График функции $f ( x ) =x ^3 + ax ^2 + bx + c,c меньше 0$ пересекает ось ординат в точке А и имеет ровно две общие точки M и N с осью абсцисс. Прямая, касающаяся этого графика в точке M, проходит через точку А. Найдите а, b и с, если площадь треугольника AMN равна 1.
💡 Пошаговый разбор и решение:
[рис.] Пусть точки x1 и x2 — абсциссы точек N и M соответственно (см. рис.)
Очевидно, что выполняются равенства: $x_1 ^3 + ax_1 ^2 + bx_1 + c=0$ $x_2 ^3 + ax_2 ^2 + bx_2 + c=0$
Из последнего равенства: $c= - x_2 ^3 - ax_2 ^2 - bx_2. ( * )$
Так как график функции f(x) имеет ровно две общие точки с осью абсцисс, то либо x1, либо x2 будет корнем кратности 2. Корень x2 таковым быть не может, ибо в противном случает касательная к графику функции f(x) в точке M была бы параллельной оси Ох или совпасть с ней, что исключает прохождение этой касательной через точку А. Следовательно, корнем кратности 2 является корень x1.
Значит, $x ^3 + ax ^2 + bx + c= ( x - x_1 ) ^2 ( x - x_2 )$ Но тогда:
$f ( x ) = ( x - x_1 ) ^2 ( x - x_2 ) = ( x ^2 - 2x_1x + x_1 ^2 ) ( x - x_2 ) =x ^3 - 2x_1x ^2 + x_1 ^2 x - x_2x ^2 + 2x_1x_2x - x_1 ^2 x_2 =$ $f ( x ) = ( x - x_1 ) ^2 ( x - x_2 ) = ( x ^2 - 2x_1x + x_1 ^2 ) ( x - x_2 ) =$
$=x ^3 - 2x_1x ^2 + x_1 ^2 x - x_2x ^2 + 2x_1x_2x - x_1 ^2 x_2 =$ $f ( x ) = ( x - x_1 ) ^2 ( x - x_2 ) =$
$= ( x ^2 - 2x_1x + x_1 ^2 ) ( x - x_2 ) =$
$=x ^3 - 2x_1x ^2 + x_1 ^2 x - x_2x ^2 + 2x_1x_2x - x_1 ^2 x_2 =$
$=x ^3 + ( - 2x_1 - x_2 ) x ^2 + ( x_1 ^2 + 2x_1x_2 ) x - x_1 ^2 x_2$
$a= - 2x_1 - x_2;b=x_1 ^2 + 2x_1x_2;c= - x_1 ^2 x_2$
Теперь составим уравнение касательной к графику функции $f ( x ) =x ^3 + ax ^2 + bx + c,c меньше 0$ в точке (x2; 0). Это уравнение имеет вид: $y=y_M + f' ( x_2 ) \cdot ( x - x_2 )$ или $y=f' ( x_2 ) \cdot ( x - x_2 )$ где $f' ( x_2 ) =3x_2 ^2 + 2ax_2 + b$
Итак, уравнение касательной: $y= ( 3x_2 ^2 + 2ax_2 + b ) \cdot ( x - x_2 )$
По условию задачи известно, что та же касательная проходит через точку A(0; c). Значит, координаты точки А удовлетворяют полученному уравнению. Тогда имеем:
$( 3x_2 ^2 + 2ax_2 + b ) \cdot ( - x_2 ) =c = сильно - 3x_2 ^3 - 2ax_2 ^2 - bx_2=c$
Но в соответствии с равенством (*) получим:
$ - 3x_2 ^3 - 2ax_2 ^2 - bx_2= - x_2 ^3 - ax_2 ^2 - bx_2 = сильно - 2x_2 ^3 =ax_2 ^2$
x2 ≠ 0, поэтому a = −2x2.
Это — с одной стороны. С другой стороны, как было показано выше: a = −2x1 − x2, следовательно,
$ - 2x_1 - x_2= - 2x_2 = сильно x_2=2x_1 ( ** )$
Теперь используем ранее полученные равенства: $b=x_1 ^2 + 2x_1x_2$ и $c= - x_1 ^2 x_2$ $b=x_1 ^2 + 4x_1 ^2 =5x_1 ^2$ $c= - x_1 ^2 \cdot 2x_1= - 2x_1 ^3$
S(AMN) = 1, поэтому
$\frac{1}{2} \left| x_2 - x_1 | \cdot ( - c ) =1 = сильно \left| 2x_1 - x_1 | \cdot 2x_1 ^3 =2 = сильно \left| x_1 | \cdot 2x_1 ^3 =2$
Из последнего равенства ясно, что x1 > 0. Если это так, то $2x_1 в степени ( 4 ) =2 = сильно x_1=1$ Но тогда
$b=5x_1 ^2 =5;c= - 2x_1 ^3 = - 2; x_2=2x_1=2;a= - 2x_2= - 2 \cdot 2= - 4$
Ответ: a = −4, b = 5, c = −2.
Очевидно, что выполняются равенства: $x_1 ^3 + ax_1 ^2 + bx_1 + c=0$ $x_2 ^3 + ax_2 ^2 + bx_2 + c=0$
Из последнего равенства: $c= - x_2 ^3 - ax_2 ^2 - bx_2. ( * )$
Так как график функции f(x) имеет ровно две общие точки с осью абсцисс, то либо x1, либо x2 будет корнем кратности 2. Корень x2 таковым быть не может, ибо в противном случает касательная к графику функции f(x) в точке M была бы параллельной оси Ох или совпасть с ней, что исключает прохождение этой касательной через точку А. Следовательно, корнем кратности 2 является корень x1.
Значит, $x ^3 + ax ^2 + bx + c= ( x - x_1 ) ^2 ( x - x_2 )$ Но тогда:
$f ( x ) = ( x - x_1 ) ^2 ( x - x_2 ) = ( x ^2 - 2x_1x + x_1 ^2 ) ( x - x_2 ) =x ^3 - 2x_1x ^2 + x_1 ^2 x - x_2x ^2 + 2x_1x_2x - x_1 ^2 x_2 =$ $f ( x ) = ( x - x_1 ) ^2 ( x - x_2 ) = ( x ^2 - 2x_1x + x_1 ^2 ) ( x - x_2 ) =$
$=x ^3 - 2x_1x ^2 + x_1 ^2 x - x_2x ^2 + 2x_1x_2x - x_1 ^2 x_2 =$ $f ( x ) = ( x - x_1 ) ^2 ( x - x_2 ) =$
$= ( x ^2 - 2x_1x + x_1 ^2 ) ( x - x_2 ) =$
$=x ^3 - 2x_1x ^2 + x_1 ^2 x - x_2x ^2 + 2x_1x_2x - x_1 ^2 x_2 =$
$=x ^3 + ( - 2x_1 - x_2 ) x ^2 + ( x_1 ^2 + 2x_1x_2 ) x - x_1 ^2 x_2$
$a= - 2x_1 - x_2;b=x_1 ^2 + 2x_1x_2;c= - x_1 ^2 x_2$
Теперь составим уравнение касательной к графику функции $f ( x ) =x ^3 + ax ^2 + bx + c,c меньше 0$ в точке (x2; 0). Это уравнение имеет вид: $y=y_M + f' ( x_2 ) \cdot ( x - x_2 )$ или $y=f' ( x_2 ) \cdot ( x - x_2 )$ где $f' ( x_2 ) =3x_2 ^2 + 2ax_2 + b$
Итак, уравнение касательной: $y= ( 3x_2 ^2 + 2ax_2 + b ) \cdot ( x - x_2 )$
По условию задачи известно, что та же касательная проходит через точку A(0; c). Значит, координаты точки А удовлетворяют полученному уравнению. Тогда имеем:
$( 3x_2 ^2 + 2ax_2 + b ) \cdot ( - x_2 ) =c = сильно - 3x_2 ^3 - 2ax_2 ^2 - bx_2=c$
Но в соответствии с равенством (*) получим:
$ - 3x_2 ^3 - 2ax_2 ^2 - bx_2= - x_2 ^3 - ax_2 ^2 - bx_2 = сильно - 2x_2 ^3 =ax_2 ^2$
x2 ≠ 0, поэтому a = −2x2.
Это — с одной стороны. С другой стороны, как было показано выше: a = −2x1 − x2, следовательно,
$ - 2x_1 - x_2= - 2x_2 = сильно x_2=2x_1 ( ** )$
Теперь используем ранее полученные равенства: $b=x_1 ^2 + 2x_1x_2$ и $c= - x_1 ^2 x_2$ $b=x_1 ^2 + 4x_1 ^2 =5x_1 ^2$ $c= - x_1 ^2 \cdot 2x_1= - 2x_1 ^3$
S(AMN) = 1, поэтому
$\frac{1}{2} \left| x_2 - x_1 | \cdot ( - c ) =1 = сильно \left| 2x_1 - x_1 | \cdot 2x_1 ^3 =2 = сильно \left| x_1 | \cdot 2x_1 ^3 =2$
Из последнего равенства ясно, что x1 > 0. Если это так, то $2x_1 в степени ( 4 ) =2 = сильно x_1=1$ Но тогда
$b=5x_1 ^2 =5;c= - 2x_1 ^3 = - 2; x_2=2x_1=2;a= - 2x_2= - 2 \cdot 2= - 4$
Ответ: a = −4, b = 5, c = −2.
Правильный ответ:
a = −4, b = 5, c = −2
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 68198 • Задание №14
В прямоугольном параллелепипеде ABCDA1B1C1D1 известны длины ребер: AB = 4, BC = 2, AA1 = 2. Точка M — с...
ID 66038 • Задание №8
Дано уравнение $косинус 2x минус корень из: начало аргумента: 3 конец аргумента синус 2x=1$
а) Решите уравнен...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Обоснованно получен правильный ответ. | 4
Получен верный ответ. Решение в целом верное. Обосновано найдены оба промежутка значений параметра из ответа к задаче, при этом возможны неточности с (не)включением концов и(или) вычислительная погрешность. | 3
Обосновано найден хотя бы один промежуток значений параметра из ответа к задаче, при этом возможны неточности с (не)включением концов и(или) вычислительная погрешность. | 2
Решение содержит:
− или верное описание расположения двух лучей и прямой из условия задачи;
− или верное получение квадратного уравнения с параметром a относительно одной из переменных. | 1
Решение не соответствует ни одному из критериев, перечисленных выше. | 0
Максимальный балл | 4
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Обоснованно получен правильный ответ. | 4
Получен верный ответ. Решение в целом верное. Обосновано найдены оба промежутка значений параметра из ответа к задаче, при этом возможны неточности с (не)включением концов и(или) вычислительная погрешность. | 3
Обосновано найден хотя бы один промежуток значений параметра из ответа к задаче, при этом возможны неточности с (не)включением концов и(или) вычислительная погрешность. | 2
Решение содержит:
− или верное описание расположения двух лучей и прямой из условия задачи;
− или верное получение квадратного уравнения с параметром a относительно одной из переменных. | 1
Решение не соответствует ни одному из критериев, перечисленных выше. | 0
Максимальный балл | 4
🔗 Другие задания линии №18 по предмету Математика. Профильный уровень:
ID 70718
Найдите все значения k, при каждом из которых уравнение
$дробь: числитель: 6k минус левая круг...
ID 70719
Найдите все значения a, для каждого из которых уравнение $логарифм по основанию левая круглая с...
ID 70720
Найдите все значения a, при которых уравнение
$левая круглая скобка логарифм по основанию 8 ле...
ID 70721
Найдите наименьшее натуральное значение a, при котором расстояние между наибольшим и наименьшим...
ID 70722
Найдите все значения a, при которых уравнение
$левая круглая скобка x в квадрате плюс 2x плюс ...