已知函数f(x)=ax2-lnx.(I)讨论函数f(x)单调性;(Ⅱ)当时,证明:曲线y=f(x)与其在点P(t,f(t))处的切线至少有两个不同的公共点.

发布时间:2020-07-31 19:14:34

已知函数f(x)=ax2-lnx.
(I)讨论函数f(x)单调性;
(Ⅱ)当时,证明:曲线y=f(x)与其在点P(t,f(t))处的切线至少有两个不同的公共点.

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(Ⅰ)解:f(x)的定义域为(0,+∞),
由f(x)=ax2-lnx,得:f′(x)=2ax-.
(1)若a≤0,则f′(x)<0,f(x)在(0,+∞)是减函数;
(2)若a>0,由,得:.
则当x∈(0,)时,f′(x)<0,f(x)在(0,)是减函数;
当x∈(,+∞)时,f′(x)>0,f(x)在(,+∞)是增函数.
(Ⅱ)证明:曲线y=f(x)在P(t,f(t))处的切线方程为y=f′(t)(x-t)+f(t),
且P为它们的一个公共点.
当a=时,,,
设g(x)=f(x)-[f′(t)(x-t)+f(t)],则g′(x)=f′(x)-f′(t),
则有g(t)=0,且g′(t)=0.
设h(x)=g′(x)=-x--f′(t),则当x∈(0,2)时,h′(x)=-+>0,
于是g′(x)在(0,2)是增函数,且g′(t)=0,
所以,当x∈(0,t)时,g′(x)<0,g(x)在(0,t)是减函数;
当x∈(t,2)时,g′(x)>0,g(x)在(t,2)是增函数.
故当x∈(0,t)或x∈(t,2]时,g(x)>g(t)=0.
若x∈(2,+∞),则g(x)=-x2-lnx-[f′(t)(x-t)+f(t)]
=-x2+(t+)x-t2-1-ln<-x2+(t+)x-t2-1=-x(x-2t-)-t2-1.
当x>2t+时,g(x)<-t2-1<0.
所以在区间(2,2t+)至少存在一个实数x0>2,使g(x0)=0.
因此曲线y=f(x)与其在点P(t,f(t))处的切线至少有两个不同的公共点.
解析分析:(Ⅰ)对原函数求导,然后分a>0和a≤0两种情况讨论导函数的符号,a≤0时,f′(x)<0在(0,+∞)恒成立,a>0时,求导函数的零点,利用导函数的零点把定义域分段,根据导函数在各段内的符号判断原函数在不同区间段内的单调性;(Ⅱ)利用导数求出曲线y=f(x)在点P(t,f(t))处的切线方程,然后构造函数g(x)=f(x)-[f′(t)(x-t)+f(t)],因为点P(t,f(t))是曲线y=f(x)与切线的公共点,只要再说明函数g(x)有除了t外的另外零点即可,通过对函数g(x)进行求导,利用函数单调性得到当x∈(0,t)或x∈(t,2]时,g(x)>g(t)=0,利用放缩法,借助与不等式说明当x>2t+时,g(x)<0,从而说明曲线y=f(x)与其在点P(t,f(t))处的切线至少有两个不同的公共点.

点评:本题考查了利用导数研究函数的单调性,考查了利用导数研究曲线上某点的切线方程,考查了函数图象的交点问题,对于本题(Ⅱ)的证明,涉及到构造函数,特别是证明当x>2时g(x)<0,用到了不等式证明中的放缩法,是难度较大题目.
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