问题 解答题
设直线l:y=5x+4是曲线C:f(x)=
1
3
x3-x2
+2x+m的一条切线,g(x)=ax2+2x-23.
(Ⅰ)求切点坐标及m的值;
(Ⅱ)当m∈Z时,存在x∈[0,+∞)使f(x)≤g(x)成立,求实数a的取值范围.
答案

(Ⅰ)设直线l与曲线C相切于点P(x0,y0),

∵f'(x)=x2-2x+2,∴x02-2x0+2=5,解得x0=-1或x0=3,

当x0=-1时,y0=-1,∵P(-1,-1)在曲线C上,∴m=

7
3

当x0=3时,y0=19,∵P(3,19)在曲线C上,∴m=13,

∴切点P(-1,-1),m=

7
3

切点P(3,19),m=13.       

(Ⅱ)解法一:∵m∈Z,∴m=13,

h(x)=f(x)-g(x)=

1
3
x3-(1+a)x2+36,

若存在x∈[0,+∞)使f(x)≤g(x)成立,则只要h(x)min≤0,

h'(x)=x2-2(1+a)x=x[x-2(1+a)],

(ⅰ)若1+a≥0即a≥-1,令h'(x)>0,得x>2(1+a)或x<0,

∵x∈[0,+∞),∴h(x)在(2(1+a),+∞)上是增函数,

令h'(x)≤0,解得0≤x≤2(1+a),

∴h(x)在[0,2(1+a)]上是减函数,∴h(x)min=h(2(1+a)),

令h(2(1+a))≤0,解得a≥2,

(ⅱ)若1+a<0即a<-1,令h'(x)>0,解得x<2(1+a)或x>0,

∵x∈[0,+∞),∴h(x)在(0,+∞)上是增函数,∴h(x)min=h(0),

令h(0)≤0,不等式无解,∴a不存在,

综合(ⅰ)(ⅱ)得,实数a的取值范围为[2,+∞).

解法二:由f(x)≤g(x)得ax2

1
3
x3-x2+36,

(ⅰ)当x≠0时,a≥

1
3
x+
36
x2
-1,设h(x)=
1
3
x+
36
x2
-1

若存在x∈[0,+∞)使f(x)≤g(x)成立,则只要h(x)min≤a,

h′(x)=

1
3
-
72
x3
=
x3-63
3x3

令h'(x)≥0解得x≥6,∴h(x)在[6+∞)上是增函数,

令h'(x)<0,解得0<x<6,∴h(x)在(0,6)上是减函数,

∴h(x)min=h(6)=2,∴a≥2,

(ⅱ)当x=0时,不等式ax2

1
3
x3-x2+36不成立,

∴a不存在,

综合(ⅰ)(ⅱ)得,实数a的取值范围为[2,+∞).

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