Lớp 12 - Toán học - Nâng cao Giải bài 57, 58, 59, 60 trang 55, 56 SGK Giải tích 12 Nâng cao

Bài 57 trang 55 SGK giải tích 12 nâng cao

a) Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị \((C)\) của hàm số:

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

b) Tìm các giao điểm của đường cong \((C)\) và parabol:

\((P):\,\,\,g\left( x \right) = 2{x^2} + 1\)

c) Viết phương trình các tiếp tuyến của \((C)\) và \((P)\) tại mỗi giao điểm của chúng.

d) Xác định các khoảng trên đó \((C)\) nằm phía trên hoặc phía dưới \((C)\).

Giải

a) Tập xác định: \(D=\mathbb R\)

\(f'(x)=6x^2+6x\)

\(f'(x)=0 \Leftrightarrow \left[ \matrix{
x = 0 \hfill \cr
x = - 1 \hfill \cr} \right.\)

Bảng biến thiên:

- Hàm số đông biến trên \(( - \infty ;-1)\) và \((0; + \infty )\)

- Hàm số nghịch biến trên \((-1;0)\)

- Hàm số đạt cực tại \(x=-1;y_{CĐ}=2\)

- Hàm số đạt cực tiểu tại \(x=0;y_{CT}=1\)

\(\mathop {\lim }\limits_{x \to \pm \infty } y = \pm \infty \)

Đồ thị giao trục \(Oy\) tại điểm \((0;1)\)

b) Hoành độ giao điểm của đường cong \((C)\) và paraobol \((P)\) là nghiệm của phương trình:

\(\eqalign{
& \,\,\,\,2{x^3} + 3{x^2} + 1 = 2{x^2} + 1 \Leftrightarrow 2{x^3} + {x^2} = 0 \cr
& \Leftrightarrow {x^2}\left( {2x + 1} \right) = 0 \Leftrightarrow \left[ \matrix{
x = 0 \hfill \cr
x = - {1 \over 2} \hfill \cr} \right. \cr} \)

Với \(x = 0\) ta có \(y = 1\); với \(x = - {1 \over 2}\) ta có \(y = {3 \over 2}\)

Ta có giao điểm \(A(0;1)\) và \(B\left( { - {1 \over 2};{3 \over 2}} \right)\)

c) \(f'\left( x \right) = 6{x^2} + 6x;\,g'\left( x \right) = 4x\)

\(f'\left( 0 \right) = 0;\,g'\left( 0 \right) = 0\).

Đường thẳng \(y = 1\) là tiếp tuyến chung của \((C)\) và \((P)\) tại điểm \(A(0;1)\).

\(f'\left( { - {1 \over 2}} \right) = - {3 \over 2}\). Phương trình tiếp tuyến của \((C)\) tại điểm \(B\) là:

\(y = - {3 \over 2}\left( {x + {1 \over 2}} \right) + {3 \over 2}\) hay \(y = - {3 \over 2}x + {3 \over 4}\)

\(g'\left( { - {1 \over 2}} \right) = - 2\). Phương trình tiếp tuyến của parabol \((P)\) tại điểm \(B\) là:

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

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

\(= 2{x^3} + {x^2} = {x^2}\left( {2x + 1} \right)\)

Xét dấu \(f\left( x \right) - g\left( x \right)\):

Trên khoảng \(\left( { - \infty ; - {1 \over 2}} \right)\) \((C)\) nằm phía dưới \((P)\)

Trên các khoảng \(\left( { - {1 \over 2};0} \right)\) và \(\left( {0; + \infty } \right)\) \((C)\) nằm phía trên \((P)\).

Bài 58 trang 56 SGK giải tích 12 nâng cao

a) Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số: \(y = {{2x - 1} \over {x + 1}}\)
b) Với các giá nào của \(m\), đường thẳng \(\left( {{d_m}} \right)\) đi qua điểm \(A(-2;2)\) và có hệ số góc \(m\) cắt đồ thị của hàm số đã cho:
• Tại hai điểm phân biệt?
• Tại hai điểm thuộc hai nhánh của đồ thị?

Giải

a) Tập xác đinh: \(D = R\backslash \left\{ { - 1} \right\}\)

\(y' = {3 \over {{{(x + 1)}^2}}}>0\,\,\forall x\in D\)

Hàm số đồng biến trên khoảng \(( - \infty ; - 1)\) và \(( - 1; + \infty )\)

Hàm số không có cực trị

Giới hạn

\(\mathop {\lim }\limits_{x \to \pm \infty } y = 2\)

Tiệm cận đứng \(y=2\)

\(\eqalign{
& \mathop {\lim }\limits_{x \to {1^ - }} y = + \infty \cr
& \mathop {\lim }\limits_{x \to {1^ + }} y = - \infty \cr} \)

Tiệm cận đứng: \(x=-1\)

Bảng biến thiên:

Đồ thị giao \(Ox\) tại điểm \(\left( {{1 \over 2};0} \right)\)

Đồ thị giao \(Oy\) tại điểm \((0;-1)\)

b) Phương trình đường thẳng \(\left( {{d_m}} \right)\) qua điểm \(A(-2;2)\) có hệ số góc \(m\) là:

\(y - 2 = m\left( {x + 2} \right)\,\,\,\,hay\,\,\,\,y = mx + 2m + 2\)

Hoành độ giao điểm của đường thẳng \(\left( {{d_m}} \right)\) và đường cong đã cho là nghiệm phương trình:

\(\eqalign{
& \,\,\,\,\,mx + 2m + 2 = {{2x - 1} \over {x + 1}} \cr
& \Leftrightarrow \left( {mx + 2m + 2} \right)\left( {x + 1} \right) = 2x - 1\,\,\,\,\,\left( 1 \right) \cr
& \Leftrightarrow f\left( x \right) = m{x^2} + 3mx + 2m + 3 = 0\,\,\,\left( 2 \right) \cr} \)

(vì \(x = -1\) không là nghiệm của (1))

• Đường thẳng \(\left( {{d_m}} \right)\) cắt đường cong tại hai điểm phân biệt khi và chỉ khi phương trình \((2)\) có hai nghiệm phân biệt, tức là

\(\left\{ \matrix{
m \ne 0 \hfill \cr
\Delta = {m^2} - 12m > 0 \hfill \cr} \right. \Leftrightarrow m < 0\,\,\text{ hoặc }\,m > 12\,\,\,\left( * \right)\)

• Hai nhánh của đường cong nằm về hai phía của đường tiệm cận đứng \(x = -1\) của đồ thị.
Đường thẳng \(\left( {{d_m}} \right)\) cắt đường cong tại hai điểm thuộc hai nhánh của nó khi và chỉ khi (1) có hai nghiệm \({x_1},\,{x_2}\) thỏa mãn \({x_1} < - 1 < {x_2}\)

\(\eqalign{
& \Leftrightarrow {x_1} + 1 < 0 < {x_2} + 1\cr& \Leftrightarrow \left( {{x_1} + 1} \right)\left( {{x_2} + 1} \right) < 0 \cr
& \Leftrightarrow {x_1}.{x_2} + {x_1} + {x_2} + 1 < 0\cr& \Leftrightarrow {{2m + 3} \over m} - {{3m} \over m} + 1 < 0 \cr
& \Leftrightarrow {3 \over m} < 0\,\text{(thỏa mãn diều kiện (*))} \cr} \)

Vậy với \(m < 0\) thì \(\left( {{d_m}} \right)\) cắt (C) tại hai điểm phân biệt thuộc hai nhánh của đồ thị.

Bài 59 trang 56 SGK giải tích 12 nâng cao

Chứng minh rằng các đồ thị của ba hàm số: \(f\left( x \right) = - {x^2} + 3x + 6\); \(g\left( x \right) = {x^3} - {x^2} + 4\) và \(h\left( x \right) = {x^2} + 7x + 8\) tiếp xúc với nhau tại điểm \(A(-1;2)\) (tức là chúng có cùng tiếp tuyến tại \(A\)).

Giải

Ta có: \(f\left( { - 1} \right) = g\left( { - 1} \right) = h\left( { - 1} \right) = 2\)

Do đó điểm \(A(-1;2)\) là điểm chung của ba đường cong đã cho. Ngoài ra, ta có:

\(\eqalign{
& f'\left( x \right) = - 2x + 3;\,g'\left( x \right) = 3{x^2} - 2x;\cr& h'\left( x \right) = 2x + 7 \cr
& f'\left( { - 1} \right) = g'\left( { - 1} \right) = h'\left( { - 1} \right) = 5 \cr} \)

Vậy ba đường cong có tiếp tuyến chung điểm \(A\).

Bài 60 trang 56 SGK giải tích 12 nâng cao

Chứng minh rằng các đồ thị của hai hàm số: \(f\left( x \right) = {{{x^2}} \over 2} + {3 \over 2}x\) và \(g\left( x \right) = {{3x} \over {x + 2}}\) tiếp xúc với nhau. Xác định tiếp điểm của hai đường cong trên và viết phương trình tiếp tuyến chung tại điểm đó.

Giải

Hoành độ tiếp điểm của hai đường cong đã cho là nghiệm của hệ phương trình:

\(\eqalign{
(I)\,\,& \left\{ \matrix{
{{{x^2}} \over 2} + {3 \over 2}x = {{3x} \over {x + 2}} \hfill \cr
{\left( {{{{x^2}} \over 2} + {3 \over 2}x} \right)'} = {\left( {{{3x} \over {x + 2}}} \right)'} \hfill \cr} \right. \cr& \Leftrightarrow \left\{ \matrix{
{{{x^2}} \over 2} + {3 \over 2}x = {{3x} \over {x + 2}}\,(1) \hfill \cr
x + {3 \over 2} = {6 \over {{{\left( {x + 2} \right)}^2}}}\,(2) \hfill \cr} \right. \cr
& (1)\, \Leftrightarrow \left[ \matrix{
x = 0 \hfill \cr
{{x + 3} \over 2} = {3 \over {x + 2}} \hfill \cr} \right.\cr& \Leftrightarrow \left[ \matrix{
x = 0 \hfill \cr
{x^2} + 5x = 0 \hfill \cr} \right. \Leftrightarrow \left[ \matrix{
x = 0 \hfill \cr
x = - 5 \hfill \cr} \right. \cr} \)

+) \(x=0\) thỏa mãn (2)
+) \(x =-5\) không thỏa mãn (2)
Hệ phương trình (I) có \(1\) nghiệm duy nhất \(x = 0\). Vậy hai đường cong tiếp xúc với nhau tại gôc tọa độ \(O\); \(y'\left( 0 \right) = {3 \over 2}\). Phương trình tiếp tuyến chung của hai đường cong tại điểm gốc là \(y = {3 \over 2}x.\)

                                                                                  congdong.edu.vn