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已知函數f(x)=ax3+bx2-3x在x=±1處取得極值
(1)求函數f(x)的解析式;
(2)求證:對于區(qū)間[-1,1]上任意兩個自變量的值x1,x2,都有|f(x1)-f(x2)|≤4;
(3)若過點A(1,m)(m≠-2)可作曲線y=f(x)的三條切線,求實數m的范圍.
分析:(1)解析式中有兩個參數,故需要得到兩個方程求參數,由于函數f(x)=ax3+bx2-3x在x=±1處取得極值,由極值存在的條件恰好可以得到兩個關于參數的兩個方程,由此解析式易求.
(2)欲證對于區(qū)間[-1,1]上任意兩個自變量的值x1,x2,都有|f(x1)-f(x2)|≤4,可以求出函數在區(qū)間[-1,1]上的最值,若最大值減去最小值的差小于等于4,則問題得到證明,故問題轉化為研究函數在區(qū)間[-1,1]上的單調性求最值的問題.
(3)由于點A(1,m)(m≠-2),驗證知此點不在函數圖象上,可設出切點坐標M(x0,y0),然后用兩種方式表示出斜率,建立關于切點橫坐標的方程2x03-3x02+m+3=0,再借助函數的單調性與極值確定其有三個解的條件即可.
解答:解:(1)f′(x)=3ax2+2bx-3,依題意,f′(1)=f′(-1)=0,解得a=1,b=0.
∴f(x)=x3-3x
(2)∵f(x)=x3-3x,∴f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
當-1<x<1時,f′(x)<0,故f(x)在區(qū)間[-1,1]上為減函數,
fmax(x)=f(-1)=2,fmin(x)=f(1)=-2
∵對于區(qū)間[-1,1]上任意兩個自變量的值x1,x2,
都有|f(x1)-f(x2)|≤|fmax(x)-fmin(x)|
|f(x1)-f(x2)|≤|fmax(x)-fmin(x)|=2-(-2)=4
(3)f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
∵曲線方程為y=x3-3x,∴點A(1,m)不在曲線上.
設切點為M(x0,y0),切線的斜率為3(
x
2
0
-1)=
x
3
0
-3
x
 
0
-m
x
 
0
-1
(左邊用導數求出,右邊用斜率的兩點式求出),
整理得2x03-3x02+m+3=0.
∵過點A(1,m)可作曲線的三條切線,故此方程有三個不同解,下研究方程解有三個時參數所滿足的條件
設g(x0)=2x03-3x02+m+3,則g′(x0)=6x02-6x0,
由g′(x0)=0,得x0=0或x0=1.
∴g(x0)在(-∞,0),(1,+∞)上單調遞增,在(0,1)上單調遞減.
∴函數g(x0)=2x03-3x02+m+3的極值點為x0=0,x0=1
∴關于x0方程2x03-3x02+m+3=0有三個實根的充要條件是
g(0)>0
g(1)<0
,解得-3<m<-2.
故所求的實數a的取值范圍是-3<m<-2.
點評:本題考點是利用導數研究函數的單調性,考查了函數極值存在的條件,利用導數求函數最值的方法以及導數研究函數在某點切線的問題,本題涉及到了求導公式,求最值的方法,導數的幾何意義等,綜合性強,難度較大,解題時注意體會.
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