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已知函数 f(x)=ex, 圆 Γ:x2+(y1)2=r2(r>0), 设 Γf(x) 的图像交于 A,B 两点.

  1. f(x)(1,e) 处的切线方程;
  2. 试判断线段 AB 的中点在第几象限, 并证明;
  3. 证明: 随着 r 的变化, 直线 AB 的斜率始终小于 1.
解答

  1. y=ex.
  2. 不妨设 BA 左侧. 如图 1, Γy=x+1 交于 A1,B1, 由对称性或者韦达定理可以知道 xA1+xB1=0. 对 B 而言, 因为 x<0x+1<ex<1, 所以 xB0<xB<xB1. 同理对 A 而言, 0<xA<xA1, 这样 xA+xB<xA1+xB1=0. 而显然有 yA+yB>0, 所以 AB 的中点 (xA+xB2,yA+yB2) 在第二象限.
  3. 证明A(lnt1,t1), B(lnt2,t2). 不妨设 0<t2<1<t1. 如图 2, 作 Γ 上的 A0(1t2,1lnt2), 则 kAB0=1. 要证 kAB<1, 只需要 A0A 左侧, 也即 yA0>f(xA0)e1t2+lnt21<0.g(t)=e1t+lnt1, 0<t<1, 则 g(t)=e1t+1t=et1ttet10, 从而 g(t)<g(1)=0, 这样得证!

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