内容正文:
第三章 一元函数的导数及其应用
第1课时 导数的概念及运算
[考试要求] 1.了解导数的概念、掌握基本初等函数的导数.2.通过函数图象,理解导数的几何意义.3.能够用导数公式和导数的运算法则求简单函数的导数,能求简单的复合函数(形如f(ax+b))的导数.
第1课时 导数的概念及运算
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f′(x0)
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第1课时 导数的概念及运算
2.导数的几何意义
函数y=f(x)在x=x0处的导数的几何意义就是曲线y=f(x)在点P(x0,f(x0))处的切线的_____,相应的切线方程为_____________________.
提醒:求曲线的切线时,要分清在点P处的切线与过点P的切线的区别,前者只有一条,而后者包括了前者.
斜率
y-f(x0)=f′(x0)(x-x0)
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第1课时 导数的概念及运算
3.基本初等函数的导数公式
基本初等函数 导函数
f(x)=c(c为常数) f′(x)=___
f(x)=xα(α∈R,且α≠0) f′(x)=_____
f(x)=sin x f′(x)=________
f(x)=cos x f′(x)=________
0
αxα-1
cos x
-sin x
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第1课时 导数的概念及运算
基本初等函数 导函数
f(x)=ax(a>0,且a≠1) f′(x)=_______
f(x)=ex f′(x)=___
f(x)=logax(a>0,且a≠1) f′(x)=_____
f(x)=ln x f′(x)=_____
axln a
ex
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第1课时 导数的概念及运算
4.导数的运算法则
若f′(x),g′(x)存在,则有
(1)[f(x)±g(x)]′=______________;
(2)[f(x)g(x)]′=_____________________;
(4)[cf(x)]′=________.
f′(x)±g′(x)
f′(x)g(x)+f(x)·g′(x)
cf′(x)
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第1课时 导数的概念及运算
5.复合函数的定义及其导数
一般地,对于两个函数y=f(u)和u=g(x),如果通过中间变量u,y可以表示成x的函数,那么称这个函数为函数y=f(u)和u=g(x)的复合函数.复合函数y=f(g(x))的导数和函数y=f(u),u=g(x)的导数间的关系为y′x=__________,即y对x的导数等于y对u的导数与u对x的导数的乘积.
y′u·u′x
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第1课时 导数的概念及运算
[常用结论]
几类重要的切线方程
(1)直线y=x-1是曲线y=ln x的切线,直线y=x是曲线y=ln(x+1)的切线,如图1.
(2)直线y=x+1与直线y=ex是曲线y=ex的切线,如图2.
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第1课时 导数的概念及运算
(3)直线y=x是曲线y=sin x与y=tan x的切线,如图3.
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第1课时 导数的概念及运算
一、易错易混辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)f′(x0)是函数y=f(x)在x=x0附近的平均变化率.( )
(2)求f′(x0)时,可先求f(x0),再求f′(x0).( )
(3)与曲线只有一个公共点的直线一定是曲线的切线.( )
(4)函数f(x)=sin(-x)的导数是f′(x)=cos x.( )
×
×
×
×
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第1课时 导数的概念及运算
二、教材经典衍生
1.(人教A版选择性必修第二册P59探究改编)某跳水运动员离开跳板后,他的重心相对于水面的高度h(单位:m)与时间t(单位:s)的函数关系式是h(t)=10-4.9t2+8t,则在0.5 s 时他的瞬时速度为( )
A.9.1 m/s B.6.75 m/s
C.3.1 m/s D.2.75 m/s
C [因为h′(t)=-9.8t+8,所以h′(0.5)=-9.8×0.5+8=3.1.故选C.]
√
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第1课时 导数的概念及运算
√
2.(多选)(人教A版选择性必修第二册P81习题5.2T1改编)下列求导正确的是( )
A.(3x)′=3xln 3
√
√
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第1课时 导数的概念及运算
√
3.(人教A版选择性必修第二册P70练习T2改编)函数y=f(x)的图象如图所示,f′(x)是函数f(x)的导函数,则下列数值排序正确的是( )
A.2f′(3)<f(5)-f(3)<2f′(5)
B.2f′(3)<2f′(5)<f(5)-f(3)
C.f(5)-f(3)<2f′(3)<2f′(5)
D.2f′(5)<2f′(3)<f(5)-f(3)
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第1课时 导数的概念及运算
所以f′(1)=e-1.
又f(1)=e+1,所以切点为(1,e+1),切线斜率k=f′(1)=e-1,切线方程为y-(e+1)=(e-1)(x-1),即y=(e-1)x+2.]
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第1课时 导数的概念及运算
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考点一 变化率问题
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第1课时 导数的概念及运算
√
则下列结论正确的是( )
A.在[t1,t2]这段时间内,甲企业的污水治理能力比乙企业强
B.在t2时刻,甲企业的污水治理能力比乙企业强
C.在t3时刻,甲、乙两企业的污水排放都已达标
D.甲企业在[0,t1],[t1,t2],[t2,t3]这三段时间中,在[0,t1]的污水治理能力最强
√
√
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第1课时 导数的概念及运算
对于A,在[t1,t2]这段时间内,甲企业对应图象的割线斜率的相反数比乙企业大,故甲企业的污水治理能力比乙企业强,正确;
对于B,要比较t2时刻的污水治理能力,即看在t2时刻两曲线的切线斜率,切线斜率的相反数越大,污水治理能力越强,故在t2时刻,甲企业的污水治理能力比乙企业强,正确;
对于C,在t3时刻,甲、乙两企业的污水排放量都在污水达标排放量以下,正确;
对于D,甲在[t1,t2]这段时间内的污水治理能力最强,错误.故选ABC.]
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第1课时 导数的概念及运算
函数的平均变化率和瞬时变化率的关系
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第1课时 导数的概念及运算
√
[跟进训练]
1.(多选)吹气球时,记气球的半径r与体积V之间的函数关系为r(V),r′(V)为r(V)的导函数.已知r(V)在0≤V≤3上的图象如图所示,若0≤V1<V2≤3,则下列结论正确的是( )
√
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第1课时 导数的概念及运算
对于B,由题图得图象上点的切线的斜率越来越小,
根据导数的几何意义,得r′(1)>r′(2),所以该选项正确;
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第1课时 导数的概念及运算
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第1课时 导数的概念及运算
考点二 导数的运算
[典例2] (1)(2025·烟台模拟)已知函数f(x)=3x-2f′(1)ln x,则f′(1)=( )
A.ln 3 B.2
C.3 D.3ln 3
√
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第1课时 导数的概念及运算
√
(2)(多选)下列求导正确的是( )
A.[(3x+5)3]′=9(3x+5)2
B.(x3ln x)′=3x2ln x+x2
√
√
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第1课时 导数的概念及运算
(2)对于A,[(3x+5)3]′=3(3x+5)2(3x+5)′=9(3x+5)2,故A正确;
对于B,(x3ln x)′=(x3)′ln x+x3(ln x)′=3x2ln x+x2,故B正确;
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第1课时 导数的概念及运算
导数的运算方法
(1)求函数的导数要准确地把函数拆分成基本初等函数的和、差、积、商,再利用运算法则求导.
(2)抽象函数求导,恰当赋值是关键,然后活用方程思想求解.
(3)复合函数求导,应由外到内逐层求导,必要时要进行换元.
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第1课时 导数的概念及运算
√
[跟进训练]
2.(1)若函数f(x),g(x)满足f(x)+xg(x)=x2-1,且f(1)=1,则f′(1)+g′(1)=( )
A.1 B.2
C.3 D.4
(2)已知函数f(x)=ln(2x-3)+axe-x,若f′(2)=1,则a=________.
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第1课时 导数的概念及运算
(1)C (2)e2 [(1)因为f(1)=1,
所以f(1)+g(1)=0,所以g(1)=-1,
因为f(x)+xg(x)=x2-1,
所以f′(x)+g(x)+xg′(x)=2x,
所以f′(1)+g(1)+g′(1)=2,
所以f′(1)+g′(1)=2-(-1)=3.
(2)因为f(x)=ln(2x-3)+axe-x,
.
所以f′(2)=2+ae-2-2ae-2=2-ae-2=1,则a=e2.]
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第1课时 导数的概念及运算
考点三 导数的几何意义
求切线方程
√
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第1课时 导数的概念及运算
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第1课时 导数的概念及运算
求参数的值(取值范围)
[典例4] (1)已知直线y=x-1与曲线y=ex+a相切,则实数a的值为( )
A.-2 B.-1
C.0 D.2
(2)(2022·新高考Ⅰ卷)若曲线y=(x+a)ex有两条过坐标原点的切线,则a的取值范围是________.
√
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第1课时 导数的概念及运算
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第1课时 导数的概念及运算
(2)因为y=(x+a)ex,所以y′=(x+1+a)ex,
设切点为(x0,y0),则y0=(x0+a)ex0,切线斜率k=(x0+1+a)ex0,
所以切线方程为y-(x0+a)ex0=(x0+1+a)ex0·(x-x0).
因为切线过原点,所以-(x0+a)ex0=(x0+1+a)·ex0·(-x0).
因为切线有两条,
所以Δ=a2+4a>0,解得a<-4或a>0,
所以a的取值范围是(-∞,-4)∪(0,+∞).]
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第1课时 导数的概念及运算
导数几何意义的应用要点
(1)已知切点A(x0,f(x0))求斜率k,即求该点处的导数值:k=f′(x0).
提醒:“在点P处的切线”与“过点P的切线”不同.
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第1课时 导数的概念及运算
[跟进训练]
3.(1)若过点(a,b)可以作曲线y=ln x的两条切线,则( )
A.a<ln b B.b<ln a
C.ln b<a D.ln a<b
√
√
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第1课时 导数的概念及运算
(1)D (2)A [(1)设切点坐标为(x0,ln x0),
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第1课时 导数的概念及运算
当a≤0时,f′(x)>0恒成立,f(x)在(0,+∞)上单调递增,不合题意;
当a>0时,若0<x<a,则f′(x)<0,f(x)单调递减,
若x>a,则f′(x)>0,f(x)单调递增.
所以f(x)min=f(a)=ln a+1,
由题意知b+1>ln a+1,即b>ln a.故选D.
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第1课时 导数的概念及运算
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第1课时 导数的概念及运算
考点四 两曲线的公切线问题
[典例5] (2024·新高考Ⅰ卷)若曲线y=ex+x在点(0,1)处的切线也是曲线 y=ln(x+1)+a的切线,则a=____________.
ln 2 [由y=ex+x,得y′=ex+1,
则y′|x=0=e0+1=2,
所以曲线y=ex+x在点(0,1)处的切线方程为y=2x+1.
设切线y=2x+1与曲线y=ln(x+1)+a相切的切点为(x0,ln(x0+1)+a),
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第1课时 导数的概念及运算
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第1课时 导数的概念及运算
曲线公切线的求解策略
设直线与曲线y=f(x)切于点(x1,f(x1)),与曲线y=g(x)切于点(x2,g(x2)),则切线方程为y-f(x1)=f′(x1)(x-x1),即y=f′(x1)x+f(x1)-f′(x1)x1,同理y=g′(x2)x+g(x2)-g′(x2)x2.
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第1课时 导数的概念及运算
[跟进训练]
4.(1)若直线y=kx+b是曲线y=ln x+2的切线,也是曲线y=ln(x+1)的切线,则b=________.
(2)已知f(x)=ex(e为自然对数的底数),g(x)=ln x+2,直线l是曲线y=f(x)与曲线y=g(x)的公切线,则直线l的方程为________.
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第1课时 导数的概念及运算
(2)设直线l与曲线f(x)=ex的切点为(x1,ex1),与曲线g(x)=ln x+2的切点为(x2,ln x2+2).
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第1课时 导数的概念及运算
所以直线l的方程为y=x+1或y=ex.]
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第1课时 导数的概念及运算
微点突破2 导函数与原函数的性质联系问题
1.导函数与原函数对称性的关系
性质1:若函数f(x)连续且可导,则f(x)的图象关于直线x=a对称⇔导函数f′(x)的图象关于点(a,0)对称.
性质2:若函数f(x)连续且可导,则f(x)的图象关于点(a,f(a))对称⇔导函数f′(x)的图象关于直线x=a对称.(证明略)
2.导函数与原函数奇偶性的关系
性质1:若f(x)为偶函数且可导,则f′(x)为奇函数.
性质2:若f(x)为奇函数且可导,则f′(x)为偶函数.
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典例精析·核心考点
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√
[典例1] 已知定义在R上的函数f(x)满足f(1+x)=f(1-x),且f(2+x)=-f(2-x),f′(x)是f(x)的导数,则( )
A.f′(x)是奇函数,且是周期函数
B.f′(x)是偶函数,且是周期函数
C.f′(x)是奇函数,且不是周期函数
D.f′(x)是偶函数,且不是周期函数
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第1课时 导数的概念及运算
[赏析] 突破点1:熟知函数的性质
根据题意,定义在R上的函数f(x)满足f(1+x)=f(1-x),所以f(-x)=f(2+x),
又f(2+x)=-f(2-x),
所以f(-x)=-f(4+x),
所以f(x+4)=-f(x+2),
即f(x+2)=-f(x),
所以f(x+4)=-f(x+2)=f(x),
所以f(x)是周期为4的周期函数,
所以f′(x+4)=[f(x+4)]′=f′(x),
所以f′(x)是周期函数.
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第1课时 导数的概念及运算
突破点2:导函数与原函数的奇偶性关系
因为f(-x)=f(2+x)=-f(x),
即f(x)=-f(-x),
所以f′(-x)=-[f(-x)]′=f′(x),
所以f′(x)是偶函数.
故选B.
[答案] B
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√
√
√
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第1课时 导数的概念及运算
[赏析] 突破点:原函数与导函数间的性质关系
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[答案] BCD
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第1课时 导数的概念及运算
求解此类问题的关键是熟知原函数与导函数间的性质关系,明确函数的奇偶性、对称性、周期性之间的内化条件,体会赋值法在解题中的应用.
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第1课时 导数的概念及运算
√
[跟进训练]
设函数f(x)的定义域为R,其导函数为f′(x),若f′(-x)=f′(x),f(2x)+f(2-2x)=3,则下列结论不一定正确的是( )
A.f(1-x)+f(1+x)=3
B.f′(2-x)=f′(2+x)
C.f′(f(1-x))=f′(f(1+x))
D.f(f′(x+2))=f(f′(x))
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第1课时 导数的概念及运算
C [对于选项A,f(2x)+f(2-2x)=3,
对于选项B,由选项A的分析知f(x)+f(2-x)=3,等式两边同时求导,
得f′(x)-f′(2-x)=0,即f′(x)=f′(2-x)①,
又f′(x)=f′(-x),f′(x)为偶函数,
所以f′(2-x)=f′(x-2)②,
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第1课时 导数的概念及运算
由①②得f′(x)=f′(x-2),
所以函数f′(x)的周期为2.
所以f′(2-x)=f′(x)=f′(2+x),
即f′(2-x)=f′(2+x),故B正确;
对于选项C,由选项B的分析知f′(2-x)=f′(2+x),
则函数f′(x)的图象关于直线x=2对称.
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第1课时 导数的概念及运算
对于选项D,由选项B的分析可知函数f′(x)的周期为2,则f′(x)=f′(x+2),
所以f(f′(x))=f(f′(x+2)),故D正确.故选C.]
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第1课时 导数的概念及运算
1.导数的概念
(1)函数y=f(x)在x=x0处的瞬时变化率称为y=f(x)在x=x0处的导数,记作________或y′|x=x0,即f′(x0)= = .
(2)函数y=f(x)的导函数(简称导数)
f′(x)=y′= .
(3)′=______________________(g(x)≠0);
(4)直线y=x-1是曲线y=x2-x,y=xln x及y=1-的切线,如图4.
由以上切线方程可得重要不等式,如ln x≤x-1,x+1≤ex等.
B.(x2ln x)′=2xln x+x
C.′=
D.(sin xcos x)′=cos 2x
A [由题图知,f′(3)<<f′(5),即2f′(3)<f(5)-f(3)<2f′(5).故选A.]
4.(人教A版选择性必修第二册P81习题5.2T7改编)函数f(x)=ex+的图象在x=1处的切线方程为________________.
y=(e-1)x+2 [因为f′(x)=ex-,
[典例1] (多选)为满足人民对美好生活的向往,环保部门要求相关企业加强污水治理,排放未达标的企业要限期整改.设企业的污水排放量W与时间t的关系为W=f(t),用-的大小评价在[a,b]这段时间内企业污水治理能力的强弱.
已知整改期内,甲、乙两企业的污水
排放量与时间的关系如图所示.
ABC [-表示在[a,b]上割线斜率的相反数,-越大治理能力越强.
平均变化率=,如果当Δx趋于0时,无限趋近于一个常数,那么这个常数就是函数f(x)在x=x0处的瞬时变化率.求函数的瞬时变化率可以利用平均变化率“逐渐逼近”的方法求解.
A.<
B.r′(1)>r′(2)
C.r<
D.存在V0∈(V1,V2),使得r′(V0)=
BD [对于A,设tan α=,
tan θ=,
由题图得α>θ,所以tan α>tan θ,
所以>,所以该选项错误;
对于C,设V1=0,V2=3,所以r=r,=,因为r-r(0)>r(3)-r,
所以r>,所以该选项错误;
对于D,表示A(V1,r(V1)),B(V2,r(V2))两点之间的斜率,r′(V0)表示C(V0,r(V0))处切线的斜率,由于V0∈(V1,V2),所以可以平移直线AB使之和曲线相切,切点就是点C,所以该选项正确.故选BD.]
C.′=
D.(2x+cos x)′=2xln 2-sin x
(1)A (2)ABD [(1)因为f′(x)=3xln 3-, 所以f′(1)=3ln 3-2f′(1),所以f′(1)=ln 3.故选A.
对于C,′=
=,故C错误;
对于D,(2x+cos x)′=(2x)′+(cos x)′=2xln 2-sin x,故D正确.故选ABD.]
所以f′(x)=+ae-x-axe-x,
[典例3] (2023·全国甲卷)曲线y=在点处的切线方程为( )
A.y=x B.y=x
C.y=x+ D.y=x+
C [因为y=,
所以y′==,
故曲线在点处的切线斜率k=,
所以切线方程为y-=(x-1),
即y=x+.故选C.]
(1)A (2)(-∞,-4)∪(0,+∞) [(1)设切点为(x0,y0),易知y′=ex+a,则
解得故选A.
整理得x+ax0-a=0.
(2)若求过点P(x0,y0)的切线方程,可设切点为(x1,y1),由求解即可.
(2)(2024·全国甲卷)设函数f(x)=,则曲线y=f(x)在点(0,1)处的切线与两坐标轴围成的三角形的面积为( )
A. B.
C. D.
由于y′=,因此切线方程为y-ln x0=(x-x0).
又切线过点(a,b),则b-ln x0=,
即b+1=ln x0+,
则b+1=ln x0+有两个不等实根.
设f(x)=ln x+,定义域是(0,+∞),
即直线y=b+1与曲线f(x)=ln x+有两个不同的交点.
f′(x)=-=,
(2)f′(x)=,
则f′(0)==3,
即曲线y=f(x)在点(0,1)处的切线方程为y-1=3x,即y=3x+1.
令x=0,则y=1;令y=0,则x=-.
故该切线与两坐标轴围成的三角形面积S=×1×=.
故选A.]
由y=ln(x+1)+a,得y′=,
则y′|x=x0==2,解得x0=-,所以切点为,
切线方程为y=2+a+ln =2x+1+a-ln 2.
根据两切线重合,所以a-ln 2=0,解得a=ln 2.]
所以
解出x1,x2,从而可得切线方程.
(1)1-ln 2 (2)y=ex或y=x+1 [(1)设y=kx+b与y=ln x+2和y=ln(x+1)的切点分别为(x1,ln x1+2)和(x2,ln(x2+1)),则切线方程分别为y-ln x1-2=(x-x1),y-ln(x2+1)=(x-x2),化简得y=x+ln x1+1,y=x-+ln(x2+1),
依题意,
解得x1=,x2=-,
从而b=ln x1+1=1-ln 2.
因为f′(x)=ex,g′(x)=,
所以l:y=ex1·x-x1·ex1+ex1,
y=·x+ln x2+1.
所以
解得或
[典例2] (多选)已知函数f(x)及其导函数f′(x)的定义域均为R,记g(x)=f′(x).若f为偶函数,g为奇函数,则( )
A.f=0 B.g=0
C.g(1)+g(2)=0 D.g+g=0
因为f为偶函数,
所以f=f,
所以f=f,
所以f(x)的图象关于直线x=对称,
例如f(x)=1,则函数f(x)满足条件,但f=1≠0,故选项A错误;
因为g为奇函数,所以g=-g,所以函数g(x)的图象关于点对称,
令x=0,得g=0,故选项B正确;
因为f(x)的图象关于直线x=对称,
所以f=f,
所以′=′,
即-f′=f′,
所以f′(1)+f′(2)=0,
所以g(1)+g(2)=0,故选项C正确;
所以f′+f′=0,所以g+g=0,故选项D正确.故选BCD.
令x=2x,得f(x)+f(2-x)=3,则函数f(x)的图象关于点对称,
若f(1-x)+f(1+x)=3,则函数f(x)的图象关于点对称,符合题意,故A正确;
令f(1-x)=-Δ(x),f(1+x)=+Δ(x),若f′=f′,
则函数f′(x)的图象关于直线x=对称,不符合题意,故C错误;
$$