问题 解答题

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.

答案

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+

8
x
≥2
16
-2=6>0,所以F(x)在(0,+∞)上递增,

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+

8
x
,可求得曲线y=f(x)在点A处的切

线方程为y-(t2+8lnt)=(2t+

8
t
)(x-t),

y=(2t+

8
t
)x-t2+8lnt-8(x>0).            …(8分)

记h(x)=x2+8lnx-[(2t+

8
t
)x-t2+8lnt-8]=x2+8lnx-(2t+
8
t
)x+t2-8lnt+8
(x>0),

h′(x)=2x+

8
x
-(2t+
8
t
)=
2(x-t)(x-
4
t
)
x
.      …(11分)

(1)当t=

4
t
,即t=2时,h′(x)=
2(x-2)2
x
≥0
对一切x∈(0.+∞)成立,

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>

4
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.

故h(x)在(

4
t
,t)上单调递减,在(t,+∞)上单调递增.

又h(t)=0,所以当x∈(

4
t
,t)时,h(x)>0;当x∈(t,+∞)时,h(x)>0,

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<

4
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.

故h(x)在(0,t)上单调递增,在(t,

4
t
)上单调递减.

又h(t)=0,所以当x∈(0,t)时,h(x)<0;当x∈(t,

4
t
)时,h(x)<0,

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+

8
x
,可求得曲线y=f(x)在点A处的切

线方程为y-(t2+8lnt)=(2t+

8
t
)(x-t),

y=(2t+

8
t
)x-t2+8lnt-8(x>0).           …(8分)

记h(x)=x2+8lnx-[(2t+

8
t
)x-t2+8lnt-8]=x2+8lnx-(2t+
8
t
)x+t2-8lnt+8
(x>0),

h′(x)=2x+

8
x
-(2t+
8
t
)=
2(x-t)(x-
4
t
)
x
.   …(11分)

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=

4
t
,即t=2时,t不是极值点,即h'(x)≥0.

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)

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