已知曲线y=∣x∣exy=\dfrac{|x|}{{{e}^{x}}}在x=−1x=-1处的切线和它在x=x0(x0>0)x={{x}_{0}}\left({x}_{0} > 0\right) 处的切线互相垂直,设x0∈(m4,m+14),m∈Z{{x}_{0}}\in (\dfrac{m}{4},\dfrac{m+1}{4}),m\in Z,则m=m= .

先不看答案,让 AI 诊断你卡在哪里?

它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的

完整解法

1. 写出分段函数表达式并求出 $x < 0$ 和 $x > 0$ 时的导函数

已知函数 y=∣x∣exy=\dfrac{|x|}{e^x},可以写成如下分段函数的形式:
y={xex,x≥0−xex,x<0y = \begin{cases} \dfrac{x}{e^x}, & x \ge 0 \\ -\dfrac{x}{e^x}, & x < 0 \end{cases}
当 x<0x < 0 时,对其求导可得:
y′=(−xe−x)′=−e−x+xe−x=x−1exy' = \left(-xe^{-x}\right)' = -e^{-x} + xe^{-x} = \dfrac{x-1}{e^x}
当 x>0x > 0 时,对其求导可得:
y′=(xe−x)′=e−x−xe−x=1−xexy' = \left(xe^{-x}\right)' = e^{-x} - xe^{-x} = \dfrac{1-x}{e^x}

2. 计算曲线在 $x=-1$ 和 $x=x_0$ 处的切线斜率

将 x=−1x = -1 代入 x<0x < 0 时的导函数,可得在 x=−1x = -1 处的切线斜率为:
k1=y′∣−1=−1−1e−1=−2ek_1 = y'|_{-1} = \dfrac{-1-1}{e^{-1}} = -2e
将 x=x0(x0>0)x = x_0 \left(x_0 > 0\right) 代入 x>0x > 0 时的导函数,可得在 x=x0x = x_0 处的切线斜率为:
k2=y′∣x0=1−x0ex0k_2 = y'|_{x_0} = \dfrac{1-x_0}{e^{x_0}}

3. 利用垂直关系建立关于 $x_0$ 的方程并引入换元简化方程

因为两切线互相垂直,所以斜率之积为 −1-1,即 k1⋅k2=−1k_1 \cdot k_2 = -1:
(−2e)⋅1−x0ex0=−1⇒2(1−x0)e1−x0=1(-2e) \cdot \dfrac{1-x_0}{e^{x_0}} = -1 \Rightarrow 2(1-x_0)e^{1-x_0} = 1
令 t=1−x0t = 1-x_0,代入上式,可将方程简化为:
tet=12te^t = \dfrac{1}{2}

4. 利用零点存在定理估算 $t$ 的范围,进而确定 $x_0$ 与 $m$ 的值

构造函数 g(t)=tet−12g(t) = te^t - \dfrac{1}{2},对 tt 求导得 g′(t)=(t+1)etg'(t) = (t+1)e^t。
当 t>−1t > -1 时,g′(t)>0g'(t) > 0,所以 g(t)g(t) 在 (−1,+∞)(-1, +\infty) 上单调递增。
利用特殊值估算零点所在区间:
g(14)=14e1/4−12=e1/4−24<0(因 e<16⇒e1/4<2)g\left(\dfrac{1}{4}\right) = \dfrac{1}{4}e^{1/4} - \dfrac{1}{2} = \dfrac{e^{1/4}-2}{4} < 0 \quad (\text{因 } e < 16 \Rightarrow e^{1/4} < 2)
g(12)=12e1/2−12=e−12>0(因 e>1⇒e>1)g\left(\dfrac{1}{2}\right) = \dfrac{1}{2}e^{1/2} - \dfrac{1}{2} = \dfrac{\sqrt{e}-1}{2} > 0 \quad (\text{因 } e > 1 \Rightarrow \sqrt{e} > 1)
由函数零点存在定理可知,方程 g(t)=0g(t) = 0 的根 t0∈(14,12)t_0 \in \left(\dfrac{1}{4}, \dfrac{1}{2}\right)。
由于 x0=1−t0x_0 = 1-t_0,可得:
x0∈(1−12,1−14)⇒x0∈(12,34)x_0 \in \left(1-\dfrac{1}{2}, 1-\dfrac{1}{4}\right) \Rightarrow x_0 \in \left(\dfrac{1}{2}, \dfrac{3}{4}\right)
即 x0∈(24,34)x_0 \in \left(\dfrac{2}{4}, \dfrac{3}{4}\right)。
对照已知 x0∈(m4,m+14),m∈Zx_0 \in \left(\dfrac{m}{4}, \dfrac{m+1}{4}\right), m \in \mathbb{Z},可得 m=2m = 2。

答案

2

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。

同一知识点的其他题

  1. 1已知函数f(x)=x2−ax(a≠0)f(x)=x^{2}-ax(a\neq 0),g(x)=ln⁡xg(x)=\ln x,f(x)f(x)图象与xx轴异于原点的交点MM处的切线为l1l_{1},g(x−1)g(x-1)与xx轴的交点NN处的切线为…
  2. 2已知函数f(x)=ex−1f(x)={{e}^{x}}-1,g(x)=sin⁡x(1)g(x)=\sin x(1)判断F(x)=f(x)−g(x)F(x)=f(x)-g(x)在x∈[0,+∞)x\in[0,+\infty)上零点的个数; (2)当x∈[0,π]x\in[0,\pi]时,f(x)⩾ag(x)(a∈R)f(x)\geqslant ag(x)(a\in R)…
  3. 3已知定义在RR上的函数f(x)f(x)对任意x∈Rx\in R恒有f′(x)<3f'(x)< 3,若f(−1)=−7f(-1)=-7,则不等式f(x)⩾3x−4f(x)\geqslant 3x-4的解集是()(\quad) A. (−∞,−1] (-∞,-1]\: …
  4. 4设f(x)f(x)在[a,+∞)[a,+∞)的导函数为f′(x)f'(x),且当x>ax>a时,有f′(x)>k>0(kf'(x)>k>0(k为常数)),若f(a)<0f(a)< 0,则在区间(a,a−f(a)k)(a,a-\dfrac{f(a)}{k})内,方程f(x)=0f(x)=0…
  5. 5曲线y=3x−2y=\sqrt{3x-2}在点(1,f(1))(1,f(1))处的切线方程为 A. x−2y+1=0x-2y+1=0 B. 3x−y−2=03x-y-2=0 C. 3x−2y−1=03x-2y-1=0 D. 3x+2y−5=03x+2y-5=0