问题 解答题
已知函数f(x)=
1
2
x2-2x,g(x)=loga
x(a>0,且a≠1),其中a为常数,如果h(x)=f(x)+g(x)在其定义域上是增函数,且h'(x)存在零点(h'(x)为h(x)的导函数).
(I)求a的值;
(Ⅱ)设A(m,g(m)),B(n,g(n))(m<n)是函数y=g(x)的图象上两点,g'(x0)=
g(n)-g(m)
n-m
(g'(x)为g(x)的导函数),证明:m<x0<n.
答案

(I)因为h(x)=

1
2
x2-2x+logax(x>0).

所以h′(x)=x-2+

1
xlna

因为h(x)在(0,+∞)上是增函数.

所以x-2+

1
xlna
≥0在(0,+∞)上恒成立     …(1分)

x>0时,x-2+

1
xlna
≥0⇔x2-2x≥-
1
lna

而x2-2x=(x-1)2-1在(0,+∞)上的最小值是-1.

于是-1≥-

1
lna
,即1≤
1
lna
.(※)

可见a>1(若0<a<1,则

1
lna
<0.这与
1
lna
≥1矛盾)

从而由(※)式即得lna≤1.①…..…(4分)

同时,h′(x)=x-2+

1
xlna
=
x2lna-2xlna+1
xlna
(x>0)

h′(x)存在(正)零点知△=(-2lna

)
-4lna≥0,

解得lna≥1②,或lna≤0(因为a>1,lna>0,这是不可能的).

由①②得 lna=1.

此时,h'(x)存在正零点x=1,故a=e即为所求   …(6分)

注:没有提到(验证)lna=1时,h'(x)存在正零点x=1,不扣分.

(II)由(I),g(x)=lnx,g′(x0)=

1
x0

于是

1
x0
=
g(n)-g(m)
n-m
x0=
n-m
lnn-lnm
.…(7分)

以下证明m<

n-m
lnn-lnm
.(☆)

(☆)等价于mlnn-mlnm-n+m<0.…(8分)

构造函数r(x)=xlnn-xlnx-n+x(0<x≤n),

则r'(x)=lnn-lnx,当x∈(0,n)时,r'(x)>0,所以r(x)在(0,n]上为增函数.

因此当m<n时,r(m)<r(n)=0,即mlnn-mlnm-n+m<0.

从而x0>m得到证明.    …(11分)

同理可证n>

n-m
lnn-lnm
.综上,m<x0<n.…(12分)

注:没有“综上”等字眼的结论,扣(1分).

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