本题导读

本题考查导数的几何意义,以及直线垂直的斜率关系。

📌【题干】

Question

(2021年新高考II卷)已知函数 ,,。函数 的图象在点 和点 的两条切线互相垂直,且分别交 轴于 两点,则 的取值范围是 。

🔍【思路分析】

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  1. 分段去绝对值:由于 ,需将 拆分为 和 两支。
  2. 利用垂直条件:求出两点的切线斜率 ,利用 建立 与 的联系。
  3. 坐标与长度表达:
  • 写出点 处的切线方程。
  • 求出切线与 轴的交点 的坐标。
  • 利用距离公式表示出 和 。
  1. 化简求值域:将比值 统一为关于 的指数表达式,结合 的范围确定区间。

✅【答案】

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✍【详细解析】

Abstract

1. 去绝对值与求导:

函数 .

当 时,;当 时,.

2. 利用切线垂直条件:

点 处的切线斜率为 ;点 处的切线斜率为 .

因为两条切线互相垂直,所以 :

.

故 .

3. 计算线段长度 :

切线 方程为:.

令 ,解得 的纵坐标 .

点 坐标为 ,则

.

4. 计算线段长度 :

同理,切线 方程为:.

令 ,解得 的纵坐标 .

点 坐标为 ,则

.

5. 求解比值的范围:

因为 ,所以 .

.

已知 ,根据指数函数的性质,.

故 的取值范围是 .

解法二:

由题f\left( x\right)=\left\{\begin{align}&{{\text{e}}^{x}}-1, x>0\\&-{{\text{e}}^{x}}+1,x<0\\\end{align}\right.,

得{f}'\left(x\right)=\left\{ \begin{align}&{{\text{e}}^{x}}, x>0\\&-{{\text{e}}^{x}}, x<0\\\end{align} \right.,

故,,

又,

得,

如图易得,

且有,

所以,

而,

所以.

故填:****.

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心转化:指数绝对值函数的“切线垂直”是一个非常特殊的几何条件,它能直接推导出切点横坐标互为相反数(即关于 轴对称),这是化简的关键。
  2. 计算技巧:在求切线段长度时,利用公式 会比代入两点距离公式更直观。
  3. 几何洞察:如果利用解法二中的几何相似性(),可以发现比值即为切线斜率绝对值的比例,能更快速地得出结论。

📖【试题探源与推广】

Tip

  • 方法拓展:本题可以推广到更一般的函数 ,结论依然与底数 相关。
  • 变式思考:如果题目要求的是两条切线与 轴交点构成的线段长度比值,结果会有变化吗? (提示:根据对称性, 依然成立,计算过程类似,结论可能依然指向指数项。)

🔗【关联脉络】

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