(理科做)已知函數(shù)f(x)=x2-ax+3在(0,1)上為減函數(shù),函數(shù)g(x)=x2-alnx在區(qū)間(1,2)上為增函數(shù).
(1)求實數(shù)a的值;
(2)當-1<m<0時,判斷方程f(x)=2g(x)+m的解的個數(shù),并說明理由;
(3)設(shè)函數(shù)y=f(bx)(其中0<b<1)的圖象C1與函數(shù)y=g(x)的圖象C2交于P、Q,過線段PQ的中點作x軸的垂線分別交C1、C2于點M、N.證明:曲線C1在點M處的切線與曲線C2在點N處的切線不平行.
分析:(1)根據(jù)二次函數(shù)f(x)=x2-ax+3在(0,1)上為減函數(shù)可得a≥2,再根據(jù)函數(shù)g(x)=x2-alnx在區(qū)間[1,2]上為增函數(shù),得到a≤2,因此可得a=2.
(2)將方程f(x)=2g(x)+m轉(zhuǎn)化為2g(x)+m-f(x)=0,可設(shè)出h(x)=2g(x)+m-f(x)=x2+2x-4lnx+m-3,通過求導數(shù)討論函數(shù)h(x)的單調(diào)性得到hmin(x)=h(1)=m,最后用根的存在性定理可以驗證,得到f(x)=2g(x)+m在(0,+∞)上有兩個解.
(3)分三步走:
①根據(jù)導數(shù)的幾何意義分別求出曲線C1、C2在點M、N的斜率關(guān)于橫坐標的關(guān)系式;
②假設(shè)兩切線平行,得到k1=k2,通過去分母整理變形為:f(bx1)+f(bx2)+2b2x1x2=x12+2x1x2+x22+2,利用
f(bx1)+f(bx2)=g(x1)+g(x2)代入再整理,可得到lnx1x2=(b2-1)x1x2-1;
③以x1x2=t為自變量進行研究,得到一個新的函數(shù)F(t)=(1-b2)t+lnt+1,可用導數(shù)證得F(t)在(0,+∞)內(nèi)單調(diào)增且最小值大于1,從而說明k1=k2變形得到的方程無實數(shù)根.
由以上三步可知:曲線C1在點M處的切線與曲線C2在點N處的切線不平行.
解答:解:(1)∵函數(shù)f(x)=x2-ax+3圖象是開口向上的拋物線,
關(guān)于直線x=
a
2
對稱,在(0,1)上為減函數(shù),
a
2
≥1
,得a≥2…2分
又∵函數(shù)g(x)=x2-alnx在區(qū)間[1,2]上為增函數(shù)
g(x)=2x-
a
x
,解g′(x)≥0得2x2≥a
∴a≤(2x2min=2m,所以a=2…4分
(2)令h(x)=2g(x)+m-f(x)=x2+2x-4lnx+m-3
可得h(x)=2x+2-
4
x
=
2(x+2)(x-1)
x

當x∈(0,1)時,h′(x)<0,h(x)在(0,1)上為減函數(shù)
當x∈(1,+∞)時,h′(x)>0,h(x)在(1,+∞)上為增函數(shù)…7分
hmin(x)=h(1)=m
∴h(x)≥h(1)=m…10分
當-1<m<0時,
h(
1
e
)=
1
e2
+
2
e
+1+m>0,h(1)=m<0

h(e)=e2+2e+m-7>e2+2e-8>0
∴∴h(x)在區(qū)間(
1
e
,1)
和(1,e)內(nèi)各有一個零點
即f(x)=2g(x)+m在(0,+∞)上有兩個解…14分.
(3)設(shè)點P、Q的坐標分別是(x1,y1),(x2,y2),0<x1<x2
則點M、N的橫坐標都為x=
x1+x2
2
,
C1:y=f(bx)=b2x2-2bx+3在點M處的切線斜率為2b2x-2b,
取x=
x1+x2
2
,得k1=2b2•(
x1+x2
2
)-2b=b2(x1+x2)-2b,
C2:g(x)=x2-2lnx在點N處的切線斜率為2x-
2
x
,
取x=
x1+x2
2
,k2=(x1+x2)-
4
x1+x2

假設(shè)C1在點M處的切線與C2在點N處的切線平行,則k1=k2
可得:b2(x1+x2)-2b=(x1+x2)-
4
x1+x2

∴b2(x1+x22-2b(x1+x2)=(x1+x22-4
即b2x12+2b2x1x2+b2x22-2b(x1+x2)=x12+2x1x2+x22-4
∴(b2x12-2bx1+3)+(b2x22-2bx2+3)+2b2x1x2=x12+2x1x2+x22+2
即f(bx1)+f(bx2)+2b2x1x2=x12+2x1x2+x22+2
∵f(bx1)+f(bx2)=g(x1)+g(x2
∴x12-2lnx1+x22-2lnx2+2b2x1x2=x12+2x1x2+x22+2
即2lnx1+2lnx2=(2b2-2)x1x2-2⇒lnx1x2=(b2-1)x1x2-1
令x1x2=t(t>0),得lnt=(b2-1)t-1⇒(1-b2)t+lnt+1=0…(*)
再設(shè)F(t)=(1-b2)t+lnt+1,因0<b<1得F′(t)=1-b2+
1
t
>0恒成立,
又∵t>0∴F(t)>1恒為正數(shù),說明方程(*)在(0,+∞)上沒有解,
從而原假設(shè)不成立,說明k1≠k2
綜上所述,可得曲線C1在點M處的切線與曲線C2在點N處的切線不平行.
點評:本題著重考查了利用導數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性、根的存在性及根的個數(shù)判斷和利用導數(shù)研究曲線上某點切線方程等知識點,屬于難題.請同學們注意解題過程中的轉(zhuǎn)化化歸和分類討論的數(shù)學思想.
練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中數(shù)學 來源: 題型:

(理科做)已知函數(shù)f(x)=lnx-a2x2+ax(a≥0).
(1)當a=1時,證明函數(shù)f(x)只有一個零點;
(2)若函數(shù)f(x)在區(qū)間(1,+∞)上是減函數(shù),求實數(shù)a的取值范圍.

查看答案和解析>>

科目:高中數(shù)學 來源: 題型:

(理科做)已知函數(shù)f(x)=x3+ax+b定義在區(qū)間[-1,1]上,且f(0)=f(1).又P(x1•y1)、Q(x2•y2)是其圖象上任意兩點(x1≠x2).
(1)求證:f(x)的圖象關(guān)于點(0,b)成中心對稱圖形;
(2)設(shè)直線PQ的斜率為k,求證:|k|<2;
(3)若0≤x1<x2≤1,求證:|y1-y2|<1.

查看答案和解析>>

科目:高中數(shù)學 來源: 題型:

(理科做)已知函數(shù)f(x)=f'(0)cosx+sinx,則函數(shù)f(x)在x0=
π
2
處的切線方程是( 。

查看答案和解析>>

科目:高中數(shù)學 來源: 題型:解答題

(理科做)已知函數(shù)f(x)=x3+ax+b定義在區(qū)間[-1,1]上,且f(0)=f(1).又P(x1•y1)、Q(x2•y2)是其圖象上任意兩點(x1≠x2).
(1)求證:f(x)的圖象關(guān)于點(0,b)成中心對稱圖形;
(2)設(shè)直線PQ的斜率為k,求證:|k|<2;
(3)若0≤x1<x2≤1,求證:|y1-y2|<1.

查看答案和解析>>

同步練習冊答案