2022 新高考Ⅰ卷 - 第15题 (填空题)

导数几何意义与过定点切线
前置知识回顾:公式与定理 (点击展开)
  • 导数的几何意义: 曲线 \( y = f(x) \) 在点 \( (x_0, f(x_0)) \) 处的切线方程为 \( y - f(x_0) = f'(x_0)(x - x_0) \)。
  • 过曲线外一点求切线: 必须先“设切点 \( (x_0, y_0) \)”,写出切线方程,再将已知定点坐标代入方程转化为关于切点 \( x_0 \) 的方程。

15. 若曲线 \( y = (x + a)\text{e}^x \) 有两条过坐标原点的切线,则 \( a \) 的取值范围是________________.

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思路与规范推导

破题思路全景图

求导:y' = (x + a + 1)eˣ
设切点为 (x₀, (x₀ + a)e^{x₀}) 写出切线方程
切线过坐标原点 (0, 0) 代入方程,利用 e^{x₀} ≠ 0 化简
整理得到关于 x₀ 的一元二次方程:x₀² + ax₀ - a = 0
有两条切线等价于 Δ = a² + 4a > 0,解得 (-∞, -4) ∪ (0, +∞)

单行道严密推导流

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第一步:求导数与切线方程

函数为 \( y = (x + a)\text{e}^x \),对其求导:

\[ y' = 1 \cdot \text{e}^x + (x + a)\text{e}^x = (x + a + 1)\text{e}^x \]

设切点坐标为 \( (x_0, y_0) \),其中 \( y_0 = (x_0 + a)\text{e}^{x_0} \)。

则切线方程为:

\[ y - (x_0 + a)\text{e}^{x_0} = (x_0 + a + 1)\text{e}^{x_0}(x - x_0) \]

第二步:代入原点坐标化简

因为切线过坐标原点 \( (0, 0) \),将 \( x = 0, y = 0 \) 代入切线方程:

\[ 0 - (x_0 + a)\text{e}^{x_0} = (x_0 + a + 1)\text{e}^{x_0}(0 - x_0) \]

因为对任意 \( x_0 \in \mathbf{R} \),恒有 \( \text{e}^{x_0} > 0 \),两边同除以 \( -\text{e}^{x_0} \):

\[ x_0 + a = x_0(x_0 + a + 1) \]

展开并移项整理为关于切点横坐标 \( x_0 \) 的一元二次方程:

\[ x_0 + a = x_0^2 + (a + 1)x_0 \implies x_0^2 + ax_0 - a = 0 \]

第三步:利用判别式求解取值范围

曲线有两条过坐标原点的切线,等价于关于 \( x_0 \) 的方程 \( x_0^2 + ax_0 - a = 0 \) 有两个不同的实数根。

因此判别式必须严格大于 0:

\[ \Delta = a^2 - 4 \times 1 \times (-a) = a^2 + 4a > 0 \]

解二次不等式 \( a(a + 4) > 0 \),得:

\[ a > 0 \quad \text{或} \quad a < -4 \]

因此 \( a \) 的取值范围为 \( (-\infty, -4) \cup (0, +\infty) \)。

易错分水岭警示

代错原点: 误将原点 \( (0,0) \) 当成切点代入求导公式,直接去算 \( f'(0) \),彻底违背“过点切线”基本概念。

符号搞错: 化简方程时将 \( -(-a) \) 算成 \( -4a \),导致判别式算成 \( a^2 - 4a > 0 \)。

最终答案核对

解析阅读完毕,点击核对最终答案
(-∞, -4) ∪ (0, +∞)

核心模型与结论

过定点求切线“设切点转化判别式”模型:切线条数 ⇔ 切点个数 ⇔ 关于切点横坐标 \( x_0 \) 的代数方程根的个数。

易错警示与避坑

切点不在原点!切记切线“过”原点不代表在原点相切,绝不可把 \( x=0 \) 代入导函数!

高分技法与秒杀

秒杀因式分解法:过原点切线满足 \( \frac{f(x_0)}{x_0} = f'(x_0) \implies \frac{x_0+a}{x_0} = x_0+a+1 \implies x_0^2 + ax_0 - a = 0 \)。二次项系数 1,直接 \( \Delta = a^2 + 4a > 0 \implies a(a+4)>0 \),30 秒搞定!

诊断与进阶指南

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