已知f(x)是周期为5的连续函数,它在x=0的某个邻域内满足关系式 f(1+sinx)-3f(1-sinx)=8x+a(x), 其中a(x)是当x→0时比x高阶的无穷小,且f(x)在x=1处可导.求曲线y=f(x)在点(6,f(6))处的切线方程.
已知f(x)是周期为5的连续函数,它在x=0的某个邻域内满足关系式 f(1+sinx)-3f(1-sinx)=8x+a(x), 其中a(x)是当x→0时比x高阶的无穷小,且f(x)在x=1处可导.求曲线y=f(x)在点(6,f(6))处的切线方程.
题目解答
答案
题设要求的是切线方程,因此只需知道切点坐标及该点处切线斜率即可.由已知f(x)是周期为5的连续函数,因而求f’(6)及f(6)就等价于求f’(1)及f(1).由关系式 f(1+sinx)-3f(1-sinx)=8x+a(x), 有[*] 再根据导数的定义,有 [*] 其中f(1)可由下述步骤确定:在原关系式中令x→0并结合f(x)的连续性,可得 f(1)-3f(1)=0, 即f(1)=0,则由 [*] 因此f’(1)=2.由周期性知 f’(6)=f’(1)=2,f(6)=f(1)=0. 所以待求切线方程为y=2(x-6),即2x-y-12=0.
解析
考查要点:本题主要考查周期函数的性质、导数的定义及泰勒展开的应用,以及利用导数求切线方程的能力。
解题核心思路:
- 周期性转化:利用函数$f(x)$的周期为5,将$f(6)$和$f'(6)$转化为$f(1)$和$f'(1)$。
- 方程处理:通过在$x \to 0$时对原方程进行泰勒展开或导数定义的变形,建立关于$f(1)$和$f'(1)$的方程。
- 求解参数:结合方程中的系数比较,确定$f(1)$和$f'(1)$的值。
- 切线方程:代入切点坐标和斜率,写出切线方程。
破题关键点:
- 周期性简化:将$f(6)$和$f'(6)$转化为$f(1)$和$f'(1)$。
- 方程变形:通过泰勒展开或导数定义,将原方程转化为关于$f(1)$和$f'(1)$的方程。
- 系数比较:利用无穷小量的性质,比较方程两边的系数,确定未知参数。
步骤1:利用周期性转化目标
由于$f(x)$是周期为5的函数,故:
$f(6) = f(6 - 5) = f(1), \quad f'(6) = f'(1).$
步骤2:确定$f(1)$的值
在原方程$f(1+\sin x) - 3f(1-\sin x) = 8x + a(x)$中,令$x \to 0$,此时$\sin x \approx x$,且$a(x)$是比$x$高阶的无穷小。根据$f(x)$的连续性,当$x \to 0$时:
$f(1+\sin x) \to f(1), \quad f(1-\sin x) \to f(1).$
代入方程得:
$f(1) - 3f(1) = 0 \implies -2f(1) = 0 \implies f(1) = 0.$
步骤3:确定$f'(1)$的值
将原方程两边除以$\sin x$(记$h = \sin x \approx x$),并取$x \to 0$的极限:
$\frac{f(1+h) - 3f(1-h)}{h} = 8 + \frac{a(h)}{h}.$
当$h \to 0$时,右边趋近于8。左边展开为:
$\frac{f(1+h) - f(1)}{h} + 3 \cdot \frac{f(1-h) - f(1)}{-h} \to f'(1) + 3f'(1) = 4f'(1).$
因此:
$4f'(1) = 8 \implies f'(1) = 2.$
步骤4:求切线方程
由周期性得:
$f(6) = f(1) = 0, \quad f'(6) = f'(1) = 2.$
切线方程为:
$y = f'(6)(x - 6) + f(6) = 2(x - 6).$