y=x 对称.四、关于同底指数函数与对数函数的交点问题
一、 a 1时方程 a x log a x 的解
先求如图 3 所示曲线 y
ax
与ylog a
x
相切时 a 的值。设曲线
y
a x 与y log a x 相切于点 M ( x 0 , x 0 ),由于曲线y a
x
在点 M 处的切线斜率为
1,
x 0 ,
x0
ax 0
即
ax 0 ,
所以
(a x )' |x x 0 1ax0
ln a 1
ax
01
所以 ln a
x 0 , 1
则 a ln a x 0
1 ln a
e
即
1
1
,所以 a
ln a
e e ,此时 x 0 e
1
。
以上说明,当 a e 时,两条曲线 e
y
ax 与 y log a x相切于点 M (e,e) 。
因此有以下结论:
1
①当 a
e e , 方程 (*) 无解(见图
1 所示);
1
②当 1
a ee ,方程( * )有且只有两解(见图
2 所示);
1
③当 a e e ,方程( *)有且只有一解(见图
3 所示)。
1
用计算器可算得 e e
1.44467 。
二、
0 a 1时方程 a log a x 的解
x
先求如图 5 所示曲线 y
ax 与ylog
a x 相切时 a 的值。
a 与 y log a 相切于点 P,由对称性知, 点 P 在直线 ylog a x(或由于曲线 y ax ) 在点 P 处切线的斜为 1,
设曲线
y
xx
y
x 上,设 P(x 0 , y 0 ) 。
ax
0
x 0 ,
所以 (log a x)' |x x0
1
ax 0
x 0 ,
1
1
即
x 0 ln a
1
a
ln a 1 ,1
1
,
ln a 即 e ln a x
1
x 1
0 所以0
ln a
e a1
( ) e
x 0 1
则
e 。此时,
e 。
1
a ( )
e
x
以上说明,当log
e 时,两条曲线
y
a 与y
a
x
相切于点 P因此有以下结论:
01
a ( )e
①
e 时,方程( * )有且只有三解(见图
4 所示);
a (1
) e
②当 e 时,方程( * )有且只有一解(如图 5 所示);
11 ,
e e )。
(
( ) e a 1
③当 e 时,方程( *)有且只有一解(如图
1
6 所示)。
用计算器可算出
( ) e 0.06599 e 。由于此数非常小,因此,人们在平时较难观察到这种
1
较小数值所示的函数图像,这也是人们易产生错误认识的—个重要原因。
综上所述,得:
a (0,( ) e ) 当 e 时,方程
1
ax
log
a
x 有且只有三解;
a ( ) e 时, 方程 ax log a x
有且只有一解; 当 e a (( ) ,1)
当 e时,方程
1
1
e
axlog x a 有且只有一解;
当
a
1
(1,e ) 时,方程 a1
ex
logx a a
有且只有两解;
当 a
e
e 时,方程 a1
x
logx
有且只有一解;
当
a
(e , ) 时,方程 aex
logx
a
无解。