曲线的切线习题

在点切线

如函数\(y=x^3\)在点\(A(1,1)\)处(或叙述为在\(x=1\)处)的切线方程为什么?

思路:\(k=f'(1)=3\)+切点\(A(1,1)\),利用点斜式写出切线方程。

【2017全国卷1文科第14题高考真题】曲线\(y=x^2+\cfrac{1}{x}\)在点\((1,2)\)处的切线方程是__________。

分析:利用点斜式来求解,

其中斜率\(k=f'(x)_{|x=1}=(2x-\cfrac{1}{x^2})_{|x=1}=1\)

切点是\((1,2)\)

故切线方程为\(y-2=1(x-1)\),整理为\(y=x+1\)

直线\(y=x\)上的动点为\(P\),函数\(y=lnx\)上的动点是\(Q\)\(|PQ|\)的最小值【等价题目】直线 \(y=x\) 上的点为 \(P(x,y)\) ,函数 \(y=lnx\) 上的点是 \(Q(m,n)\) ,求 \(\sqrt{(x-m)^2+(y-n)^2}\) 的最小值。

思路:平行线法,设和直线\(y=x\)平行且和函数\(y=lnx\)相切的直线为\(y=x+m\)

切点为\(P_0(x_0,y_0)\),则有\(\begin{cases} y_0=x_{0}+ m \\ y_0=lnx_0 \\ f'(x_0)=\cfrac{1}{x_0}=1\end{cases}\)

从而解得\(x_0=1,y_0=0,m=-1\)

所以所求的点点距的最小值,就转化为切点\(P_0(1,0)\)到直线\(y=x\)的点线距,

或者两条直线\(y=x,y=x-1\)的线线距了。

此时\(|PQ|_{min}=\cfrac{\sqrt{2}}{2}\)课件地址

函数\(y=kx\)与函数\(y=lnx\)相切于点\(Q\),求点\(Q\)的坐标。\((e,1)\)

分析:设函数\(y=kx\)与函数\(y=lnx\)切点为\(Q(x_0,y_0)\),则有

\(\begin{cases} y_0=kx_0 \\ y_0=lnx_0 \\ k=f'(x_0)=\cfrac{1}{x_0}\end{cases}\)

从而解得\(x_0=e,y_0=1,k=\cfrac{1}{e}\),故切点\(Q\)的坐标为\((e,1)\) 具体参见课件

函数\(y=mx\)与函数\(y=e^x\)相切于点\(P\),求点\(P\)的坐标。\((1,e)\)

分析:设函数\(y=mx\)与函数\(y=e^x\)切点为\(P(x_0,y_0)\),则有

\(\begin{cases} y_0=mx_0 \\ y_0=e^{x_0} \\ m=f'(x_0)=e^{x_0}\end{cases}\)

从而解得\(x_0=1,y_0=e,m=e\),故切点\(P\)的坐标为\((1,e)\)

函数\(y=mx\)与函数\(y=e^x\)的图像没有交点,求\(m\)的取值范围。

法1:导数法,仿上题可知,函数\(y=mx\)与函数\(y=e^x\)的图像没有交点,所求的\(m\)取值范围为$0\leq m<e $。

法2:转化法,则方程\(e^x=mx\)无解,即方程\(m=\cfrac{e^x}{x}\)无解,令函数\(g(x)=\cfrac{e^x}{x}\)

利用导数求得值域为\(g(x)\in (-\infty,0)\cup[e,+\infty)\),故要使得方程\(m=g(x)\)无解,得到$0\leq m<e $。

过点切线

求曲线\(C:y=\cfrac{1}{3}x^3+\cfrac{4}{3}\)经过点\(P(2,4)\)的切线方程;(\(4x-y-4=0\)\(x-y+2=0\)

思路:设经过点\(P(2,4)\)的切线方程与曲线相切于点\(P_0(x_0,y_0)\),则有

\(\begin{cases}y_0=\cfrac{1}{3}x_0^3+\cfrac{4}{3}\\ k=f'(x_0)=x_0^2\\ y-y_0=f'(x_0)(x-x_0) \end{cases}\)

又因为点\(P(2,4)\)在切线方程上,则有\(4-(\cfrac{1}{3}x_0^3+\cfrac{4}{3})=x_0^2(2-x_0)\)

整理得到,\(x_0^3-3x_0^2+4=0\)

备注:此处有难点:试商法,多项式除法,分组分解法

试商法:令\(x_0=0\),如果上述方程成立,说明方程能分解出因子\(x_0\),本题目中显然不成立;

再令\(x_0=1\),上述方程不成立,说明方程不能分解出因子\(x_0-1\);再令\(x_0=-1\),上述方程成立,

说明方程能分解出因子\(x_0+1\);这样\(x_0^3-3x_0^2+4=(x_0+1)(x_0^2+bx_0+c)(b,c是常数,待定)\)

这样做的目的是为了降次;

分组分解法:由试商法可以指导我们的分组分解的方向,

\(x_0^3-3x_0^2+4=(x_0^3+1)-3(x_0^2-1)\)

\(=(x_0+1)(x_0^2-x_0+1)-3(x_0+1)(x_0-1)\)

\(=(x_0+1)(x_0^2-x_0+1-3x_0+3)\)

\(=(x_0+1)(x_0-2)^2=0\)

多项式除法:如图所示,

\((x_0+1)(x_0-2)^2=0\),解得\(x_0=-1\),或\(x_0=2\)

\(x_0=-1\)时,切点为\((-1,1)\)\(k_1=1\),切线方程为\(x-y+2=0\)

\(x_0=2\)时,切点为\((2,4)\)\(k_2=4\),切线方程为\(4x-y-4=0\)

总结:设切点,求切点;

双切线问题

【2016全国卷2理科第16题高考真题】【公切线问题】直线\(y=kx+b\)是函数\(y=lnx+2\)的切线,也是函数\(y=ln(x+1)\)的切线,求参数\(b\)的值。

思路:设直线\(y=kx+b\)与函数\(C_0:y=lnx+2\)相切于点\(P_0(x_0,y_0)\)

直线\(y=kx+b\)与函数\(C_1:y=ln(x+1)\)相切于点\(P_1(x_1,y_1)\)

则由题可知,

在点\(P_0(x_0,y_0)\)处的切线方程为\(y-y_0=f'(x_0)(x-x_0)\)

\(y-(lnx_0+2)=\cfrac{1}{x_0}(x-x_0)\)

化简为\(y=\cfrac{1}{x_0}x+lnx_0+1\)

在点\(P_0(x_0,y_0)\)处的切线方程为\(y-y_1=f'(x_1)(x-x_1)\)

\(y-ln(x_1+1)=\cfrac{1}{x_1+1}(x-x_1)\)

化简为\(y=\cfrac{1}{x_1+1}x+ln(x_1+1)-\cfrac{x_1}{x_1+1}\)

由这两条切线是同一条可知【(同一法】,

\(\begin{cases} k=\cfrac{1}{x_0}=\cfrac{1}{x_1+1} \\ b=lnx_0+1=ln(x_1+1)-\cfrac{x_1}{x_1+1} \end{cases}\)

解得:\(\begin{cases} x_0=x_1+1 \\ x_0=\cfrac{1}{2},x_1=-\cfrac{1}{2}\end{cases}\)

所以\(b=1+lnx_0=1+ln(\cfrac{1}{2})=1-ln2\).

(2017山西太原模拟)设函数\(f(x)=\cfrac{3}{2}x^2-2ax(a>0)\)\(g(x)=a^2lnx+b\)有公共点,且在公共点处的切线方程相同,则实数\(b\)的最大值为【】

$A.\cfrac{1}{2e^2}$ $B.\cfrac{1}{2}e^2$ $C.\cfrac{1}{e}$ $D.-\cfrac{3}{2e^2}$

分析:本题目属于公切线问题,设切点为\(P(x_0,y_0)\),则满足以下方程组

\(\begin{cases}f'(x_0)=g'(x_0)①\\y_0=f(x_0)=\cfrac{3}{2}x_0^2-2ax_0②\\y_0=g(x_0)=a^2lnx_0+b③\end{cases}\)

由①得到\(x_0=a\)\(x_0=-\cfrac{a}{3}(a>0,不符合舍去)\)

由②③得到,\(\cfrac{3}{2}x_0^2-2ax_0=a^2lnx_0+b\),将\(x_0=a\)代入,

分离参数\(b\)得到,\(b=-\cfrac{1}{2}a^2-a^2lna\)

\(h(a)=-\cfrac{1}{2}a^2-a^2lna(a>0)\),则\(b_{max}=h(a)_{max}\)

接下来,用导数研究\(h(a)\)的单调性。

\(h'(a)=-2a(1+lna)\),借助\(y=1+lna\)的大致图像可知,

\(h(a)\)在区间\((0,\cfrac{1}{e})\)单调递增,在区间\((\cfrac{1}{e},+\infty)\)上单调递减,

\(h(a)_{max}=h(\cfrac{1}{e})=\cfrac{1}{2e^2}\)

\(b_{max}=\cfrac{1}{2e^2}\),选A。

(公切线)若曲线\(C_1:y=ax^2(a>0)\)与曲线\(C_2:y=e^x\)有公共切线,求参数\(a\)的取值范围。

分析:由\(y=ax^2\),得到\(y'=2ax\);由\(y=e^x\)得到\(y'=e^x\)

曲线\(C_1:y=ax^2(a>0)\)与曲线\(C_2:y=e^{-x}\)有公共切线,

设公切线与\(C_1:y=ax^2(a>0)\)相切于点\((x_1,ax_1^2)\)

公切线与\(C_1:y=e^x(a>0)\)相切于点\((x_2,e^{x_2})\)

则由切线斜率相等,可得\(2ax_1=e^{x_2}=\cfrac{e^{x_2}-ax_1^2}{x_2-x_1}\)

可得\(2x_2=x_1+2\);便于变量集中,

故由\(2ax_1=e^{x_2}\),分离参数得到\(a=\cfrac{e^{x_2}}{2x_1}=\cfrac{e^{\frac{x_1}{2}+1}}{2x_1}\)

\(f(x)=\cfrac{e^{\frac{x}{2}+1}}{2x}\),即上式为\(a=f(x)(由图可看出x>0)\)由实数解,

转化为求函数\(f(x)\)的值域问题。

\(f'(x)=\cfrac{e^{\frac{x}{2}+1}\cdot \cfrac{1}{2}\cdot 2x-e^{\frac{x}{2}+1}\cdot 2}{(2x)^2}\)

\(=\cfrac{e^{\frac{x}{2}+1}\cdot(x-2)}{4x^2}\)

\(x\in(0,2)\)上,\(f'(x)<0\)\(f(x)\)单调递减,

\(x\in(2,+\infty)\)上,\(f'(x)>0\)\(f(x)\)单调递增,

\(f(x)_{极小}=f(x)_{min}=f(2)=\cfrac{e^2}{4}\)

\(a\)的取值范围为\([\cfrac{e^2}{4},+\infty)\)

[2015.合肥一中月考]已知函数\(f(x)=lnx,g(x)=e^x\).

(1)确定方程\(f(x)=\cfrac{x+1}{x-1}\)实数根的个数。

(2)我们把与两条曲线都相切的直线叫作这两条曲线的公切线,试确定曲线\(y=f(x),y=g(x)\)公切线的条数,并证明你的结论。

分析:(1)由\(f(x)=\cfrac{x+1}{x-1}\)得到,\(lnx=\cfrac{x+1}{x-1}=1+\cfrac{2}{x-1}\)

\(lnx-1=\cfrac{2}{x-1}\),由数转化到形,

在同一系中做出函数\(y=lnx-1\)和函数\(\cfrac{2}{x-1}\)的图像,

由图像可得,函数\(y=lnx-1\)和函数\(\cfrac{2}{x-1}\)的图像有两个交点,

故方程\(f(x)=\cfrac{x+1}{x-1}\)实数根的个数有两个。

(2)曲线\(y=f(x),y=g(x)\)公切线的条数有2个,证明如下:

设公切线与曲线\(y=f(x),y=g(x)\)分别相切于点\((m,lnm)\)\((n,e^n)\)

\(f'(x)=\cfrac{1}{x}\)\(g'(x)=e^{x}\)可得,

\(\begin{cases}\cfrac{1}{m}=e^n\\\cfrac{lnm-e^n}{m-n}=\cfrac{1}{m}\end{cases}\)

化简得,\((m-1)lnm=m+1\)

\(m=1\)时,上式不成立;

\(m\neq 1\)时,变形得到\(lnm=\cfrac{m+1}{m-1}\)

由(1)可知,方程\(lnm=\cfrac{m+1}{m-1}\)有2个实根,

即曲线\(y=f(x),y=g(x)\)公切线的条数有2个。

(2016-17宝鸡市第一次质量检测)已知函数\(y=x^2\)的图像在点\((x_0,x_0^2)\)处的切线为\(l\),若\(l\)也与函数\(y=lnx\)\(x\in (0,1)\)的图像相切,则\(x_0\)必满足范围是【\(\quad\)】.

$A.0< x_0 <\cfrac{1}{2}$ $B.\cfrac{1}{2}< x_0 <1$ $C.\cfrac{\sqrt{2}}{2}< x_0 <\sqrt{2}$ $D.\sqrt{2}< x_0 <\sqrt{3}$

分析:由切线\(l\)与函数\(y=x^2\)相切与点\((x_0,x_0^2)\),则得到切线的点斜式方程为:\(y-x_0^2=2x_0(x-x_0)\)

由切线\(l\)与函数\(y=lnx\)相切与点\((x_1,lnx_1)\),则得到切线的点斜式方程为:\(y-lnx_1=\cfrac{1}{x_1}(x-x_1)\)\(x_1\in(0,1)\)

又两条切线是同一条直线,得到

\(\begin{cases} 2x_0=\cfrac{1}{x_1} \hspace{0.5cm} x_1\in(0,1) \hspace{1cm}①\\\ x_0^2=1-lnx_1 \hspace{3cm}②\end{cases}\)

法1:不等式性质法

由于\(x_1\in(0,1)\),由①得到\(x_0>\cfrac{1}{2}\);由于\(1-lnx_1>1\),由②得到\(x_0>1\),综合得到\(x_0>1\),故选\(D\).

法2:零点存在性定理

由方程组消掉\(x_1\)得到新方程\(x_0^2-ln2x_0-1=0\),令函数\(f(x_0)=x_0^2-ln2x_0-1\)

由零点存在性定理可得,\(D\) 是正确的。当然我们还可以结合二分法,得到更小的解的区间。

【2017凤翔中学高三理科第二次月考第12题】将函数\(y=lnx\)的图像绕坐标原点\(O\)逆时针旋转角\(\theta\)后第一次与\(y\)轴相切,则角\(\theta\)满足的条件是【】

$A.sin\theta=ecos\theta$ $B.esin\theta=cos\theta$ $C.esin\theta=1$ $D.ecos\theta=1$

分析:先仿上例3先求得过坐标原点与\(y=lnx\)相切的直线是\(y=\cfrac{1}{e}x\),切点是\((e,1)\)

设切线的倾斜角是\(\phi\),则\(tan\phi=\cfrac{1}{e}\),若切线绕坐标原点旋转角\(\theta\)后切线变成了\(y\)轴,

\(cot\theta=tan\phi=\cfrac{1}{e}\)可得, \(\cfrac{cos\theta}{sin\theta}=\cfrac{1}{e}\),即\(sin\theta=ecos\theta\),故选\(A\)

【2016日照模拟】已知函数\(f(x)=e^x-mx+1\)的图像为曲线\(C\),若曲线\(C\)存在与直线\(y=ex\)垂直的切线,则实数\(m\)的取值范围是__________.

分析:由于曲线\(C\)存在与直线\(y=ex\)垂直的切线,设曲线的切线的切点坐标\((x_0,y_0)\),

则有\(f'(x_0)=e^{x_0}-m=-\cfrac{1}{e}\),即方程\(m=e^{x_0}+\cfrac{1}{e}\)有解,

故转化为求函数\(g(x_0)=e^{x_0}+\cfrac{1}{e}\)的值域,由于\(x_0\in R\),故\(g(x_0)\in (\cfrac{1}{e},+\infty)\)

故实数\(m\)的取值范围是\(m\in (\cfrac{1}{e},+\infty)\)

(2016•广州模拟)已知曲线\(C:f(x)=x^3-ax+a\),若过曲线\(C\)外一点\(A(1,0)\)引曲线\(C\)的两条切线,它们的倾斜角互补,则\(a\)的值为【 】

$A.\cfrac{27}{8}$ $B.-2$ $C.2$ $D.-\cfrac{27}{8}$

分析:本题目如果总纠结要画出适合题意的图形,然后总结思路可能就浪费时间了。可以这样考虑,

设过曲线外的一点所引的两条切线的倾斜角分别是\(\alpha\)\(\beta\)

则可知其对应的斜率为\(k_1=tan\alpha\)\(k_2=tan\beta=tan(\pi-\alpha)=-tan\alpha\),故有\(k_1+k_2=0\)

因此求解如下:

设过点\(A(1,0)\)的切线与曲线相切于点\((x_0,y_0)\),则由\(f'(x)=3x^2-a\)

得到\(\begin{cases}k=f'(x_0)=3x_0^2-a\\y_0=x_0^3-ax_0+a\\y-y_0=(3x_0^2-a)(x-x_0)\end{cases}\)

又由点\(A(1,0)\)在切线上得到\(0-(x_0^3-ax_0+a)=(3x_0^2-a)(1-x_0)\),化简整理得到\(2x_0^3-3x_0^2=0\)

解得\(x_0=0\)或者\(x_0=\cfrac{3}{2}\)

\(x_0=0\)时,一条切线的斜率\(k_1=-a=tan\alpha\)

\(x_0=\cfrac{3}{2}\)时,另一条切线的斜率\(k_2=\cfrac{27}{4}-a=tan\beta\)

\(k_1+k_2=0\),得到\(\cfrac{27}{4}-2a=0\),解得\(a=\cfrac{27}{8}\),故选\(A\)

【2016•福州模拟】点\(P\)是曲线\(x^2-y-2ln\sqrt{x}=0\)上任意一点,则点\(P\)到直线\(4x+4y+1=0\)的最小距离是【 】

$A.\cfrac{\sqrt{2}}{2}(1-ln2)$ $B.\cfrac{\sqrt{2}}{2}(1+ln2)$ $C.\cfrac{\sqrt{2}}{2}(\cfrac{1}{2}+ln2)$ $D.\cfrac{1}{2}(1+ln2)$

分析:当在曲线上试图寻找一点,让它到直线的距离最小,思考不便于展开时,不妨换位思考,让直线平行移动到和曲线相切得到一个切点,那么所求距离就是切点到直线的点线距,或者是两条平行线之间的线线距。

解析:将函数化简整理为\(y=f(x)=x^2-lnx(x>0)\)

再设与已知直线平行的且与曲线相切的直线为\(4x+4y+c=0\)

切点为\((x_0,y_0)\),则由\(f'(x)=2x-\cfrac{1}{x}\)

得到\(\begin{cases}k=f'(x_0)=2x_0-\cfrac{1}{x_0}=-1①\\4x_0+4y_0+c=0②\\y_0=x_0^2-lnx_0③\end{cases}\)

解①得到\(x_0=-1(舍去)\)\(x_0=\cfrac{1}{2}\),代入③得到\(y_0=\cfrac{1}{4}+ln2\)

故切点\((\cfrac{1}{2},\cfrac{1}{4}+ln2)\)到已知直线\(4x+4y+1=0\)的距离就是所要求解的距离。

故所求距离\(d=\cfrac{|4\times \cfrac{1}{2}+4\times(\cfrac{1}{4}+ln2)+1|}{\sqrt{4^2+4^2}}=\cfrac{\sqrt{2}}{2}(1+ln2)\),故选\(B\).

(2017•潍坊模拟)若存在过点\((1,0)\)的直线与曲线\(y=x^3\)\(y=ax^2+\cfrac{15}{4}x-9\)都相切,则\(a\)等于【 】

$A.-1或-\cfrac{25}{64}$ $B.-1或-\cfrac{21}{4}$ $C.-\cfrac{7}{4}或-\cfrac{25}{64}$ $D.-\cfrac{7}{4}或7$

分析:本题目属于公切线问题,可以先求得过点处的与\(y=x^3\)相切的直线,然后联立直线和抛物线(二次函数),利用\(\Delta=0\)来解决。

设过点\((1,0)\)的直线与曲线\(y=x^3\)相切于点\((x_0,y_0)\),由\(f'(x)=3x^2\)可得,

\(\begin{cases}k=f'(x_0)=3x_0^2 \\y_0=x_0^3 \\y-y_0=f'(x_0)(x-x_0) \end{cases}\),又点\((1,0)\)在切线上,故有\(0-x_0^3=3x_0^2(1-x_0)\),解得\(x_0=0\)\(x_0=\cfrac{3}{2}\)

\(x_0=0\)时,\(y_0=0\),即切点是\((0,0)\),斜率\(k=0\),故切线方程为\(y=0\)

与曲线\(y=ax^2+\cfrac{15}{4}x-9\)相切,消\(y\)得到\(ax^2+\cfrac{15}{4}x-9=0\)

利用\(\Delta=(\cfrac{15}{4})^2+4\times 9a=0\),解得\(a=-\cfrac{25}{64}\)

\(x_0=\cfrac{3}{2}\)时,\(y_0=\cfrac{27}{8}\),即切点是\((\cfrac{3}{2},\cfrac{27}{8})\),斜率\(k=\cfrac{27}{4}\)

故切线方程为\(y-\cfrac{27}{8}=\cfrac{27}{4}(x-\cfrac{3}{2})\)

与曲线\(y=ax^2+\cfrac{15}{4}x-9\)相切,消\(y\)得到\(ax^2-3x-\cfrac{9}{4}=0\)

利用\(\Delta=(-3)^2-4\times a\times(-\cfrac{9}{4})=0\),解得\(a=-1\)

综上,\(a=-1\)\(-\cfrac{25}{64}\),故选A。

反思总结:直线与三次曲线的相切问题,我们用导数解决;

直线与二次曲线(如圆、椭圆、双曲线、抛物线等)的相切问题,我们常用\(\Delta=0\)来解决。

【2017\(\cdot\)天津六校联考卷】【用图像求解恒成立题目】已知函数\(f(x)=\begin{cases}-x^2+2x,&x\leq 0\\ln(x+1),&x>0\end{cases}\),若\(|f(x)|\)\(\geqslant\)\(ax-1\)恒成立,则则\(a\)的取值范围是【\(\quad\)

$A.[-2,0]$ $B.[-2,1]$ $C.[-4,0]$ $D.[-4,1]$

法1:注意到我们可以手动做出分段函数\(f(x)\)的图像,以及过定点\((0,-1)\)的斜率\(a\)变化的动直线\(y=ax-1\),故从形入手分析,

由图像可知,我们的重点是要求解动直线\(y=ax-1\)和曲线\(y=x^2-2x(x\leq 0)\)相切时的切点坐标。

设切点\(P(x_0,y_0)\),则有\(\begin{cases}a=f'(x_0)=2x_0-2\\ y_0=ax_0-1 \\ y_0=x_0^2-2x_0 \end{cases}\)

解得\(x_0=-1,y_0=3\),代入求得\(a=-4\);由动图可知,另一个临界位置是\(a=0\),故选\(C\)

[补充说明]为什么会相切于点\((-1,3)\),还可以这样解释;

\(y=x^2-2x(x\leqslant 0)\)\(y=ax-1(x\leqslant 0)\)联立,得到\(x^2-(a+2)x+1=0\),由于二者相切,

故由\(\Delta=(a+2)^2-4\times1=0\),得到\(a=0\)(舍去)或\(a=-4\),将\(a=-4\)代入上述方程\(x^2-(a+2)x+1=0\),得到\(x=-1\),且\(y=3\)

即当直线\(y=ax-1\)的斜率\(a=-4\)时,与曲线\(y=x^2-2x(x\leqslant 0)\)相切于点\((-1,3)\)

法2:从数的角度入手分析,

(1).当\(x>0\)时,要使得\(|f(x)|\geqslant ax-1\),即\(|\ln(x+1)|=\ln(x+1)\geqslant ax-1\),显然需要\(a\leqslant 0\)

(2).当\(x\leqslant 0\)时,要使得\(|f(x)|\geqslant ax-1\),即\(|-x^2+2x|=x^2-2x\geqslant ax-1\),即\(ax\leqslant x^2-2x+1\)恒成立,

当①\(x=0\)时,即\(a\in R\)时满足题意;

\(x<0\)时,即\(a\geqslant \cfrac{x^2-2x+1}{x}=x+\cfrac{1}{x}-2\)恒成立,又\([x+\cfrac{1}{x}-2]_{max}=-4\),当\(x=-1\)时取到等号;

故当\(x\leqslant 0\)时,需要\(a\geqslant -4\)

综上所述,得到\(-4\leqslant a\leqslant 0\),故选\(C\).

【2017•青岛模拟】设函数\(f(x)\)\(=\)\(ax\)\(-\)\(\cfrac{b}{x}\),曲线\(y\)\(=\)\(f(x)\)在点\((2,f(2))\)处的切线方程为\(7x\)\(-\)\(4y\)\(-\)\(12\)\(=0\),

(1)求\(f(x)\)的解析式;

分析:由于点\((2,f(2))\)既在曲线上,也在切线上,故借助切线方程\(7x-4y-12=0\)可以求得\(f(2)=\cfrac{1}{2}\)

则由点\((2,\cfrac{1}{2})\)在曲线上,则有\(2a-\cfrac{b}{2}=\cfrac{1}{2}\)①;

又由于切线方程\(7x-4y-12=0\)可化为\(y=\cfrac{7}{4}x-3\),即\(k=\cfrac{7}{4}\)

\(f'(x)=a+\cfrac{b}{x^2}\),得到\(f'(2)=a+\cfrac{b}{4}=\cfrac{7}{4}\)②,

联立①②解得\(a=1,b=3\),故\(f(x)=x-\cfrac{3}{x}\)

(2)证明:曲线\(y=f(x)\)上任一点处的切线与直线\(x=0\)和直线\(y=x\)所围成的三角形的面积为定值,并求此定值.

证明:设\(P(x_0,y_0)\)为曲线\(y=f(x)\)上任一点,由\(y′=1+\cfrac{3}{x^2}\)知,

曲线在点\(P(x_0,y_0)\)处的切线方程为\(y-y_0=(1+\cfrac{3}{x_0^2})(x-x_0)\)

\(y-(x_0-\cfrac{3}{x_0})=(1+\cfrac{3}{x_0^2})(x-x_0)\)

\(x=0\)\(y=-\cfrac{6}{x_0}\),从而得切线与直线\(x=0\)的交点坐标为\((0,-\cfrac{6}{x_0})\)

\(y=x\)\(y=x=2x_0\),从而得切线与直线\(y=x\)的交点坐标为\((2x_0,2x_0)\)

所以点\(P(x_0,y_0)\)处的切线与直线\(x=0,y=x\)所围成的三角形的面积为\(S_{\Delta}=\cfrac{1}{2}|-\cfrac{6}{x_0}|\cdot |2x_0|=6\)

故曲线\(y=f(x)\)上任一点处的切线与直线\(x=0,y=x\)所围成的三角形的面积为定值,此定值为\(6\)

(2017•渭南模拟)已知\(f(x)=lnx\)\(g(x)=\cfrac{1}{2}x^2+mx+\cfrac{7}{2}(m<0)\),直线\(l\)与函数\(f(x),g(x)\)的图像都相切,且与\(f(x)\)图像的切点为\((1,f(1))\),则\(m\)的值为【 】

$A.-1$ $B.-3$ $C.-4$ $D.-2$

解析:因为\(f′(x)=\cfrac{1}{x}\),所以直线\(l\)的斜率为\(k=f′(1)=1\),又\(f(1)=0\),故由点斜式得到切线的方程为\(y=x-1\)

接下来求\(m\)的值,可以有两个思路,

其一,由\(y=x-1\)\(g(x)=\cfrac{1}{2}x^2+mx+\cfrac{7}{2}(m<0)\)相切,联立得到方程组,利用\(\Delta =0\),解得\(m=4(舍去)\)\(m=-2\)

其二,由于\(g′(x)=x+m\),设直线\(l\)\(g(x)\)的图像的切点为\((x_0,y_0)\)

则有\(\begin{cases}x_0+m=1\\y_0=x_0-1\\y_0=\cfrac{1}{2}x_0^2+mx_0+\cfrac{7}{2}(m<0)\end{cases}\),联立解得\(m=-2\)。故选\(D\).

(2017\(\cdot\)福建质检)已知定义在R上的函数\(f(x)\)满足\(f(1-x)+f(1+x)=2\),且当\(x>1\)时,\(f(x)=\cfrac{x}{e^{x-2}}\),则曲线\(y=f(x)\)\(x=0\)处的切线方程是_________________。

法1:利用函数的对称性,先求\(x<1\)时的函数解析式。

由于\(f(1-x)+f(1+x)=2\),则有\(f(x)+f(2-x)=2\)

\(f(x)=2-f(2-x)\)

又当\(x<1\)时,\(2-x>1\)

\(x<1\)时的解析式为

\(f(x)=2-f(2-x)=2-\cfrac{2-x}{e^{2-x-2}}=2-\cfrac{2-x}{e^{-x}}\)演示图像

\(f'(x)=-\cfrac{-1\cdot e^{-x}-(2-x)\cdot(-e^{-x})}{(e^{-x})^2}=-\cfrac{1-x}{e^{-x}}\)

\(f'(0)=-1\),又\(f(0)=0\),即切点为\((0 ,0)\)

由点斜式可得切线方程为:\(y=-x\)

法2:由\(f(1-x)+f(1+x)=2\),得到函数\(f(x)\)关于点\((1,1)\)中心对称;

\(x=1\),得到\(f(0)+f(2)=2\)

又函数\(f(x)\)关于点\((1,1)\)中心对称;

\(f'(0)=f'(2)\)

\(f'(0)=f'(2)=f'(x)_{|x=2}=-1\)

\(f(0)=2-f(2)=0\),即切点为\((0 ,0)\)

由点斜式可得切线方程为:\(y=-x\)

(2014\(\cdot\)江西卷)若曲线\(y=e^{-x}\)上点\(P\)处的切线平行于直线\(2x+y+1=0\),则点\(P\)的坐标是__________。

分析:设点\(P(x_0,y_0)\),则由\(y'=-e^{-x}\)(此处是复合函数的求导,易错)可得,

\(P\)处的切线斜率\(k=-e^{-x_0}=-2\)

\(-x_0=ln2\),即\(x_0=-ln2\)

\(y_0=e^{ln2}=2\),故点\(P\)的坐标是\((-ln2,2)\)

(2017\(\cdot\)天津卷)

posted @ 2017-11-28 07:22  静雅斋数学  阅读(1932)  评论(0编辑  收藏  举报
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