问题 解答题

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.

答案

(Ⅰ)函数的定义域为(0,+∞),函数的导数为f′(x)=

1
x
-a,…(1分)

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
x
-1=
1-x
x
=0,解得x=1.

x(0,1)1(1,+∞)
F'(x)+0-
F(x)最大值
…(6分)

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)=

1+lnx
x
,则g'(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)=

1
x
-a=0,得x=
1
a
,由函数的单调性得知f(x)在x=
1
a
处取最大值,f(
1
a
)=ln
1
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
e
)=-
a
e
<0
=-
a
e
<0

所以f(x)在单调递增区间(0,

1
a
)有且仅有一个零点.

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)

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