问题 解答题
已知函数f(x)=
x2+2x+a,x<0
lnx,x>0
,其中a是实数,设A(x1,f(x1)),B(x2,f(x2))为该函数图象上的点,且x1<x2
(I)指出函数f(x)的单调区间;
(II)若函数f(x)的图象在点A,B处的切线互相垂直,且x2<0,求x2-x1的最小值;
(III)若函数f(x)的图象在点A,B处的切线重合,求a的取值范围.
答案

(I)当x<0时,f(x)=(x+1)2+a,

∴f(x)在(-∞,-1)上单调递减,在(-1,0)上单调递增;

当x>0时,f(x)=lnx,在(0,+∞)单调递增.

(II)∵x1<x2<0,∴f(x)=x2+2x+a,∴f(x)=2x+2,

∴函数f(x)在点A,B处的切线的斜率分别为f(x1),f(x2),

∵函数f(x)的图象在点A,B处的切线互相垂直,

f(x1)•f(x2)=-1

∴(2x1+2)(2x2+2)=-1.

∴2x1+2<0,2x2+2>0,

x2-x1=

1
2
[-(2x1+2)+(2x2+2)]
[-(2x1+2)](2x2+2)
=1,当且仅当-(2x1+2)=2x2+2=1,即x1=-
3
2
x2=-
1
2
时等号成立.

∴函数f(x)的图象在点A,B处的切线互相垂直,且x2<0,求x2-x1的最小值为1.

(III)当x1<x2<0或0<x1<x2时,∵f(x1)≠f(x2),故不成立,∴x1<0<x2

当x1<0时,函数f(x)在点A(x1,f(x1)),处的切线方程为

y-(

x21
+2x1+a)=(2x1+2)(x-x1),即y=(2x1+2)x-
x21
+a

当x2>0时,函数f(x)在点B(x2,f(x2))处的切线方程为y-lnx2=

1
x2
(x-x2),即y=
1
x2
x+lnx2-1

函数f(x)的图象在点A,B处的切线重合的充要条件是

1
x2
=2x1+2  ①
lnx2-1=-
x21
+a  ②

由①及x1<0<x2可得-1<x1<0,

由①②得a=

x21
+ln
1
2x1+2
-1=
x21
-ln(2x1+2)-1

∵函数y=

x21
-1,y=-ln(2x1+2)在区间(-1,0)上单调递减,

∴a(x1)=

x21
-ln(2x1+2)-1在(-1,0)上单调递减,且x1→-1时,ln(2x1+2)→-∞,即-ln(2x1+2)→+∞,也即a(x1)→+∞.

x1→0,a(x1)→-1-ln2.

∴a的取值范围是(-1-ln2,+∞).

单项选择题
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