
?重難點突破12 導(dǎo)數(shù)中的“距離”問題
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導(dǎo)數(shù)中的“距離”問題,利用化歸轉(zhuǎn)化和數(shù)形結(jié)合的思想可把問題轉(zhuǎn)化為點到直線的距離、兩點間的距離問題,再利用導(dǎo)數(shù)法來求距離的最值.方 法 之 一 是 轉(zhuǎn) 化 化 歸,將 動 點 間 的 距 離 問題轉(zhuǎn)化為點到直線的距離問題,而這個“點”一般就是利用導(dǎo)數(shù)求得的切點;方法之二是構(gòu)造函數(shù),求出導(dǎo)數(shù),利用導(dǎo)數(shù)求解最值.
題型一:曲線與直線的距離
例1.(2023·浙江·高二校聯(lián)考期中)已知函數(shù),其中,若存在,使得成立,則實數(shù)的值為_________.
【答案】10
【解析】設(shè),
則可看做圖象上任意一點與圖象上點的距離的平方,
設(shè)函數(shù)過點的切線平行于直線.
則,令,解得,∴切點.
點P到直線的距離,此時,
∴存在,使,
過點P且與直線垂直的直線方程為:.
聯(lián)立 ,解得.
即,時,存在使得為成立,此時.
故答案為:10
例2.(2023·湖南衡陽·高三衡陽市八中階段練習(xí))已知實數(shù)滿足,則的最小值______.
【答案】
【解析】由題意可得可以表示兩點與之間距離的平方
故,
可以看成是函數(shù),
即函數(shù)在的切線與函數(shù)平行時求出最小值
則,解得
此時
故的最小值為
例3.(2023·遼寧錦州·高二校聯(lián)考期中)若實數(shù)滿足,則的最小值為_____.
【答案】8
【解析】實數(shù)、、、滿足:
,
,設(shè),,則有:,且,設(shè),,則有:,
就是曲線與直線之間的最小距離的平方值,
對曲線求導(dǎo):,
與平行的切線斜率,解得:或(舍,
把代入,得:,即切點為,
切點到直線的距離:,
的最小值就是8.
故答案為: 8.
變式1.(2023·江西鷹潭·高二統(tǒng)考期末)若實數(shù),,,滿足,則的最小值為___.
【答案】
【解析】由,得,
所以表示直線上點到曲線上點距離的平方,
由,令,解得或(舍),
得,所以所求最小值為,
故答案為:.
變式2.(2023·江蘇蘇州·高二蘇州市相城區(qū)陸慕高級中學(xué)校考階段練習(xí))實數(shù)滿足:,則的最小值為________
【答案】/4.5
【解析】由題設(shè)可得,,
故,
設(shè),,則,
即函數(shù)的圖象的點與直線上的點的連線段的平方,
而,令,則,此時對應(yīng)的函數(shù)值為1,
故函數(shù)的圖象在處的切線為,
的最小值即為平行線,之間的距離,
此距離為,故的最小值為,
故答案為:
變式3.(2023·全國·高三專題練習(xí))已知函數(shù)的最小值是,則的值是_______
【答案】/
【解析】函數(shù)
,
可得表示兩點,的距離的平方,
即有函數(shù),圖象上的兩點距離的最小值的平方為,
設(shè)直線與函數(shù)的圖象相切,
,
設(shè)切點為,可得,解得,則,
即有切點為,
則,
解得,
則的值為.
故答案為:.
變式4.(2023·湖南常德·高二臨澧縣第一中學(xué)??茧A段練習(xí))已知函數(shù),其中,存在,使得成立,則實數(shù)=_______.
【答案】/
【解析】設(shè),設(shè),則,
而點P在曲線,點Q在直線上,
當(dāng)過曲線上的一點的切線與直線平行時,
點到直線的距離取得最小值
由,可得,所以,
到直線的距離,則,即恒成立,
由題意可知存在,使得,則
過點垂直于的直線為
由,可得,則,則
故答案為:
變式5.(2023·湖北孝感·高二校聯(lián)考階段練習(xí))設(shè),當(dāng),變化時,則的最小值______.
【答案】
【解析】由可知,此式表示點與點間的距離,
而點在曲線上,點在直線上,
所以問題轉(zhuǎn)化為求直線與曲線間的最小距離,
將直線向下平移恰好與曲線相切時,所平移的距離為所求的距離,
設(shè)直線向下平移與曲線相切時的直線方程為,
設(shè)切點為,,則,得,
所以,切點為,
所以切線方程為,
此時直線與間的距離為,
故答案為:
題型二:曲線與點的距離
例4.(2023·全國·高三專題練習(xí))若點與曲線上點的距離的最小值為,則實數(shù)的值為
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】先設(shè)切點B,再根據(jù)導(dǎo)數(shù)幾何意義以及最值列式解得實數(shù)的值.因為,所以由題意得以A為圓心,為半徑的圓與曲線相切于點B,設(shè),則在B點處切線的斜率為,所以
,選D.
例5.(2023·全國·高三專題練習(xí))若點與曲線上點距離最小值為,則實數(shù)為
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】設(shè)點的坐標(biāo)為,根據(jù)直線與曲線在點處的切線垂直,得到關(guān)于的表達(dá)式,再利用兩點間的距離公式結(jié)合的最小值為,求出的值,即可得出實數(shù)的值.設(shè)點的坐標(biāo)為,對函數(shù)求導(dǎo)得,
由題意可知,直線與曲線在點處的切線垂直,則,
得,
由兩點間的距離公式得,
由于的最小值為,即,,解得,因此,.
故選:C.
例6.(2023·河北石家莊·石家莊二中??寄M預(yù)測)設(shè)點,P為曲線上動點,若點A,P間距離的最小值為,則實數(shù)t的值為(????)
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】設(shè),則,記,
,易知是增函數(shù),且的值域是,
∴的唯一解,且時,,時,,即,
由題意,而,,
∴,解得,.
∴.
故選:C.
題型三:曲線與圓的距離
例7.(2023·福建龍巖·高三統(tǒng)考期末)已知為函數(shù)圖象上任意一點,點為圓上任意一點,則線段長度的最小值為___.
【答案】
【解析】由圓的對稱性可知,只需滿足圓心(0,)到圖象上一點的距離最小值
設(shè)圖象上的一點為
則
即有切線斜率為
可得
,
設(shè)
,
遞增
又
可得處點(e,1)到的距離最小,為
則線段長度的最小值為
例8.(2023·上?!じ叨n}練習(xí))對于平面曲線S上任意一點P和曲線T上任意一點Q,稱的最小值為曲線S與曲線T的距離.已知曲線和曲線,則曲線S與曲線T的距離為(????)
A. B. C. D.2
【答案】A
【解析】由題意得:
設(shè)
則
根據(jù)柯西不等式:
于是
于是
令,則
故
故
故選:A
例9.(2023·全國·高三專題練習(xí))已知點為函數(shù)的圖象上任意一點,點為圓上任意一點,則線段長度的最小值為(????)
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】依題意,圓心為,設(shè)點的坐標(biāo)為,
則,
設(shè),
,
令,則,
當(dāng)時,,函數(shù)單調(diào)遞增,
當(dāng)時,,函數(shù)單調(diào)遞減,
所以,故,
所以時,且,
所以時,,函數(shù)單調(diào)遞減,
當(dāng)時,令,則,
令,則,
所以函數(shù)在上單調(diào)遞增,
則,即,
所以時,單調(diào)遞增,即單調(diào)遞增,
所以,故當(dāng)時,函數(shù)單調(diào)遞增,
所以,
故的最小值為,
則線段的長度的最小值為.
故選:B.
變式6.(2023·全國·高三專題練習(xí))已知點為函數(shù)圖像上任意一點,點為圓上任意一點,則線段的長度的最小值為(????)
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】設(shè),又圓的圓心為,
令,
,.
令,
,
令,
,時,,
在上單調(diào)遞增,,即
所以在上單調(diào)遞增,即在上單調(diào)遞增,而.
,解得;,解得,
在遞減,在遞增,
,
,
則線段的長度的最小值為,
故選:A.
變式7.(2023·全國·高三專題練習(xí))已知點為函數(shù)的圖象上任意一點,點為圓上任意一點,則線段長度的最小值為(????)
A. B.1 C. D.
【答案】A
【解析】
由圓的對稱性可得只需考慮圓心到函數(shù)圖象上一點的距離的最小值.
設(shè)圖象上一點,令圖象上一點的切線為
由的導(dǎo)數(shù)為,即切線的斜率為,
當(dāng)時,圓心到函數(shù)圖象上一點的距離最小,
此時,即有,
由,可得,遞增,又,
所以,,
所以點到點的距離最小,且為,
則線段的長度的最小值為,
故選:A.
題型四:曲線與拋物線的距離
例10.(2023·全國·高三專題練習(xí))設(shè),當(dāng)a,b變化時,的最小值為_______.
【答案】.
【解析】,
函數(shù)表示點和的距離加上的縱坐標(biāo),
畫出和的圖像,如圖所示:
故,當(dāng)共線時等號成立.
設(shè),則,,
當(dāng)時,,故,函數(shù)單調(diào)遞增;
當(dāng)時,,故,函數(shù)單調(diào)遞減.
,故.
綜上所述:的最小值是.
故答案為:.
例11.(2023·全國·高三專題練習(xí))設(shè),其中,則的最小值為
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】分析:由表示兩點與點的距離,而點在拋物線上,拋物線的焦點,準(zhǔn)線為,則表示與的距離和與準(zhǔn)線的距離的和加上1,由拋物線的定義可得表示與的距離和加上1,畫出圖象,當(dāng)三點共線時,可求得最小值.
由題意,,
由表示兩點與點的距離,
而點在拋物線上,拋物線的焦點,準(zhǔn)線為,
則表示與的距離和與準(zhǔn)線的距離的和加上1,
由拋物線的定義可得表示與的距離和加上1,
由圖象可知三點共線時,且為曲線的垂線,此時取得最小值,
即為切點,設(shè),
由,可得,
設(shè),則遞增,且,可得切點,
即有,則的最小值為,故選C.
例12.(2023·全國·高三專題練習(xí))設(shè).,則的最小值為
A. B.1 C. D.2
【答案】C
【解析】由題可得:設(shè),所以為上任意一點到上任一點及拋物線焦點的距離之和,所以距離表達(dá)式為,令,,顯然在遞減,遞增所以,故最小值為
題型五:曲線與曲線的距離
例13.(2023·黑龍江哈爾濱·高三哈爾濱三中??计谥校┰O(shè)點在曲線上,點在曲線上,則的最小值為___________.
【答案】
【解析】由于曲線是由向右平移1個單位得到的,是由現(xiàn)右平移1個單位得到的,所以的最小值可以看成曲線上的點與上的點間的最小值,
因為與互為反函數(shù),其圖象關(guān)于直線對稱,
所以所求的最小值為曲線上的點到直線的最小距離的2倍,
設(shè)與直線平行的直線與曲線相切于點,
因為,由,得,
所以切點,
所以點到直線的最小距離為,
所以的最小值為,
故答案為:
例14.(2023·四川成都·高二棠湖中學(xué)??茧A段練習(xí))設(shè)點在曲線上,點在曲線上,則的最小值為__________.
【答案】
【解析】函數(shù)與函數(shù)互為反函數(shù),圖象關(guān)于對稱.
函數(shù)上的點到直線的距離為.
設(shè)函數(shù),則
因為當(dāng)時,,當(dāng)時,
所以當(dāng)時,
所以
所以最小值為.
故答案為:
例15.(2023·黑龍江哈爾濱·高三哈爾濱三中??计谥校┰O(shè)點在曲線上,點曲線上,則的最小值為________.
【答案】
【解析】因為曲線與曲線互為反函數(shù),所以其圖象關(guān)于對稱,
所以可先求點到直線的距離的最小值,
設(shè)曲線上斜率為1的切線方程為,
由,可得,令,解得,所以切線的坐標(biāo)為,
所以切線到直線的距離為,
所以的最小值為.
故答案為:.
變式8.(2023·全國·高三專題練習(xí))設(shè)點P在曲線上,點Q在曲線上,則|PQ|的最小值為_____.
【答案】
【解析】令、分別向上平移一個單位可得、,而與關(guān)于對稱,
∴當(dāng)兩條曲線在P、Q處的切線均與平行時,P、Q關(guān)于對稱,|PQ|有最小,對應(yīng)曲線平移到、后,P、Q關(guān)于對稱即可,
∴令,則,
∴有,則,即,
∴到的距離,
∴.
故答案為:.
變式9.(2023·遼寧葫蘆島·高二統(tǒng)考期末)設(shè)點在曲線上,點在曲線上,則的最小值為__________.
【答案】
【解析】由,得:,.所以,與互為反函數(shù).
它們的圖像關(guān)于對稱.
P在曲線上,點Q在曲線上,
設(shè),
要使|PQ|的距離最小,則P應(yīng)在上,
又P,Q的距離為P或Q中一個點到的最短距離的兩倍.
以Q點為例,Q點到直線的最短距離
所以當(dāng),即時,d取得最小值,
則|PQ|的最小值等于.
變式10.(2023·黑龍江大興安嶺地·高三校考階段練習(xí))設(shè)點在曲線上,點在曲線上,若,則的取值范圍是___________.
【答案】
【解析】由函數(shù)和互為反函數(shù),其圖像關(guān)于直線對稱,
可先求得點點到直線的距離為,
設(shè)曲線上斜率為1的切線方程為,
因為,令,可得,即,
即切線的坐標(biāo)為
又由切點到直線距離為,
因為,所以,即,即,
因為,可得,
所以,即,即,
令,則,
令,可得,
所以在區(qū)間上為單調(diào)遞增函數(shù),
因為,所以不等式等價于,
則,即,所以,解得,
故實數(shù)的取值范圍是.
故答案為:.
變式11.(2023·福建南平·統(tǒng)考模擬預(yù)測)分別是函數(shù)和圖象上的點,若與x軸平行,則的最小值是(????)
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】因為與x軸平行,設(shè)方程為,
由,可得,即,
由,可得,即,
所以,
設(shè),則,
當(dāng)時,,在上單調(diào)遞減,
當(dāng)時,,在上單調(diào)遞增,
故,
故選:B
變式12.(2023·福建泉州·校聯(lián)考模擬預(yù)測)設(shè)點在曲線上,點在曲線上,則的最小值為(???)
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】令,則,這兩個函數(shù)互為反函數(shù),圖象關(guān)于對稱.
所以與的圖象可以看成是由,這兩個函數(shù)圖象向右平移一個單位得到的.
所以的最小值即為曲線與上兩點的最小值.
曲線上的點到直線的距離為
設(shè),則.
由可得,由可得
所以在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增.
所以當(dāng)時,函數(shù),所以
由圖象關(guān)于對稱得:的最小值為.
故選:B
題型六:橫向距離
例16.(2023·重慶永川·高二重慶市永川北山中學(xué)校??计谥校┮阎瘮?shù),的圖象分別與直線交于兩點,則的最小值為(????)
A.2 B. C. D.
【答案】B
【解析】因為函數(shù) 的圖像與直線分別交于兩點,
所以,,其中,且,
所以,
令,
則,令得:;
所以易得:時,;時,;
即函數(shù)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
因此,即的最小值為.
故答案為:B.
例17.(2023·黑龍江佳木斯·高二佳木斯一中??计谥校┲本€分別與直線,曲線交于A,B兩點,則的最小值為
A. B.1 C. D.4
【答案】A
【解析】設(shè),則,∴,∴,令,則,∴函數(shù)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,∴時,函數(shù)的最小值為,故選A.
考點:利用導(dǎo)數(shù)研究曲線上某點切線方程.
例18.(2023·全國·高三專題練習(xí))已知拋物線:在點處的切線與曲線:相切,若動直線分別與曲線、相交于、兩點,則的最小值為
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
設(shè) 恒成立,故單調(diào)遞增,又故
故 ,令
,選D
變式13.(2023·黑龍江哈爾濱·哈爾濱市第一中學(xué)校??既#┮阎瘮?shù),函數(shù),直線分別與兩函數(shù)交于、兩點,則的最小值為(????)
A. B.1 C. D.2
【答案】A
【解析】設(shè),,則,,消去得.
所以,其中.
令,,
則,
當(dāng)時,,當(dāng)時,.
故在上為減函數(shù),在上為增函數(shù),
所以,所以的最小值為.
故選:A.
變式14.(2023·全國·高三專題練習(xí))已知函數(shù),的圖像分別與直線交于,兩點,則的最小值為(????)
A.1 B. C. D.
【答案】C
【解析】由題意,, ,其中,且,
所以,令,,
則時,解得,
所以時,;時,,
則在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
所以當(dāng)時,,
故選:C.
變式15.(2023·江蘇·高二專題練習(xí))函數(shù),的圖象與直線分別交于,兩點,則的最小值為(????)
A. B. C. D.2
【答案】C
【解析】由可得,
由可得,
所以
設(shè),,則,
記,則恒成立,
所以即在上單調(diào)遞增,
且,
所以當(dāng)時,;當(dāng)時,,
所以在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增,
所以,所以的最小值為,
故選:C.
變式16.(2023·全國·高三專題練習(xí))設(shè)直線與函數(shù),的圖像分別交于A,B兩點,則的最小值為(????)
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】直線與函數(shù),的圖象分別交于,兩點,
,,,其中,且,
,設(shè)函數(shù),
,,
令,解得,
當(dāng),即時,函數(shù)在,單調(diào)遞增,
當(dāng),即時,函數(shù)在單調(diào)遞減,
故時,函數(shù)有最小值,最小值為,
故線段的長度的最小值為.
故選:D.
題型七:縱向距離
例19.(2023·全國·高三專題練習(xí))直線分別與曲線和曲線交于,兩點,則的最小值為
A. B.2 C. D.
【答案】D
【解析】根據(jù)題意可設(shè),,即可表示出,構(gòu)造函數(shù)并求得,令求得極值點并判斷函數(shù)的單調(diào)性,即可求得的最小值.直線分別與曲線和曲線交于,兩點,
設(shè),,
且,,
,.
,,,
令解得,(舍),
當(dāng)時,則在上單調(diào)遞減,
當(dāng)時,,則在上單調(diào)遞增.
所以,
綜上可知的最小值為.
故選:D.
例20.(2023·高二課時練習(xí))動直線()與函數(shù),的圖象分別交于點A,B,則的最小值為(????)
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】設(shè),
則,
當(dāng)時,,當(dāng),,
所以在上遞減,在上遞增,
所以當(dāng)時取得最小值,
所以的最小值為,
故選:A
例21.(2023·高一課時練習(xí))已知函數(shù),將的圖象向右平移個單位長度后得到函數(shù)的圖象,若動直線與函數(shù)和的圖象分別交于,兩點,則的最大值為
A.2 B. C.1 D.
【答案】B
【解析】f(x)=sin(2x),g(x)=sin[2(x)]=sin(2x),
所以|MN|=|f(x)﹣g(x)|
=|sin(2x)﹣sin(2x)|,
|cos2x|,
則cos2x=±1時,
|MN|的最大值為:.
故選B.
變式17.(2023·福建龍巖·高二校聯(lián)考期中)已知直線與函數(shù),的圖像分別交于A,B兩點,則的最小值為(????)
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】設(shè),
則,
當(dāng)時,,當(dāng),,
所以在區(qū)間上單調(diào)遞減,在區(qū)間上單調(diào)遞增,
所以當(dāng)時,取得最小值,
所以的最小值為,
故選:D.
變式18.(多選題)(2023·湖南長沙·湖南師大附中校考模擬預(yù)測)若直線與兩曲線、分別交于、兩點,且曲線在點處的切線為,曲線在點處的切線為,則下列結(jié)論正確的有(????)
A.存在,使 B.當(dāng)時,取得最小值
C.沒有最小值 D.
【答案】ABD
【解析】對于A選項,由直線與兩曲線、分別交于、兩點可知.
曲線上點坐標(biāo),可求導(dǎo)數(shù),則切線斜率,
曲線上點坐標(biāo),可求得導(dǎo)數(shù),則切線斜率.
令,則,令,則,
所以,函數(shù)在上為增函數(shù),
因為,,
由零點存在定理,使,即,使,即,故A正確;
對于BC選項,,令,其中,則,
由A選項可知,函數(shù)在上為增函數(shù),
且,,
所以,存在使得,即,
當(dāng)時,,此時函數(shù)單調(diào)遞減,
當(dāng)時,,此時函數(shù)單調(diào)遞增,
故當(dāng)時,取最小值,即當(dāng)時,取得最小值,故B正確,C錯;
對于D選項,由可得,則,
令,則函數(shù)在上為減函數(shù),
因為,,,且,
又因為函數(shù)在上為增函數(shù),所以,,
所以,,D對.
故選:ABD.
變式19.(2023·全國·高三專題練習(xí))直線分別與直線,曲線交于、兩點,則的最小值為__________.
【答案】
【解析】由已知得,,
則
設(shè),,
則,
當(dāng)時,,函數(shù)單調(diào)遞減,
當(dāng)時,,函數(shù)單調(diào)遞增,
所以
所以,
當(dāng)時,取最小值為,
故答案為:.
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重難點突破11 導(dǎo)數(shù)中的同構(gòu)問題(六大題型)-2024年高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí)講練測(新教材新高考)(解析版)
重難點突破12 導(dǎo)數(shù)中的“距離”問題(七大題型)-高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí)講練測(新教材新高考)
重難點突破11 導(dǎo)數(shù)中的同構(gòu)問題(六大題型)-高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí)講練測(新教材新高考)
重難點突破05 極值點偏移問題與拐點偏移問題(七大題型)-高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí)講練測(新教材新高考)
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