问题 解答题

已知函数f(x)=ax3+3x2-6ax-11,g(x)=3x2+6x+12,直线m:y=kx+9,又f′(-1)=0.

(1)求函数f(x)=ax3+3x2-6ax-11在区间(-2,3)上的极值;

(2)是否存在k的值,使直线m既是曲线y=f(x)的切线,又是y=g(x)的切线;如果存在,求出k的值;如果不存在,说明理由;

(3)如果对于所有x≥-2的x,都有f(x)≤kx+9≤g(x)成立,求k的取值范围.

答案

(1)f'(x)=3ax2+6x-6a,由f'(-1)=0,即3a-6-6a=0,得a=-2.(2分)

∴f(x)=-2x3+3x2+12x-11.令f'(x)=-6x2+6x+12=0,解得x=-1或x=2

当x变化时,f'(x),f(x)在区间(-2,3)上的变化情况如下表:

x(-2,-1)-1(-1,2)2(2,3)
f'(x)-0+0-
f(x)单调递减-18单调递增9单调递减
从上表可知,当x=-1时,f(x)在区间(-2,3)上有极小值,极小值为-18,当x=2时,f(x)在区间(-2,3)上有极大值,极大值为9.(4分)

(2)∵直线m恒过点(0,9).

先求直线m是y=g(x) 的切线.设切点为(x0,3

x20
+6x0+12),

∵g'(x0)=6x0+6.

∴切线方程为y-(3

x20
+6x0+12)=(6x0+6)(x-x0),将点(0,9)代入得x0=±1.

当x0=-1时,切线方程为y=9; 当x0=1时,切线方程为y=12x+9.(6分)

由f'(x)=0得-6x2+6x+12=0,即有x=-1,x=2

当x=-1时,y=f(x)的切线y=-18,

当x=2时,y=f(x)的切线方程为y=9,

∴y=9是公切线,(7分)

又由f'(x)=12得-6x2+6x+12=12

∴x=0或x=1,

当x=0时y=f(x)的切线为y=12x-11;

当x=1时y=f(x)的切线为y=12x-10,

∴y=12x+9不是公切线.(8分)

综上所述 k=0时y=9是两曲线的公切线.(9分)

(3)①由kx+9≤g(x)得kx≤3x2+6x+3,当x=0时,不等式恒成立,k∈R;

当-2≤x<0时,不等式为k≥3(x+

1
x
)+6,而3(x+
1
x
)+6=-3[(-x)+
1
(-x)
]+6
≤-3•2+6=0

∴k≥0

当x>0时,不等式为k≤3(x+

1
x
)+6

3(x+

1
x
)+6≥12

∴k≤12

∴当x≥-2时,kx+9≤g(x)恒成立,则0≤k≤12.(11分)

②由f(x)≤kx+9得

当x=0时,9≥-11恒成立,k∈R;当-2≤x<0时,有k≤-2x2+3x+12-

20
x

设h(x)=-2x2+3x+12-

20
x
=-2(x-
3
4
)2+
105
8
-
20
x

当-2≤x<0时-2(x-

3
4
)2+
105
8
为增函数,-
20
x
也为增函数,所以h(x)≥h(-2)=8

故要使f(x)≤kx+9在-2≤x<0上恒成立,(12分)

由上述过程只要考虑0≤k≤8,则当x>0时f'(x)=-6x2+16x+12=-6(x+1)(x-2)

在x∈(0,2]时f'(x)>0,在(2,+∞)时f'(x)<0,

所以f(x)在x=2时有极大值,即f(x)在上的最大值,又f(2)=9,即f(x)≤9

而当x>0,k≥0时,f(x)≤kx+9一定成立.

综上所述0≤k≤8.(14分)

单项选择题
单项选择题 A1/A2型题