问题 解答题
已知函数f(x)=
1
x
+clnx
的图象与x轴相切于点S(s,0).
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
(Ⅱ)若函数f(x)的图象与过坐标原点O的直线l相切于点T(t,f(t)),且f(t)≠0,证明:1<t<e;(注:e是自然对数的底)
(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,记直线ST的倾斜角为α,试证明:
π
4
<α<
12
答案

(Ⅰ)由f(x)=

1
x
+clnx,得f(x)=-
1
x2
+
c
x
.…(1分)

∵函数f(x)=

1
x
+clnx的图象与x轴相切于点S(s,0),

f(s)=-

1
s2
+
c
s
=
cs-1
s2
=0,…①且f(s)=
1
s
+clns=0
….②…(2分)

联立①②得c=e,s=

1
e
.…(3分)

f(x)=

1
x
+elnx.…(4分)

(Ⅱ)证明:f(x)=-

1
x2
+
e
x

∵函数f(x)=

1
x
+clnx的图象与直线l相切于点T(t,f(t)),直线l过坐标原点O,

∴直线l的方程为:y=(-

1
t2
+
e
t
)x,

又∵T在直线l上,∴实数t必为方程

2
t
+elnt-e=0….③的解.…(5分)

g(t)=

2
t
+elnt-e,则g(t)=-
2
t2
+
e
t
=
et-2
t2

解g′(t)>0得t>

2
e
,g′(t)<0得0<t<
2
e

∴函数y=g(t)在(0,

2
e
]递减,在(
2
e
,+∞)
递增.…(7分)

g(

1
e
)=0,且函数y=g(t)在(0,
2
e
)
递减,

t=

1
e
是方程
2
t
+elnt-e=0
在区间(0,
2
e
]
内的唯一一个解,

又∵f(

1
e
)=0,∴t=
1
e
不合题意,即t>
2
e
.…(8分)

∵g(1)=2-e<0,g(e)=

2
e
>0,函数y=g(t)在(
2
e
,+∞)
递增,

∴必有1<t<e.…(9分)

(Ⅲ)证明:∵T(t,f(t)),S(

1
e
,0)

tanα=kST=

f(t)-0
t-s
=
1
t
+elnt
t-
1
e

由③得tanα=

1
t
+elnt
t-
1
e
=
e
t
,…(10分)

∵t>0,且0≤α<π,∴0<α<

π
2

∵1<t<e,∴1<tanα=

e
t
<e,…(11分)

tan

π
4
=1,tan
12
=tan(
π
6
+
π
4
)=
tan
π
6
+tan
π
4
1-tan
π
6
tan
π
4
=2+
3
>e
,…(13分)

tan

π
4
<tanα<tan
12

∵y=tanx在(0,

π
2
)单调递增,∴
π
4
<α<
12
.…(14分)

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