若曲线f(x)=ex+mxf(x)=e^{x}+\dfrac{m}{x}在(−∞,0)(-∞,0)上存在垂直yy轴的切线,则实数mm的取值范围为()(\quad)
A. (-∞,4e2](\text{-∞,}\dfrac{4}{e^{2}}\text{]}
B. (0,4e2](0\text{,}\dfrac{4}{e^{2}}\text{]}
C. (-∞,4](\text{-∞,}4\text{]}
D. (0,4](0\text{,}4\text{]}

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完整解法

1. 将几何切线条件转化为导数方程存在解的问题

根据题意,曲线 f(x)=ex+mxf(x)=e^{x}+\dfrac{m}{x} 在 (−∞,0)(-\infty,0) 上存在垂直 yy 轴的切线,
这意味着切线的斜率为 00,即导函数 f′(x)=0f'(x) = 0 在 (−∞,0)(-\infty,0) 上存在实数解。

2. 求导并进行参变分离

求导得 f′(x)=ex−mx2f'(x) = e^x - \dfrac{m}{x^2}。
令 f′(x)=0f'(x) = 0,即 ex−mx2=0e^x - \dfrac{m}{x^2} = 0,
在 x∈(−∞,0)x \in (-\infty,0) 时,可将方程变形并分离参数得:m=x2exm = x^2 e^x。
因此,问题转化为求函数 g(x)=x2exg(x) = x^2 e^x 在 (−∞,0)(-\infty,0) 上的值域。

3. 利用导数研究新函数单调性与最值,确定参数范围

令 g(x)=x2exg(x) = x^2 e^x,其中 x<0x < 0。
求导得 g′(x)=2xex+x2ex=x(x+2)exg'(x) = 2x e^x + x^2 e^x = x(x+2)e^x。
令 g′(x)=0g'(x) = 0,得 x=−2x = -2(x=0x=0 舍去)。
当 x∈(−∞,−2)x \in (-\infty, -2) 时,g′(x)>0g'(x) > 0,函数 g(x)g(x) 单调递增;
当 x∈(−2,0)x \in (-2, 0) 时,g′(x)<0g'(x) < 0,函数 g(x)g(x) 单调递减。
因此,当 x=−2x = -2 时,g(x)g(x) 取得极大值也是最大值,其最大值为 g(−2)=(−2)2e−2=4e2g(-2) = (-2)^2 e^{-2} = \dfrac{4}{e^2}。
又因为当 x<0x < 0 时,g(x)=x2ex>0g(x) = x^2 e^x > 0,且当 x→−∞x \to -\infty 时 g(x)→0g(x) \to 0,
所以 g(x)g(x) 在 (−∞,0)(-\infty, 0) 上的值域为 (0,4e2](0, \dfrac{4}{e^2}]。
要使 m=g(x)m = g(x) 在 (−∞,0)(-\infty, 0) 上有解,实数 mm 的取值范围必须在 g(x)g(x) 的值域内,
即实数 mm 的取值范围为 (0,4e2](0, \dfrac{4}{e^2}]。
故选 B。

答案

B

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