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2025年高考数学北京-20

  2026-10-10 17:52:57  

(15分)已知函数$f(x)$的定义域为$(-1,+\infty )$,且$f(0)=0$,$f\prime (x)=\dfrac{\ln (1+x)}{1+x}$.$l_{1}$是曲线$y=f(x)$在点$A(a$,$f$(a)$)(a\ne 0)$处的切线.
(1)求$f\prime (x)$的最大值;
(2)求证:当$-1 < a < 0$时,除切点$A$外,曲线$y=f(x)$在直线$l_{1}$的上方;
(3)设过点$A$的直线$l_{2}$与直线$l_{1}$垂直,$l_{1}$,$l_{2}$与$x$轴交点的横坐标分别为$x_{1}$,$x_{2}$,若$a > 0$,求$\dfrac{2a-{x}_{2}-{x}_{1}}{{x}_{2}-{x}_{1}}$的取值范围.
〖答案〗(1)$\dfrac{1}{e}$.
(2)证明见解析.
(3)$[\dfrac{e^{2}-1}{e^{2}+1}$,$1)$.
〖分析〗(1)利用导数判断其单调性,即可求出最大值;
(2)求出直线$l_{1}$的方程,再构造函数$h(x)$,只需证明其最小值(或者下确界)大于零即可;
(3)求出直线$l_{2}$的方程,即可由题意得到$x_{1}$,$x_{2}$的表示,从而用字母$a$表示出$\dfrac{2a-x_{1}-x_{2}}{x_{2}-x_{1}}$,从而求出范围.
〖解答〗解:(1)设$g(x)=f\prime (x)$,$g'(x)=\dfrac{\dfrac{1}{1+x}(1+x)-\ln (1+x)}{(1+x)^{2}}=\dfrac{1-\ln (1+x)}{(1+x)^{2}}$,
由$g\prime (x)=0$,可得$x=e-1$,当$x\in (-1,e-1)$时,$g\prime (x) > 0$,$g(x)$单调递增,
当$x\in (e-1,+\infty )$时,$g\prime (x) < 0$,$g(x)$单调递减,
所以$f\prime (x)$的最大值为$f'(e-1)=\dfrac{1}{e}$.
(2)因为$f'(a)=\dfrac{\ln (1+a)}{1+a}$,所以直线$l_{1}$的方程为$y-f(a)=\dfrac{\ln (1+a)}{1+a}(x-a)$,即$y=\dfrac{\ln (1+a)}{1+a}(x-a)+f(a)$,
设$h(x)=f(x)-[\dfrac{\ln (1+a)}{1+a}(x-a)+f(a)]$,$h'(x)=\dfrac{\ln (1+x)}{1+x}-\dfrac{\ln (1+a)}{1+a}=f'(x)-f'(a)$,
由(1)可知,$f\prime (x)$在$x\in (-1,e-1)$上单调递增,而$-1 < a < 0$,
所以当$-1 < x < a$时,$h\prime (x) < 0$,$h(x)$单调递减,
当$0 > x > a$时,$h\prime (x) > 0$,$h(x)$单调递增,且$f\prime$(a)$ < f\prime (0)=0$,
而当$x\geqslant 0$时,$f'(x)=\dfrac{\ln (1+x)}{1+x}\ge 0$,所以总有$f\prime (x)\geqslant f\prime$(a),$h(x)$单调递增,
故$h(x)\geqslant h$(a),从而命题得证;
(3)由$f'(x)=\dfrac{\ln (1+x)}{1+x}$,可设$f(x)=\dfrac{\ln ^{2}(1+x)}{2}+C$,又$f(0)=0$,所以$C=0$,即$f(x)=\dfrac{\ln ^{2}(1+x)}{2}$,
因为直线$l_{1}$的方程为$y=\dfrac{\ln (1+a)}{1+a}(x-a)+\dfrac{\ln ^{2}(1+a)}{2}$,易知$a\ne 0$,
所以直线$l_{2}$的方程为$y=-\dfrac{1+a}{\ln (1+a)}(x-a)+\dfrac{\ln ^{2}(1+a)}{2}$,
$x_{1}=a-\dfrac{(1+a)\ln (1+a)}{2}$,$x_{2}=\dfrac{\ln ^{3}(1+a)}{2(1+a)}+a$,
所以$\dfrac{2a-x_{1}-x_{2}}{x_{2}-x_{1}}=\dfrac{\dfrac{(1+a)\ln (1+a)}{2}-\dfrac{\ln ^{3}(1+a)}{2(1+a)}}{\dfrac{\ln ^{3}(1+a)}{2(1+a)}+\dfrac{(1+a)\ln (1+a)}{2}}=\dfrac{(1+a)^{2}-\ln ^{2}(1+a)}{\ln ^{2}(1+a)+(1+a)^{2}}$
$=\dfrac{1-\dfrac{\ln ^{2}(1+a)}{(1+a)^{2}}}{\dfrac{\ln ^{2}(1+a)}{(1+a)^{2}}+1}=\dfrac{1-g^{2}(a)}{1+g^{2}(a)}=-1+\dfrac{2}{1+g^{2}(a)}$,
由(1)知,当$x > 0$时,$g(x)\in (0,\dfrac{1}{e}]$,
所以$g^{2}(a)\in (0,\dfrac{1}{e^{2}}]$,所以$\dfrac{2a-x_{1}-x_{2}}{x_{2}-x_{1}}\in [\dfrac{e^{2}-1}{e^{2}+1},1)$.
〖点评〗本题考查导数的综合应用,属于难题.

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