葉濤

高中教材沒有探討函數(shù)[y=ax與y=logax]圖象的交點問題，僅僅只是在同一坐標(biāo)系中畫了函數(shù)[y=12x與y=log12x]以及[y=2x與y=log2x]的圖象. 這張圖讓很多同學(xué)都誤以為：函數(shù)[y=ax（01）與y=logax（a>1）]的圖象無交點. 這種認識是錯誤的.

比如，函數(shù)[y=116x與y=log116x]有三個公共交點，其中有兩個公共交點[N112，14，N214，12]關(guān)于直線[y=x]對稱，還有一個交點落在直線[y=x]上.另外對于函數(shù)[y=1.1x]來說，由于其圖象上的一點[2，1.21]在直線[y=x]的下方，因而它的圖象與直線[y=x]相交且有兩個交點，即：函數(shù)[y=1.1x與y=log1.1x]的圖象有兩個落在直線[y=x]上的交點. 由于函數(shù)[y=ax與][y=logax（a>0][且a≠1）]互為反函數(shù)，其圖象關(guān)于直線[y=x]對稱，可以通過討論函數(shù)[y=ax]的圖象與直線[y=x]的交點個數(shù)確定函數(shù)[y=ax與y=logax]圖象交點的個數(shù).

我們可以通過幾何畫板繪制出函數(shù)[y=ax（a>1）]的圖象，不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)讛?shù)[a]較大時與直線[y=x]無交點；當(dāng)?shù)讛?shù)[a]較小，非常接近1[a>1]時有兩個交點；當(dāng)[01）]的圖象與直線[y=x]的交點情形.

如下圖在指數(shù)函數(shù)[y=ax（a>1）]的圖象上，先求斜率為1的切線與[y=ax（a>1）]相切的切點[P]的坐標(biāo)，根據(jù)切點[P]與直線[y=x]的相對位置確定函數(shù)[y=ax]的圖象與直線[y=x]的交點情形，亦即：令[y=axlna=1]得，[x=-loga（lna）.]

切點坐標(biāo)[P-loga（lna），1lna]，若點[P]在直線[y=x]上即[-loga（lna）=1lna得，a=e1e].

（1）當(dāng)[a=e1e]時，函數(shù)[y=ax]的圖象與直線[y=x]相切于點[P（e，e）.]

（2）當(dāng)[a>e1e]時，[lna>1e， ∴0<1lna

則有[loga1lna

此時切點[P-loga（lna），1lna]在直線[y=x]的上方，也即[y=ax（a>e1e）]的圖象恒在直線[y=x]的上方，函數(shù)[y=ax]的圖象與直線[y=x]無交點.

（3）當(dāng)[1e]，

則有[loga1lna>logae]，[∴-logalna>1lna].

此時切點[P-loga（lna），1lna]在直線[y=x]的下方，也即[y=ax（1

由上述分析不難得到以下定理.

定理1 對于指數(shù)函數(shù)[y=ax（a>1）]的圖象，當(dāng)[a=e1e]時，其與直線[y=x]相切于點[P（e，e）]；當(dāng)[a>e1e]時，它恒在直線[y=x]的上方；當(dāng)[1

由于函數(shù)[y=ax與y=logax（a>0且a≠1）]互為反函數(shù)，其圖象關(guān)于直線[y=x]對稱，因此有以下結(jié)論.

定理2 對于對數(shù)函數(shù)[y=logax（a>1）]的圖象，當(dāng)[a=e1e]時，其與直線[y=x]相切于點[P（e，e）]；當(dāng)[a>e1e]時，它恒在直線[y=x]的下方；當(dāng)[1

定理3 對于函數(shù)[y=ax（a>1）與y=logax（a>1）]的圖象，當(dāng)[a=e1e]時，有且只有一個公共點；當(dāng)[a>e1e]時，它們沒有公共點；當(dāng)[1

當(dāng)[0

[練習(xí)]

1. 在[P（1，1），Q（1，2），M（2，3）和N（12，14）]四點中，函數(shù)[y=ax]的圖象與其反函數(shù)的圖象的公共點只可能是點（ ）

A. [P] B. [Q] C. [M] D. [N]

2. 下列結(jié)論中錯誤的是（ ）

A. 若點（2，3）在函數(shù)[y=ax]的圖象上，則點（3，2）必在函數(shù)[y=logax]的圖象上

B. 函數(shù)[y=ax]的圖象必過點（0，1），就是說函數(shù)[y=logax]的圖象必過點（1，0）

C. 若點[m，n]既在函數(shù)[y=ax]的圖象上，又在函數(shù)[y=logax]的圖象上，則[m=n]

D. 函數(shù)[y=logax]的圖象與直線[y=x]不一定有交點

3. 對于問題“函數(shù)[f（x）=ax（a>1）]與其反函數(shù)[f-1（x）=logax]的圖象有多少個公共點？”有如下觀點：（1）當(dāng)[a>1]時兩函數(shù)圖象沒有公共點，只有當(dāng)[01）]的圖象與直線[y=x]的公共點的個數(shù)，為此可構(gòu)造函數(shù)[F（x）=ax-x（a>1），]然后利用[F（x）]的最小值進行討論.

請參考上述觀點，并判斷以下結(jié)論正確的是 （填寫序號）.

①當(dāng)[a>e1e]時，函數(shù)[f（x）=ax（a>1）]的圖象與直線[y=x]沒有公共點

②當(dāng)[a>e1e]時，函數(shù)[f（x）=ax（a>1）]的圖象與直線[y=x]有兩個相異公共點

③當(dāng)[a=e1e]時，函數(shù)[f（x）=ax（a>1）]的圖象與直線[y=x]沒有公共點

④當(dāng)[a=e1e]時，函數(shù)[f（x）=ax（a>1）]的圖象與直線[y=x]有惟一的公共點

⑤當(dāng)[11）]的圖象與直線[y=x]沒有公共點

⑥當(dāng)[11）]的圖象與直線[y=x]有兩個相異的公共點