已知函数f(x)=lnx,g(x)=
(Ⅰ)若b=2,且h(x)=f(x)-g(x)存在单调递减区间,求a的取值范围; (Ⅱ)设函数f(x)的图象C1与函数g(x)图象C2交于点P、Q,过线段PQ的中点作x轴的垂线分别交C1,C2于点M、N,证明C1在点M处的切线与C2在点N处的切线不平行. |
(I)b=2时,h(x)=lnx-
ax2-2x,1 2
则h′(x)=
-ax-2=-1 x
.ax2+2x-1 x
因为函数h(x)存在单调递减区间,所以h'(x)<0有解.
又因为x>0时,则ax2+2x-1>0有x>0的解.
①当a>0时,y=ax2+2x-1为开口向上的抛物线,ax2+2x-1>0总有x>0的解;
②当a<0时,y=ax2+2x-1为开口向下的抛物线,而ax2+2x-1>0总有x>0的解;
则△=4+4a>0,且方程ax2+2x-1=0至少有一正根.此时,-1<a<0.
综上所述,a的取值范围为(-1,0)∪(0,+∞).
(II)设点P、Q的坐标分别是(x1,y1),(x2,y2),0<x1<x2.
则点M、N的横坐标为x=
,x1+x2 2
C1在点M处的切线斜率为k1=
,x=1 x
,k1=x1+x2 2
,2 x1+x2
C2在点N处的切线斜率为k2=ax+b,x=
,k2=x1+x2 2
+b.a(x1+x2) 2
假设C1在点M处的切线与C2在点N处的切线平行,则k1=k2.
即
=2 x1+x2
+b,a(x1+x2) 2
则2(x2-x1) x1+x2
=
(x22-x12)+b(x2-x1)a 2
=
(x22+bx2)-(a 2
x12+bx1)a 2
=y2-y1
=lnx2-lnx1.
所以ln
=x2 x1
.设t=2(
-1)x2 x1 1+ x2 x1
,则lnt=x2 x1
,t=1①2(t-1) 1+t
令r(t)=lnt-
,t>1.则r′t=2(t-1) 1+t
-1 t
=4 (t+1)2
.(t-1)2 t(t+1)2
因为t>1时,r'(t)>0,所以r(t)在[1,+∞)上单调递增.故r(t)>r(1)=0.
则lnt>
.这与①矛盾,假设不成立.2(t-1) 1+t
故C1在点M处的切线与C2在点N处的切线不平行.