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已知函数f(x)=ex+ax,g(x)=exlnx.(e≈2.71828)
(I)设曲线y=f(x)在点(1,f(1))x=1处的切线为l,若l与圆相切,求a的值;
(II)若对于任意实数x≥0,f(x)>0恒成立,试确定实数a的取值范围;
(III)当a=-1时,是否存在实数x∈[1,e],使曲线C:y=g(x)-f(x)在点x=x处的切线与Y轴垂直?若存在,求出x的值;若不存在,请说明理由.
【答案】分析:(I)求出f(x)的导函数,把切点的横坐标x=1代入导函数求出切线的斜率,把x=1代入f(x)求出切点的纵坐标,根据切点坐标和斜率写出切线的方程,然后找出圆心坐标和圆的半径r,利用点到直线的距离公式表示出圆心到切线的距离d,让d等于r列出关于a的方程,求出方程的解即可得到a的值;
(II)当x=0时,显然f(x)=ex>0恒成立;当x大于0时,令f(x)大于0,解出a大于一个函数,设这个函数为Q(x),求出Q(x)的导函数,分x大于0小于1和x大于1两种情况讨论导函数的正负,进而得到函数的增减性,根据函数的增减性得到Q(x)的最大值,即可得到a的取值范围;
(III)把f(x)和g(x)的解析式代入y中确定出y的解析式,设M(x)为y的解析式,求出M(x)的导函数,h(x)=+lnx-1,求出h(x)的导函数,由x的范围得到导函数为正数,进而得到h(x)在[1,e]上为增函数,得到h(1)为最小值,即可得到M(x)的最小值,而曲线C:y=g(x)-f(x)在点x=x处的切线与y轴垂直,即切线的斜率为0,即导函数的值为0,与导函数的最小值为1矛盾,所以不存在实数x∈[1,e],使曲线C:y=g(x)-f(x)在点x=x处的切线与y轴垂直.
解答:解:(I)f′(x)=ex+a,因此过点(1,f(1))的直线斜率为e+a,
又f(1)=e+a,∴过点(1,f(1))的直线方程为:y-(e+a)=(e+a)(x-1),
即(a+e)x-y=0,又已知圆的圆心为(1,0),半径为
依题意,则有=,解得a=-e+1,a=-e-1;
(II)∵在x≥0时,f(x)=ex+ax>0恒成立,
若x=0,a为任意实数,f(x)=ex>0恒成立,
若x>0,f(x)=ex+ax>0恒成立,即a>-在x>0上恒成立,
设Q(x)=-,Q′(x)=-=
当x∈(0,1)时,Q′(x)>0,Q(x)在(0,1)上单调递增;
当x∈(1,+∞)时,Q′(x)<0,Q(x)在(1,+∞)上单调递减,
∴当x=1时,Q(x)取得最大值,Q(x)max=Q(1)=-e,
∴要使x≥0时,f(x)=ex+ax>0恒成立,a的取值范围是(-e,+∞);
(III)依题意,曲线C的方程为:y=exlnx-ex+x,
令M(x)=exlnx-ex+x,则M′(x)=+exlnx-ex+1=(+lnx-1)ex+1,
设h(x)=+lnx-1,则h′(x)=-+=
当x∈[1,e]时,h′(x)≥0,故h(x)为增函数,
因此,h(x)在区间[1,e]上的最小值为h(1)=ln1=0,
则M′(x)≥1,即曲线C:y=g(x)-f(x)在点x=x处的切线的斜率k≥1,
故不存在实数x∈[1,e],使曲线C:y=g(x)-f(x)在点x=x处的切线与y轴垂直.
点评:此题考查学生会利用导数求曲线上过某点切线方程的斜率,掌握直线与圆的位置关系的判别方法,掌握导数在最大值、最小值中的运用,是一道中档题.
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