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文档简介
专题14导数的概念与运算
【考点预测】
知识点一:导数的概念和几何性质
1、概念
函数/(X)在x=x0处瞬时变化率是1面包=1而〃/+-)-/(>),我们称它为函数了=/(X)在x=x0
Arf0Arf0Ax
处的导数,记作/''(xo)或y'L』.
知识点诠释:
①增量■可以是正数,也可以是负,但是不可以等于0.Axf0的意义:©与0之间距离要多近有
多近,即|Ax-0|可以小于给定的任意小的正数;
②当Axf0时,Ay在变化中都趋于0,但它们的比值却趋于一个确定的常数,即存在一个常数与
包=/(M+AX-(X。)无限接近;
AxAx
③导数的本质就是函数的平均变化率在某点处的极限,即瞬时变化率.如瞬时速度即是位移在这一时
刻的瞬间变化率,即r(Xo)=lim—=lim小。+Ax)-/(x。).
。AxAx
2、几何意义
函数y=/(x)在x=x。处的导数尸(%)的几何意义即为函数y=/(x)在点尸(看,%)处的切线的斜率.
3、物理意义
函数S=S⑺在点0处的导数,&)是物体在%时刻的瞬时速度V,即丫=5&);V=V⑺在点八的导数
M«o)是物体在小时刻的瞬时加速度°,即a=M(/o).
知识点二:导数的运算
1、求导的基本公式
基本初等函数导函数
f{x)=c(。为常数)/'(x)=0
y(x)=x"(aeQ)/'(%)=CLX~X
f(x)=ax(Q>0,qw1)f\x)=ax]na
/(x)=loga%(a>0,aw1)/'(x)=;
xma
/(x)=e'/'(x)=e'
/(x)=lnx
/v)=-
f(x)=sinx/'(x)=cosx
f(x)=cosX/'(x)=-sinx
2、导数的四则运算法则
(1)函数和差求导法则:[/(X)土g(x)]'=/'(x)±g'(x);
(2)函数积的求导法则:"(x)g(x)]'=f'(x)g(x)+/(x)g'(x);
贝I]rZW-i=/(E>g(x)-/(x)g'(x)
(3)函数商的求导法则:g(x)*O
'g(x)g2(x)
3、复合函数求导数
复合函数y=/[g(x)]的导数和函数y=/3),"=g(x)的导数间关系为K=yuux:
【方法技巧与总结】
1、在点的切线方程
切线方程y-/(x0)=f'(x0)(x-x0)的计算:函数y=/(x)在点A(x0,/(x0))处的切线方程为
y=fM
y-/(Xo)=/'(XoXx-Xo),抓住关键0
k=f'g)
2、过点的切线方程
设切点为尸(X。,%),则斜率后=/'(Xo),过切点的切线方程为:y-y0=f'(x0)(x-x0),
又因为切线方程过点/(正,〃),所以〃n/'CvoX"?-X。)然后解出X。的值.(X。有几个值,就有几条
切线)
注意:在做此类题目时要分清题目提供的点在曲线上还是在曲线外.
【典型例题】
例1.(2024・高三・全国・专题练习)已知函数/■@)=詈+2尤,则曲线y=/(x)在x=o处的切线方程为()
A.2x-2y+l=0B.x+y-l=O
C.x-y+l=OD.2x-y+l=O
【答案】C
【解析】由题意知/'(x)=sin;:cosX+2,/⑼之,
;・曲线V=/(x)在尤=0处的切线斜率为/''(0)=曰手限+2=1,
e
曲线y=/(x)在无=0处的切线方程为y-l=x,S.x-y+i=O.
故选:C.
例2.(2024・高二•全国・竞赛)若点尸是曲线>=/一Inx上任意一点,则点尸到直线y=x-2的最小距离为
().
A.-\/2B.5/3C.2D.y/s
【答案】A
【解析】•..y'=2x-g,设为所求的点,
y0=%o-lnx0,
得x0=l,%=1,则点尸到直线y=x-2的最小距离为卜?=JL
故选:A.
例3.(2024・高三•江西抚州•阶段练习)如图1,现有一个底面直径为10cm高为25cm的圆锥容器,以2cm3/s
的速度向该容器内注入溶液,随着时间f(单位:S)的增加,圆锥容器内的液体高度也跟着增加,如图2
所示,忽略容器的厚度,则当/=兀时,圆锥容器内的液体高度的瞬时变化率为()
7?
图1图2
A.画cm/sB.汽m/sC.V150.V150.
-------cm/snU-cm/s
6兀5兀3兀----------------2兀
【答案】c
【解析】设注入溶液的时间为t(单位:S)时,溶液的高为〃cm,
则;兀-h=2t,得〃=$15。,.
因为勿=4快,
所以当/=无时,〃=』]咫=妪0,
3V7t337r
即圆锥容器内的液体高度的瞬时变化率为近(
:m/s.
3兀
故选:C
例4.(2024・山东济南•一模)与抛物线x?=2了利1圆Y+3+1)2=1都相切的直线的条数为()
A.0B.IC.2D.3
【答案】D
【解析】设直线与抛物线无2=2y相切的切点坐标为(7,;〃),由y=求导得了=一
因此抛物线X2=2v在点。,?2)处的切线方程为y-;/=《X-),即比一y一?2=0,
Il-l;21
依题意,此切线与圆尤2+(了+1)2=1相切,于是I211,解得"0或;±2也,所以所求切线条数为3.
+1
故选:D
例5.(2024•福建漳州•一模)若曲线y=ae-+x在点(2,2+a)处的切线方程为y=4x+b,贝1]0+6=()
A.3B.-3C.0D.1
【答案】C
【解析】因为y=ae>2+x,则j/=ae>2+l,
[Q+1=41Q=3
由题意可得:。Ac,解得L,所以0+6=0.
[8+0=2+«[6=-3
故选:C.
例6.(2024・高三・广东•阶段练习)已知函数/3=3办2+/+1(*0)在点(1,〃1))处的切线与直线
/:x+2y-l=0垂直,则ab的最大值为()
A.1B.vC.-D.2
24
【答案】A
【解析】f'(x)=ax+b,
因为函数/(x)在点(1,/■⑴)处的切线与直线/:x+2y-l=0垂直,
所以/'⑴=2,即a+b=2,贝心力不可能同时为负数,
当a>0,b<0或。<0,6>0时,ab<0,
当Z>=0,〃=2时,ab=0,
当。>0,b>0时,ab/+b)=口
一2
当且仅当“=6=1时,取等号,
综上所述,成的最大值为1.
故选:A.
例7.(2024糊北一模)已知函数/(力为偶函数,其图像在点。,/⑴)处的切线方程为x-2y+l=0,记〃力
的导函数为/'(力,则/'(—1)=()
11
A.—B.-C.—2D.2
22
【答案】A
【解析】因为/(X)为偶函数,所以/(x)=/(f),两边求导,可得
[〃x)]=[/(_x)]n/,(x)=r(T}(r)n"x)=-/,(-).
又〃x)在(1J⑴)处的切线方程为:x-2y+l=0,
所以外)=;.
所以/'(-1)=-/■'⑴=1.
故选:A
例8.(2024•河南开封二模)已知函数/(x)=2,,则函数/(无)的图象在点(OJ(O))处的切线方程为()
A.x-^-1=0B.x-y+l=0
C.x」n2-y-l=0D.x-\n2-y+\=0
【答案】D
【解析】函数/(x)=2*,求导得/(x)=2'ln2,则八0)=ln2,而"0)=1,
所以所求切线方程为了-1=山2•(尤-0),gpx-ln2-y+l=0.
故选:D
例9.(2024・高三•全国•阶段练习)若函数/(外=。111X-5,(0>0,6>0)在点(1,_^1))处的切线的斜率为1,
则log?(a•6)的最大值为()
11
A.-B.—C.—2D.1
24
【答案】C
【解析】由已知/'。)=3+4,所以八1)=。+,=1,
XX
\=a+b>2y/~ab,得ab«(,所以log2(ab)«-2,
当且仅当a=6==时等号成立.
故选:C.
例10.(2024・江西上饶•一模)已知函数/(x)=xe*,则下列说法正确的是()
A./(X)的导函数为/'(x)=(x-l)e,B./(X)在(-1,+⑹上单调递减
C./⑺的最小值为—D./(x)的图象在尤=0处的切线方程为y=2x
【答案】C
【解析】A:/(x)=xer^>f'(x)=e+xe=(x+1)eA,因此本选项不正确;
B:由上可知:/'(x)=e*+xe*=(x+l)e)
当x>T时,/(x)>0,函数/(x)单调递增,因此本选项不正确;
C:由上可知:/'(x)=(x+l)e\
当x>-1时,/气)〉0,函数/(尤)单调递增,
当x<-l时,r(x)<0,函数“X)单调递减,
所以当x=-l时,函数f(x)的最小值为因此本选项正确;
D:由上可知/'(x)=(x+l)e)因为,(O)=l,/(0)=0,
所以/(无)的图象在x=0处的切线方程为、=》,因此本选项不正确,
故选:C
例11.(2024•高三・山东济宁•开学考试)函数〃x)=log2(3x)在点吗,o]处的切线方程为()
A.3x-j^-l=0B.3%-3>-1=0
C.3x—(ln2)y—1=0D.3x-(31n2)y-l=0
【答案】c
即3x-(ln2)y-1=0.
故选:C
例12.(2024・高三・河南•专题练习)已知函数/(x)=a/+2x的图象经过点2(1,1),则函数/⑴在点A处的切
线方程是()
A.x+y-2=0B.2x+y-3=0
C.2x-y-l=0D.3x+y—4—0
【答案】B
【解析】将点的坐标代入/(x)=or4+2x,得l=a+2,解得。=-1,故/1(x)=-x"+2x,
由/'(%)=-4x3+2,所以点A处切线的斜率为/'(1)=-4+2=-2,
故所求的切线方程为V-1=-2(x-1),即2x+y-3=0.
故选:B.
例13.(2024•吉林白山•二模)已知函数/(x)=21nx-mx+2.
⑴若加=3,求曲线y=/(x)在x=l处的切线方程;
⑵若Vxe(O,y)J(x)VO,求实数加的取值范围.
【解析】(1)/(x)=21nr-3x+2=/@)=:-3,
因此/'⑴=一1,而/。)=一1,
故所求切线方程为了+1=-卜-1),即x+V=O;
(2)依题意,21nx-mx+2<0,故/21nx+2对任意xe(0,+co)恒成立.
令g(x)=21+2(x>0),则g[x)=:产,
令g[x)=O,解得x=l.
故当xe(O,l)时,g'(x)>O,g(x)单调递增;
当xe(l,+co)时,g'(x)<O,g(x)单调递减,
则当x=l时,g(x)取到极大值,也是最大值2.
故实数加的取值范围为[2,+8).
例14.(2024・高三•全国・专题练习)设曲线"X)=x"M(〃eN*)在点(LD处的切线与x轴的交点的横坐标为天,
求再无2尤3X4…X2020的值•
【解析】由/(x)=x"M,求导得/'(x)=("+l)x",则八1)=〃+1,
HVI
因此曲线在点(LD处的切线方程为"i+Dl),令…,得X=E即
12320201
=XXXX
所以再%退匕…%。2。7T7,"myT2021
例15.(2024・高二・江苏南通・期末)已知函数=
⑴求函数〃x)的极值点;
⑵记曲线C:V=/(x)在x=0处的切线为/,求证,/与C有唯一公共点.
【解析】(1)=r(x)=f2;j+l,
A,(\—x^+x+l„1iV5
令/r(x)=-—==)
当不<萼时,/'(x)<0J(x)单调递减,
当二5<X<上手时,/(x)>0J(x)单调递增,
当x>¥时,/'(x)<OJ(x)单调递减,
所以函数/(x)的极值点为第6;
(2)由(1)可知:/(x)=f:x+l“(0)=],而/(0)=0,
所以切线/的方程为y=x,
2
由/(x)=":*=x=>x=0,或x+l=e,‘
当x=0时,尸0,此时,/与C有公共点(0,0),
当x+l=e*时,iSg(x)=ex-x-l^>g,(x)=ei-l,
当x<0时,g'(x)<0,g(x)单调递减,
当x>0时,g'(x)>0,g(x)单调递增,所以g(xL=g(0)=。,
gPg(x)=eY-x-l>0^eA>x+l,当且仅当x=0时取等号,
所以由尤+l=e、=>x=0,即片。,止匕时/与C有公共点(0,0),
综上所述:/与C有唯一公共点.
例16.(2024・四川•模拟预测)已知加>0,〃>0,直线y=1x+m+l与曲线y=ltu-"+3相切,贝!]
e
m+n=.
【答案】2
【解析】设切点坐标为(%,%),对函数y=lnx-〃+3求导得;/=}
则切线斜率后='=得%o=e,
/e
所以为=lne—〃+3=4—〃,_^j^=--e+m+l=2+m,
0e
贝U4—〃=2+加,即冽+〃=2.
故答案为:2.
例17.(2024・四川•模拟预测)写出与函数/'(x)=sinx在尤=0处有公共切线的一个函数g(x)=
【答案】x2+x(答案不唯--)
【解析】由题〃。)=0,/,(x)=cosx,r(0)=l,答案不唯一,满足g(0)=0,g'(O)=l即可.
^g(x)=x2+x,JJ]i]g,(x)=2x+l,显然满足g(O)=O,g,(O)=l.
故答案为:x2+x(答案不唯一).
例18.(2024・四川广安•二模)已知/(工)=尤2一》+1,则曲线>=〃工)在点(1,7(1))处的切线方程为
【答案】V=x
【解析】由/(x)=x2-x+l求导得/'(x)=2x-l,则八1)=1,而/⑴=1,
所以所求切线方程为尸l=L(xT),即了=壬
故答案为:>=x
例19.(2024・四川遂宁•二模)已知/(x)=eX-x,则曲线了=/(无)在点工/⑴)处的切线方程为.
【答案】J=(e-l)x
【解析】f'(x)=Qx-\,贝==又〃l)=eJl=e-l,
故切线方程为(e-l)=(e-l)(x-1),即y=(e-l)x.
故答案为:y=(e-l)x.
【过关测试】
一、单选题
1.(2024・高三•全国・专题练习)函数/(力=/&>0)的图象在点(%,明处的切线与x轴交点的横坐标为
(keN*),4=16,贝1_]°]+%+%=()
A.21B.24C.30D.36
【答案】A
【解析】由了=x2(x>0),得了'=2无,
所以了=尤2@>0)在点血,d)处的切线方程为=2&(x-a«),
即2%x-y-d=0,令y=0,得工=3/,
所以%+1=|&,又4=16,
故{为}是首项为16,公比为〃的等比数列.
所以为+/+%=16+16+16=21.
故选:A
2.(2024・高三•河南•专题练习)曲线/(x)=2(x+0在点他/⑼)处的切线方程为()
A.4x+y+2=0B.4x+y-2=0
C.4x-y+2=0D.Ax-y-2=0
【答案】c
【解析】因为〃x)=2(x+e,),所以八x)=2(l+e],
所以所求切线的斜率为:(0)=4,又"0)=2,
所以所求的切线方程为了一2=4x,即4x-y+2=0.
故选:c.
Y
3.(2024•全国•模拟预测)已知函数/(x)=ax+p,若曲线了=/(x)存在与y轴垂直的切线,则。的最大值
为()
1111
A.—B.—C.-rD.T
eeee
【答案】c
【解析】由〃尤)=◎+:,得八x)=a+一,
ee
因为曲线了=〃X)存在与歹轴垂直的切线,所以方程/'(x)=o有实根,
即方程。=一y—1有实根.
e
设g(x)=一y—1,则g'(x)=2一—Y,当尤e(-8,2)时,g'(x)>o,g(x)单调递增,
ee
当xe(2,+oo)时,g'(x)<0,g(x)单调递减,故g(x)Vg(2)=士,
e
又当x趋向于负无穷大时,g(x)也趋向于负无穷大,当%趋向于正无穷大时,g(x)趋向于0,
所以aWg(2)=l,
e
则a的最大值为二,
e
故选:C.
二、多选题
4.(2024•浙江金华•模拟预测)已知函数〃x)=+3-4x+4(xe[0,3]),则()
A.函数/(x)在区间@2]上单调递减
B.函数/(x)在区间[0,3]上的最大值为1
C.函数/(X)在点(1,7(1))处的切线方程为y=-3x+y
D.若关于x的方程〃x)=a在区间[0,3]上有两解,则
【答案】AC
【解析】因为/(x)=;x3一代+4,xe[0,3],
所以/(x)=x~—4=(x+2)(x—2),
令/'(尤)>0,即尤>2;令/'(x)<0,BP0<x<2,
所以函数/(x)在区间。2]上单调递减,在[2,3]上单调递增,故A正确;
因为〃0)=4,/⑶=1,
所以函数/(X)在区间[0,3]上的最大值为4,故B错误;
因为/''⑴=-3,/(1)=1,
所以函数"X)在点(1,7(1))处的切线方程为了—=-3(》-1),
即1y=—3尤+可,故C正确;
4
因为/(2)=-],函数“X)大致图象如图,
要使方程"X)=。在区间[0,3]上有两解,
则故D错误.
故选:AC.
5.(2024・高三・云南曲靖■阶段练习)己知函数/(x)=sin®x+o),如图,A,B是直线y=1■与曲线y=/(x)
的两个交点,若|/2|=三,则下列说法正确的是().
,c兀
A.①=2,^=--B./(x)在上单调递增
|_O0_
C.x=-||是/(X)的一条对称轴D.y=x-等是曲线/(x)的一条切线
【答案】AD
【解析】设贝-网=g.
因为sin(0X]+夕)=;,sin(o%2+")=;,
所以ox+9=—+2kn,cox+(p=---b2E,k£Z,
x626
2兀
所以(ox+(p-+9)=gP®(X-X)=y
2T21即@=2.
又因为I(g)=sin1|^+(|=O,且二兀,o1为下降零点,
LL…2(DTI…,r
所以----F/=兀+2左兀,k£Z,
3
兀
即9=—§+2kn,k£Z,
故取。=J.故/'(x)=sin(2x-3.所以A选项正确;
当xe,2x-^e\-^,o\,显然不是单调增区间,所以B选项错误;
将X=-1J代入方程得/(X)=sin12x之一2)=sin[-?]w±l,显然不是对称轴,
所以C选项错误;
令/'("=2(\)5[2%一3=1得%=5+也或%=标,
(八A
取点0,一事得其中一条切线为y=x-叱,所以D选项正确.
故选:AD.
6.(2024・广东・二模)已知函数/卜)=》3_3/+1的图象在点(/MJ®))处的切线为。,则()
A.。的斜率的最小值为-2B.。的斜率的最小值为-3
C./()的方程为y=lD.〃的方程为y=9x+6
【答案】BCD
【解析】因为/'(x)=3d-6x=3(x-l)2-32-3,所以/,“的斜率的最小值为-3.
因为广(0)=0,/(0)=1,所以/。的方程为k1.
因为/‘(T)=9J(-l)=-3,所以乙的方程为y+3=9(x+l),即了=9x+6.
故选:BCD.
7.(2024高三・江苏镇江•期中)已知函数/(无)=-f+x+l的导函数为/■'(%),两个极值点为。,广,则()
A.7'(x)有三个不同的零点
B.a+,=0
c.〃a)+/(尸)=1
D.直线y=x+i是曲线y=/(x)的切线
【答案】BD
【解析】由函数小)=春+》+1,可得/'(耳=-3/+1,令9)=0,解得x=土*
当xe(-哈一半)时,/'(x)<0,“X)单调递减;
当xe(_g,g)时,/(x)〉0,/(x)单调递增;
当xe(*,+oo)时,/'(x)<0,/(x)单调递减;
所以,当一*寸,函数小)极小值,极小值为〃1…浮。,
当X=时,函数/(x)极大值,极大值为“X)极大值=/毛=1+啜>0,
且两个极值点之和为0,所以B正确;
又由当Xf丹时,/(x)<0,且函数连续不间断,所以函数/■(“在*,+8上有且仅有一个零点,所以A
I3>
不正确;
由/(&)+/(夕)=1-罕+1+乎=2,所以C错误;
当尤=0时,可得/'(0)=1,/(0)=1,
所以曲线y=/(x)在点(0,1)处的切线方程为y=x+l,所以D正确.
故选:BD.
8.(2024・高三・福建福州•期中)已知直线/与曲线/(x)=lnx+x2相切,则下列直线中可能与/平行的是()
A.3%-歹一1=0B.2x-j;+l=0C.4x-y+l=0D.5x-y+3=0
【答案】ACD
【解析】"x)=lnx+/,x>0,贝lJ/(x)=L+2x22&,当且仅当工=2x即x=m等号成立,
xx2
根据导数的几何意义知,切线的斜率左220,因为切线与直线/平行,所以/的斜率/22夜,
选项A中直线的斜率为3>2行,符合题意;
选项B中直线的斜率为2<2逝,不符合题意;
选项C中直线的斜率为4>20,符合题意;
选项D中直线的斜率为5>2逝,符合题意;
故选:ACD.
9.(2024・高二•山东淄博•阶段练习)已知/(x)=?,下列说法正确的是()
A./(x)在x=l处的切线方程为y=x+lB./(x)的单调递减区间为(e,+s)
C.〃尤)在x=l处的切线方程为y=x-lD./(X)的单调递增区间为(e,+8)
【答案】BC
【解析】对于AC,〃1)=乎=0,由/(x)=(,得/,(x)=上管,
所以切线的斜率左=/'(1)=号"=1,所以/'(x)在x=l处的切线方程为y=x-l,所以A错误,C正确,
对于BD,函数的定义域为(0,+功,/,(x)=上黑,
由/中)〉0,得1一lnx>0,解得0<x<e,
由广(x)<0,得l-lnx<0,解得x>e,
所以/(X)在(0,e)上递增,在(e,+8)上递减,所以B正确,D错误,
故选:BC
10.(2024・高三•广东珠海•开学考试)已知函数/(x)=x-sinx,则()
A.1(X)为其定义域上的增函数B.1(X)为偶函数
C./(力的图象与直线>=1相切D./卜)有唯一的零点
【答案】AD
【解析】由题意,
在/(x)=x-sinx中,定义域为R,
/,(x)=l-cosx>0,
为R上的增函数,A正确;
f(-%)=~x+sinx=-f(x\,
••"(x)为奇函数,B错误;
:当/'(x)=0时,解得:x=2fcr(A:eZ),
此时f(^)=2hi-sinZfei=2hteZ),
/.斜率为0的切线为2E小eZ),不可能为直线j=l,
•♦•C错误;
/(x)为R上的增函数,40)=0,
•••/(X)有唯一的零点,D正确.
故选:AD.
11.(2024•高三•福建厦门•阶段练习)已知直线/与曲线/'(无”Inx+Y相切,则下列直线中可能与/垂直的是
()
A.x+4v=0B.-J2x+3y=0C.42x+4y—0D.V2x-y—Q
【答案】AC
【解析】/(X)的定义域为(0,+e),
■.-f'(x)=-+2x>2y/2,即直绷的斜率无z20,
设与/垂直的直线的斜率为加,贝1]斤=-,,所以-,1血,.YIWMVO.
mm4
对于A,直线的斜率为机=-!,故A正确;
4
对于B,直线的斜率为机=-@<-变,故B错误;
34
对于C,直线的斜率为小=-变,故C正确;
4
对于D,直线的斜率为机=拒>0,故D错误.
故选:AC.
12.(2024・高二•江苏苏州•阶段练习)为了评估某治疗新冠肺炎药物的疗效,现有关部门对该药物在人体血
管中的药物浓度进行测量.已知该药物在人体血管中药物浓度。随时间,的变化而变化,甲、乙两人服用该
药物后,血管中药物浓度随时间f变化的关系如图所示.则下列结论正确的是()
A.在:时刻,甲、乙两人血管中的药物浓度相同
B.在与时刻,甲、乙两人血管中药物浓度的瞬时变化率相同
C.在,2,可这个时间段内,甲、乙两人血管中药物浓度的平均变化率相同
D.在,人]和也看]两个时间段内,甲血管中药物浓度的平均变化率相同
【答案】AC
【解析】选项A,在4时刻,两图象相交,说明甲、乙两人血管中的药物浓度相同,即选项A正确;
选项B,在4时刻,两图象的切线斜率不相等,即两人的/'&)不相等,
说明甲、乙两人血管中药物浓度的瞬时变化率不相同,即选项B错误;
选项C,由平均变化率公式知,甲、乙两人在也出]内,
血管中药物浓度的平均变化率均为'I)-1(2),即选项©正确;
与一右
选项D,在[彳心]和也闻两个时间段内,甲血管中药物浓度的平均变化率分别为
和,⑷?&),显然不相同,即选项D不正确.
’2—’1‘3—’2
故选:AC.
三、填空题
13.(2024・湖南衡阳•二模)曲线〃x)=xln(2x-l)+占在点
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