(本小题满分 14 分) 已知函数 f(x)= e ^ x…——2013 高考数学第 21 题答案解析

2013_退役省自主命题 (2013·文)

2013 全国 第 21 题 解答题 区分题
2013_退役省自主命题 (2013·文)

21.(本小题满分 14 分)
已知函数 $f(x)=\mathrm{e}^{x}, x \in \boldsymbol{R}$.
(I)求 $f(x)$ 的反函数的图象上图象上点 $(1,0)$ 处的切线方程;
(II)证明:曲线 $\mathrm{y}=\mathrm{f}$( x )与曲线 $y=\frac{1}{2} x^{2}+x+1$ 有唯一公共点.
(III)设 $\mathrm{a}<\mathrm{b}$,比较 $f\left(\frac{a+b}{2}\right)$ 与 $\frac{f(b)-f(a)}{b-a}$ 的大小,并说明理由。

参考答案

(I) $\mathrm{f}(\mathrm{x})$ 的反函数 $g(x)=\ln x$,则 $\mathrm{y}=\mathrm{g}(\mathrm{x})$ 过点 $(1,0)$ 的切线斜率 $\mathrm{k}=\mathrm{g}^{\prime}(1)$. $\mathrm{g}^{\prime}(\mathrm{x})=\frac{1}{\mathrm{x}} \Rightarrow k=\mathrm{g}^{\prime}(1)=1$.过点 $(1,0)$ 的切线方程为:$y=x^{-} 1$ (II)曲线 $y=e^{x}$ 与曲线 $y=\frac{1}{2} x^{2}+x+1$ 公共点个数等于函数 $\varphi(x)=e^{x}-\frac{1}{2} x^{2}-x-1$ 零点的个数。 $\because \varphi(0)=1-1=0, \therefore \varphi(x)$ 存在零点 $x=0$,又.$\varphi^{\prime}(x)=e^{x}-x-1$,令 $\mathrm{h}(x)=\varphi^{\prime}(x)$, 可求得 $\mathrm{h}(x)=\varphi^{\prime}(x)$ 在 $\mathrm{x}=0$ 处有唯一的极小值 0,即 $\varphi^{\prime}(x) \geq 0$

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【解析】本题涉及函数与导数,为压轴题。本题第一问涉及了求导与指数函数的反函数。属于导函数的基本应用,体现了压轴题的低切入点特征。本题第二问考查曲线与曲线的公共点个数,到了第二问,考查难度平稳提升。第三问比较大小可采用作差构造,再求导,并综合考察基本不等式的应用。第三问考查细致入微,需要思考分析。具有一定的区分度。本题命题常规,难度大。

【答案】(I) $\mathrm{f}(\mathrm{x})$ 的反函数 $g(x)=\ln x$,则 $\mathrm{y}=\mathrm{g}(\mathrm{x})$ 过点 $(1,0)$ 的切线斜率 $\mathrm{k}=\mathrm{g}^{\prime}(1)$.
$\mathrm{g}^{\prime}(\mathrm{x})=\frac{1}{\mathrm{x}} \Rightarrow k=\mathrm{g}^{\prime}(1)=1$.过点 $(1,0)$ 的切线方程为:$y=x^{-} 1$
(II)曲线 $y=e^{x}$ 与曲线 $y=\frac{1}{2} x^{2}+x+1$ 公共点个数等于函数 $\varphi(x)=e^{x}-\frac{1}{2} x^{2}-x-1$ 零点的个数。

$\because \varphi(0)=1-1=0, \therefore \varphi(x)$ 存在零点 $x=0$,又.$\varphi^{\prime}(x)=e^{x}-x-1$,令 $\mathrm{h}(x)=\varphi^{\prime}(x)$,
可求得 $\mathrm{h}(x)=\varphi^{\prime}(x)$ 在 $\mathrm{x}=0$ 处有唯一的极小值 0,即 $\varphi^{\prime}(x) \geq 0$
故曲线 $\mathrm{y}=\mathrm{f}$( x )与曲线 $y=\frac{1}{2} x^{2} \div x+1$ 有唯一公共点。
(III)设 $\frac{f(b)-f(a)}{b-a}-f\left(\frac{a+b}{2}\right)=\frac{e^{b}-e^{a}}{b-a}-e^{\frac{a+b}{2}}=$
$=\frac{e^{b}-e^{a}-b e^{\frac{a+b}{2}}+a e^{\frac{a+b}{2}}}{b-a}=\frac{e^{\frac{a+b}{2}}}{b-a} \cdot\left[e^{\frac{b-a}{2}}-e^{\frac{a-b}{2}}-(b-a)\right]$
设函数 $u(x)=e^{x}-\frac{1}{e^{x}}-2 x(x \geq 0)$,则 $u^{\prime}(x)=e^{x}+\frac{1}{e^{x}}-2 \geq 2 \sqrt{e^{x} \times \frac{1}{e^{x}}}-2=0$,
$\therefore u^{\prime}(x) \geq 0$(仅当 $\mathrm{x}=0$ 时等号成立),$\therefore u(x)$ 单调谜增。

当 $x>0$ 时,$u(x)>u(0)=0$.令 $x=\frac{b-a}{2}$,则 $e^{\frac{b-a}{2}}-e^{\frac{a-b}{2}}-(b-a)>0$
$\therefore \frac{f(b)-f(a)}{b-a}>f\left(\frac{a+b}{2}\right)$。
【考点定位】本题考查函数、导数、不等式、参数等问题。属于难题。

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✅ 来源:2013年 · 全国 · 2013_退役省自主命题 (2013·文) · 第 21 题 · 本题已通过人工审核与系统自动校验

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