- 导数的概念及其几何意义
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设函数f(x)=x3-
x2+bx+c,其中a>0,曲线y=f(x)在点P(0,f(0))处的切线方程为y=1.
(1)确定b,c的值;
(2)设曲线y=f(x)在点(x1,f(x1))及(x2,f(x2))处的切线都过点(0,2).
证明:当x1≠x2时,f ′(x1)≠f ′(x2);
(3)若过点(0,2)可作曲线y=f(x)的三条不同切线,求a的取值范围.
正确答案
解:(1)由f(x)=x3-
x2+bx+c,得f(0)=c,f ′(x)=x2-ax+b,f ′(0)=b,
又由曲线y=f(x)在点P(0,f(0))处的切线方程为y=1,得f(0)=1,f ′(0)=0,故b=0,c=1.
(2)f(x)=x3-
x2+1,f ′(x)=x2-ax,由于点(t,f(t))处的切线方程为y-f(t)=f ′(t)(x-t),
而点(0,2)在切线上,所以2-f(t)=f ′(t)(-t),化简得t3-
t2+1=0,
即t满足的方程为t3-
t2+1=0,
下面用反证法证明:假设f ′(x1)=f ′(x2),
由于曲线y=f(x)在点(x1,f(x1))及(x2,f(x2))处的切线都过点(0,2),则下列等式成立:
由③得x1+x2=a,由①-②得x12+x1x2+x22=a2④
又x12+x1●x2+x22=(x1+x2)2-x1x2=a2-x1(a-x2)=x12-ax1+a2=(x1-)2+
a2≥
a2故由④得,x1=
,此时x2=
与x1≠x2矛盾,所以f ′(x1)≠f ′(x2).
(3)由(2)知,过点(0,2)可作y=f(x)的三条切线,等价于方程2-f(t)=f ′(t)(0-t)有三个相异的实根,即等价于方程t3-
t2+1=0有三个相异的实根.
设g(t)=t3-
t2+1,则g′(t)=2t2-at=2t(t-
)
由于a>0,故有
由g(t)的单调性可知:要使g(t)=0有三个相异的实根,当且仅当1-<0,即a>
,
∴a的取值范围是(,+∞)
已知函数f(x)=x3,
(Ⅰ)记φ(x)=f(x)+f′(x)(t∈R),求φ(x)的极小值;
(Ⅱ)若函数h(x)=+sinx的图象上存在互相垂直的两条切线,求实数λ的值及相应的切点坐标。
正确答案
解:(Ⅰ)由已知:,
∴,
,
由,或
,
当时,
,
∴在
为增函数,此时不存在极值;
当t>0时,x变化时,变化如下:
由上表可知:;
当t<0时,x变化时,变化如下:
由上表可知:。
(Ⅱ),
设两切点分别为,
则,
即
,
∵,
∴方程(*)的判别式,
即,
又,
∴,
从而可得:,
上式要成立当且仅当或
,
此时方程(*)的解为λ=0,
,
∴存在λ=0,此时函数的图象在点
处的切线和在点
处的切线互相垂直。
设抛物线上与点A(6,0)距离最近的点为N,点N的纵坐标与横坐标的差为c。已知函数f(x)=ax3+bx2-3x+c在x=±1处取得极值。
(1)讨论f(1)和f(-1)是函数f(x)的极大值还是极小值;
(2)过点P(0,16)作y=f(x)的切线,求此切线的方程。
正确答案
解:(1)设N(x,y)为抛物线上一点,则
,
|MA|与|MA|2同时取到极值,
令,
由得x=2,
而当+∞或
-∞时,
,
∴此时x=2,y=2,
即抛物线上与点A(6,0)距离最近的点N(2,2),
∴c=0,,
∴,
依题意,得,
即,解得:
,
∴,
令,得x=1或x=-1;
若,得x>1或x<1;
若,得-1
所以在(-∞,-1)上是增函数,在(1,+∞)上是增函数,在(-1,1)上是减函数,
(2)曲线方程为,点P(0,16)不在曲线上,
设切点Q(x0,y0),则点Q的坐标满足,
,
故切线的方程为,
因为点P在切线上,
∴,
化简,得,解得:
,
所以,切点为Q(-2,-2),
所以切线的方程为。
已知函数f(x)=mx3+2nx2-12x的减区间是(-2,2)。
(1)试求m,n的值;
(2)求过点A(1,-11)且与曲线y=f(x)相切的切线方程;
(3)过点A(1,t)是否存在与曲线y=f(x)相切的3条切线,若存在,求实数t的取值范围;若不存在,请说明理由。
正确答案
解:(1)由题意知:f'(x)=3mx2+4nx-12<0的解集为(-2,2),
所以,-2和2为方程3mx2+4nx-12=0的根,
由韦达定理知,即m=1,n=0。
(2)∵f(x)=x3-12x,
∴f'(x)=3x2-12,
∵f(1)=13-12·1=-11,
当A为切点时,切线的斜率k=f'(1)=3-12=-9,
∴切线方程为y+11=-9(x-1),即9x+y+2=0;
当A不为切点时,设切点为P(x0,f(x0)),这时切线的斜率是k=f'(x0)=
切线方程为y-f(x0)=f'(x0)(x-x0),
即
因为过点A(1,-11),
∴
∴x0=1或,而x0=1为A点,
即另一个切点为
∴
切线方程为,即45x+4y-1=0,
所以,过点A(1,-11)的切线方程为9x+y+2=0或45x+4y-1=0。
(3)存在满足条件的三条切线
设点P(x0,f(x0))是曲线f(x)=x3-12x的切点,
则在P点处的切线的方程为y-f(x0)=f'(x0)(x-x0)
即
因为其过点A(1,t),
所以,
由于有三条切线,所以方程应有3个实根,
设g(x)=2x3-3x2+t+12,只要使曲线有3个零点即可
设g'(x)=6x2-6x=0,
∴x=0或x=1分别为g(x)的极值点,
当x∈(-∞,0)和(1,+∞)时,g'(x)>0,
g(x)在(-∞,0)和(1,+∞)上分别单增,
当x∈(0,1)时,g'(x)<0,g(x)在(0,1)上单减,
所以,x=0为极大值点,x=1为极小值点,
所以要使曲线与x轴有3个交点,
当且仅当即
解得-12<t<-11。
函数的图像如图所示。
(1)若函数在x=2处的切线方程为
,求函数
的解析式;
(2)在(1)的条件下,是否存在实数m,使得的图像与
的图像有且只有三个不同的交点?若存在,求出m的取值范围;若不存在,说明理由。
正确答案
解:(1)由图象可知函数f(x)的图像过点(0,3),且,
∴,解得:
,
依题意,f′(2)=-3且f(2)=5,
解得:=1,b=-6,
所以。
(2)由题意,可得有三个不相等的实根,
即与y=m有三个不同的交点,
∴,
则,
,
故m的取值范围是。
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