已知函数f(x)=lnx,g(x)=(m+1)x2-x(m≠-1).
(I)若函数y=f(x)与y=g(x)的图象在公共点P处有相同的切线,求实数m的值和P的坐标;
(II)若函数y=f(x)与y=g(x)的图象有两个不同的交点M、N,求实数m的取值范围;
(III)在(II)的条件下,过线段MN的中点作x轴的垂线分别与f(x)的图象和g(x)的图象交于S、T点,以S点为切点
作f(x)的切线l1,以T为切点作g(x)的切线l2,是否存在实数m,使得l1∥l2?如果存在,求出m的值;如果不存在,请说明理由.
(I)设函数y=f(x)与y=g(x)图象的公共点为P(x0,y0),
则有lnx0=(m+1)x02-x0①,
又在点P处有共同的切线,
∴f′(x0)=g′(x0)⇒
=2(m+1)x0-1⇒m=1 x0
-1,②1+x0 2 x 20
②代入①,得lnx0=
-1 2
x0.1 2
设h(x)=lnx-
+1 2
x⇒h′(x)=1 2
+1 x
>0(x>0).1 2
所以,函数h(x)最多只有1个零点,
观察得x0=1是零点,故m=0.
此时,点P(1,0);
(II)根据(I)知,当m=0时,两条曲线切于点P(1,0),
此时,变化的y=g(x)的图象的对称轴是x=
,1 2
而y=f(x)是固定不变的,如果继续让对称轴向右移动,
即x=
>1 2(m+1)
,解得-1<m<0.两条曲线有两个不同的交点,1 2
当m<-1时,开口向下,只有一个交点,显然不合题意,
所以,有-1<m<0;
(III)假设存在这样的m,不妨设M(x1,y1),N(x2,y2),且x1>x2,
则MN中点的坐标为(
,x1+x2 2
).y1+y2 2
以S为切线的切线l1的斜率ks=f′(
)=x1+x2 2
,2 x1+x2
以T为切点的切线l2的斜率kT=g′(
)=(m+1)(x1+x2)-1.x1+x2 2
如果存在m,使得ks=kT,
即
=(m+1)(x1+x2)-1.③2 x1+x2
而且有lnx1=(m+1)x12-x1和lnx2=(m+1)x22-x2.
如果将③的两边同乘以x1-x2,得
④
=(m+1)(2(x1-x2) x1+x2
-x 21
)-(x1-x2),x 22
即
=[(m+1)2(x1-x2) x1+x2
-x1]-[(m+1)x 21
-x2]=lnx1-lnx2=lnx 22
,x1 x2
也就是ln
=x1 x2
.2(
-1)x1 x2
+1x1 x2
设μ=
>1,则有lnμ=x1 x2
(μ>1).2(μ-1) 1+μ
令h(μ)=lnμ-
(μ>1),则h′(μ)=2(μ-1) 1+μ
-1 μ
=4 (1+μ)2
.(μ-1)2 μ(1+μ)2
∵μ>1,∴h'(μ)>0.
因此,h(μ)在[1,+∞]上单调递增,故h(μ)>h(1)=0.
∴lnμ>
(μ>1)⑤2(μ-1) 1+μ
∴④与⑤矛盾.
所以,不存在实数m使得l1∥l2.