2022 新高考Ⅰ卷 - 第10题 (多选题)

导数极值零点与切线
前置知识回顾:公式与定理 (点击展开)
  • 极值点与导数零点: 可导函数在驻点 \( f'(x) = 0 \) 两侧导数变号,则为极值点。
  • 三次曲线对称中心结论: 三次函数 \( f(x) = ax^3 + bx^2 + cx + d \) 的对称中心横坐标为二阶导数零点,即 \( x_0 = -\frac{b}{3a} \)。

10. 已知函数 \( f(x) = x^3 - x + 1 \),则 (  )

  • A. \( f(x) \) 有两个极值点
  • B. \( f(x) \) 有三个零点
  • C. 点 \( (0, 1) \) 是曲线 \( y = f(x) \) 的对称中心
  • D. 直线 \( y = 2x \) 是曲线 \( y = f(x) \) 的切线
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思路与规范推导

破题思路全景图

求导 f'(x) = 3x² - 1,令导数为 0 得两个不同实根,A 正确
计算极小值 f(√3/3) = 1 - 2√3/9 > 0,极小值仍高于 x 轴,零点仅有 1 个,B 错误
验证对称中心:f(-x) + f(x) = 2 = 2×1 恒成立,C 正确
设切点求切线斜率 3x₀² - 1 = 2 解出 x₀ = ±1,切线截距不为 0,D 错误
综合得出正确选项为 AC
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✅ 选项 A 正确:

对 \( f(x) = x^3 - x + 1 \) 求导得:

\[ f'(x) = 3x^2 - 1 \]

令 \( f'(x) = 0 \),解得 \( x_1 = -\frac{\sqrt{3}}{3} \),\( x_2 = \frac{\sqrt{3}}{3} \)。

当 \( x \in \left(-\infty, -\frac{\sqrt{3}}{3}\right) \) 时,\( f'(x) > 0 \);当 \( x \in \left(-\frac{\sqrt{3}}{3}, \frac{\sqrt{3}}{3}\right) \) 时,\( f'(x) < 0 \);当 \( x \in \left(\frac{\sqrt{3}}{3}, +\infty\right) \) 时,\( f'(x) > 0 \)。

导数在两驻点两侧均变号,因此 \( f(x) \) 恰有两个极值点。A 正确。

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❌ 选项 B 错误:

由 A 选项分析,\( f(x) \) 的极小值为:

\[ f\left(\frac{\sqrt{3}}{3}\right) = \left(\frac{\sqrt{3}}{3}\right)^3 - \frac{\sqrt{3}}{3} + 1 = \frac{\sqrt{3}}{9} - \frac{\sqrt{3}}{3} + 1 = 1 - \frac{2\sqrt{3}}{9} \]

因为 \( \left(\frac{2\sqrt{3}}{9}\right)^2 = \frac{12}{81} < 1 \),所以 \( \frac{2\sqrt{3}}{9} < 1 \),故极小值:

\[ f\left(\frac{\sqrt{3}}{3}\right) > 0 \]

由于极小值仍然严格大于 0,且在 \( \left(-\frac{\sqrt{3}}{3}, +\infty\right) \) 上函数值均大于 0,曲线只在 \( \left(-\infty, -\frac{\sqrt{3}}{3}\right) \) 与 \( x \) 轴有唯一交点。

因此 \( f(x) \) 只有 1 个零点,而不是 3 个零点。B 错误。

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✅ 选项 C 正确:

检验中心对称性,计算 \( f(-x) + f(x) \):

\[ f(-x) + f(x) = (-x^3 + x + 1) + (x^3 - x + 1) = 2 \]

由中心对称充要条件 \( f(x) + f(2x_0 - x) = 2y_0 \),取 \( x_0 = 0 \),\( y_0 = 1 \),满足:

\[ \frac{f(x) + f(-x)}{2} = 1 \]

因此点 \( (0, 1) \) 是曲线 \( y = f(x) \) 的对称中心。C 正确。

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❌ 选项 D 错误:

设切点为 \( (x_0, x_0^3 - x_0 + 1) \),切线斜率应为 2:

\[ f'(x_0) = 3x_0^2 - 1 = 2 \implies 3x_0^2 = 3 \implies x_0 = \pm 1 \]

① 当 \( x_0 = 1 \) 时,切点为 \( (1, 1) \),切线方程为 \( y - 1 = 2(x - 1) \implies y = 2x - 1 \);

② 当 \( x_0 = -1 \) 时,切点为 \( (-1, 1) \),切线方程为 \( y - 1 = 2(x + 1) \implies y = 2x + 3 \)。

两条切线截距分别为 -1 和 3,均不是 \( y = 2x \)。故 D 错误。

最终答案核对

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正确答案:AC

核心模型与结论

三次函数“单峰单谷与对称中心”零点模型:三次函数的零点个数由极大值与极小值的符号乘积决定!\( f_{\text{极大}} \cdot f_{\text{极小}} > 0 \implies 1 \) 个零点;\( f_{\text{极大}} \cdot f_{\text{极小}} < 0 \implies 3 \) 个零点。

易错警示与避坑

切线斜率相同不等于就是切线!必须验证切点是否在已知直线上。导数等于 2 只是必要条件,切点代入截距不同直接排除。

高分技法与秒杀

零点秒判法:极小值 \( 1 - \frac{2\sqrt{3}}{9} > 0 \),极大值更大也是正数,波谷都没掉到 x 轴下方,不可能折返回来产生 3 个交点,秒杀排除 B!

诊断与进阶指南

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