Question

已知函数f(x)=

-x3+x2+bx+c  ，(x＜1) alnx  ，(x≥1)

的图象过坐标原点O，且在点（-1，f（-1））处的切线的斜率是-5．
（1）试确定实数b，c的值，并求f（x）在区间[-1，2]上的最大值；
（2）对任意给定的正实数a，曲线y=f（x）上是否存在两点P、Q，使得△POQ是以O为直角顶点的直角三角形，且此三角形斜边中点在y轴上？说明理由．

Answer 1

分析：（1）根据函数在点（-1，f（-1））处的切线的斜率是-5，建立方程，可确定实数b，c的值，进而可确定函数的解析式，分类讨论，求导函数，可得f（x）在[-1，1）上的最大值为2，当1≤x≤2时，f（x）=alnx．对a讨论，确定函数的单调性，即可求得结论；
（2）假设曲线y=f（x）上存在两点P、Q满足题设要求，则点P、Q只能在y轴两侧．设P、Q的坐标，由此入手能得到对任意给定的正实数a，曲线y=f（x）上存在两点P、Q，使得△POQ是以O为直角顶点的直角三角形，且此三角形斜边中点在y轴上．

解答：解：（1）当x＜1时，f（x）=-x³+x²+bx+c，则f'（x）=-3x²+2x+b．
依题意得：

f(0)=0 f′(-1)=-5

，即

c=0 -3-2+b=-5

，∴b=c=0
∴f(x)=

-x3+x2  ，(x＜1) alnx  ，(x≥1)

①当-1≤x＜1时，f′（x）=-3x2+2x=-3x（x-

2

3

）
令f'（x）=0得x=0或x=

2

3

当x变化时，f'（x），f（x）的变化情况如下表：

x	（-1，0）	0	（0， 2 3 ）	2 3	（ 2 3 ，1）
f'（x）	-	0	+	0	-
f（x）	单调递减	极小值	单调递增	极大值	单调递减

又f（-1）=2，f（

2

3

）=

4

27

，f（0）=0．
∴f（x）在[-1，1）上的最大值为2．
②当1≤x≤2时，f（x）=alnx．当a≤0时，f（x）≤0，f（x）最大值为0；
当a＞0时，f（x）在[1，2]上单调递增．∴f（x）在[1，2]最大值为aln2．
综上，当aln2≤2时，即a≤

2

ln2

时，f（x）在区间[-1，2]上的最大值为2；
当aln2＞2时，即a＞

2

ln2

时，f（x）在区间[-1，2]上的最大值为aln2．
（2）假设曲线y=f（x）上存在两点P、Q满足题设要求，则点P、Q只能在y轴两侧．
不妨设P（t，f（t））（t＞0），则Q（-t，t³+t²），显然t≠1
∵△POQ是以O为直角顶点的直角三角形，∴

OP

•

OQ

=0=0即-t²+f（t）（t³+t²）=0（*）
若方程（*）有解，存在满足题设要求的两点P、Q；
若方程（*）无解，不存在满足题设要求的两点P、Q．
若0＜t＜1，则f（t）=-t³+t²代入（*）式得：-t²+（-t³+t²）（t³+t²）=0
即t⁴-t²+1=0，而此方程无解，因此t＞1．此时f（t）=alnt，
代入（*）式得：-t²+（alnt）（t³+t²）=0即

1

a

=（t+1）lnt（**）
令h（x）=（x+1）lnx（x≥1），则h′（x）=lnx+

1

x

+1＞0
∴h（x）在[1，+∞）上单调递增，
∵t＞1，∴h（t）＞h（1）=0，∴h（t）的取值范围是（0，+∞）．
∴对于a＞0，方程（**）总有解，即方程（*）总有解．
因此，对任意给定的正实数a，曲线y=f（x）上存在两点P、Q，使得△POQ是以O为直角顶点的直角三角形，且此三角形斜边中点在y轴上．

点评：本题考查导数知识的运用，考查学生分析解决问题的能力，考查分类讨论的数学思想，综合性强，难度大．