每日一题[2628]公切与零点

已知函数 $f(x)=2+\ln x$,$g(x)=a \sqrt{x}$,若总存在两条不同的直线与函数 $y=f(x)$,$y=g(x)$ 图象均相切,则实数 $a$ 的取值范围为(       )

 A.$(0,1)$

B.$(0,2)$

C.$(1,2)$

D.$(1, \mathrm{e})$

答案    B.

解析    设与函数 $y=f(x)$,$y=g(x)$ 图象均相切的直线与函数 $y=f(x)$,$y=g(x)$ 图象分别相切于点 $(x_1,f(x_1)$ 和 $(x_2,g(x_2))$,则\[\begin{cases} f'(x_1)=g'(x_2),\\ f(x_1)-f'(x_1)x_1=f(x_2)-f'(x_2)x_2,\end{cases}\iff \begin{cases} \dfrac{1}{x_1}=\dfrac{a}{2\sqrt {x_2}},\\ 1+\ln x_1=\dfrac a2\sqrt{x_2},\end{cases}\]于是 $a>0$,且\[\begin{cases} x_2=\dfrac{a^2}4x_1^2,\\ \ln x_1-\dfrac{a^2}4x_1+1=0,\end{cases}\]设 $h(x)=\ln x-mx+1$,则其导函数\[h'(x)=\dfrac 1x-m,\]于是\[\begin{array}{c|c|c|c|c|c}\hline x&0^+&\left(0,\dfrac 1m\right)&\dfrac 1m&\left(\dfrac 1m,+\infty\right)&+\infty\\ \hline h(x)&-\infty&\nearrow&-\ln m&\searrow&-\infty\\ \hline\end{array}\]因此方程组有解的等价条件为函数 $h(x)$ 的极大值,也为最大值\[-\ln m>0\iff 0<m<1\iff 0<\dfrac{a^2}4<1,\]从而实数 $a$ 的取值范围是 $(0,2)$.

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