22.(2009·福建,21)(本小题满分12分)已知函数f(x)=x3+ax2+bx,且f ′(-1)=0.
(1)试用含a的代数式表示b;
(2)求f(x)的单调区间;
(3)令a=-1,设函数f(x)在x1、x2(x1<x2)处取得极值,记点M(x1,f(x1)),N(x2,f(x2)).证明:线段MN与曲线f(x)存在异于M,N的公共点.
命题意图:本小题主要考查函数、导数等基础知识,考查推理论证能力、运算求解能力,考查函数与方程思想、数形结合思想、化归与转化思想、分类与整合思想.
解析:解法一:(1)依题意,得
f ′(x)=x2+2ax+b.
由f ′(-1)=1-2a+b=0得b=2a-1.
(2)由(1)得f(x)=x3+ax2+(2a-1)x,故f ′(x)=x2+2ax+2a-1=(x+1)(x+2a-1).
令f ′(x)=0,则x=-1或x=1-2a.
①当a>1时,1-2a<-1.
当x变化时,f ′(x)与f(x)的变化情况如下表:
|
x |
(-∞,1-2a) |
(1-2a,-1) |
(-1,+∞) |
|
f
′(x) |
+ |
- |
+ |
|
f(x) |
单调递增 |
单调递减 |
单调递增 |
由此得,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,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).
综上所述: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).
(3)当a=-1时,得f(x)=x3-x2-3x.
由f ′(x)=x2-2x-3=0,得x1=-1,x2=3.
由(2)得f(x)的单调增区间为(-∞,-1)和(3,+∞),单调减区间为(-1,3),所以函数f(x)在x1=-1,x2=3处取得极值.故M(-1,),N(3,-9).
所以直线MN的方程为y=-x-1.
由得x3-3x2-x+3=0.
令F(x)=x3-3x2-x+3.
易得F(0)=3>0,F(2)=-3<0,而F(x)的图象在(0,2)内是一条连续不断的曲线,故F(x)在(0,2)内存在零点x0,这表明线段MN与曲线f(x)有异于M,N的公共点.
解法二:(1)同解法一.
(2)同解法一.
(3)当a=-1时,得f(x)=x3-x2-3x.
由f ′(x)=x2-2x-3=0,得x1=-1,x2=3.
由(2)得f(x)的单调增区间为(-∞,-1)和(3,+∞),单调减区间为(-1,3),所以函数f(x)在x1=-1,x2=3处取得极值,
故M(-1,),N(3,-9).
所以直线MN的方程为y=-x-1.
由得x3-3x2-x+3=0.
解得x1=-1,x2=1,x3=3.
∴
所以线段MN与曲线F(x)有异于M,N的公共点(1,-).
20.(本小题满分12分)函数f(x)=x3+ax2+bx+c,过曲线y=f(x)上的点P(1,f(1))的切线方程为y=3x+1.
(1)若y=f(x)在x=-2时有极值,求f(x)的表达式;
(2)在(1)的条件下,求y=f(x)在[-3,1]上的最大值.
解析:(1)由f(x)=x3+ax2+bx+c,求导数得f ′(x)=3x2+2ax+b,过y=f(x)上的点P(1,f(1))的切线方程为:y-f(1)=f ′(1)(x-1),即为:y-(a+b+c+1)=(3+2a+b)(x-1),而过P(1,f(1))的切线方程是y=3x+1,∴ ①
又y=f(x)在x=-2时有极值,∴f ′(-2)=0,∴-4a+b=-12, ②
联立方程组得:a=2,b=-4,c=5,
即f(x)=x3+2x2-4x+5.
(2)f ′(x)=3x2+4x-4=(3x-2)(x+2),
f(x)、 f ′(x)的变化如下表:
|
x |
[-3,-2) |
-2 |
(-2,) |
|
(,1] |
|
f
′(x) |
+ |
0 |
- |
0 |
+ |
|
f(x) |
递增 |
极大 |
递减 |
极小 |
递增 |
f(x)极大值=f(-2)=13,又f(1)=4,
∴f(x)在区间[-3,1]上的最大值是13.
19.(2009·北京市东城区高三示范学校质量检测)(本小题满分12分)已知函数f(x)=x3+ax2+bx+c在x=-与x=1时都取得极值.
(1)求a、b的值与函数f(x)的单调区间;
(2)若对x∈[-1,2],不等式f(x)<c2恒成立,求c的取值范围.
解析:(1)∵f(x)=x3+ax2+bx+c,
∴f ′(x)=3x2+2ax+b.由
,
解得,∴f ′(x)=3x2-x-2=(3x+2)(x-1),
函数f(x)的单调区间如下表:
|
x |
(-∞,-) |
- |
(-,1) |
1 |
(1,+∞) |
|
f
′(x) |
+ |
0 |
- |
0 |
+ |
|
f(x) |
? |
极大值 |
? |
极小值 |
? |
所以函数f(x)的递增区间是(-∞,-)与(1,+∞),递减区间是(-,1).
(2)由f(x)=x3-x2-2x+c,x∈[-1,2],
当x=-时,f(x)=+c为极大值,而f(2)=2+c,
所以f(2)=2+c为最大值.
要使f(x)<c2对x∈[-1,2]恒成立,须且只需c2>f(2)=2+c.解得c<-1或c>2.
18.(2009·山东青岛一模)(本小题满分12分)已知函数f(x)=ax3-3x2+1-(a∈R且a≠0),试求函数f(x)的极大值与极小值.
解析:由题设知a≠0,f ′(x)=3ax2-6x=3ax(x-),令f ′(x)=0得x=0或x=.
当a>0时,随x的变化,f ′(x)与f(x)的变化如下表:
|
x |
(-∞,0) |
0 |
(0,) |
|
(,+∞) |
|
f
′(x) |
+ |
0 |
- |
0 |
+ |
|
f(x) |
? |
极大值 |
? |
极小值 |
? |
∴f(x)极大值=f(0)=1-,
f(x)极小值=f()=--+1.
当a<0时,随x的变化,f ′(x)与f(x)的变化如下表:
|
x |
(-∞,) |
|
(,0) |
0 |
(0,+∞) |
|
f
′(x) |
- |
0 |
+ |
0 |
- |
|
f(x) |
? |
极小值 |
? |
极大值 |
? |
∴f(x)极大值=f(0)=1-,
f(x)极小值=f()=--+1.
总之,当a>0时,f(x)极大值=f(0)=1-,
f(x)极小值=f()=--+1;
当a<0时,f(x)极大值=f(0)=1-,
f(x)极小值=f()=--+1.