(本小题满分14分)
已知函数。
(1)若曲线在点处的切线平行(或重合)于轴,求函数的单调区间;
(2)试确定的取值范围,使得曲线上存在唯一的点,曲线在该点处的切线与曲线只有一个公共点。
(1)由于,曲线在点处切线斜率,所以,即。
此时,由得。
当时,有;当时,有。
所以的单调递减区间为,单调递增区间为。
说明:原题为平行于轴,并无重合,但求出切线后,发现和轴重合。
(2)设点,曲线在点处的切线方程为,
令,则“曲线在点处的切线与曲线只有一个公共点”等价于“函数有唯一零点”。
因为,且。
(i)若,当时,,则时,;
当时,,则时,。故只有唯一零点。
由的任意性,不合题意。
(ii)若,令,则,。
令,得,记,则当时,,从而在内单调递减;
当时,,从而在内单调递增。
①若,由时,;
时,。
知在上单调递增。
所以函数在上有且只有一个零点。
②若,由于在内单调递增,且,则当时有
,;
任取有。
又当时,易知
其中,。
由于,则必存在,使得。
所以,故在内存在零点。即在上至少有两个零点。
③若,仿②并利用,可证函数在上至少有两个零点。
综上所述,当时,曲线上存在唯一点,曲线在该点处的切线与曲线只有一个公共点。
曲线的切线不一定只与曲线有一个交点,这是这道题提示我们的,即切线只是局部逼近。根据题意列出切线方程,与函数方程作差,得到一个函数(含参),我们分析它的零点个数即可确定交点个数。设切点为,由于在切点处,我们希望的单调性满足使其只有一个根。,记为,则,这个时候,单调性应该已经了然了(因为它的正负号容易判断)。若,则,即在定义域上单调递增,又由,此时可以判断的单调性;若,则在各个区间上的正负号可以得出,从而判断的单调性,又结合,可知要对区间端点与作分类讨论,得出的单调性。最后结合单调性和各端点的值判断的零点的个数。
本题主要考查导数在函数中的应用。
(1)利用在切线斜率为0求出值,从而利用导函数和极值点求出单调区间;
(2)设出切线的方程,并对进行分类讨论,联立方程,讨论方程只有一个解的情况,从而求解出的取值范围。