问题 解答题
已知关于x的函数f(x)=
1
3
x3+bx2+cx+bc,其导函数为f+(x).令g(x)=|f+(x)|,记函数g(x)在区间[-1、1]上的最大值为M.
(Ⅰ)如果函数f(x)在x=1处有极值-
4
3
,试确定b、c的值:
(Ⅱ)若|b|>1,证明对任意的c,都有M>2
(Ⅲ)若M≧K对任意的b、c恒成立,试求k的最大值.
答案

(I)∵f'(x)=-x2+2bx+c,由f(x)在x=1处有极值-

4
3

可得

f′(1)=-1+2b+c=0
f(1)=-
1
3
+b+c+bc=-
4
3

解得

b=1
c=-1
,或
b=-1
c=3

若b=1,c=-1,则f'(x)=-x2+2x-1=-(x-1)2≤0,此时f(x)没有极值;

若b=-1,c=3,则f'(x)=-x2-2x+3=-(x+1)(x-1)

当x变化时,f(x),f'(x)的变化情况如下表:

x(-∞,-3)-3(-3,1)1(1,+∞)
f'(x)-0+0-
f(x)极小值-12极大值-
4
3
∴当x=1时,f(x)有极大值-
4
3
,故b=-1,c=3即为所求.

(Ⅱ)证法1:g(x)=|f'(x)|=|-(x-b)2+b2+c|

当|b|>1时,函数y=f'(x)的对称轴x=b位于区间[-1.1]之外.

∴f'(x)在[-1,1]上的最值在两端点处取得

故M应是g(-1)和g(1)中较大的一个,

∴2M≥g(1)+g(-1)=|-1+2b+c|+|-1-2b+c|≥|4b|>4,即M>2

证法2(反证法):因为|b|>1,所以函数y=f'(x)的对称轴x=b位于区间[-1,1]之外,

∴f'(x)在[-1,1]上的最值在两端点处取得.

故M应是g(-1)和g(1)中较大的一个

假设M≤2,则M=maxg{(-1),g(1),g(b)}

将上述两式相加得:4≥|-1-2b+c|+|-1+2b+c|≥4|b|>4,导致矛盾,∴M>2

(Ⅲ)解法1:g(x)=|f'(x)|=|-(x-b)2+b2+c|

(1)当|b|>1时,由(Ⅱ)可知f'(b)-f'(±1)=b(∓1)2≥0;

(2)当|b|≤1时,函数y=f'(x)的对称轴x=b位于区间[-1,1]内,

此时M=max{g(-1),g(1),g(b)}

由f'(1)-f'(-1)=4b,有f'(b)-f'(±1)=b(∓1)2≥0

①若-1≤b≤0,则f'(1)≤f'(-1)≤f'(b),∴g(-1)≤max{g(1),g(b)},

于是M=max{|f′(1),|f′(b)|}≥

1
2
(|f′(1)|+f′(b)|)≥
1
2
|f′(1)-f′(b)|=
1
2
(b-1)2
1
2

②若0<b≤1,则f'(-1)≤f'(1)≤f'(b),∴g(1)≤maxg(-1),g(b)

于是M=max{|f′(-1)|,|f′(b)|}≥

1
2
(|f′(-1)|+|f′(b)|)≥
1
2
|f′(-1)-f′(b)|=
1
2
(b+1)2
1
2

综上,对任意的b、c都有M≥

1
2

而当b=0,c=

1
2
时,g(x)=|-x2+
1
2
|
在区间[-1,1]上的最小值M=
1
2

故M≥k对任意的b、c恒成立的k的最大值为

1
2

解法2:g(x)=|f'(x)|=|-(x-b)2+b2+c|

(1)当|b|>1时,由(Ⅱ)可知M>2

(2)当|b|≤1

y=f'(x)时,函数的对称轴x=b位于区间[-1,1]内,

此时M=max{g(-1),g(1),g(b)}

4M≥g(-1)+g(1)+2g(h)=|-1-2b+c|+|-1+2b+c|+2|b2+c|≥|-1-2b+c+(-1+2b+c)-2(b2+c)|=|2b2+2|≥2,

M≥

1
2

下同解法1

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