Cộng đồng chia sẻ tri thức Lib24.vn

TIẾP TUYẾN CỦA ĐỒ THỊ HÀM SỐ - NGUYỄN PHÚ KHÁNH

b9d046e1fdc2fd8a1b1f96c3f5380bd0
Gửi bởi: Thành Đạt 27 tháng 9 2020 lúc 11:28 | Được cập nhật: 20 tháng 2 lúc 5:09 Kiểu file: PDF | Lượt xem: 93 | Lượt Download: 0 | File size: 0.293869 Mb

Nội dung tài liệu

Tải xuống
Link tài liệu:
Tải xuống

Các tài liệu liên quan


Có thể bạn quan tâm


Thông tin tài liệu

Nguyễn Phú Khánh – Đà Lạt

Bài 8 :SỰ TIẾP XÚC CỦA HAI ĐƯỜNG CONG
Bài toán 1 :
Hai đường cong C : y = f x và C ' : y = g x tiếp xúc nhau khi và chỉ khi

( )

( )

( )

 f x = g x
hệ phương trình sau: 
 f ' x = g ' x

( ) ( )
( ) ( )

( )

có nghiệm.

()

(

)

Ví dụ 1 : Tìm tham số thực m để đường thẳng d : y = m x − 3 tiếp xúc
1
với đồ thị C : y = − x 3 + 3x .
3

( )

Giải :
 1 3
− x + 3x = m x − 3
d tiếp xúc với C khi hệ sau :  3
* có nghiệm.
−x 2 + 3 = m

 x = 3
x = 3 ⇒ m = −6
2x 3 − 9x 2 + 27 = 0
  2
⇔  2x − 3x − 9 = 0 ⇔ 
* ⇔
2
x = − 3 ⇒ m = 3
m = −x + 3
m = −x 2 + 3


2
4

Ví dụ 2 : Tìm trên trục hoành những điểm mà từ đó có thể kẻ đến đồ thị của
x2
hàm số : y =
hai tiếp tuyến tạo với nhau 1 góc 450 .
x −1

()

(

( )

)()

()

Giải :
Gọi M ∈ Ox ⇒ M x 0 ; 0 , đường thẳng đi qua M có hệ số góc là k , phương

(

()

)

(

)

trình có dạng : d : y = k x − x 0 .
 x2
= k x − x0

 x 2− 1
d là tiếp tuyến của đồ thị khi hệ sau có nghiệm :  x − 2x
=k

2
 x −1


(

()

(

-194-

)

)

Nguyễn Phú Khánh – Đà Lạt
x2
x 2 − 2x
=
x − x 0 ⇔ x  x 0 + 1 x − 2x 0  = 0
2


x −1
x −1

(

)

(

)

(

)

x = 0

⇔
2x 0
x =
, x 0 ≠ −1

x0 + 1

x 2 − 2x
• x =0⇒k =
= 0.
2
x −1

(

• x =

2x 0
x0 + 1

)

⇒k =

−4x 0

(x

0

+1

)

2

• Tiếp tuyến qua M tạo với đồ thị của hàm số : y =

x2
hai tiếp tuyến tạo
x −1

với nhau 1 góc 450 khi và chỉ khi
k − k2
4x 0
tan 450 = 1

= 1 ⇒ x0 = 3 ± 2 2 .
2
1 + k1k2
x0 + 1

(

(

)(

)

Vậy M 3 − 2 2; 0 , 3 + 2 2; 0

)

Ví dụ 3 :Tìm tất cả các điểm trên trục hoành những điểm M mà qua đó vẽ
được đúng 3 tiếp tuyến đến đồ thị (C ) : y = x 3 + 3x 2 mà trong đó có 2 tiếp
tuyến vuông góc với nhau .
Giải :
Gọi M a; 0 ∈ Ox , đường thẳng (t ) đi qua M và có hệ số góc

( )
k ⇒ (t ) : y = k ( x − a ) .

x 3 + 3x 2 = k (x − a )
(1)

(t ) tiếp xúc với (C ) khi hệ sau có nghiệm :  2
(2)
3x + 6x = k
Từ (1) , (2) suy ra : x 3 + 3x 2 = 3x 2 + 6x (x − a ) ⇔ 2x 3 + 3(a − 1)x 2 − 6ax = 0

x = 0
⇔ x 2x 2 − 3(a − 1)x − 6a  = 0 ⇔  2
2x − 3(a − 1)x − 6a = 0 (3)
-195-

Nguyễn Phú Khánh – Đà Lạt
• x = 0 ⇒ k = 0 ⇒ 1 tiếp tuyến.
Qua M kẻ được 3 tiếp tuyến đến đến đồ thị (C ) mà trong đó có 2 tiếp tuyến
vuông góc với nhau .
Khi đó (3) có 2 nghiệm phân biệt x 1, x 2 ≠ 0 và k1k2 = −1

a ≠ 0

⇔ ∆ > 0

 2
 2

 3x 1 + 6x 1   3x 2 + 6x 2  = −1




a ≠ 0

2

9 a − 1 + 48a > 0

2
9 x 1x 2 + 18x 1x 2 x 1 + x 2 + 36x 1x 2 = −1


(
(

)
)

(

)


1
vaø a ≠ 0
a < −3 ∨ a > −
3

⇔ 81a 2 − 81a a − 1 − 108a + 1 = 0

3(a -1) 
 vì x 1x 2 = - 3a ; x 1 + x 2 =

2 


1
vaø a ≠ 0
1
a < −3 ∨ a > −
⇔
⇔a =
3
27
−27a + 1 = 0

 1 
Vậy M  , 0  ∈ Ox thỏa bài toán .
 27 

(

)

Bài toán 2 :

( )

( )

(

( ) ) có

Phương trình tiếp tuyến của đồ thị C : y = f x tại điểm M x 0 ; f x 0

( )(

)

( )

dạng : y = f ' x 0 x − x 0 + f x 0 .

x −4
với tiếp tuyến (t ) ,
x −1
biết rằng tiếp tuyến (t ) tạo với đường thẳng (d ) : y = −2x + 2010 1 góc 450 .

Ví dụ 1 :Tìm tọa độ tiếp điểm của đồ thị (C ) : y =

Giải :

{}

• D = »\ 1

-196-

Nguyễn Phú Khánh – Đà Lạt

3

• Ta có : y ' =


2

,x ≠ 1

( )
Gọi M ( x ; f ( x ) ) là tọa độ tiếp điểm cần tìm
x −1

k =

0

3

(x

0

−1

2

)

0

thì hệ số góc tiếp tuyến (t ) là

,x0 ≠ 1 .


1
k +2
k =−

• Vì (t ) và (d ) tạo nhau 1 góc 45 khi t a n 45 =

3

1 − 2k
k
=
3

1
3
1
* k =− ⇔
= − điều này không xảy ra .
2
3
3
x −1
0

(

* k =3⇔

)

0

3

(x

0

−1

0

2

)

x = 0 ⇒ y = 4 ⇒ M 0; 4
0
= 3 ⇔ x 02 − 2x 0 = 0 ⇔  0
x 0 = 2 ⇒ y 0 = −2 ⇒ M 2; −2

( )
( )

2x + 3
, có đồ thị (C ) . Tìm tất cả các tham số
x −2
m để đường thẳng (t ) : y = 2x + m cắt (C ) tại hai điểm phân biệt mà hai tiếp
tuyến tại đó song song với nhau.
Giải :
Đường thẳng (t ) : y = 2x + m cắt (C ) tại hai điểm phân biệt mà hai tiếp tuyến tại

Ví dụ 2 : Cho hàm số y =

đó song song với nhau khi và chỉ khi phương trình

( )

nghiệm phân biệt x 1, x 2 thỏa mãn điều kiện y ' x 1

( )

(

2x + 3
= 2x + m có hai
x −2
= y ' x 2 . Khi đó phương

( )

)

trình g x = 2x 2 + m − 6 x − 2m − 3 = 0 có 2 nghiệm phân biệt x 1, x 2 khác 2
và thỏa mãn điều kiện −

7

(

x1 − 2

2

)

7

=−

(

x2 − 2

-197-

2

)

⇔ x1 + x 2 = 4

Nguyễn Phú Khánh – Đà Lạt

2
∆ = m − 6 + 8 2m + 3 > 0

⇔ g 2 = 2.22 + m − 6 .2 − 2m − 3 ≠ 0 ⇔ m = 2 .
 m −6
−
=4

2
2x
Ví dụ 3: Cho hàm số y =
có đồ thị là (C ) . Tìm trên đồ thị (C ) những
x +1
điểm M , sao cho tiếp tuyến tại M cắt hai trục tọa độ Ox,Oy tại hai điểm

(
()

)

(

(

)

)

1
.
4

phân biệt A, B sao cho diện tích tam giác AOB có diện tích bằng
Giải :

(

) ( )

Gọi M x 0 ; y 0 ∈ C ⇒ y 0 =

2x 0
x0 + 1

2

⇒ y '0 =

(x

0

+1

Phương trình tiếp tuyến (t ) của (C ) tại M là : y 0 =

2

)

2

(x

0

+1

2

)

2x 02

x+

(x

+1

0

(

2

)

.

)

Tiếp tuyến (t ) cắt hai trục tọa độ Ox,Oy tại hai điểm phân biệt A −x 02 ; 0 ,

2x 02
B  0;

 x0 + 1


(


 sao cho diện tích tam giác AOB có diện tích bằng 1 khi đó
2 
4



)

2

2x 0
1
1
1
.OAOB
.
= ⇔ OAOB
.
= ⇔ x 02 .
2
4
2
x0 + 1

(

2

)

=

1
⇔ 4x 02 − x 0 + 1
2

(

2

)

=0


 1

1
2x 02 + x 0 + 1 = 0
x 0 = − ⇒ M  − ; −2 
2
⇔
 2
 2
.
2x 0 − x 0 − 1 = 0
x 0 = 1 ⇒ M 1;1

 1

Vậy có hai điểm thỏa mãn yêu cầu bài toán M  − ; −2  , M 1;1 .
 2


( )

( )

()

Ví dụ 4 : Chứng minh rằng nếu các tiếp tuyến (d ), t của đồ thị (C ) :
y = x 3 − 6x 2 + 9x song song với nhau thì hai tiếp điểm A, B đối xứng nhau

-198-

Nguyễn Phú Khánh – Đà Lạt
qua M (2;2) .
Giải :

(

) (

( )
)
tiếp điểm của (d ), (t ) và đồ thị (C ) . (d ) và (t ) song song với nhau khi
y ' ( x ) = y ' ( x ) ⇔ 3x − 12x + 9 = 3x − 12x + 9 ⇔ x + x = 4 .
x = 2 − t ⇒ y ( x ) = t − 3t + 2
Với x + x = 4 thì tồn tại t > 0 : 
x = 2 + t ⇒ y ( x ) = −t + 3t + 2
( )

Gọi A x 1, y x 1 = x 13 − 6x 12 + 9x 1 , B x 2 , y x 2 = x 23 − 6x 22 + 9x 2 là tọa độ

1

2

2
1

2
2

1

2

1

2

3

1

1

1

2

2

2

3


x + x2
=2
x 0 = 1

2
Dễ thấy trung điểm đoạn AB có tọa độ 
.
y
x
y
x
+
1
2

=2
y 0 =
2
Do đó hai tiếp điểm A, B đối xứng nhau qua M (2;2) .
2x 2
π
Ví dụ 5 : Cho hàm số y =
.Tìm α ∈  0;  sao cho điểm
x −1
 2
M (1 + sin α ; 9 ) nằm trên đồ thị (C ) . Chứng minh rằng, tiếp tuyến của
(C ) tại điểm M cắt hai tiệm cận của (C ) tại hai điểm A, B đối xứng nhau qua
điểm M .

( ) ( )

Giải :
Vì M (1 + sin α ; 9 ) nằm trên đồ thị (C ) nên:
sin α = 1
2
2 (1 + sin α )
2
2
= 9 ⇔ 2 sin α − 5 sin α + 2 = 0 ⇔ 
sin α = 2
1 + sin α − 1


π
1
π
3
Vì α ∈  0;  nên sin α = ⇒ α = ⇒ M  ;9 
 2
2
6
2 
3
3
Tiếp tuyến của đồ thị (C) tại điểm M là: y = y '    x −  + 9
2
 2 

hay (d ) : y = −6x + 18 .
Tiếp tuyến (d ) cắt tiệm cận đứng x = 1 tại: A (1;12 )

-199-

Nguyễn Phú Khánh – Đà Lạt
Tiếp tuyến (d ) cắt tiệm cận xiên tai điểm B có tọa độ là nghiệm
y = −6x + 18

( x ; y ) hệ phương trình: 
y = 2x + 2

xA

Dễ thấy: 
y
 A


x = 2
⇔
⇒ B ( 2; 6 )
y =6


+ xB 3
= = xM
2
2
+ yB
= 9 = yM
2

Suy ra, A, B đối xứng nhau qua điểm M (đpcm).
2x − 3
tại M cắt các đường
x −2
tiệm cận tại hai điểm phân biệt A, B . Tìm tọa độ điểm M sao cho đường
tròn ngoại tiếp tam giác IAB có diện tích nhỏ nhất , với I là giao điểm hai
tiệm cận .
Giải :

()

Ví dụ 6: Gọi d là tiếp tuyến của đồ thị (C ) : y =

(

) ( )

Gọi M x 0 ; y 0 ∈ C ⇒ y 0 =

2x 0 − 3
x0 − 2

, y '0 = −

()

1

(x

Phương trình tiếp tuyến d của (C ) tại M : y =

0

−2

)

2

−1

(x

0

−2

(x − x 0 ) +
2

)

2x 0 − 3
x0 − 2

 2x 0 − 2 
 , B 2x 0 − 2;2 .
− 2 

0

(d ) cắt hai đường tiệm cận tại hai điểm phân biệt A  2; x

(

)

( )

Dễ thấy M là trung điểm AB và I 2;2 là giao điểm hai đường tiệm cận.
Tam giác IAB vuông tại I nên đường tròn ngoại tiếp tam giác IAB có diện tích
2



 2x 0 − 3
 
1
2
2
S = π IM = π (x 0 − 2) + 
− 2   = π (x 0 − 2)2 +
 ≥ 2π
2
 x −2
 

(
x
2)

 0
 

0


x 0 = 1 ⇒ y 0 = 1
1
Dấu đẳng thức xảy ra khi (x 0 − 2)2 =


x = 3 ⇒ y0 = 3
(x 0 − 2)2
 0

( ) ( )

Vậy M 1;1 M 3; 3 thỏa mãn bài toán.
Bài toán 3 :
-200-

Nguyễn Phú Khánh – Đà Lạt

( )

( )

(

Phương trình tiếp tuyến của đồ thị C : y = f x đi qua điểm M x 1; y1

)

Cách 1 :

()

• Phương trình đường thẳng d đi qua điểm M có hệ số góc là k có dạng :

(

)

y = k x − x 1 + y1 .

 f x = k x − x + y
1
1
d tiếp xúc với đồ thị C khi hệ sau 
có nghiệm.
f
'
x
=
k

Cách 2 :


()

( ) (
( )

( )

(

)

)

( )

()

• Gọi N x 0 ; y 0 là tọa độ tiếp điểm của đồ thị C và tiếp tuyến d qua điểm

()

(

)

M , nên d cũng có dạng y = y '0 x − x 0 + y 0 .

(d ) đi qua điểm M nên có phương trình : y = y ' (x − x ) + y (*)
• Từ phương trình ( * ) ta tìm được tọa độ điểm N ( x ; y ) , từ đây ta tìm được
phương trình đường thẳng (d ) .


1

0

0

1

0

0

0

x4
5
− 3x 2 +
Ví dụ 2: Cho hàm số : y =
có đồ thị là (C ) . Giả sử
2
2

M ∈ (C ) có hoành độ a . Với giá trị nào của a thì tiếp tuyến của (C ) tại M
cắt (C ) tại 2 điểm phân biệt khác M .

Giải :

a
5
Vì M ∈ (C ) nên M  a ; yM =
− 3a 2 + 
2
2

Tiếp tuyến tại M có hệ số góc yM' = 2a 3 − 6a
Tiếp tuyến tại M có dạng :
4

a4
5
− 3a 2 +
M
2
2
Tiếp tuyến d của (C ) tại M cắt (C ) tại 2 điểm phân biệt khác M khi

()

y = yx' (x − x M ) + yM ⇒ d : y = (2a 3 − 6a )(x − a ) +

()

phương trình sau có 3 nghiệm phân biệt :
x4
5
a4
5
− 3x 2 + = (2a 3 − 6a )(x − a ) +
− 3a 2 + hay phương trình
2
2
2
2
-201-

Nguyễn Phú Khánh – Đà Lạt
(x − a )2 (x 2 + 2ax + 3a 3 − 6) = 0 có 3 nghiệm phân biệt , nghĩa là phương trình

( )

g x = x 2 + 2ax + 3a 3 − 6 = 0 có hai nghiệm phân biệt và khác a .

∆ ' = a 2 − (3a 2 − 6) > 0
a 2 − 3 < 0
 a < 3
⇔  g (x )


 2

g(a ) = 6a 2 − 6 ≠ 0
a ≠ ±1
a ≠ 1


 a < 3
Vậy giá trị a cần tìm 
a ≠ ±1
Bài tập tương tự :
1. Tìm m để tiếp tuyến đi qua điểm M 2; m + 2 của đồ thị hàm số

(

)

y = x 3 − 3x + m phải đi qua gốc tọa độ O .

BÀI TẬP TỰ LUYỆN
1.


5
ax 2 − bx
a ) Tìm a, b biết rằng đồ thị của hàm số f x =
đi qua điểm A  −1; 
x −1
2


( )

( )

và tiếp tuyến tại O 0; 0 có hệ số góc bằng −3 . Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ
thị ứng với giá trị a, b vừa tìm được.

( )

b ) Tìm a, b biết rằng đồ thị của hàm số f x = 2x 2 + ax + b tiếp xúc với

hypebol a ) Tìm a, b biết rằng đồ thị của hàm số y =

1 
1
tại điểm M  ;2 
x
2 

2.
a ) Viết phương trình của đường thẳng đi qua điểm A 1; −2 và tiếp xúc với

(

)

parabol y = x 2 − 2x
5
x − 2, y = x 2 + x − 2 tiếp xúc nhau
4
tại M , viết phương trình tiếp tuyến chung của hai đường cong đó .
b ) Chứng minh hai đường cong y = x 3 +

-202-

Nguyễn Phú Khánh – Đà Lạt
c) Chứng minh rằg các đồ thị của ba hàm số

( )

( )

( )

f x = −x 2 + 3x + 6, g x = x 3 − x 2 + 4, h x = x 2 + 7x + 8 tiếp xúc nhau tại

(

)

điểm A −1;2 .
d ) Chứng minh rằng các đồ thị của ai hàm số
x2 3
3x
+ x, g x =
tiếp xúc nhau . Xác định tiếp điểm và viết
2 2
x +2
phương trình tiếp tuyến chung của hai đường cong tại điểm đó .

( )

( )

f x =

( )

( )

e ) Chứng minh rằng các đồ thị của ai hàm số f x = x 3 − x , g x = x 2 − 1 tiếp

xúc nhau . Xác định tiếp điểm và viết phương trình tiếp tuyến chung của hai
đường cong tại điểm đó .
Hướng dẫn :
1.
a −1 2 − −1
5


= ⇔ a = −2
a) 

2
−1 − 1
b = −3
 f ' 0 = −3

9
b ) a = −6, b =
2
2. a ) d : y = m x − 1 − 2 ⇒ m = 2 y = 2x − 4 , m = −2 y = −2x

( ) ( )
()

()

(

)

(

)

(

)

1 5
9
b ) M  ; −  , y = 2x −
4
2 4

( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
A ( −1;2 ) các đồ thị của ba hàm số có tiếp tuyến chung , nói khác hơn là các đồ
thị của ba hàm số tiếp xúc nhau tại điểm A ( −1;2 ) .
c) f −1 = g −1 = h −1 = 2, f ' −1 = g ' −1 = h ' −1 = 5 , chứng tỏ tại

( )

d ) O 0; 0 , y =

3
x
2

-203-