题目内容

2.已知函数f(x)=mx3-3(m+1)x2+nx(m,n∈R且m<0),且x=1是f(x)的极值点.
(1)求f(x)的单调区间;
(2)当实数m发生变化时,是否存在实数m,使得函数y=f(x)(-1≤x≤1)的图象上任意一点的切线斜率总不小于3m?若存在,求出m的值;若不存在,请说明理由;
(3)设-2≤m<0,函数g(x)=ln(x+1)+$\frac{mx}{x+2}$(2≤x≤3),若对于任意x1∈[2,3],总存在x0∈[0,1],使得f(x0)=g(x1)成立,求m的取值范围.

分析 (1)求出f′(x),因为x=1是函数的极值点,所以得到f′(1)=0求出m与n的关系式,令f′(x)=0求出函数的极值点,讨论函数的增减性确定函数的单调区间;
(2)函数图象上任意一点的切线斜率恒大于3m即f′(x)>3m代入得到不等式即3m(x-1)[x-(1+$\frac{2}{m}$)]>3m,又因为m<0,分x=1和x≠1,当x≠1时g(t)=t-$\frac{1}{t}$,求出g(t)的最小值.要使$\frac{2}{m}$≤(x-1)-$\frac{1}{x-1}$恒成立即要g(t)的最小值≥$\frac{2}{m}$,解出不等式的解集求出m的范围;
(3)分别求出f(x)在[0,1]的值域S,g(x)在[2,3]的值域T,得到,T⊆S,得到关于m的不等式组,解出即可.

解答 解:(1)f′(x)=3mx2-6(m+1)x+n.
因为x=1是f(x)的一个极值点,所以f′(1)=0,
即3m-6(m+1)+n=0.
所以n=3m+6.
∴f′(x)=3mx2-6(m+1)x+3m+6=3m(x-1)[x-(1+$\frac{2}{m}$)]
当m<0时,有1>1+$\frac{2}{m}$,当x变化时f(x)与f'(x)的变化如下表:

x(-∞,1+$\frac{2}{m}$)1+$\frac{2}{m}$(1+$\frac{2}{m}$,1)1(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
由上表知,当m<0时,f(x)在(-∞,1+$\frac{2}{m}$)单调递减,在(1+$\frac{2}{m}$,1)单调递增,在(1,+∞)单调递减.
(2)由已知,得f′(x)≥3m,即3m(x-1)[x-(1+$\frac{2}{m}$)]≥3m,
∵m<0.∴(x-1)[x-1(1+$\frac{2}{m}$)]≤1.(*)
①x=1时.(*)式化为0<1怛成立.
∴m<0.
②x≠1时∵x∈[-1,1],∴-2≤x-1<0.
(*)式化为$\frac{2}{m}$≤(x-1)-$\frac{1}{x-1}$.
令t=x-1,则t∈[-2,0),记g(t)=t-$\frac{1}{t}$,
则g(t)在区间[-2,0)是单调增函数.∴g(t)min=g(-2)=-2-$\frac{1}{2}$=-$\frac{3}{2}$.
由(*)式恒成立,必有$\frac{2}{m}$≤-$\frac{3}{2}$⇒-$\frac{4}{3}$≤m,又m<0.∴-$\frac{4}{3}$≤m<0.
综上,可知-$\frac{4}{3}$≤m<0;
(3)由(1)得:1+$\frac{2}{m}$<0,则f(x)在[0,1]递增,
∴f(x)max=f(1)=m+3,f(x)min=f(0)=0,
而g′(x)=$\frac{{x}^{2}+2(m+2)x+2(m+2)}{(x+1{)(x+2)}^{2}}$>0,
∴g(x)在[2,3]递增,
∴g(x)max=g(3)=ln4+$\frac{3}{5}$m,g(x)min=g(2)=ln3+$\frac{m}{2}$,
若对于任意x1∈[2,3],总存在x0∈[0,1],使得f(x0)=g(x1)成立,
只需$\left\{\begin{array}{l}{ln3+\frac{m}{2}≥0}\\{ln4+\frac{3}{5}m≤m+3}\end{array}\right.$,解得:m≥5ln2-$\frac{15}{2}$.
综上,m∈[5ln2-$\frac{15}{2}$,0).

点评 考查学生利用待定系数法求函数解析式的能力,利用导数研究函数极值和单调性的能力,以及掌握不等式恒成立的条件.

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