已知函数 $f\left(x\right) = 4{x^3} + 3t{x^2} - 6t^2 x + t - 1,x \in {\mathbb{R}}$,其中 $t \in{\mathbb{ R}}$.
【难度】
【出处】
2011年高考天津卷(文)
【标注】
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当 $t = 1$ 时,求曲线 $y = f\left(x\right)$ 在点 $\left(0,f\left(0\right)\right)$ 处的切线方程;标注答案解析当 $t = 1$ 时,$f\left(x\right) = 4{x^3} + 3{x^2} - 6x$,$f\left(0\right) = 0$,$f'\left(x\right) = 12{x^2} + 6x - 6$,$f'\left(0\right) = - 6$.
所以曲线 $y = f\left(x\right)$ 在点 $\left(0,f\left(0\right)\right)$ 处的切线方程为 $y = - 6x$. -
当 $t \ne 0$ 时,求 $f\left(x\right)$ 的单调区间;标注答案解析$f'\left(x\right) = 12{x^2} + 6tx - 6{t^2}$,令 $f'\left(x\right) = 0$,解得\[x = - t 或 x = \dfrac{t}{2}.\]因为 $t \ne 0$,以下分两种情况讨论:
① 若 $t < 0$,则 $\dfrac{t}{2} < - t$,当 $x$ 变化时,$f'\left(x\right)$,$f\left(x\right)$ 的变化情况如下表:\[\begin{array}{|c|c|c|c|}\hline
x&\left(-\infty,\dfrac t2\right)&\left(\dfrac t2,-t\right)&\left(-t,+\infty\right)\\ \hline
f'\left(x\right)&+&-&+\\ \hline
f\left(x\right)&↗&↘&↗\\ \hline
\end{array}\]所以 $f\left(x\right)$ 的单调递增区间是 $\left( { - \infty ,\dfrac{t}{2}} \right)$,$\left( { - t, + \infty } \right)$;$f\left(x\right)$ 的单调递减区间是 $\left( {\dfrac{t}{2}, - t} \right)$.
② 若 $t > 0$,则 $ - t < \dfrac{t}{2}$,当 $x$ 变化时,$f'\left(x\right),f\left(x\right)$ 的变化情况如下表:\[\begin{array}{|c|c|c|c|}\hline
x&\left(-\infty,- t\right)&\left(- t,\dfrac t2\right)&\left(\dfrac t2,+\infty\right)\\ \hline
f'\left(x\right)&+&-&+\\ \hline
f\left(x\right)&↗&↘&↗\\ \hline
\end{array}\]所以,$f\left(x\right)$ 的单调递增区间是 $\left( { - \infty , - t} \right),\left( {\dfrac{t}{2}, + \infty } \right)$;$f\left(x\right)$ 的单调递减区间是 $\left( { - t,\dfrac{t}{2}} \right).$ -
证明:对任意的 $t \in \left(0, + \infty \right)$,$f\left(x\right)$ 在区间 $\left(0,1\right)$ 内均存在零点.标注答案解析由(2)可知,当 $t > 0$ 时,$f\left(x\right)$ 在 $\left( {0,\dfrac{t}{2}} \right)$ 内的单调递减,在 $\left( {\dfrac{t}{2}, + \infty } \right)$ 内单调递增.
以下分两种情况讨论:
① 当 $\dfrac{t}{2} \geqslant 1$,即 $t \geqslant 2$ 时,$f\left(x\right)$ 在 $ \left(0,1\right) $ 内单调递减.
$f\left(0\right) = t - 1 > 0$,$f\left(1\right) = - 6{t^2} + 4t + 3 \leqslant - 6 \times 4 + 4 \times 2 + 3 < 0$,所以对任意 $t \in \left[2, + \infty \right)$,$f\left(x\right)$ 在区间 $ \left(0,1\right) $ 内均存在零点.
② 当 $0 < \dfrac{t}{2} < 1$,即 $0 < t < 2$ 时,$f\left(x\right)$ 在 $\left( {0,\dfrac{t}{2}} \right)$ 内单调递减,在 $\left( {\dfrac{t}{2},1} \right)$ 内单调递增.
若 $t \in \left(0,1\right]$,则\[\begin{split}f\left( {\dfrac{1}{2}} \right) &= - \dfrac{7}{4}{t^3} + t - 1 \leqslant - \dfrac{7}{4}{t^3} < 0,\\
f\left(1\right) &= - 6{t^2} + 4t + 3 \geqslant - 6t + 4t + 3 = - 2t + 3 > 0 .\end{split}\]所以 $f\left(x\right)$ 在 $\left( {\dfrac{t}{2},1} \right)$ 内存在零点.
若 $t \in \left(1,2\right)$,则\[f\left( {\dfrac{t}{2}} \right) = - \dfrac{7}{4}{t^3} + \left( {t - 1} \right) < - \dfrac{7}{4}{t^3} + 1 < 0 ,
f\left(0\right) = t - 1 > 0 ,\]所以 $f\left(x\right)在\left( {0,\dfrac{t}{2}} \right)$ 内存在零点.
所以,对任意 $t \in \left(0,2\right)$,$f\left(x\right)$ 在区间 $ \left(0,1\right) $ 内均存在零点.
综上,对任意 $t \in \left(0, + \infty \right)$,$f\left(x\right)$ 在区间 $ \left(0,1\right) $ 内均存在零点.
题目
问题1
答案1
解析1
备注1
问题2
答案2
解析2
备注2
问题3
答案3
解析3
备注3