问题 解答题

设函数f(x)=x3+ax2+bx(x>0)的图象与直线y=4相切于M(1,4)。

(Ⅰ)求f(x)=x3+ax2+bx在区间(0,4]上的最大值与最小值;

(Ⅱ)设存在两个不等正数s,t(s<t),当x∈[s,t]时,函数f(x)=x3+ax2+bx的值域是[ks,kt],求正数k的取值范围。

答案

解:(Ⅰ)f′(x)=3x2+2ax+b,

依题意,有:,即

解得:,

所以,f(x)=x3-6x2+9x,

f′(x)=3x2-12x+9=3(x-1)(x-3),

由f′(x)=0可得x=1或x=3,

f′(x),f(x)在区间(0,4]上的变化情况为:

x

0

(0,1)

1

(1,3)

3

(3,4)

4

f′(x)

 

+

0

-

0

+

 

f(x)

0

增函数

4

减函数

0

增函数

4

所以函数f(x)=x3-6x2+9x在区间(0,4]上的最大值是4,最小值是0。 (Ⅱ)由函数的定义域是正数知,s>0,故极值点(3,0)不在区间[s,t]上; ①若极值点M(1,4)在区间[s,t]上,此时0<s≤1≤t<3,故有(i)或(ii),(i)由k=,1≤t<3知,k∈(,4],当且仅当t=1时,k=4;再由k=(s-3)2,0<s≤1知,k∈[4,9),当且仅当s=1时,k=4; 由于s≠t,故不存在满足要求的k值. (ii)由,及0<s≤1可解得2≤t<3,所以k=,2≤t<3知,k∈(,2];

即当k∈(,2]时,存在t=∈[2,3),∈(0,1],

且f(s) ≥4s=f(t) >f(t),满足要求。

②若函数f(x)在区间[s,t]上单调递增,则0<s<t<1或3<s<t,且

故s,t是方程x2-6x+9=k的两根,

由于此方程两根之和为3,故[s,t]不可能同在一个单调增区间内;

③若函数f(x)在区间[s,t]上单调递减,则1<s<t<3,

两式相减并整理得s2(s-3)3=t2(t-3)2

由1<s<t<3知s(s-3)=t(t-3),即s+t=3,

再将两式相减并除以s-t,得

-k=(s2+st+t2)-6(s+t)+9=(s+t)2-6(s+t)+9-st=-st,即k=st,

所以s,t是方程x2-3x+k=0的两根,

令g(x)=x2-3x+k,

解得2<k<,即存在s=,t=满足要求。

综上可得,当<k<时,即k∈()时,存在两个不等正数s,t(s<t),使x∈[s,t]时,函数f(x)=x3-6x2+9x的值域恰好是[ks,kt]。

单项选择题
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