三次函数的切线问题

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三次函数的切线问题 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

高考中三次函数图象的切线问题

镇江实验高中 杨勇

一、已知斜率为k 与三次函数图象相切的切线

三次函数)0()(23≠+++=a d cx bx ax x f

1、0>a ,斜率a

b a

c k 332

-=时,有且只有一条切线; a

b a

c k 332

->时,有两条不同的切线; a

b a

c k 332

-<时,没有切线; 2、0

b a

c k 332

-=时,有且只有一条切线; a

b a

c k 332

-<时,有两条不同的切线; a

b a

c k 332

->时,没有切线; 证明 c bx ax x f ++=23)(2/

1、 0>a 当a

b x 3-=时,.33)(2min /a b a

c x f -= ∴ 当a b ac k 332-= 时,方程a

b a

c c bx ax 33232

2-=++有两个相同解, 所以斜率为k 的切线有且只有一条;其方程为: ).3(33)3(2a

b x a b a

c a b f y +-=--

当a

b a

c k 332

->时,方程k c bx ax =++232,有两个不同的解21,x x ,且21x x +=-a

b 32-,即存在两个不同的切点))(,()),(,(2211x f x x f x ,且两个切点关于三次函数图象对称中心对称。所以斜率为k 的切线有两条。 当a

b a

c k 332

-<时,方程k c bx ax =++232无实根,所以斜率为k 的切线不存在。

2、0

二、过三次函数图象上一点的切线

设点P 为三次函数)0()(23≠+++=a d cx bx ax x f 图象上任一点,则过点P 一定有直线与)(x f y =的图象相切。若点P 为三次函数图象的对称中心,则过点P 有且只有一条切线;若点P 不是三次函数图象的对称中心,则过点P 有两条不同的切线。

证明 设),(11y x P 过点P 的切线可以分为两类。

1 P 为切点 c bx ax x f k ++==12

11/123)(

切线方程为:))(23(11211x x c bx ax y y -++=-

2 P 不是切点,过P 点作)(x f y =图象的切线,切于另一点Q (22,y x ) 12122122313212122x x cx cx bx bx ax ax x x y y k --+-+-=--= c bx bx ax x ax ax +++++=212

12122

又 c bx ax x f k ++==2222/223)( (1) ∴ c bx bx ax x ax ax +++++21212122c bx ax ++=22

223 即0)2)((1212=++-a b x x x x ∴ a

b x x 22112--=代入(1)式

得 c a

b bx ax k +-+=421432

1212 讨论:当21k k =时,=++c bx ax 12

123c a b bx ax +-+421432

121 ∴ a

b x 31-

=,也就是说, ∴ 当a

b x 31-=时,两切线重合,所以过点P 有且只有一条切线。 当a b x 31-≠时,21k k ≠,所以过点P 有两条不同的切线。 其切线方程为:))(23(112

11x x c bx ax y y -++=- ))(42143(12

1211x x c a b bx ax y y -+-+=- 由上可得下面结论:

过三次函数)0()(23≠+++=a d cx bx ax x f 上异于对称中心的任一点),(111y x P 作)(x f y =图象的切线,切于另一点),(222y x P ,过),(222y x P 作)(x f y =图象的切线切于),(333y x P ,如此继续,得到点列),(444y x P ----

),(n n n y x P ----,则a

b x x n n 2211--=+,且当+∞→n 时,点趋近三次函数图象的对称中心。

证明 设过),(n n n y x P 与)(x f y =图象切于点),(111+++n n n y x P 的切线为1+n n P P , c bx bx ax x ax ax x x y y k n n n n n n n

n n n +++++=--=+++++1212111 又 c bx ax x f k n n n ++==+++1211/23)(

∴ c bx bx ax x ax ax n n n n n n ++++++++12121=c bx ax n n ++++12

123 即 0)2)((11=++-++a b x x x x n n n n ∴ a

b x x n n 2211--=+ 设)(211λλ+-=++n n x x 则a

b 3=λ

∴ 数列}3{a b x n +是公比为21-的等比数列, 11)2

1)(3(3--++-=n n a b x a b x 即 a b x n n 3lim -

=∞

→。 三、过三次函数图象外一点的切线

设点),(00y x P 为三次函数)0()(23≠+++=a d cx bx ax x f 图象外 一点,则过点P 一定有直线与)(x f y =图象相切。

(1) 若,30a

b x -

=则过点P 恰有一条切线; (2) 若,30a b x -≠且)3()(0a

b g x g -0>,则过点P 恰有一条切线; (3) 若,30a b x -≠且)3()(0a

b g x g -=0,则过点P 有两条不同的切线; (4)若,30a b x -≠且)3()(0a b g x g -0<,则过点P 有三条不同的切线。 其中).)(()()(0/0x x x f x f y x g -+-=

证明 设过点P 作直线与)(x f y =图象相切于点),,(11y x Q 则切线方程为 ),)(23(112

11x x c bx ax y y -++=-

把点),(00y x P 代入得: 02)3(2001021031=--+--+cx d y x bx x ax b ax , 设.2)3(2)(000203cx d y x bx x ax b ax x g --+--+=

,2)3(26)(002/bx x ax b ax x g --+=

,)3(448)3(420020b ax abx ax b +=+-=∆ 令,0)(/=x g 则.3,0a

b x x x -== 因为0)(=x g 恰有一个实根的充要条件是曲线)(x g y =与X 轴只相交一次,即)(x g y =在R 上为单调函数或两极值同号,所以,30a b x -=或,30a b x -≠且)3()(0a

b g x g -0>时,过点P 恰有一条切线。

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