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【智博教育原创专题】指数函数与对数函数图象交点个数探究

探究函数y a与y logx图象的交点个数问题 x

a

函数y ax与y logax(a 0,a 1)互为反函数,在同一坐标系中,它们的图象的交点个数取决于a的取值.

xx y a y a【探究】由 , 得 y(x 0,y 0) y logax a x

⑴当a 1时,①+②,得y ay ax x,令f(x) ax x,x 0,则f(y) f(x),即f(ax) f(x)。 a 1, f(x)为增函数, ax x. 两边取自然对数,得lnax lnx,即xlna lnx 0。令

11g(x) xlna lnx,x 0求导,得g (x) lna ,令g (x) 0,得x 。 xlna

当x变化时,g (x),g(x)的变化情况如下表:

【智博教育原创专题】指数函数与对数函数图象交点个数探究

由上表可知,当x g(x)min时,g(x)极小值=1 ln 1 ln(lna), g(x)只有一个极值, lnalna 1 ln(lna).

1

e⑴当1 ln(lna) 0,即a e时,方程g(x) 0无解,此时函数y ax与y logax的图象没有交点; ⑵当1 ln(lna) 0,即a e时,方程g(x) 0有一解,此时函数y ax与y logax的图象有一个交点;

⑶当1 ln(lna) 0,即1 a e时,由于g(x)在(0, )内连续,且当x 0 时,g(x) ;当1

e1e

x 时,g(x) , 方程g(x) 0有两解,此时函数y ax与y logax的图象有两个交点. ⑵当0 a 1时由①、②,消去y,得aa x③,由于ax 0,且0 a 1,故0 aa 1,即0 x 1。xx

lnxlnx,两边取自然对数,得xlna ln,令lnalna

lnx11,令h(x) ln xlna,x 0,1 ,求导,得h (x) lna,由h (x) 0,得xlnx lnalnaxlnx

111 (x) xlnx ,x (0,1).则 (x) lnx 1。由 (x) 0,得x 。当x (0,)时, (x) 0;lnaee

11111当x (,1)时, (x) 0, 当x 时, (x)min () 。 eelnaee

111㈠当 0,即a e时, (x) 0恒成立。elnae

1111)0 ,即h (x当且仅当a e,且x 时取“=” xlnx , 0 a 1,0 x 1, lna 0,lnaxlnxee

号。 h(x)在(0,1)内是减函数,又 当x 0时,h(x) ;当x 1时,h(x) ,且h(x)对③式两边取自然对数,得axlna lnx,即ax 在(0,1)内连续, 方程h(x) 0恰有一解,此时函数y ax与y logax的图象有一个交点。

111 0,即0 a e时, lim (x) lim (x) 0,且 (x)在(0,1)内连续, x 0 x 1 elnalna

11存在m (0,),n (,1),使得 (m) (n) 0, h (m) h (n) 0,当x变化时,h (x),h(x)的变化ee㈡当 1e

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