高考数学二轮复习专题7函数与导数3曲线的公切线问题课件+练习+答案

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名称 高考数学二轮复习专题7函数与导数3曲线的公切线问题课件+练习+答案
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资源类型 试卷
版本资源 通用版
科目 数学
更新时间 2026-01-19 00:00:00

文档简介

3 曲线的公切线问题
基础打底
1.(2025·湛江二模)已知函数f(x)=ex+2x,则曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为( B )
A.y=2x+1  B.y=3x+1
C.y=2x  D.y=3x
【解析】 由f(x)=ex+2x,得f′(x)=ex+2,则f(0)=1,f′(0)=3,所以曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=3x+1.
2.(2025·安庆三模)曲线y=e-2x+1在点(0,2)处的切线与直线y=0和y=x围成的三角形的面积为( A )
A.  B.
C.  D.1
【解析】 由y′=-2e-2x,得y′|x=0=-2,所以曲线在点(0,2)处的切线方程为y=-2x+2,它与直线y=x的交点为,与直线y=0的交点为(1,0),所以所围成的三角形面积为×1×=.
3.已知函数f(x)=若对于任意的x1∈(0,+∞),总存在x2∈(-∞,0],使得f(x)的图象上点(x1,f(x1))与(x2,f(x2))处的切线平行,则实数a的取值范围是( B )
A.  B.
C.  D.
【解析】 当x>0时,f′(x)=,令g(x)=f′(x),则g′(x)=,当x∈(0,)时,g′(x)>0,f′(x)单调递增;当x∈(,+∞)时,g′(x)<0,f′(x)单调递减,故f′(x)max=f′()=,可得f′(x)∈.当x≤0时,f′(x)=2x+a单调递增,f′(x)∈(-∞,a].由题意知, (-∞,a],所以a≥.
强技提能
共切点的公切线
例1 已知定义在(0,+∞)上的函数f(x)=x2-m,h(x)=6ln x-4x,设两曲线y=f(x)与y=h(x)在公共点处的切线相同,则实数m=__5__.
【解析】 设公共切点为P(x0,y0).因为f(x)=x2-m,h(x)=6ln x-4x,所以f′(x)=2x,h′(x)=-4.由题知即因为x0>0,所以x0=1,m=5.
求共切点的公切线的一般思路
(1) 设两曲线的公共切点P0(x0,y0);
(2) 列关系式
(3) 求公共切点P0的横坐标x0,再代入y=f(x)或y=h(x),求y0;
(4) 写出公切线方程y-y0=f′(x0)(x-x0)或y-y0=h′(x0)(x-x0).
变式1 已知函数f(x)=,g(x)=ex-a-b.若曲线y=f(x),y=g(x)在x=1处有相同的切线,则a+b=( D )
A.-1  B.0
C.1  D.2
【解析】 因为f(x)=,g(x)=ex-a-b,所以f′(x)=,g′(x)=ex-a,可得f(1)=0,g(1)=e1-a-b,f′(1)=1,g′(1)=e1-a.因为曲线y=f(x),y=g(x)在x=1处有相同的切线,即切点为(1,0),切线斜率k=1,所以解得所以a+b=2.
不共切点的公切线
例2 (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,则实数b=__1-ln 2__.
【解析】 方法一:设直线y=kx+b与曲线y=ln x+2的切点为(x0,ln x0+2),y′==k,则切线方程为y=x+ln x0+1.对于函数y=ln(x+1),y′=,因为==k,所以切点坐标为(x0-1,ln x0),将其代入y=x+ln x0+1,得 x0=,所以b=ln x0+1=ln+1=1-ln 2.
方法二:y′=(ln x+2)′==k,x=,代入切线方程得y=b+1,将代入y=ln x+2,得b=1-ln k,同理由y=ln(x+1)得1-k+b=-ln k,得k=2,所以b=1-ln 2.
方法三(影子函数法):如果一个函数通过平移可得到另一个函数,那么称这两个函数互为影子函数.y=ln x+2向左平移一个单位长度,再向下平移两个单位长度可得到y=ln(x+1),y=kx+b向左平移一个单位长度,再向下平移两个单位长度可得到y=k(x+1)+b-2.因为是公切线,所以y=kx+b与y=k(x+1)+b-2重合,则k+b-2=b,即k=2,所以=2,从而切点为,代入直线y=kx+b,得b=1-ln 2.
(2) (2025·广州二模节选)已知函数f(x)=e2x,g(x)=(a∈R,且a≠0).若a>0,直线l:y=2x+m与曲线y=f(x)和曲线y=g(x)都相切,则a的值为__8__.
【解析】 方法一:设直线l:y=2x+m与曲线y=f(x)=e2x的切点坐标为(x0,y0).由于f′(x)=2e2x,则f′(x0)=2=2,解得x0=0,y0==1,则切点坐标为(0,1),故直线l:y-1=2x,即y=2x+1.由得4x2+(4-a)x+1=0,由Δ=(4-a)2-16=0,解得a=8或a=0(舍去).当a=8时,得x=,符合题意,所以a=8.
方法二:设直线l:y=2x+m与曲线y=f(x)=e2x的切点坐标为(x0,y0).由于f′(x)=2e2x,则f′(x0)=2=2,解得x0=0,y0==1,则切点坐标为(0,1),故直线l:y-1=2x,即y=2x+1.当a>0时,函数g(x)=的定义域为[0,+∞).设直线l与曲线y=g(x)=的切点坐标为(x1,y1).由g′(x)=,得g′(x1)==2,得a=16x1,故l:y-=2(x-x1),即y=2x-2x1+,则-2x1+=1,解得x1=,a=8.
求不共切点的公切线的一般思路
(1) 分别设出两曲线的切点P1(x1,y1),P2(x2,y2);
(2) 分别求两曲线的切线方程y1=h1(x),y2=h2(x);
(3) 由公切线知两切线方程对应项系数相同,列方程组消元求解x1或x2,再求公切线方程.
变式2 已知函数f(x)=ax2(a>0),g(x)=ex,直线l:y=kx+b是曲线y=f(x)与y=g(x)的公切线,若直线l与曲线y=f(x)的切点坐标为(1,f(1)),则实数b=__-__.
【解析】 因为f′(x)=2ax,f′(1)=2a,f(1)=a,所以切线l的方程为y-a=2a(x-1),即y=2ax-a.设直线l与曲线y=g(x)相切的切点坐标为(x1,y1),g′(x)=ex,所以切线方程为y-y1= (x-x1),即y=x+ (1-x1),所以解得所以b=-a=.
公切线数量问题
例3 已知函数f(x)=ln x+1,g(x)=ax2(a>0).若曲线y=f(x)与曲线y=g(x)存在两条公切线,则实数a的取值范围为____.
【解析】 设曲线y=f(x)上切点为A(x0,y0),f′(x)=,x>0,则切线斜率为k=,切线方程为y-y0=(x-x0),即y=x+ln x0.依题意,切线y=x+ln x0与曲线y=ax2相切,于是方程ax2=x+ln x0有两个相等的正实根,而a>0,则Δ=+4aln x0=0,且ln x0<0,即-=ln x0.由公切线有两条,得关于x0的方程-=ln x0有两个不同的实数解.令φ(x)=x2ln x,则y=-与y=x2ln x的图象有两个交点.φ′(x)=2xln x+x=x(2ln x+1),由φ′(x)=0,得x=,当x∈时,φ′(x)<0,φ(x)单调递减,当x∈时,φ′(x)>0,φ(x)单调递增,因此φ(x)min=φ=-,φ(1)=0,作出函数y=φ(x)的图象如图所示.观察图象知,当-<-<0,即a>时,直线y=-与函数y=x2ln x的图象有两个交点,所以a的取值范围是.
两曲线公切线条数的判断方法
(1) 由两曲线公切线的几何特征,构建等量关系式f′(x1)=g′(x2)=;
(2) 解上述方程组,若无解,则两曲线不存在公切线;若有一解,则公切线只有一条;若有两个不同的解,则公切线有两条.
变式3 已知函数f(x)=x2,g(x)=aln x,其中a≠0,若曲线y=f(x)和曲线y=g(x)的公切线有两条,则实数a的取值范围为( C )
A.(-∞,0)  B.(-∞,-1)
C.(0,2e)  D.
(变式3答)
【解析】 设曲线f(x)=x2的切点为(s,s2),又f′(x)=2x,所以过该切点的切线斜率为f′(s)=2s,因此过该切点的切线方程为y-s2=2s(x-s),即y=2sx-s2.设曲线y=g(x)的切点为(t,aln t),又g′(x)=,所以过该切点的切线斜率为g′(t)=,因此过该切点的切线方程为y-aln t=(x-t),即y=x-a+aln t,则可得a=4t2(1-ln t).构造函数h(t)=4t2(1-ln t)(t>0),则h′(t)=4t(1-2ln t).当t>时,h′(t)<0,h(t)单调递减,当0<t<时,h′(t)>0,h(t)单调递增,所以函数h(t)的最大值为h()=2e,当t>e时,h(t)<0,当0<t<e时,h(t)>0,作出函数y=h(t)的大致图象如图所示.若曲线y=f(x)和曲线y=g(x)的公切线有两条,则直线y=a与y=h(t)的图象有两个交点,由图可知0<a<2e.
配套热练
1.已知函数f(x)=xex与g(x)=x2+ax(a∈R)的图象在点A(0,0)处有相同的切线,则a=( C )
A.0  B.-1
C.1  D.-1或1
【解析】 由题知点A(0,0)在两函数图象上,f′(x)=(1+x)ex,g′(x)=2x+a,根据题意可得f′(0)=g′(0),即a=1.
2.已知函数f(x)=ex-ax+b,g(x)=x2-x.若曲线y=f(x)和y=g(x)在公共点A(1,0)处有相同的切线,则a,b的值分别为( A )
A.e-1,-1  B.-1,e-1
C.e,-1  D.-1,e
【解析】 因为g′(x)=2x-1,所以g′(1)=1.又f′(x)=ex-a,所以解得
3.已知函数f(x)=ex,g(x)=ln x+2.若直线y=ax+b(a∈R,b>0)是曲线y=f(x)与曲线y=g(x)的公切线,则a+b=( D )
A.e+2  B.3
C.e+1  D.2
【解析】 设(t,et)是f(x)图象上的一点,f′(x)=ex,所以y=f(x)在点(t,et)处的切线方程为y-et=et(x-t),即y=etx+(1-t)et①.令g′(x)==et,解得x=e-t,g(e-t)=ln e-t+2=2-t,所以=et,1-t=(1-t)et,所以t=0或t=1(此时①为y=ex,b=0,不符合题意,舍去),所以t=0,此时①可化为y-1=1×(x-0),即y=x+1,所以a+b=1+1=2.
4.(2025·运城期末)若两曲线y=ln x与y=ax2+1存在公切线,则正实数a的取值范围为( C )
A.  B.(0,2e]
C.  D.[2e,+∞)
【解析】 设公切线与曲线y=ln x,y=ax2+1的切点分别为(x1,ln x1),(x2,a+1),其中x1>0.对于y=ln x,求导得y′=,则与y=ln x相切的切线方程为y-ln x1=(x-x1),即y=·x+ln x1-1.对于y=ax2+1,求导得y′=2ax,则与y=ax2+1相切的切线方程为y-(a+1)=2ax2(x-x2),即y=2ax2x-a+1.由公切线,得=2ax2,ln x1-1=-a+1,则有-=ln x1-2,=2-ln x1(x1>0).令g(x)=2x2-x2ln x(x>0),则g′(x)=3x-2xln x=x(3-2ln x),令g′(x)=0,得x=,当x∈(0,)时,g′(x)>0,g(x)单调递增,当x∈(,+∞)时,g′(x)<0,g(x)单调递减,所以g(x)max=g()=e3,故≤e3,又a>0,所以a≥e-3.
5.(2025·保定二模)已知直线y=x+m(m>0)是圆C:(x+1)2+y2=2与曲线y=ln(2x-1)+a的公切线,则a+m=__7__.
【解析】 因为直线y=x+m(m>0)与圆C:(x+1)2+y2=2相切,所以=,解得m=3(负根舍去).设函数f(x)=ln(2x-1)+a,则由f′(x)==1,得x=1,则f(1)=ln(2-1)+a=1+3,解得a=4,故a+m=7.
6.(2025·漳州二模)若曲线y=ln x在x=1处的切线也是曲线y=x2+3x-2+a的切线,则实数a=__2__.
【解析】 令y=f(x)=ln x,则f(1)=0,故切点为(1,0),设切线斜率为k,而f′(x)=,则k=f′(1)=1,则曲线在x=1处的切线方程为y=x-1.由题意得y=x-1也是曲线y=x2+3x-2+a的切线,联立得x2+2x-1+a=0,则Δ=4-4(a-1)=0,解得a=2.
7.(2025·滁州二模改编)已知函数f(x)=ex-x-1,g(x)=ln x-x+1,则f(x)和g(x)的图象有且只有__2__条公切线.
【解析】 设直线y=kx+m为函数f(x)和g(x)的图象的公切线,直线y=kx+m与函数f(x)切于点(x1,-x1-1),与函数g(x)切于点(x2,ln x2-x2+1).因为f(x)=ex-x-1,则f′(x)=ex-1,所以k=f′(x1)=-1,切线方程为y-(-x1-1)=(-1)(x-x1),即y=(-1)x+(1-x1)-1.因为g(x)=ln x-x+1,则g′(x)=-1,所以k=g′(x2)=-1,切线方程为y-(ln x2-x2+1)=(x-x2),即y=x+ln x2,所以消去x2可得(x1-1)(-1)=0,解得或所以f(x)和g(x)的图象有且只有两条公切线.
8.若存在过点O(0,0)的直线l与曲线y=x3-3x2+2x和y=x2+a都相切,则实数a的值为__1或__.
【解析】 易知点O(0,0)在曲线y=x3-3x2+2x上.当O(0,0)是切点时,由y′=3x2-6x+2,得y′|x=0=2,即直线l的斜率为2,故直线l的方程为y=2x.由得x2-2x+a=0,依题意,Δ=4-4a=0,得a=1.当O(0,0)不是切点时,设直线l与曲线y=x3-3x2+2x相切于点P(x0,y0),则y0=-3+2x0,k=y′|x=x0=3-6x0+2①,又k==-3x0+2②.联立①②,得x0=(x0=0舍去),所以k=-,故直线l的方程为y=-x.由得x2+x+a=0,依题意,Δ=-4a=0,得a=.综上,a=1或a=.
9.(2025·德州期初)已知函数f(x)=ln x,g(x)=aex(a∈R).若直线y=kx(k为常数)与曲线y=f(x),曲线y=g(x)均相切,则a=____.
【解析】 因为f(x)=ln x,x∈(0,+∞),所以f′(x)=.设直线y=kx与曲线y=f(x)切于点(x1,ln x1),则切线方程为y-ln x1=(x-x1),即y=x+ln x1-1.又因为y=kx,所以解得x1=e,k=,所以切线方程为y=x.因为g(x)=aex,所以g′(x)=aex,设直线y=x与曲线y=g(x)切于点(x0,a),所以g′(x0)=a=①,又因为切点(x0,a)在直线y=x上,所以a=x0②,由①和②可得x0=1,所以ae=,解得a=.
10.(2025·赣州期末)若曲线y=(x>0)与曲线y=2ln x存在公切线,则实数a的取值范围为____.
【解析】 由y=(x>0),得y′=′=-.设切点为,切线斜率为-,所以切线方程为y-=-(x-m),即y=-+.由y=2ln x(x>0),得y′=(2ln x)′=,设切点为(n,2ln n),切线斜率为,所以切线方程为y-2ln n=(x-n),即y=+2ln n-2.根据题设,由公切线有即又m,n>0,即a<0且ln n-1<0,即0<n<e,由上述关系式消去m并整理得2a=-n(ln n-1)2在n∈(0,e)上有解.令f(n)=-n(ln n-1)2,则f′(n)=1-ln2n.当f′(n)>0时,-1<ln n<1,即<n<e,此时f(n)单调递增;当f′(n)<0时,ln n<-1或ln n>1,即0<n<或n>e,此时f(n)单调递减.又f=-2=-,f(e)=-e(ln e-1)2=0,所以2a∈,即a∈.
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基础打底
1.(2025·湛江二模)已知函数f(x)=ex+2x,则曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为(  )
A.y=2x+1  B.y=3x+1
C.y=2x  D.y=3x
2.(2025·安庆三模)曲线y=e-2x+1在点(0,2)处的切线与直线y=0和y=x围成的三角形的面积为(  )
A.  B.
C.  D.1
3.已知函数f(x)=若对于任意的x1∈(0,+∞),总存在x2∈(-∞,0],使得f(x)的图象上点(x1,f(x1))与(x2,f(x2))处的切线平行,则实数a的取值范围是(  )
A.  B.
C.  D.
强技提能
共切点的公切线
例1 已知定义在(0,+∞)上的函数f(x)=x2-m,h(x)=6ln x-4x,设两曲线y=f(x)与y=h(x)在公共点处的切线相同,则实数m=____.
求共切点的公切线的一般思路
(1) 设两曲线的公共切点P0(x0,y0);
(2) 列关系式
(3) 求公共切点P0的横坐标x0,再代入y=f(x)或y=h(x),求y0;
(4) 写出公切线方程y-y0=f′(x0)(x-x0)或y-y0=h′(x0)(x-x0).
变式1 已知函数f(x)=,g(x)=ex-a-b.若曲线y=f(x),y=g(x)在x=1处有相同的切线,则a+b=(  )
A.-1  B.0 C.1  D.2
不共切点的公切线
例2 (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,则实数b=____.
(2) (2025·广州二模节选)已知函数f(x)=e2x,g(x)=(a∈R,且a≠0).若a>0,直线l:y=2x+m与曲线y=f(x)和曲线y=g(x)都相切,则a的值为____.
求不共切点的公切线的一般思路
(1) 分别设出两曲线的切点P1(x1,y1),P2(x2,y2);
(2) 分别求两曲线的切线方程y1=h1(x),y2=h2(x);
(3) 由公切线知两切线方程对应项系数相同,列方程组消元求解x1或x2,再求公切线方程.
变式2 已知函数f(x)=ax2(a>0),g(x)=ex,直线l:y=kx+b是曲线y=f(x)与y=g(x)的公切线,若直线l与曲线y=f(x)的切点坐标为(1,f(1)),则实数b=____.
公切线数量问题
例3 已知函数f(x)=ln x+1,g(x)=ax2(a>0).若曲线y=f(x)与曲线y=g(x)存在两条公切线,则实数a的取值范围为____.
两曲线公切线条数的判断方法
(1) 由两曲线公切线的几何特征,构建等量关系式f′(x1)=g′(x2)=;
(2) 解上述方程组,若无解,则两曲线不存在公切线;若有一解,则公切线只有一条;若有两个不同的解,则公切线有两条.
变式3 已知函数f(x)=x2,g(x)=aln x,其中a≠0,若曲线y=f(x)和曲线y=g(x)的公切线有两条,则实数a的取值范围为(  )
A.(-∞,0)  B.(-∞,-1)
C.(0,2e)  D.
配套热练
1.已知函数f(x)=xex与g(x)=x2+ax(a∈R)的图象在点A(0,0)处有相同的切线,则a=(  )
A.0  B.-1
C.1  D.-1或1
2.已知函数f(x)=ex-ax+b,g(x)=x2-x.若曲线y=f(x)和y=g(x)在公共点A(1,0)处有相同的切线,则a,b的值分别为(  )
A.e-1,-1  B.-1,e-1
C.e,-1  D.-1,e
3.已知函数f(x)=ex,g(x)=ln x+2.若直线y=ax+b(a∈R,b>0)是曲线y=f(x)与曲线y=g(x)的公切线,则a+b=(  )
A.e+2  B.3
C.e+1  D.2
4.(2025·运城期末)若两曲线y=ln x与y=ax2+1存在公切线,则正实数a的取值范围为(  )
A.  B.(0,2e]
C.  D.[2e,+∞)
5.(2025·保定二模)已知直线y=x+m(m>0)是圆C:(x+1)2+y2=2与曲线y=ln(2x-1)+a的公切线,则a+m=____.
6.(2025·漳州二模)若曲线y=ln x在x=1处的切线也是曲线y=x2+3x-2+a的切线,则实数a=____.
7.(2025·滁州二模改编)已知函数f(x)=ex-x-1,g(x)=ln x-x+1,则f(x)和g(x)的图象有且只有____条公切线.
8.若存在过点O(0,0)的直线l与曲线y=x3-3x2+2x和y=x2+a都相切,则实数a的值为____.
9.(2025·德州期初)已知函数f(x)=ln x,g(x)=aex(a∈R).若直线y=kx(k为常数)与曲线y=f(x),曲线y=g(x)均相切,则a=____.
10.(2025·赣州期末)若曲线y=(x>0)与曲线y=2ln x存在公切线,则实数a的取值范围为____.
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专题七
3 曲线的公切线问题
函数与导数
基础打底
1.(2025·湛江二模)已知函数f(x)=ex+2x,则曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为 (  )
A.y=2x+1  B.y=3x+1
C.y=2x  D.y=3x
【解析】
    由f(x)=ex+2x,得f′(x)=ex+2,则f(0)=1,f′(0)=3,所以曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=3x+1.
B
【解析】
A
【解析】
【答案】B 
强技提能
目标
1
共切点的公切线
   已知定义在(0,+∞)上的函数f(x)=x2 m,h(x)=6ln x 4x,设两曲线y=f(x)与y=h(x)在公共点处的切线相同,则实数m=_____.
1
【解析】
5
【解析】
D
目标
2
不共切点的公切线
   (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,则实数b=__________.
2
【解析】
【答案】 1 ln 2  
【解析】
2
【答案】 8  
求不共切点的公切线的一般思路
(1) 分别设出两曲线的切点P1(x1,y1),P2(x2,y2);
(2) 分别求两曲线的切线方程y1=h1(x),y2=h2(x);
(3) 由公切线知两切线方程对应项系数相同,列方程组消元求解x1或x2,再求公切线方程.
变式2 已知函数f(x)=ax2(a>0),g(x)=ex,直线l:y=kx+b是曲线y=f(x)与y=
g(x)的公切线,若直线l与曲线y=f(x)的切点坐标为(1,f(1)),则实数b=_______.
【解析】
目标
3
公切线数量问题
   已知函数f(x)=ln x+1,g(x)=ax2(a>0).若曲线y=f(x)与曲线y=g(x)存在两条公切线,则实数a的取值范围为______.
3
【解析】
【解析】
若曲线y=f(x)和曲线y=g(x)的公切线有两条,则直线y=a与y=h(t)的图象有两个交点,由图可知0<a<2e.
【答案】 C  
热练
1.已知函数f(x)=xex与g(x)=x2+ax(a∈R)的图象在点A(0,0)处有相同的切线,则a= (  )
A.0  B. 1
C.1  D. 1或1
【解析】
    由题知点A(0,0)在两函数图象上,f′(x)=(1+x)ex,g′(x)=2x+a,根据题意可得f′(0)=g′(0),即a=1.
C
2.已知函数f(x)=ex ax+b,g(x)=x2 x.若曲线y=f(x)和y=g(x)在公共点A(1,0)处有相同的切线,则a,b的值分别为 (  )
A.e 1, 1  B. 1,e 1
C.e, 1  D. 1,e
【解析】
A
3.已知函数f(x)=ex,g(x)=ln x+2.若直线y=ax+b(a∈R,b>0)是曲线y=f(x)与曲线y=g(x)的公切线,则a+b= (  )
A.e+2  B.3 C.e+1  D.2
【解析】
D
【解析】
【答案】 C  
【解析】
7
6.(2025·漳州二模)若曲线y=ln x在x=1处的切线也是曲线y=x2+3x 2+a的切线,则实数a=_____.
【解析】
2
7.(2025·滁州二模改编)已知函数f(x)=ex x 1,g(x)=ln x x+1,则f(x)和g(x)的图象有且只有_____条公切线.
【解析】
【答案】 2  
8.若存在过点O(0,0)的直线l与曲线y=x3 3x2+2x和y=x2+a都相切,则实数a的值为_________.
【解析】
9.(2025·德州期初)已知函数f(x)=ln x,g(x)=aex(a∈R).若直线y=kx(k为常数)与曲线y=f(x),曲线y=g(x)均相切,则a=______.
【解析】
【解析】
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