1. 由导数的符号判断 $f(x)$ 的单调性,确定方程根的唯一性
因为当 x>a 时,有 f′(x)>k>0,所以 f(x) 在 [a,+∞) 上是严格单调递增的。
因此,方程 f(x)=0 在区间 (a,a−kf(a)) 内至多有一个实根。
2. 确定区间端点的大小关系
令 b=a−kf(a)。
由于 f(a)<0 且 k>0,可得 −kf(a)>0,因此 b>a。
3. 构造辅助函数以估计 $f(b)$ 的符号
构造辅助函数 g(x)=f(x)−k(x−a),其中 x∈[a,b]。
4. 利用导数确定辅助函数 $g(x)$ 的单调性
对 g(x) 求导得:g′(x)=f′(x)−k。
因为当 x>a 时,f′(x)>k,所以对任意 x∈(a,b],有 g′(x)>0。
由此可知,g(x) 在 [a,b] 上是严格单调递增的。
5. 比较 $g(b)$ 与 $g(a)$ 的大小,求得 $f(b)$ 的符号
由 g(x) 的单调递增性,当 b>a 时有 g(b)>g(a)。
将 g(x) 的表达式代入得:
f(b)−k(b−a)>f(a)−k(a−a)
即:
f(b)−k(−kf(a))>f(a)
化简得:
f(b)+f(a)>f(a)⟹f(b)>0
6. 利用零点存在定理确定根的存在性
因为 f(x) 在 [a,b] 上连续,且 f(a)<0,f(b)>0,
根据连续函数的零点存在定理,存在至少一个 x0∈(a,b),使得 f(x0)=0。
7. 结合存在性与唯一性得出最终结论
结合单调性(唯一性)与零点存在定理(存在性),方程 f(x)=0 在区间 (a,a−kf(a)) 内有且仅有 1 个解。
因此正确选项为 B。