直线和曲线相切,曲线和曲线相切

一、相切模型

模型函数\(y=kx\)与函数\(y=lnx\)相切于点\(Q\),求点\(Q\)的坐标。\((e,1)\)

分析:设函数\(y=kx\)与函数\(y=lnx\)切点为\(Q(x_0,y_0)\),则有

\(\begin{cases} y_0=kx_0 \\ y_0=lnx_0 \\ k=f'(x_0)=\cfrac{1}{x_0}\end{cases}\);

从而解得\(x_0=e,y_0=1,k=\cfrac{1}{e}\),故切点\(Q\)的坐标为\((e,1)\)


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二、直线和曲线相切

例1若方程\(\sqrt{3-\cfrac{3}{4}x^2}-m=x\)有实根,则实数\(m\)的取值范围是________.

【分析】将原本数的问题,转化为形的问题,即两个函数的图像有交点的问题,从形上来处理解决。

【解答】由题目可知,方程\(\sqrt{3-\frac{3}{4}x^2}=x+m\)有实根,

即函数\(y=f(x)=\sqrt{3-\frac{3}{4}x^2}\)和函数\(y=x+m\)的图像有交点,

其中函数\(y=\sqrt{3-\frac{3}{4}x^2}\)的图像是椭圆\(\cfrac{x^2}{4}-\cfrac{y^2}{3}=1\)的上半部分,

函数\(y=x+m\)的图像是动态的直线,

在同一个坐标系中做出两个函数的图像,由图像可知,

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由图可知,直线和椭圆相交的一个位置是过点\((2,0)\),代入求得\(m=-2\);

另一个相交的临界位置是直线和函数\(y=f(x)=\sqrt{3-\frac{3}{4}x^2}\)在第二象限的部分相切,

设切点坐标\((x_0,y_0)\),

则有\(f'(x)=[(3-\frac{3}{4}x^2)^{\frac{1}{2}}]'=\frac{1}{2}\cdot (3-\frac{3}{4}x^2)^{-\frac{1}{2}}\cdot (3-\frac{3}{4}x^2)'\)

\(=\frac{1}{2}\cdot \frac{1}{\sqrt{3-\frac{3}{4}x^2}}\cdot (-\frac{3}{4}\cdot (2x))\)

\(= \frac{1}{\sqrt{3-\frac{3}{4}x^2}}\cdot (-\frac{3x}{4})\)

则\(f'(x_0)=\frac{-\frac{3x}{4}}{\sqrt{3-\frac{3}{4}x^2}}=1(x_0<0)\)

即\(-\frac{3x}{4}=\sqrt{3-\frac{3}{4}x^2}\),两边平方整理得到,

\(x_0^2=\frac{16}{7}\),即\(x_0=-\frac{4}{\sqrt{7}}\),

代入函数\(y=f(x)=\sqrt{3-\frac{3}{4}x^2}\),得到\(y_0=\frac{3}{\sqrt{7}}\)

即切点为\((-\frac{4}{\sqrt{7}},\frac{3}{\sqrt{7}})\)

将切点代入直线,得到\(m=\sqrt{7}\),

结合图像可知\(m\)的取值范围是\([\sqrt{7},2]\)。

【点评】:①本题目的难点一是将数的问题转化为形的问题求解,其中转化得到半个椭圆也是难点。

②难点二是求直线和椭圆相切时的切点坐标,求导很容易出错的,需要特别注意。

三、曲线和曲线相切

例2【2017西安模拟】 已知函数\(f(x)=kx^2-lnx\)有两个零点,求参数\(k\)的取值范围。

A、\(k>\cfrac{e}{2}\) \(\hspace{2cm}\) B、\(0< k<\sqrt{e}\) \(\hspace{2cm}\) C、\(k>\cfrac{\sqrt{2}e}{2}\) \(\hspace{2cm}\) D、 \(0< k<\cfrac{1}{2e}\)

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