2021年高考数学乙卷-文21 |
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2022-05-03 08:13:05 |
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21.(12分)已知函数$f(x)=x^{3}-x^{2}+ax+1$. (1)讨论$f(x)$的单调性; (2)求曲线$y=f(x)$过坐标原点的切线与曲线$y=f(x)$的公共点的坐标. 分析:(1)对函数$f(x)$求导,分$a\geqslant \dfrac{1}{3}$及$a<\dfrac{1}{3}$讨论导函数与零的关系,进而得出$f(x)$的单调性情况; (2)先设出切点,表示出切线方程,根据切线过原点,可求得切线方程,将切线方程与曲线$y=f(x)$联立,即可求得公共点坐标. 解:(1)$f\prime (x)=3x^{2}-2x+a$,△$=4-12a$, ①当△$\leqslant 0$,即$a\geqslant \dfrac{1}{3}$时,由于$f\prime (x)$的图象是开口向上的抛物线,故此时$f\prime (x)\geqslant 0$,则$f(x)$在$R$上单调递增; ②当△$>0$,即$a<\dfrac{1}{3}$时,令$f\prime (x)=0$,解得${x}_{1}=\dfrac{1-\sqrt{1-3a}}{3},{x}_{2}=\dfrac{1+\sqrt{1-3a}}{3}$, 令$f\prime (x)>0$,解得$x<x_{1}$或$x>x_{2}$,令$f\prime (x)<0$,解得$x_{1}<x<x_{2}$, $\therefore f(x)$在$(-\infty ,x_{1})$,$(x_{2}$,$+\infty )$单调递增,在$(x_{1}$,$x_{2})$单调递减; 综上,当$a\geqslant \dfrac{1}{3}$时,$f(x)$在$R$上单调递增;当$a<\dfrac{1}{3}$时,$f(x)$在$(-\infty ,\dfrac{1-\sqrt{1-3a}}{3}),(\dfrac{1+\sqrt{1-3a}}{3},+\infty )$单调递增,在$(\dfrac{1-\sqrt{1-3a}}{3},\dfrac{1+\sqrt{1-3a}}{3})$单调递减. (2)设曲线$y=f(x)$过坐标原点的切线为$l$,切点为$({x}_{0},{{x}_{0}}^{3}-{{x}_{0}}^{2}+a{x}_{0}+1),{f}'({x}_{0})=3{{x}_{0}}^{2}-2{x}_{0}+a$, 则切线方程为$y-({{x}_{0}}^{3}-{{x}_{0}}^{2}+a{x}_{0}+1)=(3{{x}_{0}}^{2}-2{x}_{0}+a)(x-{x}_{0})$, 将原点代入切线方程有,$2{{x}_{0}}^{3}-{{x}_{0}}^{2}-1=0$,解得$x_{0}=1$, $\therefore$切线方程为$y=(a+1)x$, 令$x^{3}-x^{2}+ax+1=(a+1)x$,即$x^{3}-x^{2}-x+1=0$,解得$x=1$或$x=-1$, $\therefore$曲线$y=f(x)$过坐标原点的切线与曲线$y=f(x)$的公共点的坐标为$(1,a+1)$和$(-1,-a-1)$. 点评:本题考查导数的几何意义以及利用导数研究函数的单调性,考查分类讨论思想及运算求解能力,属于中档题.
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