问题 解答题
已知函数f(x)=
-x3+x2,x<1
alnx,     x≥1.

(Ⅰ)求f(x)在[-1,e](e为自然对数的底数)上的最大值;
(Ⅱ)对任意给定的正实数a,曲线y=f(x)上是否存在两点P,Q,使得POQ是以O为直角顶点的直角三角形,且此三角形斜边中点在y轴上?
答案

(Ⅰ)因为f(x)=

-x3+x2,x<1
alnx,     x≥1.

①当-1≤x≤1时,f'(x)=-x(3x-2),解f'(x)>0得到0<x<

2
3
;解f'(x)<0得到-1<x<0或
2
3
<x<1
.所以f(x)在(-1,0)和(
2
3
,1)
上单调递减,在(0,
2
3
)
上单调递增,

从而f(x)在x=

2
3
处取得极大值f(
2
3
)=
4
27
.…(3分),

又f(-1)=2,f(1)=0,所以f(x)在[-1,1)上的最大值为2.…(4分)

②当1≤x≤e时,f(x)=alnx,当a≤0时,f(x)≤0;当a>0时,f(x)在[1,e]上单调递增,

所以f(x)在[1,e]上的最大值为a.

所以当a≥2时,f(x)在[-1,e]上的最大值为a;当a<2时,f(x)在[-1,e]上的最大值为2.…(8分)

(Ⅱ)假设曲线y=f(x)上存在两点P,Q,使得POQ是以O为直角顶点的直角三角形,则P,Q只能在y轴的两侧,不妨设P(t,f(t))(t>0),则Q(-t,t3+t2),且t≠1.…(9分)

因为△POQ是以O为直角顶点的直角三角形,所以

OP
OQ
=0,

即:-t2+f(t)•(t3+t2)=0(1)…(10分)   

是否存在点P,Q等价于方程(1)是否有解.

若0<t<1,则f(t)=-t3+t2,代入方程(1)得:t4-t2+1=0,此方程无实数解.…(11分)

若t>1,则f(t)=alnt,代入方程(1)得到:

1
a
=(t+1)lnt,…(12分)

设h(x)=(x+1)lnx(x≥1),则h′(x)=lnx+

1
x
>0在[1,+∞)上恒成立.

所以h(x)在[1,+∞)上单调递增,从而h(x)≥h(1)=0,

所以当a>0时,方程

1
a
=(t+1)lnt有解,即方程(1)有解.…(14分)

所以,对任意给定的正实数a,曲线y=f(x)上是否存在两点P,Q,使得POQ是以O为直角顶点的直角三角形,且此三角形斜边中点在y轴上.…(15分)

判断题
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