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 \((\qquad)\)
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 \((\qquad)\)
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
B
【解析】
先画出示意图,设 $A,B,C$ 点的横坐标分别为 $t-m,t,t+m$,不妨设 $m>0$.
命题 ① 与 ② 互斥,命题 ③ 与 ④ 互斥,我们分别考虑.
对于命题 ①②,需要考虑 $\triangle ABC$ 的最大角.由示意图,猜测 $B$ 为最大角.论证如下:
$B$ 为最大角
$\Leftarrow AC$ 为最大边
$\Leftarrow AC>AB$,$AC>BC$
$\Leftarrow |x_A-x_C|>|x_B-x_A|=|x_C-x_B|$
而 $|y_C-y_A|=|y_C-y_B|+|y_B-y_A|$($f(x)$ 为单调递增函数).
接下来如果利用余弦定理去判断 $AB^2+BC^2-AC^2$ 的正负计算量比较大,认真观察示意图不难发现 $AB$ 的斜率$$k_{AB}=\dfrac {\left({\mathrm e}^{t}+t\right)-\left({\mathrm e}^{t-m}+t-m\right)}{t-\left(t-m\right)}=\dfrac {{\mathrm e}^{t}-{\mathrm e}^{t-m}+m}{m}>0.$$同理 $BC$ 的斜率也大于 $0$.
因此 $\overrightarrow {AB}$ 与 $\overrightarrow {BC}$ 的夹角即 $B$ 的补角为锐角,从而 $B$ 一定为钝角.
从而命题 ① 正确.
进而考虑命题 ③④.
我们已经知道 $AC>AB$,$AC>BC$,于是 $\triangle ABC$ 是等腰三角形的唯一希望就是 $AB=BC$ 了.
由示意图,答案应该是否定的.因为根据示意图,可猜测 $BC$ 的斜率大于 $AB$ 的斜率,这样就有 $BC=\sqrt {1+k_{BC}^2}\cdot m>\sqrt {1+k_{AB}^2}\cdot m=AB$ 了.论证如下:
因为 $k_{AB}=\dfrac {{\mathrm e}^{t}-{\mathrm e}^{t-m}}{m}+1$,$k_{BC}=\dfrac {{\mathrm e}^{t+m}-{\mathrm e}^{t}}{m}+1$,
所以$$k_{BC}>k_{AB} \Leftarrow {\mathrm e}^{t+m}-{\mathrm e}^{t}>{\mathrm e}^{t}-{\mathrm e}^{t-m} \Leftarrow {\mathrm e}^{t+m}+{\mathrm e}^{t-m}>2{\mathrm e}^{t}.$$由均值不等式及其等号取得的条件,上式成立.
从而命题 ④ 正确.
综上,选B.

对于命题 ①②,需要考虑 $\triangle ABC$ 的最大角.由示意图,猜测 $B$ 为最大角.论证如下:
$B$ 为最大角
$\Leftarrow AC$ 为最大边
$\Leftarrow AC>AB$,$AC>BC$
$\Leftarrow |x_A-x_C|>|x_B-x_A|=|x_C-x_B|$
而 $|y_C-y_A|=|y_C-y_B|+|y_B-y_A|$($f(x)$ 为单调递增函数).
接下来如果利用余弦定理去判断 $AB^2+BC^2-AC^2$ 的正负计算量比较大,认真观察示意图不难发现 $AB$ 的斜率$$k_{AB}=\dfrac {\left({\mathrm e}^{t}+t\right)-\left({\mathrm e}^{t-m}+t-m\right)}{t-\left(t-m\right)}=\dfrac {{\mathrm e}^{t}-{\mathrm e}^{t-m}+m}{m}>0.$$同理 $BC$ 的斜率也大于 $0$.
因此 $\overrightarrow {AB}$ 与 $\overrightarrow {BC}$ 的夹角即 $B$ 的补角为锐角,从而 $B$ 一定为钝角.
从而命题 ① 正确.
进而考虑命题 ③④.
我们已经知道 $AC>AB$,$AC>BC$,于是 $\triangle ABC$ 是等腰三角形的唯一希望就是 $AB=BC$ 了.
由示意图,答案应该是否定的.因为根据示意图,可猜测 $BC$ 的斜率大于 $AB$ 的斜率,这样就有 $BC=\sqrt {1+k_{BC}^2}\cdot m>\sqrt {1+k_{AB}^2}\cdot m=AB$ 了.论证如下:
因为 $k_{AB}=\dfrac {{\mathrm e}^{t}-{\mathrm e}^{t-m}}{m}+1$,$k_{BC}=\dfrac {{\mathrm e}^{t+m}-{\mathrm e}^{t}}{m}+1$,
所以$$k_{BC}>k_{AB} \Leftarrow {\mathrm e}^{t+m}-{\mathrm e}^{t}>{\mathrm e}^{t}-{\mathrm e}^{t-m} \Leftarrow {\mathrm e}^{t+m}+{\mathrm e}^{t-m}>2{\mathrm e}^{t}.$$由均值不等式及其等号取得的条件,上式成立.
从而命题 ④ 正确.
综上,选B.
题目
答案
解析
备注