问题 解答题

已知函数f(x)=mx3-3(m+1)x2+3(m+2)x+1,其中m∈R.

(I)若m<0,求f(x)的单调区间;

(Ⅱ)在(I)的条件下,当x∈[-1,1]时,函数y=f(x)的图象上任意一点的切线斜率恒大于3m,求m的取值范围;

(Ⅲ)设g(x)=mx3-(3m+2)x2+3mx+4lnx+m+1,问是否存在实数m,使得y=f(x)的图象与y=g(x)的图象有且只有两个不同的交点?若存在,求出m的值;若不存在,说明理由.

答案

(I)∵f(x)=mx3-3(m+1)x2+3(m+2)x+1,

∴f'(x)=3mx2-6(m+1)x+3m+6=3m(x-1)[x-(1+

2
m
)]…(2分)

当m<0时,有1>1+

2
m

当x变化时,f(x)与f'(x)的变化如下表:

x(-∞,1+
2
m
)
1+
2
m
(1+
2
m
,1)
1(1,+∞)
f'(x)<00>00<0
f(x)单调递减极小值单调递增极大值单调递减
…(4分)

故有上表知,

当m<0时,f(x)

(-∞,1+

2
m
)单调递减,

(1+

2
m
,1)单调递增,

在(1,+∞)上单调递减.…(5分)

(Ⅱ)由已知得f'(x)>3m,

即mx2-2(m+1)x+2>0

又m<0,

所以x2-

2
m
(m+1)x+
2
m
<0(x∈[-1,1]) ①…(6分)

g(x)=x2-2(1+

1
m
)x+
2
m

其函数开口向上,由题意知①式恒成立,

g(-1)<0
g(1)<0
1+2+
2
m
+
2
m
<0
-1<0
…(8分)

解之得m>-

4
3

又m<0所以m的取值范围为(-

4
3
,0)…(9分)

(Ⅲ)令φ(x)=g(x)-f(x),

则φ(x)=x2-6x+4lnx+m

因为x>0,要使函数f(x)与函数g(x)有且仅有2个不同的交点,

则函数φ(x)=x2-6x+4lnx+m的图象与x轴的正半轴有且只有两个不同的交点

φ(x)=2x-6+

4
x
=
2x2-6x+4
x
=
2(x-1)(x-2)
x
 (x>0)

当x∈(0,1)时,ϕ′(x)>0,ϕ(x)是增函数;

当x∈(1,2)时,ϕ′(x)<0,ϕ(x)是减函数

当x∈(2,+∞)时,ϕ′(x)>0,ϕ(x)是增函数

∴φ(x)有极大值φ(1)=m-5;

φ(x)有极小值φ(2)=m+4ln2-8…(12分)

又因为当x充分接近0时,φ(x)<0;当x充分大时,φ(x)>0

所以要使ϕ(x)=0有且仅有两个不同的正根,

必须且只须

φ′(1)=0
φ′(2)<0
φ′(2)=0
φ′(1)>0

m-5=0
m+4ln2-8<0
m+4ln2-8=0
m-5>0

∴m=5或m=8-4ln2.

∴当m=5或m=8-4ln2时,

函数f(x)与g(x)的图象有且只有两个不同交点.…(14分)

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