1733

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在平面直角坐标系 xOy 中, 曲线 Γ1:y=ax (a>1)与 Γ2:xy=m (m>0)交于点 A.

  1. 当 a=e 时, 求曲线 Γ1 在 (0,1) 的切线方程;
  2. 若直线 OA 与 Γ1 相切于点 A, 求 am 的值;
  3. 若直线 OA 与 Γ1 交于另一点 B, 且 |OB|≥2|OA|, 求 am 的取值范围.
解

  1. 是 y=x+1.
  2. 记 A(x0,ax0), f(x)=ax, 则 f(x) 在 A 处的切线为 y−ax0=ax0ln⁡a(x−x0), 代入 (0,0): x0=1ln⁡a.
    另一方面 A 在 Γ2 上, 所以 m=ax0x0. 这样 mln⁡a=ax01ln⁡aln⁡a=eln⁡a⋅x0=e⇒am=ee.
  3. 设 A(x1,y1), B(x2,y2), lAB:y=kx. 再记 t=x2x1=OBOA≥2. 这样 k=y2x2=y1x1⇒ax2x2=ax1x1, 消去 x2 得 x1=ln⁡t(t−1)ln⁡a, 所以 ln⁡x1=ln⁡ln⁡t−ln⁡(t−1)−ln⁡ln⁡a, ln⁡y1=x1ln⁡a=ln⁡tt−1, ln⁡m=ln⁡x1+ln⁡y1=ln⁡(ln⁡tt−1)+ln⁡tt−1−ln⁡ln⁡a. 这样 am=emln⁡a=eeln⁡m+ln⁡ln⁡a=exp⁡(exp⁡(ln⁡(ln⁡tt−1)+ln⁡tt−1)). 记 g(t)=ln⁡tt−1, 则 g′(t)=1−1t−ln⁡t(t−1)2≤0, 于是 g(t)≤g(2)=ln⁡2. 这样 am=exp⁡(exp⁡(ln⁡g(t)+g(t)))≤exp⁡(exp⁡(ln⁡ln⁡2+ln⁡2))=exp⁡(2ln⁡2)=4. 而 m>0, a>1, 所以 am>1.
    综上, am∈(1,4].