已知函数f(x)=13x3+ax2+bx,且f′(-1)=0.(1)试用含a的代数式表示b,并求f(x)的单调区间;(2)

2024-12-04 23:47:49
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(1)依题意,得f′(x)=x2+2ax+b,
由f′(-1)=1-2a+b=0得b=2a-1
从而f(x)=

1
3
x3+ax2+(2a-1)x,
故f′(x)=(x+1)(x+2a-1)
令f′(x)=0,得x=-1或x=1-2a
①当a>1时,1-2a<-1
当x变化时,根据f′(x)与f(x)的变化情况得,
函数f(x)的单调增区间为(-∞,1-2a)和(-1,+∞),单调减区间为(1-2a,-1)
②当a=1时,1-2a=-1,此时有f′(x)≥0恒成立,且仅在x=-1处f′(x)=0,故函数f(x)的单调增区间为R、
③当a<1时,1-2a>-1,同理可得,函数f(x)的单调增区间为(-∞,-1)和(1-2a,+∞),
单调减区间为(-1,1-2a)
综上:当a>1时,函数f(x)的单调增区间为(-∞,1-2a)和(-1,+∞),单调减区间为(1-2a,-1);
当a=1时,函数f(x)的单调增区间为R;
当a<1时,函数f(x)的单调增区间为(-∞,-1)和(1-2a,+∞),单调减区间为(-1,1-2a)
(2)(Ⅰ)由a=-1得f(x)=
1
3
x3-x2-3x
令f′(x)=x2-2x-3=0得x1=-1,x2=3
由(1)得f(x)增区间为(-∞,-1)和(3,+∞),单调减区间为(-1,3),
所以函数f(x)在处x1=-1,x2=3处取得极值,故M(-1,
5
3
),N(3,-9)
观察f(x)的图象,有如下现象:

①当m从-1(不含-1)变化到3时,线段MP的斜率与曲线f(x)在点P处切线的斜率f(x)之差Kmp-f′(m)的值由正连续变为负、
②线段MP与曲线是否有异于H,P的公共点与Kmp-f′(m)的m正负有着密切的关联;
③Kmp-f′(m)=0对应的位置可能是临界点,故推测:满足Kmp-f′(m)的m就是所求的t最小值,下面给出证明并确定的t最小值、曲线f(x)在点P(m,f(m))处的切线斜率f′(m)=m2-2m-3;
线段MP的斜率Kmp=
m2?4m?5
3

当Kmp-f′(m)=0时,解得m=-1或m=2,
直线MP的方程为y=(
m2?4m?5
3
x+
m2? 4m
3
),
令g(x)=f(x)-(
m2?4m?5
3
x+
m2? 4m
3
),
当m=2时,g′(x)=x2-2x在(-1,2)上只有一个零点x=0,可判断f(x)函数在(-1,0)上单调递增,在(0,2)上单调递减,又g(-1)=g(2)=0,所以g(x)在(-1,2)上没有零点,即线段MP与曲线f(x)没有异于M,P的公共点、
当m∈(2,3]时,g(0)=-
m2?4m
3
>0,
g(2)=-(m-2)2<0,
所以存在δ∈(0,2]使得g(δ)=0,
即当m∈(2,3]时,MP与曲线f(x)有异于M,P的公共点
综上,t的最小值为2.
(Ⅱ)类似(1)于中的观察,可得m的取值范围为(1,3].