3. Дана функция
а) Найдите все такие a, при которых функция f монотонна на луче
б) Пусть Найдите уравнения касательных к графику данной функции, проходящих через точку
в) Пусть Найдите все точки оси абсцисс, через которые проходит ровно одна касательная к графику
г) Найдите (при произвольном ) такое значение
при котором фигура, ограниченная прямой, касающейся графика функции f в точке с абсциссой
самим этим графиком и прямыми
имеет наименьшую площадь.
а) Поскольку на луче
то
б) Подставив
в уравнение
после небольших преобразований приходим к уравнению
откуда
в) Касательная в точке графика проходит через точку
если
Таким образом, точка входит в искомое множество, если полученное уравнение имеет одно решение. Удобно сделать замену
приводящую к квадратному уравнению
Оно имеет единственное положительное решение, если
Если
то его решение единственно, однако при
оно отрицательно. Исследование квадратного уравнения можно провести по-другому, записав его в виде
и построив график
при
(см. рис).
Заметим, наконец, что сам ответ понятен из геометрических соображений, если мы посмотрим на график данной функции (см. рис).
г) Интересно, что вычисления проще проводить для произвольной выпуклой функции f. Площадь заштрихованной на рисунке фигуры определяется по формуле
так что
откуда и следует, что — точка минимума функции S.
Ответ: и

