问题 解答题

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l1l2?如果存在,求出m的值;如果不存在,请说明理由.

答案

(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)⇒

1
x0
=2(m+1)x0-1⇒m=
1+x0
2
x20
-1,②

②代入①,得lnx0=

1
2
-
1
2
x0

h(x)=lnx-

1
2
+
1
2
x⇒h′(x)=
1
x
+
1
2
>0(x>0).

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,

x=

1
2(m+1)
1
2
,解得-1<m<0.两条曲线有两个不同的交点,

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′(

x1+x2
2
)=(m+1)(x1+x2)-1.

如果存在m,使得ks=kT

2
x1+x2
=(m+1)(x1+x2)-1.③

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

2(x1-x2)
x1+x2
=(m+1)(
x21
-
x22
)-(x1-x2),

2(x1-x2)
x1+x2
=[(m+1)
x21
-x1]-[(m+1)
x22
-x2]=lnx1-lnx2=ln
x1
x2

也就是ln

x1
x2
=
2(
x1
x2
-1)
x1
x2
+1

设μ=

x1
x2
>1,则有lnμ=
2(μ-1)
1+μ
(μ>1)

h(μ)=lnμ-

2(μ-1)
1+μ
(μ>1),则h′(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>

2(μ-1)
1+μ
(μ>1)⑤

∴④与⑤矛盾.

所以,不存在实数m使得l1l2

单项选择题
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