Câu hỏi
Gọi \(M\), \(N\) là hai điểm di động trên đồ thị \(\left( C \right)\) của hàm số \(y=-{{x}^{3}}+3{{x}^{2}}-x+4\) sao cho tiếp tuyến của \(\left( C \right)\) tại \(M\) và \(N\) luôn song song với nhau. Khi đó đường thẳng \(MN\) luôn đi qua điểm cố định nào dưới đây?
- A
\(\left( 1;-5 \right)\)
- B \(\left( -1;-5 \right)\)
- C \(\left( -1;5 \right)\)
- D \(\left( 1;5 \right)\)
Phương pháp giải:
Tìm hệ số góc của tiếp tuyến, áp dụng điều kiện để hai tiếp tuyến song song và theo hệ thức Viet để tìm tọa độ trung điểm cố định mà MN luôn đi qua
Lời giải chi tiết:
Gọi tọa độ điểm \(M\), \(N\) lần lượt là \(M\left( {{x}_{1}};{{y}_{1}} \right),\text{ }N\left( {{x}_{2}};{{y}_{2}} \right)\).
Hệ số góc tiếp tuyến của \(\left( C \right)\) tại \(M\) và \(N\) lần lượt là
\({{k}_{1}}={y}'\left( {{x}_{1}} \right)=-3{{x}_{1}}^{2}+6{{x}_{1}}-1\); \({{k}_{2}}={y}'\left( {{x}_{2}} \right)=-3{{x}_{2}}^{2}+6{{x}_{2}}-1\)
Để tiếp tuyến của \(\left( C \right)\) tại \(M\) và \(N\) luôn song song với nhau điều kiện là
\(\left\{ \begin{align} & {{k}_{1}}={{k}_{2}} \\& {{x}_{1}}\ne {{x}_{2}} \\\end{align} \right.\) \(\Leftrightarrow \left\{ \begin{align} & \left( {{x}_{1}}-{{x}_{2}} \right)\left[ -3\left( {{x}_{1}}+{{x}_{2}} \right)+6 \right]=0 \\& {{x}_{1}}\ne {{x}_{2}} \\\end{align} \right.\)\(\Leftrightarrow {{x}_{1}}+{{x}_{2}}=2\).
Ta có: \({{y}_{1}}+{{y}_{2}}=-\left( {{x}_{1}}+{{x}_{2}} \right)\left[ {{\left( {{x}_{1}}+{{x}_{2}} \right)}^{2}}-3{{x}_{1}}{{x}_{2}} \right]+3\left[ {{\left( {{x}_{1}}+{{x}_{2}} \right)}^{2}}-2{{x}_{1}}{{x}_{2}} \right]-\left( {{x}_{1}}+{{x}_{2}} \right)+8\)
Do \({{x}_{1}}+{{x}_{2}}=2\) nên \({{y}_{1}}+{{y}_{2}}=-2\left( 4-3{{x}_{1}}{{x}_{2}} \right)+3\left( 4-2{{x}_{1}}{{x}_{2}} \right)+8=10\).
Trung điểm của đoạn \(MN\) là \(I\left( 1;5 \right)\). Vậy đường thẳng \(MN\) luôn đi qua điểm cố định \(I\left( 1;5 \right)\).
Chọn D