问题 解答题
已知曲线f(x)=x3-3ax(a∈R),直线y=-x+m,m∈R
(Ⅰ)当a=
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时,且曲线f(x)与直线有三个交点,求m的取值范围
(Ⅱ)若对任意的实数m,直线与曲线都不相切,
(ⅰ)试求a的取值范围;
(ⅱ)当x∈[-1,1]时,曲线f(x)的图象上是否存在一点P,使得点P到x轴的距离不小于
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.试证明你的结论.
答案

(Ⅰ)当a=

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时,f(x)=x3-4x

∵曲线f(x)与直线有三个交点

∴x3-4x=-x+m有三个不同的根

∴x3-3x=m有三个不同的根,

令g(x)=x3-3x,g'(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1)

∴g(x)在(-1,1)上递减,(1,+∞),(-∞,-1)上递增g(-1)极大值=2,g(1)极小值=-2

∴当-2<m<2时,曲线f(x)与直线有三个交点

(Ⅱ)(i)f(x)=3x2-3a∈[-3a,+∞],

∵对任意m∈R,直线x+y+m=0都不与y=(x)相切,

∴-1不属于[-3a,+∞],-1<-3a,实数a的取值范围是a<

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3

(ii)存在,证明方法1:问题等价于当x∈[-1,1]时,|f(x)|max

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4

设g(x)=|f(x)|,则g(x)在x∈[-1,1]上是偶函数,

故只要证明当x∈[0,1]时,|f(x)|max

1
4

①当a≤0时,f′(x)≥0,f(x)在[0,1]上单调递增,且f(0)=0,g(x)=f(x)

g(x)max=f(1)=1-3a>1>

1
4

②当0<a<

1
3
时f′(x)=3x2-3a=3(x+
a
)(x-
a
),

列表:

x(-∞,-
a
-
a
(-
a
a
a
a
,+∞)
f′(x)+0-0+
f(x)极大值2a
a
极小值

-2a

a
f(x)在(0,
a
)上递减,在(
a
,1)上递增,

注意到f(0)=f(

3a
)=0,且
a
3a
<1,

∴x∈(0,

3a
)时,g(x)=-f(x),x∈(
3a
,1)时,g(x)=f(x),

∴g(x)max=max{f(1),-f(

a
)},

f(1)=1-3a≥

1
4
0<a<
1
3
,解得0<a≤
1
4
,此时-f(
a
)≤f(1)
成立.

g(x)max=f(1)=1-3a≥

1
4

-f(

a
)=2a
a
1
4
0<a<
1
3
,解得
1
4
≤a<
1
3
,此时-f(
a
)≥f(1)
成立.

g(x)max=-f(

a
)=2a
a
1
4

∴在x∈[-1,1]上至少存在一个x0,使得|f(x0)|

1
4
成立.

(II)存在,证明方法2:反证法

假设在x∈[-1,1]上不存在x0,使得使得|f(x0)|

1
4
成立.

,即任意|f(x0)|<

1
4
,x∈[-1,1],设g(x)=|f(x)|

,则g(x)在x∈[-1,1],上是偶函数,

∴x∈[0,1]时,|f(x)|max

1
4

①当a≤0时,f′(x)≥0,f(x)在[0,1]上单调递增,且f(0)=0,g(x)=f(x)

g(x)max=f(1)=1-3a<

1
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a>
1
4
与a≤0矛盾;

②当0<a<

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3
f(x)=3x2-3a=3(x+
a
)(x-
a
)
,可知f(x)在(0,
a
)
上递减,在(
a
,1)
上递增,

注意到f(0)=f(

3a
)=0,且
a
3a
<1

x∈(0,

3a
)时,g(x)=-f(x),x∈(
3a
,1)
时,g(x)=f(x),

g(x)max=max{f(1),-f(

a
)}

注意到0<a<

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,由:

-f(
a
)≤f(1)=1-3a
f(1)=1-3a<
1
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0<a≤
1
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a>
1
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矛盾;
-f(
a
)≥f(1)=1-3a
-f(
a
)=2a
a
1
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a≥
1
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a<
1
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矛盾;

∴x∈[-1,1],|f(x)0|<

1
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a<
1
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矛盾,

∴假设不成立,原命题成立.

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