切线斜率k=f'(1)=1-a,所以切线l的方程为
y-(1-a)=(1-a)(x-1),即y=(1-a)x. …(3分)
(Ⅱ)令F(x)=f(x)-(1-a)x=lnx-x+1,x>0,则F'(x)=
-1=1 x
=0,解得x=1.1-x x
x | (0,1) | 1 | (1,+∞) |
F'(x) | + | 0 | - |
F(x) | ↗ | 最大值 | ↘ |
F(1)<0,所以∀x>0且x≠1,F(x)<0,所以f(x)<(1-a)x,
即函数y=f(x)(x≠1)的图象在直线l的下方. …(8分)
(Ⅲ)令f(x)=lnx-ax+1=0,则a=
.1+lnx x
令 g(x)=
,则g'(x)=1+lnx x
=-1-(1+lnx) x2
,lnx x2
则g(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,
当x=1时,g(x)的最大值为g(1)=1.
所以若a>1,则f(x)无零点;若f(x)有零点,则a≤1.…(10分)
若a=1,f(x)=lnx-ax+1=0,由(Ⅰ)知f(x)有且仅有一个零点x=1.
若a≤0,f(x)=lnx-ax+1单调递增,由幂函数与对数函数单调性比较,知f(x)有且仅有一个零点(或:直线y=ax-1与曲线y=lnx有一个交点).
若0<a<1,解f'(x)=
-a=0,得x=1 x
,由函数的单调性得知f(x)在x=1 a
处取最大值,f(1 a
)=ln1 a
>0,由幂函数与对数函数单调性比较知,当x充分大时f(x)<0,即f(x)在单调递减区间(1 a
,+∞)有且仅有一个零点;又因为f(1 a
)=-1 e
<0=-a e
<0,a e
所以f(x)在单调递增区间(0,
)有且仅有一个零点.1 a
综上所述,当a>1时,f(x)无零点;
当a=1或a≤0时,f(x)有且仅有一个零点;
当0<a<1时,f(x)有两个零点.…(13分)