问题
解答题
已知函数f(x)=lnx,g(x)=ex. ( I)若函数φ(x)=f(x)-
(Ⅱ)设直线l为函数的图象上一点A(x0,f (x0))处的切线.证明:在区间(1,+∞)上存在唯一的x0,使得直线l与曲线y=g(x)相切. |
答案
(Ⅰ)φ(x)=f(x)-
=lnx-x+1 x-1
,φ′(x)=x+1 x-1
+1 x
=2 (x-1)2
.(2分)x2+1 x•(x-1)2
∵x>0且x≠1,∴φ'(x)>0
∴函数φ(x)的单调递增区间为(0,1)和(1,+∞).(4分)
(Ⅱ)证明:∵f′(x)=
,∴f′(x0)=1 x
,1 x0
∴切线l的方程为y-lnx0=
(x-x0),1 x0
即y=
x+lnx0-1,①(6分)1 x0
设直线l与曲线y=g(x)相切于点(x1,ex1),
∵g'(x)=ex,∴ex1=
,∴x1=-lnx0.(8分)1 x0
∴直线l也为y-
=1 x0
(x+lnx0),1 x0
即y=
x+1 x0
+lnx0 x0
,②(9分)1 x0
由①②得 lnx0-1=
+lnx0 x0
,1 x0
∴lnx0=
.(11分)x0+1 x0-1
下证:在区间(1,+∞)上x0存在且唯一.
由(Ⅰ)可知,φ(x)=lnx-
在区间(1,+∞)上递增.x+1 x-1
又φ(e)=lne-
=e+1 e-1
<0,φ(e2)=lne2--2 e-1
=e2+1 e2-1
>0,(13分)e2-3 e2-1
结合零点存在性定理,说明方程φ(x)=0必在区间(e,e2)上有唯一的根,这个根就是所求的唯一x0.
故结论成立.