| 6.1.2 导数及其几何意义 题目答案及解析

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选择性必修三

第六章 导数及其应用

6.1 导数

6.1.2 导数及其几何意义

已知函数$f\left(x\right)=x^{3}-ax^{2}$.
$(1)$$a=3$时,求函数$f\left(x\right)$在区间$\left[0,2\right]$上的最小值;
$(2)$$a \gt 3$时,求证:过点$P\left(1,f(1)\right)$恰有$2$条直线与曲线$y=f\left(x\right)$相切.

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$(1)$$-4$

$(2)$证明见解析

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$(1)$$a=3$时,$f\left(x\right)=x^{3}-3x^{2},{f}'\left(x\right)=3x^{2}-6x=3x\left(x-2\right)$.
$x\in \left[0,2\right]$时,${f}'\left(x\right)\leqslant 0$
所以$f\left(x\right)$在区间$\left[0,2\right]$上单调递减.
所以$f\left(x\right)$在区间$\left[0,2\right]$上的最小值为$f(2)=-4$.
$(2)$设过点$P\left(1,f(1)\right)$的曲线$y=f\left(x\right)$的切线切点为$\left(x_{0},y_{0}\right)$${f}'\left(x\right)=3x^{2}-2ax,f(1)=1-a$
所以$\left\{{\begin{array}{l}{{y_0}={x_0}^3-a{x_0}^2,}\\{{y_0}-\left(1-a\right)=\left(3{x_0}^2-2a{x_0}\right)\left({x_0}-1\right).}\end{array}}\right.$
所以$2{x_0}^3-\left(a+3\right){x_0}^2+2a{x_0}+1-a=0$.
$g\left(x\right)=2x^{3}-\left(a+3\right)x^{2}+2ax+1-a$
${g}'\left(x\right)=6x^{2}-2\left(a+3\right)x+2a=\left(x-1\right)\left(6x-2a\right)$
${g}'\left(x\right)=0$$x=1$$x=\dfrac{a}{3}$
因为$a \gt 3$,所以$\dfrac{a}{3}\gt 1$.

$x$$(-\infty ,1)$$1$$(1,\dfrac{a}{3})$$\dfrac{a}{3}$$(\dfrac{a}{3},,+∞)$
${{{{{g'}}}}}\left(x\right)$$+$$0$$-$$0$$+$
$g\left(x\right)$极大值极小值

$\therefore g\left(x\right)$的极大值为$g(1)=0,g\left(x\right)$的极小值为$g\left(\dfrac{a}{3}\right)\lt g(1)=0$
所以$g\left(x\right)$$\left(-∞,\dfrac{a}{3}\right)$上有且只有一个零点$x=1$.
因为$g\left(a\right)=2a^{3}-\left(a+3\right)a^{2}+2a^{2}+1-a=\left(a-1\right)^{2}\left(a+1\right) \gt 0$
所以$g\left(x\right)$$\left(\dfrac{a}{3},+∞\right)$上有且只有一个零点.
所以$g\left(x\right)$$R$上有且只有两个零点.
即方程$2{x_0}^3-\left(a+3\right){x_0}^2+2a{x_0}+1-a=0$有且只有两个不相等实根,
所以过点$P\left(1,f(1)\right)$恰有$2$条直线与曲线$y=f\left(x\right)$相切.

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