问题 解答题
已知函数f(x)=lnx,g(x)=
1
2
ax2+bx,a≠0.
(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.
答案

(I)b=2时,h(x)=lnx-

1
2
ax2-2x,

则h′(x)=

1
x
-ax-2=-
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=

1
x
,x=
x1+x2
2
,k1=
2
x1+x2

C2在点N处的切线斜率为k2=ax+b,x=

x1+x2
2
,k2=
a(x1+x2)
2
+b.

假设C1在点M处的切线与C2在点N处的切线平行,则k1=k2

2
x1+x2
=
a(x1+x2)
2
+b,

2(x2-x1)
x1+x2

=

a
2
(x22-x12)+b(x2-x1

=

a
2
(x22+bx2)-(
a
2
x12
+bx1

=y2-y1

=lnx2-lnx1

所以ln

x2
x1
=
2(
x2
x1
-1)
1+
x2
x1
.设t=
x2
x1
,则lnt=
2(t-1)
1+t
,t=1①

令r(t)=lnt-

2(t-1)
1+t
,t>1.则r′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>

2(t-1)
1+t
.这与①矛盾,假设不成立.

故C1在点M处的切线与C2在点N处的切线不平行.

单项选择题
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