20.(本小题满分12分)
已知函数f(x)= ax,g(x)= lnx-2.
(1) 试讨论这两个函数的图像的交点个数.
(2) 当a=1时,令h(x)=f(x)-g(x),
(x)为函数h(x)的导数,求证:对任意实数m,n,当0<m<n时,关于x的方程![]()
(x)在区间[m,n]恒有实数解.
解:(1)令F(x)=f(x)-g(x), 由已知F(x)的定义域为{x|x>0},
由
当a>0时,解得:x<0(舍去)或x>
,-----2分 由
|
x |
(0, |
|
( |
|
|
- |
0 |
+ |
|
y |
↘ |
极小值 3+lna |
↗ |
-------3分
① 当3+lna>0,即a>e-3时,F(x)>0恒成立,F(x)无零点.-----4分
② 当0<a< e-3时,F(x)的极小值3+lna<0,又当x→0时,F(x)=ax-lnx+2→+∞,F(1)=a+2>0,故F(x)有两个零点.-----5分
当a=0时,F(x)=-lnx+2为减函数,F(x)有且只有一个零点e2
当a<0时,F(x)=ax-lnx+2亦为减函数,且当x→0时,F(x)=ax-lnx+2→+∞,当x→+∞时,F(x)→-∞,故F(x)有且只有一个零点.
当a= e-3时,3+lna=0,F(x)只有一个零点. -----7分
综上所述,当a> e-3时,这两函数的图像无交点;当0<a< e-3时这两函数图像有两个交点;当a≤0或a= e-3时,这两函数有且只有一个交点.----8分
(2)依题意: 方程
-
=0在区间[m,n]内有解.故只须证明
即可.-------9分
令s(x)=ln
-
,x∈[m,n],则
(x)=
>0(∵m<x<n),故函数s(x)在[m,n]为增函数,故s(m)<s(n)=0,即
;-------10分
令t(x)=ln
-
x∈[m,n],则
(x)=
>0(∵m<x<n),故函数t(x)在[m,n]为增函数,即t(n)>t(m)=0,即
;故
,--11分
综上所述,当0<m<n时,关于x的方程![]()
(x)在区间[m,n]恒有实数解.---12分