**(2024年新高考2卷19题)**
已知双曲线C:x2−y2=m (m>0),点P1(5,4)在C上, k为常数, 0<k<1.按照如下方式依次构造点Pn (n=2,3,⋯):过Pn−1作斜率为k的直线与C的左支交于点Qn−1,令Pn为Qn−1关于y轴的 对称点,记Pn的坐标为(xn,yn).
(1)若 k=12,求 x2,y2;
(2)证明:数列{xn−yn}是公比为1+k1−k的等比数列;
(3)设Sn为△PnPn+1Pn+2的面积,证明:对任意正整数n, Sn=Sn+1.
**解.** 将点P1(5,4)代入C的方程可得m=9.
(1)若 k=12,则直线P1Q1的方程为
y=12x+32.
联立双曲线C的方程x2−y2=9可得x2−2x−15=0,
即(x+3)(x−5)=0,故Q1为(3,0), P2为(−3,0),
即x2=−3,y2=0.
(2)由Pn−1(xn−1,yn−1)可得直线Pn−1Qn−1的方程为
y=kx+yn−1−kxn−1.
联立双曲线方程x2−y2=9可得
(1−k2)x2−2k(yn−1−kxn−1)x−(yn−1−kxn−1)2−9=0.
由韦达定理可知−xn+xn−1=2k(yn−1−kxn−1)1−k2,
则xn=xn−1−2k(yn−1−kxn−1)1−k2=1+k21−k2xn−1−2k1−k2yn−1.
于是yn=−kxn+yn−1−kxn−1=−2k1−k2xn−1+1+k21−k2yn−1.
因此
xn−yn=(1+k)21−k2xn−1−(1+k)21−k2yn−1=1+k1−k(xn−1−yn−1),
故数列{xn−yn}是公比为1+k1−k的等比数列.
(3)因为△Pn+1Pn+2Pn+3和△PnPn+1Pn+2都以边Pn+1Pn+2为底,要证Sn=Sn+1,只需证明Pn到直线Pn+1Pn+2的距离等于Pn+3到直线Pn+1Pn+2的距离,也等价于直线Pn+1Pn+2平行于直线PnPn+3.
直线Pn+1Pn+2的斜率为k1=yn+2−yn+1xn+2−xn+1,
直线PnPn+3的斜率为k2=yn+3−ynxn+3−xn.
要证yn+2−yn+1xn+2−xn+1=yn+3−ynxn+3−xn,即证1−yn+2−yn+1xn+2−xn+1=1−yn+3−ynxn+3−xn,
等价于证明
(xn+2−yn+2)−(xn+1−yn+1)xn+2−xn+1=(xn+3−yn+3)−(xn−yn)xn+3−xn.
记t=1+k1−k,由(2)可知数列{xn−yn}是公比为t的等比数列,
则等价于证明t2−txn+2−xn+1=t3−1xn+3−xn,
只需证明xn+3−xnxn+2−xn+1=t3−1t2−t.
事实上,由xn−yn=(x1−y1)tn−1=tn−1和
xn+yn=9xn−yn=9tn−1
可知xn=12(tn−1+9tn−1).
于是
xn+3−xnxn+2−xn+1=12(tn+2+9tn+2)−12(tn−1+9tn−1)12(tn+1+9tn+1)−12(tn+9tn)=(tn+2−tn−1)(1−9t2n+1)(tn+1−tn)(1−9t2n+1)=t3−1t2−t.
得证.
故直线Pn+1Pn+2平行于直线PnPn+3,则对任意正整数n, Sn=Sn+1.
**(2024年甲卷高考)**
已知f(x)=(1−ax)ln(1+x)−x.
(1)若a=−2时,求f(x)的极值;
(2)当x⩾0时, f(x)⩾0,求a的取值范围.
**解.** 函数的定义域为(−1,+∞).
(1)当a=−2时, f(x)=(1+2x)ln(1+x)−x.则f(x)=2ln(1+x)+xx+1.
令g(x)=2ln(1+x)+xx+1,则g′(x)=2x+3(1+x)2>0,故g(x)在(−1,+∞)上单调递增.又g(0)=0,则当x∈(−1,0)时,有f′(x)=g(x)<0;
当x∈[0,+∞)时,有f′(x)=g(x)⩾0.
故g(x)在(−1,0)上单调递减, g(x)在[0,+∞)上单调递增,则f(x)的极小值为f(0)=0.
(2) **解法一:** 由于f′(x)=−aln(1+x)−(a+1)xx+1,
令h(x)=−aln(1+x)−(a+1)xx+1,则h′(x)=−ax+2a+1(1+x)2.
若a⩽−12,则当x⩾0时,
ax+2a+1⩽2a+1⩽0,于是h′(x)⩾0,又h(0)=0,故f′(x)=h(x)⩾h(0)=0,因此f(x)⩾f(0)=0,符合题意;
若−12<a<0,则当0<x<−2−1a时,
ax+2a+1>0,于是h′(x)<0,又h(0)=0,故f′(x)=h(x)<h(0)=0,
因此f(x)<f(0)=0,矛盾;
若a⩾0,则当x>0时,
ax+2a+1>0,于是h′(x)<0,又h(0)=0,故f′(x)=h(x)<h(0)=0,
因此f(x)<f(0)=0,也矛盾.
综上所述, a的取值范围是(−∞,−12].
**解法二:** 若a=0,则f(1)=ln2−1<0,矛盾.
若a>0,则f(1a)=−1a<0,也矛盾;
若a<0,则1−ax>0,当x⩾0时, f(x)⩾0等价于ln(1+x)−x1−ax⩾0.
令m(x)=ln(1+x)−x1−ax,
则m′(x)=a2x(x−2a+1a2)(1+x)(1−ax)2.
若a⩽−12,则2a+1⩽0, m′(x)⩾0,故m(x)⩾m(0)=0,符合题意;
若−12<a<0,则2a+1>0,当0<x<2a+1a2时, m′(x)<0,此时m(x)<m(0)=0,矛盾.
综上所述, a的取值范围是(−∞,−12].
**注:** 事实上,由泰勒公式可知
f(x)=(1−ax)ln(1+x)−x=(−a−12)x2+(a2+13)x3+o(x3),
则a⩽−12.
【推荐】国内首个AI IDE,深度理解中文开发场景,立即下载体验Trae
【推荐】编程新体验,更懂你的AI,立即体验豆包MarsCode编程助手
【推荐】抖音旗下AI助手豆包,你的智能百科全书,全免费不限次数
【推荐】轻量又高性能的 SSH 工具 IShell:AI 加持,快人一步
· Manus重磅发布:全球首款通用AI代理技术深度解析与实战指南
· 被坑几百块钱后,我竟然真的恢复了删除的微信聊天记录!
· 没有Manus邀请码?试试免邀请码的MGX或者开源的OpenManus吧
· 园子的第一款AI主题卫衣上架——"HELLO! HOW CAN I ASSIST YOU TODAY
· 【自荐】一款简洁、开源的在线白板工具 Drawnix
2023-06-11 高考试题
2019-06-11 当学术沾染名利,约翰伯努利对儿子的嫉恨,影响数学界几十年发展
2019-06-11 数列不等式
2019-06-11 2019年清华自主招生部分试题