问题 解答题
已知函数f(x)=lnx,g(x)=ex
( I)若函数φ(x)=f(x)-
x+1
x-1
,求函数φ(x)的单调区间;
(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)-

x+1
x-1
=lnx-
x+1
x-1
φ′(x)=
1
x
+
2
(x-1)2
=
x2+1
x•(x-1)2
.(2分)

∵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)=

1
x
,∴f′(x0)=
1
x0

∴切线l的方程为y-lnx0=

1
x0
(x-x0),

y=

1
x0
x+lnx0-1,①(6分)

设直线l与曲线y=g(x)相切于点(x1ex1)

∵g'(x)=ex,∴ex1=

1
x0
,∴x1=-lnx0.(8分)

∴直线l也为y-

1
x0
=
1
x0
(x+lnx0),

y=

1
x0
x+
lnx0
x0
+
1
x0
,②(9分)

由①②得 lnx0-1=

lnx0
x0
+
1
x0

lnx0=

x0+1
x0-1
.(11分)

下证:在区间(1,+∞)上x0存在且唯一.

由(Ⅰ)可知,φ(x)=lnx-

x+1
x-1
在区间(1,+∞)上递增.

φ(e)=lne-

e+1
e-1
=
-2
e-1
<0,φ(e2)=lne2-
e2+1
e2-1
=
e2-3
e2-1
>0
,(13分)

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.

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