已知函数f(x)=lnx-ax+1?ax-1(a∈R).(Ⅰ)当a=1时,求f(x)在点(1,-2)处的切线方程;(Ⅱ)当a

2024-11-22 14:33:04
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解答:(Ⅰ)解:当a=1时,f(x)=lnx-x-1,f(x)=

1
x
?1,
∵点(1,-2)在函数图象上,
∴在点(1,-2)的切线斜率为k=f′(1)=0,
∴所求切线方程为y=-2;
(Ⅱ)解:∵f(x)=lnx?ax+
1?a
x
?1(a∈R)

f(x)=
1
x
?a?
1?a
x2
=?
ax2?x+1?a
x2
,x∈(0,+∞)

令h(x)=ax2-x+1-a,x∈(0,+∞),
a≥
1
2
时,由f′(x)=0,则ax2-x+1-a=0,解得x1=1,x2
1
a
?1

①当a=
1
2
时,x1=x2,h(x)≥0恒成立,此时f′(x)≤0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;
②当
1
2
<a<1
时,0<
1
a
?1<1

x∈(0,
1
a
?1)
时,h(x)>0,此时f′(x)<0,函数f(x)单调递减;
x∈(
1
a
?1,1)
时,h(x)<0,此时f′(x)>0,函数f(x)单调递增;
x∈(1,+∞)时,h(x)>0,此时f′(x)<0,函数f(x)单调递减;      
③当a≥1时,由于
1
a
?1≤0

x∈(0,1)时,h(x)<0,此时f′(x)>0,函数f(x)单调递增;
x∈(1,+∞)时,h(x)>0,此时f′(x)<0,函数f(x)单调递减;
综上所述:
当a=
1
2
时,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减;
1
2
<a<1
时,函数f(x)在(0,
1
a
?1
)上单调递减,在(
1
a
?1,1)
上单调递增,在(1,+∞)上单调递减;
当a≥1时,函数f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减;       
(Ⅲ)证明:由已知得g(x)=lnx-ax,k=
g(x2)?g(x1)
x2?x1
=
lnx2?lnx1
x2?x1
?a

令φ(x)=g(x)?k=
1
x
?
lnx2?lnx1
x2?x1

则φ(x1)=
1
x1
?
lnx2?lnx1
x2?x1
1
x2?x1
(
x2
x1
?1?ln
x2
x1
)

φ(x2)=
1
x2
?
lnx2?lnx1
x2?x1
=?
1
x2?x1
(
x1
x2
?1?ln
x1
x2
)

令F(t)=t-1-lnt,则F(t)=1?
1
t
t?1
t
(t>0)

当0<t<1时,F′(t)<0,F(t)单调递减;
当t>1时,F′(t)>0,F(t)单调递增.
故当t≠1时,F(t)>F(1)=0,即t-1-lnt>0.
从而
x2
x1
?1?ln
x2
x1
>0
x1
x2
?1?ln
x1
x2
>0

∴φ(x1)>0,φ(x2)<0.
∵函数φ(x)在区间(x1,x2)上的图象是连续不断的一条曲线,
∴存在x0∈(x1,x2),使φ(x0)=0,
∴g′(x0)=k成立.