若直线 $l$ 与曲线 $C$ 满足下列两个条件:
(i)直线 $l$ 在点 $P\left({x_0},{y_0}\right)$ 处与曲线 $C$ 相切;
(ii)曲线 $C$ 在点 $P$ 附近位于直线 $l$ 的两侧,则称直线 $l$ 在点 $P$ 处"切过"曲线 $C$.
下列命题正确的是 .(写出所有正确命题的编号)
① 直线 $l:y = 0$ 在点 $P\left({0,0}\right)$ 处"切过"曲线 $C:y ={x^3}$;
② 直线 $l:x = - 1$ 在点 $P\left({ - 1,0}\right)$ 处"切过"曲线 $C:y ={\left(x + 1\right)^3}$;
③ 直线 $l:y = x$ 在点 $P\left({0,0}\right)$ 处"切过"曲线 $C:y = \sin x$;
④ 直线 $l:y = x$ 在点 $P\left({0,0}\right)$ 处"切过"曲线 $C:y = \tan x$;
⑤ 直线 $l:y = x - 1$ 在点 $P\left({1,0}\right)$ 处"切过"曲线 $C:y = \ln x$.
(i)直线 $l$ 在点 $P\left({x_0},{y_0}\right)$ 处与曲线 $C$ 相切;
(ii)曲线 $C$ 在点 $P$ 附近位于直线 $l$ 的两侧,则称直线 $l$ 在点 $P$ 处"切过"曲线 $C$.
下列命题正确的是
① 直线 $l:y = 0$ 在点 $P\left({0,0}\right)$ 处"切过"曲线 $C:y ={x^3}$;
② 直线 $l:x = - 1$ 在点 $P\left({ - 1,0}\right)$ 处"切过"曲线 $C:y ={\left(x + 1\right)^3}$;
③ 直线 $l:y = x$ 在点 $P\left({0,0}\right)$ 处"切过"曲线 $C:y = \sin x$;
④ 直线 $l:y = x$ 在点 $P\left({0,0}\right)$ 处"切过"曲线 $C:y = \tan x$;
⑤ 直线 $l:y = x - 1$ 在点 $P\left({1,0}\right)$ 处"切过"曲线 $C:y = \ln x$.
【难度】
【出处】
2014年高考安徽卷(文)
【标注】
【答案】
①③④
【解析】
设曲线 $C:y=f(x)$,其导函数为 $f'(x)$,则在 $x=x_0$ 处曲线 $C$ 的切线为$$l:y=f'(x_0)(x-x_0)+f(x_0),$$令 $h(x)=f(x)-f'(x_0)(x-x_0)-f(x_0)$,若直线 $l$ 在 $P$ 处“切过”曲线 $C$,即 $x=x_0$ 是函数 $h(x)$ 的变号零点.
显然,判断是否满足条件(i)的标准是 $h(x_0)=h'(x_0)=0$.接下来研究判断是否满足条件(ii)的标准.
设 $h^{(n)}(x)$($n\in{\mathbb N^*}$)表示函数 $h(x)$ 的 $n$ 阶导函数,并记 $h^{(0)}(x)=h(x)$.
若 $h^{(n)}(x)$ 在 $x_0$ 的小邻域内满足保号性,那么 $h^{(n-1)}(x)$ 在 $x_0$ 的小邻域内单调.于是 $x=x_0$ 是 $h^{(n-1)}(x)$ 的变号零点,这样就有 $x=x_0$ 是函数 $h^{(n-2)}(x)$ 的极值点,进而 $h^{(n-2)}(x)$ 在 $x_0$ 的小邻域内保号.也就是:
保号(不变号)$\to$ 单调(变号零点)$\to$ 保号(不变号)$\to$ 单调(变号零点)$\to\cdots$
这个推理过程可以递推下去.这样就可以得到判断是否满足条件(ii)的标准:若存在最大自然数 $n$ 使得函数 $h^{(n)}(x)$ 在 $x=x_0$ 处的函数值为零,则定义 $n=N(h,x_0)$,则当 $N(h,x_0)$ 为偶数时,$x=x_0$ 是函数 $h(x)$ 的变号零点,而当 $N(h,x_0)$ 为奇数时,$x=x_0$ 不是函数 $h(x)$ 的变号零点.
把两个判断标准结合起来,就得到了判断直线 $l$ 是否在 $x=x_0$ 处“切过”曲线 $C$ 的充要条件:$N(h,x_0)$ 为不小于 $2$ 的偶数.例如,对 ①,$N(x^3,0)=2$,因此直线 $y=0$“切过”曲线 $y=x^3$;而对 ⑤,$N(\ln x-(x-1),1)=1$,因此直线 $y=x-1$ 不“切过”曲线 $y=\ln x$.
显然,判断是否满足条件(i)的标准是 $h(x_0)=h'(x_0)=0$.接下来研究判断是否满足条件(ii)的标准.
设 $h^{(n)}(x)$($n\in{\mathbb N^*}$)表示函数 $h(x)$ 的 $n$ 阶导函数,并记 $h^{(0)}(x)=h(x)$.
若 $h^{(n)}(x)$ 在 $x_0$ 的小邻域内满足保号性,那么 $h^{(n-1)}(x)$ 在 $x_0$ 的小邻域内单调.于是 $x=x_0$ 是 $h^{(n-1)}(x)$ 的变号零点,这样就有 $x=x_0$ 是函数 $h^{(n-2)}(x)$ 的极值点,进而 $h^{(n-2)}(x)$ 在 $x_0$ 的小邻域内保号.也就是:
保号(不变号)$\to$ 单调(变号零点)$\to$ 保号(不变号)$\to$ 单调(变号零点)$\to\cdots$
这个推理过程可以递推下去.这样就可以得到判断是否满足条件(ii)的标准:若存在最大自然数 $n$ 使得函数 $h^{(n)}(x)$ 在 $x=x_0$ 处的函数值为零,则定义 $n=N(h,x_0)$,则当 $N(h,x_0)$ 为偶数时,$x=x_0$ 是函数 $h(x)$ 的变号零点,而当 $N(h,x_0)$ 为奇数时,$x=x_0$ 不是函数 $h(x)$ 的变号零点.
把两个判断标准结合起来,就得到了判断直线 $l$ 是否在 $x=x_0$ 处“切过”曲线 $C$ 的充要条件:$N(h,x_0)$ 为不小于 $2$ 的偶数.例如,对 ①,$N(x^3,0)=2$,因此直线 $y=0$“切过”曲线 $y=x^3$;而对 ⑤,$N(\ln x-(x-1),1)=1$,因此直线 $y=x-1$ 不“切过”曲线 $y=\ln x$.
题目
答案
解析
备注