问题 解答题
已知函数f(x)=x+
t
x
(t>0)
和点P(1,0),过点P作曲线y=f(x)的两条切线PM、PN,切点分别为M、N.
(Ⅰ)设|MN|=g(t),试求函数g(t)的表达式;
(Ⅱ)是否存在t,使得M、N与A(0,1)三点共线.若存在,求出t的值;若不存在,请说明理由.
(Ⅲ)在(Ⅰ)的条件下,若对任意的正整数n,在区间[2,n+
64
n
]
内总存在m+1个实数a1,a2,…,am,am+1,使得不等式g(a1)+g(a2)+…+g(am)<g(am+1)成立,求m的最大值.
答案

(Ⅰ)设M、N两点的横坐标分别为x1、x2

f′(x)=1-

t
x2

∴切线PM的方程为:y-(x1+

t
x1
)=(1-
t
x12
)(x-x1),

又∵切线PM过点P(1,0),∴有0-(x1+

t
x1
)=(1-
t
x12
)(1-x1),

即x12+2tx1-t=0,(1)

同理,由切线PN也过点P(1,0),得x22+2tx2-t=0.(2)

由(1)、(2),可得x1,x2是方程x2+2tx-t=0的两根,∴

x1+x2=-2t
x1x2=-t.
(*)|MN|=
(x1-x2)2+(x1+
t
x1
-x2-
t
x2
)
2

=

[(x1+x2)2-4x1x2][1+(1-
t
x1x2
)
2
]

把(*)式代入,得|MN|=

20t2+20t

因此,函数g(t)的表达式为g(t)=

20t2+20t
(t>0).

(Ⅱ)当点M、N与A共线时,kMA=kNA

x1+
t
x1
-1
x1-0
=
x2+
t
x2
-1
x2-0
,即
x12+t-x1
x12
=
x22+t-x2
x22

化简,得(x2-x1)[t(x2+x1)-x1x2]=0

∵x1≠x2,∴t(x2+x1)=x2x1.(3)

把(*)式代入(3),解得t=

1
2

∴存在t,使得点M、N与A三点共线,且t=

1
2

(Ⅲ)知g(t)在区间[2 , n+

64
n
]上为增函数,

g(2)≤g(ai)≤g(n+

64
n
)(i=1,2,,m+1),

m•g(2)≤g(a1)+g(a2)++g(am)≤m•g(n+

64
n
).

依题意,不等式m•g(2)<g(n+

64
n
)对一切的正整数n恒成立,

m

20•22+20•2
20(n+
64
n
)2+20(n+
64
n
)

m<

1
6
[(n+
64
n
)2+(n+
64
n
)]
对一切的正整数n恒成立.

n+

64
n
≥16,∴
1
6
[(n+
64
n
)2+(n+
64
n
)]
1
6
[162+16]
=
136
3

m<

136
3
.由于m为正整数,∴m≤6.

又当m=6时,存在a1=a2═am=2,am+1=16,对所有的n满足条件.

因此,m的最大值为6.

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