对于一个函数f(x)f(x)f(x)和一个点M(a,b)M(a,b)M(a,b),令s(x)=(x−a)2+(f(x)−b)2s(x)=(x-a)^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)P(x0,f(x0))是s(x)s(x)s(x)取到最小值的点,则称PPP是MMM在f(x)f(x)f(x)的“最近点”。
(2)对于f(x)=exf(x)=\mathrm{e}^xf(x)=ex,M(1,0)M(1,0)M(1,0),请判断是否存在一个点PPP,它是MMM在f(x)f(x)f(x)的“最近点”,且直线MPMPMP与y=f(x)y=f(x)y=f(x)在点PPP处的切线垂直;
内容提要:
已知条件:f(x)=exf(x)=\mathrm{e}^xf(x)=ex,M(1,0)M(1,0)M(1,0)
第一步:计算 s(x)和s′(x)s(x) 和 s'(x)s(x)和s′(x),求出最近点
s(x)=(x−1)2+e2xs(x)=(x-1)^2 + e^{2x}s(x)=(x−1)2+e2x;
s′(x)=2(x−1)+2e2xs'(x)=2(x-1)+2e^{2x}s′(x)=2(x−1)+2e2x;
可以观察出:s′(0)=0s'(0)=0s′(0)=0;
并且 2(x−1)2(x-1)2(x−1) 和 2e2x2e^{2x}2e2x 都是严格增函数,所以 s′(x)s'(x)s′(x) 也是严格增函数;
∴当x<0时s′(x)<0,x>0时s′(x)>0\therefore 当x\lt 0时s'(x) \lt 0, x\gt 0时s'(x) \gt 0∴当x<0时s′(x)<0,x>0时s′(x)>0;
∴x=0时,s(x)取得最小值\therefore x=0时,s(x)取得最小值∴x=0时,s(x)取得最小值;
P=(0,1)\large \colorbox{yellow}{\(P=(0,1)\)}P=(0,1)
已求得:P=(0,1)P=(0,1)P=(0,1)
第二步:判断垂直
MP的斜率为:0−11−0=−1\dfrac{0-1}{1-0}=-11−00−1=−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1f′(x)=ex⟹f′(0)=1⟹切线斜率为1;
直线MP与y=f(x)在点P处的切线垂直\large \colorbox{yellow}{\(直线MP与y=f(x)在点P处的切线垂直\)}直线MP与y=f(x)在点P处的切线垂直