已知函数. (1)讨论函数的单调性; (2)定义:“对于在区域上有定义的函数和,若满足恒成立,则称曲线为曲线在区域上的紧邻曲线”.试问曲线与曲线是否存在相同的紧邻直线,若存在,请求出实数的值;若不存在,请说明理由.
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完整解法
(1)
1. 确定函数 $F(x)$ 的定义域并求出其导函数
函数 ,定义域为 .
对 求导得:
2. 分 $m \leqslant 0$ 与 $m > 0$ 讨论 $F'(x)$ 的符号,得出函数单调性
① 当 时,对于任意 ,有 ,故 .
此时 ,函数 在 上单调递减.
② 当 时,令 ,解得 .
当 时,, 单调递减;
当 时,, 单调递增.
综上所述:
- 当 时, 的单调递减区间为 ;
- 当 时, 的单调递减区间为 ,单调递增区间为 .
答案
当 时, 在 上单调递减;
当 时, 在 上单调递减,在 上单调递增.
(2)
1. 分析两曲线均过原点的几何特征,确定 $y = \dfrac{x}{x+1}$ 在原点处的切线 $y = x$ 并验证其为紧邻直线
设 ,,定义域均为 .
注意到 ,,即两曲线均经过点 .
对 求导得 ,故在 处的切线斜率为 .
切线方程为 .
考虑作差:
当 时, 且 ,故 恒成立(当且仅当 时取等号).
因此直线 是曲线 的一条紧邻直线.
2. 由极值必要条件求出 $m=1$,并验证其充分性
若直线 也是曲线 的紧邻直线,则需满足 对 恒成立.
设 ,因为 ,要使 在 附近恒成立,则 必须是 的极大值点,故必有 .
求导得 ,代入 得 .
充分性检验:
当 时,.
当 时,, 单调递增;
当 时,, 单调递减.
故 在 上恒成立,即 成立.
因此,存在相同的紧邻直线 ,此时 .
答案
存在相同的紧邻直线,此时实数 (相同的紧邻直线方程为 ).
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