已知函数 $f\left( x \right) = {{\mathrm e }^x} + x$,对于曲线 $y = f\left(x\right)$ 上横坐标成等差数列的三个点 $A$,$B$,$C$,给出以下判断:
① $\triangle ABC$ 一定是钝角三角形
② $\triangle ABC$ 可能是直角三角形
③ $\triangle ABC$ 可能是等腰三角形
④ $\triangle ABC$ 不可能是等腰三角形
其中,正确的判断是 \((\qquad)\)
A: ①③
B: ①④
C: ②③
D: ②④
【难度】
【出处】
【标注】
【答案】
B
【解析】
$\because$ $ f'\left(x\right)=\mathrm e^x+1>1>0 $,且 $ f'\left(x\right) $ 单调递增,$\therefore$ $ f\left(x\right) $ 单调递增,且图象越来越陡,在任一点处的切线斜率恒大于 $ 1$.其图象如图所示:设 $ A$,$ B $,$ C $ 三点的横坐标分别为 $ x_1 $,$ x_2 $,$ x_3 $,$D $ 为 $ AB$ 延长线上 一点,且横坐标为 $ x_3 $.
因为在任一点处的切线斜率恒大于 $ 1$,所以 $ k_{BC}>k_{AB}>1$,所以 $ \angle{CBD}<90^{\circ} $,故 $ \angle{ABC}$ 为钝角,即 $\triangle ABC$ 一定为钝角三角形.
又 $ x_1 $,$ x_2 $,$ x_3 $ 成等差数列,所以 $ AB=BD $,而 $ BC\ne BD$,所以 $ AB\ne BC $,故 $\triangle ABC$ 不可能是等腰三角形.
其他解法:$\because$ $ f'\left(x\right)=\mathrm e^x+1>0$,$\therefore$ $ f\left(x\right) $ 在 $ {\mathbb{R}}$ 上单调递增.
设 $ A,B,C $ 三点的横坐标分别为 $ x-d $,$ x $,$ x+d $($ d>0 $),则\[\overrightarrow{BA}=\left(-d,\mathrm e^{x-d}-\mathrm e^x-d\right) ,\\ \overrightarrow{BC}=\left(d,\mathrm e^{x+d}-\mathrm e^x+d\right) ,\]故可计算得\[ \overrightarrow{BA}\cdot \overrightarrow{BC}=-2d^2+\mathrm e^{2x}\left[2-\left(\mathrm e^{-d}+\mathrm e^d\right)\right]+d\left(\mathrm e^{x-d}-\mathrm e^{x+d}\right).\]$\because$ $ \mathrm e^{-d}+\mathrm e^d\geqslant 2 $,当且仅当 $ \mathrm e^{-d}=\mathrm e^d $ 时取等号,此时 $ d=0 $.又 $\because$ $ d>0 $,$\therefore$ $ \mathrm e^{-d}+\mathrm e^d> 2 $.
$\therefore$ $ \mathrm e^{2x}\left[2-\left(\mathrm e^{-d}+\mathrm e^d\right)\right]<0 $.
$\because$ $h\left(x\right)=\mathrm e^x $ 在 $ \mathbb R $ 上单调递增,$\therefore$ $\mathrm e^{x-d}-\mathrm e^{x+d}<0 $,$\therefore$ $ \overrightarrow{BA}\cdot \overrightarrow{BC}<0 $,$\therefore$ $ B $ 为钝角.
即 $\triangle ABC$ 为钝角三角形,① 正确.
$\because$ $|\overrightarrow{BA}|=\sqrt{d^2+\left(\mathrm e^{x-d}-\mathrm e^x-d\right)^2} $,$|\overrightarrow{BC}|=\sqrt{d^2+\left(\mathrm e^{x+d}-\mathrm e^x+d\right)^2} $,$\mathrm e^{x-d}-\mathrm e^x-d< \mathrm e^{x+d}-\mathrm e^x+d $,$\therefore$ $ |\overrightarrow{BA}|\ne |\overrightarrow{BC}| $,$\therefore$ $\triangle ABC$ 不可能是等腰三角形,④ 正确.
题目 答案 解析 备注
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