24年上海卷 第21题(压轴题)

对于一个函数f(x)f(x)和一个点M(a,b)M(a,b),令s(x)=(xa)2+(f(x)b)2s(x)=(x-a)^2+(f(x)-b)^2,若P(x0,f(x0))P\left(x_0,f(x_0)\right)s(x)s(x)取到最小值的点,则称PPMMf(x)f(x)的“最近点”。

(2)对于f(x)=exf(x)=\mathrm{e}^xM(1,0)M(1,0),请判断是否存在一个点PP,它是MMf(x)f(x)的“最近点”,且直线MPMPy=f(x)y=f(x)在点PP处的切线垂直;

第二问

内容提要:

  1. 计算 s(x)s(x)s(x) 和 s'(x),求出最近点
  2. 判断垂直

已知条件:f(x)=exf(x)=\mathrm{e}^xM(1,0)M(1,0)

第一步:计算 s(x)s(x)s(x) 和 s'(x),求出最近点

s(x)=(x1)2+e2xs(x)=(x-1)^2 + e^{2x};

s(x)=2(x1)+2e2xs'(x)=2(x-1)+2e^{2x};

可以观察出:s(0)=0s'(0)=0

并且 2(x1)2(x-1)2e2x2e^{2x} 都是严格增函数,所以 s(x)s'(x) 也是严格增函数;

x<0s(x)<0,x>0s(x)>0\therefore 当x\lt 0时s'(x) \lt 0, x\gt 0时s'(x) \gt 0

x=0时,s(x)取得最小值\therefore x=0时,s(x)取得最小值

P=(0,1)\large \colorbox{yellow}{\(P=(0,1)\)}

已知条件:f(x)=exf(x)=\mathrm{e}^xM(1,0)M(1,0)

已求得:P=(0,1)P=(0,1)

第二步:判断垂直

MP的斜率为:0110=1\dfrac{0-1}{1-0}=-1

f(x)=ex    f(0)=1    切线斜率为1f'(x)=e^x\implies f'(0)=1\implies切线斜率为1

直线MPy=f(x)在点P处的切线垂直\large \colorbox{yellow}{\(直线MP与y=f(x)在点P处的切线垂直\)}

对于一个函数f(x)f(x)和一个点M(a,b)M(a,b),令s(x)=(xa)2+(f(x)b)2s(x)=(x-a)^2+(f(x)-b)^2,若P(x0,f(x0))P\left(x_0,f(x_0)\right)s(x)s(x)取到最小值的点,则称PPMMf(x)f(x)的“最近点”。

(2)对于f(x)=exf(x)=\mathrm{e}^xM(1,0)M(1,0),请判断是否存在一个点PP,它是MMf(x)f(x)的“最近点”,且直线MPMPy=f(x)y=f(x)在点PP处的切线垂直;

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