问题 解答题
设函数f(x)=
1
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x3+ax2+bx+c(a<0)在x=0处取得极值-1.
(1)设点A(-a,f(-a)),求证:过点A的切线有且只有一条;并求出该切线方程.
(2)若过点(0,0)可作曲线y=f(x)的三条切线,求a的取值范围;
(3)设曲线y=f(x)在点(x1,f(x1)),(x2,f(x2))(x1≠x2)处的切线都过点(0,0),证明:f′(x1)≠f′(x2).
答案

(1)证明:由f(x)=

1
3
x3+ax2+bx+c(a<0),得:f(x)=x2+2ax+b,

由题意可得f(0)=0,f(0)=-1,解得b=0,c=-1.

f(x)=

1
3
x3+ax2-1.

经检验,f(x)在x=0处取得极大值.

设切点为(x0,y0),则切线方程为y-y0=f(x0)(x-x0)

即为y=(x02+2ax0)x-

2
3
x03-ax02-1

把(-a,f(-a))代入方程可得x03+3ax02+3a2x0+a3=0

(x0+a)3=0,所以x0=-a.

即点A为切点,且切点是唯一的,故切线有且只有一条.

所以切线方程为a2x+y+

1
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a3+1=0;

(2)因为切线方程为y=(x02+2ax0)x-

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3
x03-ax02-1,

把(0,0)代入可得

2
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x03+ax02+1=0,

因为有三条切线,故方程得

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x03+ax02+1=0有三个不同的实根.

g(x)=

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x3+ax2+1(a<0)

g(x)=2x+2ax,令g(x)=2x+2ax=0,可得x=0和x=-a.

当x∈(-∞,0)时,g(x)>0,g(x)为增函数,

当x∈(0,-a)时,g(x)<0,g(x)为减函数,

当x∈(-a,+∞)时,g(x)>0,g(x)为增函数,

所以,当x=0时函数g(x)取得极大值为g(0)=1>0.

当x=-a时函数g(x)取得极小值,

极小值为g(-a)=

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×(-a)3+a•(-a)2+1=
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a3+1.

因为方程有三个根,故极小值小于零,

1
3
a3+1<0,所以a<-
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(3)证明:假设f(x1)=f(x2),则x12+2ax1=x22+2ax2

所以(x1-x2)(x1+x2)=-2a(x1-x2

因为x1≠x2,所以x1+x2=-2a.

由(2)可得

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x13+ax12+1=0
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x23+ax22+1=0
,两式相减可得
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(x23-x13)+a(x22-x12)=0

因为x1≠x2,故

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3
(x22+x1x2+x12)+a(x1+x2)=0.

把x1+x2=-2a代入上式可得,x22+x1x2+x12=3a2

所以(x1+x2)2-x1x2=3a2(-2a)2-x1x2=3a2

所以x1x2=a2

又由x1x2<(

x1+x2
2
)2=(
-2a
2
)2=a2,这与x1x2=a2矛盾.

所以假设不成立,即证得f(x1)≠f(x2)

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