已知函数f(x)=x2+alnx的图象在点P(1,f(1))处的切线斜率为10.
(Ⅰ)求实数a的值;
(Ⅱ)判断方程f(x)=2x根的个数,证明你的结论;
(Ⅲ)探究:是否存在这样的点A(t,f(t)),使得曲线y=f(x)在该点附近的左、右的两部分分别位于曲线在该点处切线的两侧?若存在,求出点A的坐标;若不存在,说明理由.
解法一:(Ⅰ)因为f(x)=x2+alnx,所以f′(x)=2x+
,a x
函数f(x)的图象在点P(1,f(1))处的切线斜率k=f'(1)=2+a.
由2+a=10得:a=8. …(4分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,f(x)=x2+8lnx,令F(x)=f(x)-2x=x2-2x+8lnx.
因为F(1)=-1<0,F(2)=8ln2>0,所以F(x)=0在(0,+∞)至少有一个根.
又因为F′(x)=2x-2+
≥28 x
-2=6>0,所以F(x)在(0,+∞)上递增,16
所以函数F(x)在(0,+∞)上有且只有一个零点,即方程f(x)=2x有且只有一
个实根. …(7分)
(Ⅲ)证明如下:
由f(x)=x2+8lnx,f′(x)=2x+
,可求得曲线y=f(x)在点A处的切8 x
线方程为y-(t2+8lnt)=(2t+
)(x-t),8 t
即y=(2t+
)x-t2+8lnt-8(x>0). …(8分)8 t
记h(x)=x2+8lnx-[(2t+
)x-t2+8lnt-8]=x2+8lnx-(2t+8 t
)x+t2-8lnt+8(x>0),8 t
则h′(x)=2x+
-(2t+8 x
)=8 t
. …(11分)2(x-t)(x-
)4 t x
(1)当t=
,即t=2时,h′(x)=4 t
≥0对一切x∈(0.+∞)成立,2(x-2)2 x
所以h(x)在(0,+∞)上递增.
又h(t)=0,所以当x∈(0,2)时h(x)<0,当x∈(2,+∞)时h(x)>0,
即存在点A(2,4+8ln2),使得曲线在点A附近的左、右两部分分别位于曲线
在该点处切线的两侧. …(12分)
(2)当t>
,即t>2时,x∈(0,4 t
)时,h'(x)>0;x∈(4 t
,t)时,h'(x)<0;x∈(t,+∞)时,h'(x)>0.4 t
故h(x)在(
,t)上单调递减,在(t,+∞)上单调递增.4 t
又h(t)=0,所以当x∈(
,t)时,h(x)>0;当x∈(t,+∞)时,h(x)>0,4 t
即曲线在点A(t,f(t))附近的左、右两部分都位于曲线在该点处切线的
同侧. …(13分)
(3)当t<
,即0<t<2时,x∈(0,t)时,h'(x)>0;x∈(t,4 t
)时,h'(x)<0;x∈(4 t
,+∞)时,h'(x)>0.4 t
故h(x)在(0,t)上单调递增,在(t,
)上单调递减.4 t
又h(t)=0,所以当x∈(0,t)时,h(x)<0;当x∈(t,
)时,h(x)<0,4 t
即曲线在点A(t,f(t))附近的左、右两部分都位于曲线在该点处切线的同侧.
综上,存在唯一点A(2,4+8ln2)使得曲线在点A附近的左、右两部分分别
位于曲线在该点处切线的两侧. …(14分)
解法二:(Ⅰ)(Ⅱ)同解法一;
(Ⅲ)证明如下:
由f(x)=x2+8lnx,f′(x)=2x+
,可求得曲线y=f(x)在点A处的切8 x
线方程为y-(t2+8lnt)=(2t+
)(x-t),8 t
即y=(2t+
)x-t2+8lnt-8(x>0). …(8分)8 t
记h(x)=x2+8lnx-[(2t+
)x-t2+8lnt-8]=x2+8lnx-(2t+8 t
)x+t2-8lnt+8(x>0),8 t
则h′(x)=2x+
-(2t+8 x
)=8 t
. …(11分)2(x-t)(x-
)4 t x
若存在这样的点A(t,f(t)),使得曲线y=f(x)在该点附近的左、右两部分都
位于曲线在该点处切线的两侧,则问题等价于t不是极值点,
由二次函数的性质知,当且仅当t=
,即t=2时,t不是极值点,即h'(x)≥0.4 t
所以h(x)在(0,+∞)上递增.
又h(t)=0,所以当x∈(0,2)时,h(x)<0;当x∈(2,+∞)时,h(x)>0,
即存在唯一点A(2,4+8ln2),使得曲线在点A附近的左、右两部分分别
位于曲线在该点处切线的两侧. …(14分)