已知函数 $f\left(x\right) = {x^2} + x\sin x + \cos x$.
【难度】
【出处】
2013年高考北京卷(文)
【标注】
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若曲线 $y = f\left(x\right)$ 在点 $\left(a,f\left(a\right)\right)$ 处与直线 $y = b$ 相切,求 $a$ 与 $b$ 的值;标注答案$a = 0$,$b = 1$.解析本题考查导数的几何意义.曲线某点处的切线等于该点处的导数值.因为曲线 $y = f\left(x\right)$ 在点 $\left(a,f\left(a\right)\right)$ 处与直线 $y = b$ 相切,所以\[\begin{cases}f'\left(a\right) = a\left(2 + \cos a\right) \overset{\left[a\right]}= 0, \\ b = f\left(a\right),\end{cases}\](推导中用到:[a])
解得\[a = 0,b =1.\] -
若曲线 $y = f\left(x\right)$ 与直线 $y = b$ 有两个不同交点,求 $b$ 的取值范围.标注答案$b$ 的取值范围是 $\left(1, + \infty \right)$.解析研究函数的单调性及极值和边界端点值是解决本题的关键.令 $f'\left(x\right) = 0$,得 $x = 0$.$f\left(x\right)$ 与 $f'\left(x\right)$ 的变化情况如下:\[\begin{array}{|c|c|c|c|}\hline
x&\left(-\infty,0\right)&0&\left(0,+\infty\right)\\ \hline
f'\left(x\right)&-&0&+\\ \hline f\left(x\right)&\searrow&1&\nearrow \\ \hline \end{array}\]所以函数 $f\left(x\right)$ 在区间 $\left( - \infty ,0\right)$ 上单调递减,在区间 $\left(0, + \infty \right)$ 上单调递增,$f\left(0\right) = 1$ 是 $f\left(x\right)$ 的最小值.
当 $b \leqslant 1$ 时,曲线 $y = f\left(x\right)$ 与直线 $y = b$ 最多只有一个交点;
当 $b > 1$ 时,\[\begin{split}f\left( - 2b\right) &= f\left(2b\right) \\& \geqslant 4{b^2} - 2b - 1 \\&> 4b - 2b - 1 \\&> b, \\ f\left(0\right)&= 1 < b,\end{split}\]所以存在 ${x_1} \in \left( - 2b,0\right)$,${x_2} \in \left( 0, 2b\right)$,使得\[f\left({x_1}\right) = f\left({x_2}\right) = b.\]由于函数 $f\left(x\right)$ 在区间 $\left( - \infty ,0\right)$ 和 $\left(0, + \infty \right)$ 上均单调,
所以当 $b > 1$ 时,曲线 $y = f\left(x\right)$ 与直线 $y = b$ 有且仅有两个不同交点.
综上可知,如果曲线 $y = f\left(x\right)$ 与直线 $y = b$ 有两个不同交点,那么 $b$ 的取值范围是 $\left(1, + \infty \right)$.
题目
问题1
答案1
解析1
备注1
问题2
答案2
解析2
备注2