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10函数与初等函数★★★★☆
已知函数 f(x)=x2+ex−12f(x) = x^2 + \mathrm{e}^x - \frac{1}{2}(x<0x < 0) 与 g(x)=x2+ln⁡(x+a)g(x) = x^2 + \ln\left(x + a\right) 的图象上存在关于 yy 轴对称的点,则 aa 的取值范围是( )
\begin{answer} B \end{answer}
\begin{solution} 取函数 ff 图象上的点 (x,f(x))(x,f(x)),其中 x<0x<0. 其关于 yy 轴的对称点为 (−x,f(x))(-x,f(x)),要在 gg 的图象上,就必须满足
x2+ex−12=x2+ln⁡(a−x)x^2+\mathrm{e}^x-\frac12=x^2+\ln(a-x)
因此 a=x+exp⁡(ex−12)a=x+\exp\left(\mathrm{e}^x-\frac12\right),x<0x<0. 记 h(x)=x+exp⁡(ex−12)h(x)=x+\exp(\mathrm{e}^x-\frac12). 则
h′(x)=1+exexp⁡(ex−12)>0h'(x)=1+\mathrm{e}^x\exp\left(\mathrm{e}^x-\frac12\right)>0
所以 hh 在 (−∞,0)(-\infty,0) 上严格递增. 又 lim⁡x→−∞h(x)=−∞\lim_{x\to-\infty}h(x)=-\infty,lim⁡x→0−h(x)=exp⁡(12)=e\lim_{x\to0^-}h(x)=\exp\left(\frac12\right)=\sqrt{\mathrm{e}}. 由于 x=0x=0 不在取值范围内,hh 的值域为 (−∞,e)(-\infty,\sqrt{\mathrm{e}}). 故选 B. \end{solution}
A.
(−∞,1e)\left(-\infty, \frac{1}{\sqrt{\mathrm{e}}}\right)
B.
(−∞,e)\left(-\infty, \sqrt{\mathrm{e}}\right)
C.
(−1e,e)\left(-\frac{1}{\sqrt{\mathrm{e}}}, \sqrt{\mathrm{e}}\right)
D.
(−e,1e)\left(-\sqrt{\mathrm{e}}, \frac{1}{\sqrt{\mathrm{e}}}\right)

2014 · 湖南 · 理 · 第 10 题 · 选择题

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20导数及其应用★★★★☆
某企业接到生产 30003000 台某产品的 AA,BB,CC 三种部件的订单,每台产品需要这三种部件的数量分别为 22,22,11(单位:件). 已知每个工人每天可生产 AA 部件 66 件,或 BB 部件 33 件,或 CC 部件 22 件. 该企业计划安排 200200 名工人分成三组分别生产这三种部件,生产 BB 部件的人数与生产 AA 部件的人数成正比,比例系数为 kk(kk 为正整数).
(1) 设生产 AA 部件的人数为 xx,分别写出完成 AA,BB,CC 三种部件生产需要的时间; (2) 假设这三种部件的生产同时开工,试确定正整数 kk 的值,使完成订单任务的时间最短,并给出时间最短时具体的人数分组方案.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 生产三种部件分别需要 TA(x)=3000⋅26x=1000xT_A(x)=\frac{3000\cdot2}{6x}=\frac{1000}{x},TB(x)=3000⋅23kx=2000kxT_B(x)=\frac{3000\cdot2}{3kx}=\frac{2000}{kx}
TC(x)=30002[200−(1+k)x]=1500200−(1+k)xT_C(x)=\frac{3000}{2[200-(1+k)x]} =\frac{1500}{200-(1+k)x}
其中 x∈N∗x\in\mathbf N^*,且 (1+k)x<200(1+k)x<200.
\item 完成订单所需时间为
T=max⁡{TA(x),TB(x),TC(x)}T=\max\{T_A(x),T_B(x),T_C(x)\}
先考察 k=1k=1. 当 x⩽72x\leqslant72 时,
T⩾TB(x)=2000x⩾200072=2509T\geqslant T_B(x)=\frac{2000}{x}\geqslant\frac{2000}{72}=\frac{250}{9}
当 x⩾73x\geqslant73 时,200−2x⩽54200-2x\leqslant54,故
T⩾TC(x)=1500200−2x⩾150054=2509T\geqslant T_C(x)=\frac{1500}{200-2x}\geqslant\frac{1500}{54}=\frac{250}{9}
当 k=2k=2 时, TA(x)=TB(x)=1000xT_A(x)=T_B(x)=\frac{1000}{x},TC(x)=1500200−3xT_C(x)=\frac{1500}{200-3x},x⩽66x\leqslant66. 若 x⩽44x\leqslant44,则
T⩾1000x⩾100044=25011T\geqslant\frac{1000}{x}\geqslant\frac{1000}{44}=\frac{250}{11}
取 x=44x=44 时, TA=TB=25011T_A=T_B=\frac{250}{11},TC=150068=37517<25011T_C=\frac{1500}{68}=\frac{375}{17}<\frac{250}{11}. 若 x⩾45x\geqslant45,则
T⩾TC(x)⩾1500200−3⋅45=30013>25011T\geqslant T_C(x)\geqslant\frac{1500}{200-3\cdot45} =\frac{300}{13}>\frac{250}{11}
所以 k=2k=2 时最小时间为 25011\frac{250}{11},人数分组为 x=44x=44,kx=88kx=88,200−(1+k)x=68200-(1+k)x=68.
最后考察 k⩾3k\geqslant3. 此时 TB(x)⩽TA(x)T_B(x)\leqslant T_A(x),且可行的 xx 范围包含在 k=3k=3 的可行范围内,而 TC(x)T_C(x) 随 kk 增大而不减. 对 k=3k=3,若 x⩽36x\leqslant36,则
T⩾TA(x)⩾100036=2509T\geqslant T_A(x)\geqslant\frac{1000}{36}=\frac{250}{9}
若 x⩾37x\geqslant37,则
T⩾TC(x)⩾1500200−4⋅37=37513>2509T\geqslant T_C(x)\geqslant\frac{1500}{200-4\cdot37} =\frac{375}{13}>\frac{250}{9}
因此所有 k⩾3k\geqslant3 都有 T⩾2509>25011T\geqslant\frac{250}{9}>\frac{250}{11}. 综上,最优值为 k=2k=2,最短时间为 25011\frac{250}{11} 天,方案为 AA,BB,CC 三组分别 4444,8888,6868 人. \end{enumerate} \end{solution}

2012 · 湖南 · 理 · 第 20 题 · 解答题

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21解析几何★★★★☆
在直角坐标系 xOyxOy 中,曲线 C1C_1 上的点均在圆 C2:(x−5)2+y2=9C_2:(x-5)^2+y^2=9 外,且对 C1C_1 上任意一点 MM,MM 到直线 x=−2x=-2 的距离等于该点与圆 C2C_2 上点的距离的最小值.
(1) 求曲线 C1C_1 的方程; (2) 设 P(x0,y0)P(x_0,y_0)(y0≠±3y_0\neq\pm3)为圆 C2C_2 外一点,过 PP 作圆 C2C_2 的两条切线,分别与曲线 C1C_1 相交于点 AA,BB 和 CC,DD. 证明:当 PP 在直线 x=−4x=-4 上运动时,四点 AA,BB,CC,DD 的纵坐标之积为定值.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 设 M(x,y)M(x,y) 为 C1C_1 上一点. 因为 MM 在圆 C2C_2 外,MM 到圆上点的最小距离等于 MM 到圆心 O(5,0)O(5,0) 的距离减去半径 33,即
(x−5)2+y2−3\sqrt{(x-5)^2+y^2}-3
题设给出
∣x+2∣=(x−5)2+y2−3|x+2|=\sqrt{(x-5)^2+y^2}-3
若 x⩽−2x\leqslant-2,则 ∣x+2∣=−x−2|x+2|=-x-2,从而
(x−5)2+y2=1−x\sqrt{(x-5)^2+y^2}=1-x
平方得 (x−5)2+y2=(1−x)2(x-5)^2+y^2=(1-x)^2,y2=8x−24<0y^2=8x-24<0 矛盾. 因此 x>−2x>-2,于是 ∣x+2∣=x+2|x+2|=x+2,有
(x−5)2+y2=x+5\sqrt{(x-5)^2+y^2}=x+5
平方整理得 (x−5)2+y2=(x+5)2(x-5)^2+y^2=(x+5)^2,y2=20xy^2=20x. 反之,曲线 y2=20xy^2=20x 上的点满足 x⩾0x\geqslant0,代回等式可验证确在圆外且满足距离条件. 故
C1:y2=20xC_1:y^2=20x
\item 设 P=(−4,y0)P=(-4,y_0),其中 y0≠±3y_0\neq\pm3. 直线 x=−4x=-4 到圆心的距离为 99,不可能是切线;水平直线 y=y0y=y_0 只有在 y0=±3y_0=\pm3 时才与圆相切,也已被题设排除. 因此两条切线的斜率均为有限非零数,过 PP 的这类直线可写成
y−y0=k(x+4)y-y_0=k(x+4)
将 x=y−y0k−4x=\frac{y-y_0}{k}-4 代入 y2=20xy^2=20x,得
ky2−20y+20y0+80k=0ky^2-20y+20y_0+80k=0
因此该直线与抛物线交点的两个纵坐标之积为
20(y0+4k)k\frac{20(y_0+4k)}{k}
设两条切线的斜率为 k1k_1,k2k_2. 切线与圆
(x−5)2+y2=9(x-5)^2+y^2=9
相切的条件是圆心到直线
kx−y+4k+y0=0kx-y+4k+y_0=0
的距离等于 33,即
∣9k+y0∣k2+1=3\frac{|9k+y_0|}{\sqrt{k^2+1}}=3
平方整理为
72k2+18y0k+y02−9=072k^2+18y_0k+y_0^2-9=0
故 k1+k2=−y04k_1+k_2=-\frac{y_0}{4},k1k2=y02−972k_1k_2=\frac{y_0^2-9}{72}. 四个交点纵坐标的乘积为
20(y0+4k1)k1⋅20(y0+4k2)k2=400y02+4y0(k1+k2)+16k1k2k1k2\frac{20(y_0+4k_1)}{k_1}\cdot \frac{20(y_0+4k_2)}{k_2} =400\frac{y_0^2+4y_0(k_1+k_2)+16k_1k_2}{k_1k_2}
代入 k1+k2k_1+k_2 与 k1k2k_1k_2,得
4001672(y02−9)y02−972=6400400\frac{\frac{16}{72}(y_0^2-9)} {\frac{y_0^2-9}{72}} =6400
所以该乘积为定值 64006400. \end{enumerate} \end{solution}

2012 · 湖南 · 理 · 第 21 题 · 解答题

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19导数及其应用★★★★☆
设 t≠0t \neq 0,点 P(t,0)P(t,0) 是函数 f(x)=x3+axf(x) = x^3 + ax 与 g(x)=bx2+cg(x) = bx^2 + c 的图象的一个公共点,两函数的图象在点 PP 处有相同的切线.
(1) 用 tt 表示 aa,bb,cc; (2) 若函数 y=f(x)−g(x)y = f(x) - g(x) 在 (−1,3)(-1, 3) 上单调递减,求 tt 的取值范围.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 记 h(x)=f(x)−g(x)h(x)=f(x)-g(x). 因为 P(t,0)P(t,0) 在两条曲线上,所以 t3+at=0t^3+at=0,bt2+c=0bt^2+c=0. 又因为两条曲线在 PP 处有相同的切线,所以切线斜率相等,即 f′(t)=g′(t)f'(t)=g'(t),3t2+a=2bt3t^2+a=2bt. 由 t≠0t\neq0,第一式给出 a=−t2a=-t^2. 将其代入斜率关系,得 2t2=2bt2t^2=2bt,所以 b=tb=t. 再由 bt2+c=0bt^2+c=0,得 c=−t3c=-t^3. 因此 a=−t2a=-t^2,b=tb=t,c=−t3c=-t^3.
\item 代入所得参数,
h(x)=x3−tx2−t2x+t3=(x−t)2(x+t)h(x)=x^3-tx^2-t^2x+t^3=(x-t)^2(x+t)
从而
h′(x)=3x2−2tx−t2=(3x+t)(x−t)h'(x)=3x^2-2tx-t^2=(3x+t)(x-t)
函数 h(x)h(x) 在 (−1,3)(-1,3) 上单调递减,要求 h′(x)⩽0h'(x)\leqslant0 在该区间上成立. 因为 h′(x)h'(x) 是开口向上的二次函数,所以区间 (−1,3)(-1,3) 必须位于两个零点之间.
当 t>0t>0 时,两个零点为 −t3-\frac{t}{3} 和 tt,且 −t3<t-\frac{t}{3}<t. 要使 (−1,3)(-1,3) 位于两根之间,需 −t3⩽−1-\frac{t}{3}\leqslant-1,t⩾3t\geqslant3 这等价于 t⩾3t\geqslant3.
当 t<0t<0 时,两个零点为 tt 和 −t3-\frac{t}{3},且 t<−t3t<-\frac{t}{3}. 此时需 t⩽−1t\leqslant-1,−t3⩾3-\frac{t}{3}\geqslant3 这等价于 t⩽−9t\leqslant-9.
当 t=3t=3 或 t=−9t=-9 时,导数为零的点分别是区间端点,开区间 (−1,3)(-1,3) 内仍有 h′(x)<0h'(x)<0. 故 tt 的取值范围为
(−∞,−9]∪[3,+∞)(-\infty,-9]\cup[3,+\infty)
\end{enumerate} \end{solution}

2005 · 湖南 · 文 · 第 19 题 · 解答题

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