本题导读
本题考查导数的几何意义,以及利用导数研究函数的单调性与极值。
📌【题干】
Question
(2021年新高考I卷)若过点 可以作曲线 的两条切线,则( )
A. B. C. D.
🔍【思路分析】
破题导航
- 建立切线方程模型:设出切点坐标 ,利用导数求出切线斜率,写出点斜式切线方程。
- 转化问题:将点 代入切线方程,得到关于切点横坐标 的方程。题目要求“两条切线”,等价于该方程关于 有两个不同的实根。
- 构造函数分析:构造辅助函数 ,利用导数工具研究其单调性、极值以及在无穷远处的趋势(渐近线)。
- 数形结合判定:通过水平直线 与函数 的交点情况,确定 与极大值及渐近线的数值关系。
✅【答案】
点击查看答案
D
✍【详细解析】
Abstract
第一步:设切点并列出切线方程
设切点为 。
函数 的导数为 ,故在点 处的切线斜率 。
切线方程为:。
第二步:代入已知点 转化方程
因为切线经过点 ,代入方程得:
整理得:。
若过点 有两条切线,则上述关于 的方程有两个不同的实根。
第三步:构造函数并研究其性质
设辅助函数 ,求其导数:
。
令 ,得 。
- 当 时,, 单调递增;
- 当 时,, 单调递减。
故 在 处取得极大值(亦为最大值):
。
第四步:分析渐近线与根的个数
观察函数 的边界趋势:
- 当 时, 且 。由于指数函数的衰减速度远快于多项式的增长,可知 (且从正向趋近)。
- 当 时,。
第五步:确定 的取值范围
要使直线 与曲线 有两个不同的交点,根据函数图象(从 开始爬升至波峰 再下降至 ):
直线 必须位于 轴上方且低于波峰,即:
。
故选:D。
方法一:代数法(导数与函数零点)
设切点坐标为 。
对函数 求导得:
因此,过切点的切线方程为:
将已知点 代入切线方程得:
整理得:
过点 能作两条切线 关于 的方程 有两个不同的实数根。
设辅助函数 ,求导得:
- 当 时,, 单调递增;
- 当 时,, 单调递减。
因此, 在 处取得最大值:
- 当 时, 且 ;
- 当 时,。
若直线 与曲线 有两个不同的交点,则 必须满足:
方法二:数形结合法(切线族的几何分布)
切点为 时,切线方程为:
切线与直线 的交点纵坐标为:
过点 能作两条切线,即存在两个不同的切点 ,使得切线在 处的纵坐标均为 。
- 最高点(极大值):当切点为 时,切线在 处的交点纵坐标达到最高:
- 下边界(渐近线):当切点向左延伸()时,切线斜率趋于 ,在 处的交点纵坐标无限接近 但恒大于 。
当 介于下界 与上界 之间(即 )时,在 与 各有一个切点能使切线经过点 。
故选 D。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心模板:处理“切线条数”问题的通用流程:设切点 列方程 转化根的个数 构造函数研究极值与趋势。
- 几何直观:对于指数函数 ,存在一个有趣的“切线分布规律”:
- 点在曲线上方():无切线。
- 点在曲线上():仅 1 条切线(本身)。
- 点在曲线下方且在 轴上方():有 2 条切线。
- 点在 轴上或 轴下方():有 1 条切线。
- 避坑指南:在分析 的趋势时,务必注意函数值是趋近于 的。如果忽略了左侧的渐近线,极易漏掉 这一关键限制条件。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 变式思考:如果题目改为“过点 只能作曲线 的一条切线”,那么 满足什么关系?
(提示:根据上述分析,应满足 或 。)
- 能力提升:对于对数函数 ,过定点作切线的条数问题可以采用类似的构造函数法解决。注意对数函数的定义域限制。
🔗【关联脉络】
Multi column
知识锚点 (Nodes)
类题演练 (Links)