Bài 30 trang 27 SGK Đại số và Giải tích 12 Nâng cao

Cho hàm số \(f\left( x \right) = {x^3} - 3{x^2} + 1\).

LG a

Xác định điểm \(I\) thuộc đồ thị \((C)\) của hàm số đã cho biết rằng hoành độ của điểm \(I\) là nghiệm của phương trình \(f''\left( x \right) = 0\).

Lời giải chi tiết:

\(f'\left( x \right) = 3{x^2} - 6x;f''\left( x \right) = 6x - 6\)
\(f''\left( x \right) = 0  \Leftrightarrow 6x - 6 = 0\)

\(\Leftrightarrow x = 1;f\left( 1 \right) =  - 1\)
Vậy \(I\left( {1; - 1} \right)\)

LG b

Viết công thức chuyển hệ tọa độ trong phép định tiến theo vectơ \(\overrightarrow {OI} \) và viết phương trình của đường cong \((C)\) đối với hệ tọa độ \(IXY\). Từ đó suy ra rằng \(I\) là tâm đối xứng của đường cong \((C)\).

Lời giải chi tiết:

Công thức chuyển trục tọa độ tịnh tiến theo \(\overrightarrow {OI} \) là

\(\left\{ \matrix{
x = X + 1 \hfill \cr 
y = Y - 1 \hfill \cr} \right.\)

Phương trình đường cong \((C)\) đối với hệ tọa độ \(IXY\) là

\(\eqalign{
& Y - 1 = {\left( {X + 1} \right)^3} - 3{\left( {X + 1} \right)^2} + 1 \cr 
&= {X^3} + 3{X^2} + 3X + 1 - 3{X^2} - 6X - 3 + 1 \cr& = {X^3} - 3X - 1\cr&\Leftrightarrow Y = {X^3} - 3X \cr} \)

Vì đây là một hàm số lẻ nên đồ thị \((C)\) của nó nhận gốc tọa độ \(I\) làm tâm đối xứng.

LG c

Viết phương trình tiếp tuyến của đường cong \((C)\) tại điểm \(I\) đối với hệ tọa độ \(Oxy\). Chứng minh rằng trên khoảng \(\left( { - \infty ;1} \right)\) đường cong \((C)\) nằm phía dưới tiếp tuyến tại \(I\) của \((C)\) và trên khoảng \(\left( {1; + \infty } \right)\) đường cong \((C)\) nằm phía trên tiếp tuyến đó.

Phương pháp giải:

Trên khoảng \(\left( { - \infty ;1} \right)\), đường cong \((C)\) nằm phía dưới tiếp tuyến \(y = ax + b\) nếu \(f\left( x \right) < ax + b\) với mọi \(x<1\).

Lời giải chi tiết:

Phương trình tiếp tuyến của đường cong \((C)\) tại điểm \(I(1;-1)\) đối với hệ trục tọa độ \(Oxy\) là:

y - f(1) = f' (1)(x-1) với f’(1) = -3; f(1) = -1

hay \( y + 1 =  - 3\left( {x - 1} \right) \) \(\Leftrightarrow y =  - 3x + 2\)

Đặt \(g\left( x \right) =  - 3x + 2\)
\(f\left( x \right) - g\left( x \right) \)\(= {x^3} - 3{x^2} + 1 - \left( { - 3x + 2} \right)\) \( = {x^3} - 3{x^2} + 3x - 1 = {\left( {x - 1} \right)^3}\)

Vì \(f\left( x \right) - g\left( x \right)<0\) với \(x<1\) và \(f\left( x \right) - g\left( x \right)>0\) với \(x>1\)

Do đó trên khoảng \(\left( { - \infty ;1} \right)\), \((C)\) nằm phía dưới tiếp tuyến tại \(I\) của \((C)\) và trên khoảng \(\left( {1; + \infty } \right)\), \((C)\) nằm phía trên tiếp tuyến đó.