问题 解答题
已知函数f(x)=x3+mx,g(x)=nx2+n2,F(x)=f(x)+g(x).
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)若函数F(x)在x=l处有极值为10,求曲线F(x)在(0,F(0))处的切线方程;
(Ⅲ)若n2<3m,不等式F(
1+1nx
x-1
)>F(
k
x
)
对∀x∈(1,+∞)恒成立,求整数k的最大值.
答案

(Ⅰ)∵f(x)=x3+mx,∴f′(x)=3x2+m.

①当m≥0时,f′(x)≥0恒成立,所以f(x)在(-∞,+∞)上是增函数.

②当m<0时,若f′(x)<0,则-

-3m
3
<x<
-3m
3
.若f′(x)>0,则x<-
-3m
3
,或x>
-3m
3

所以f(x)在(-

-3m
3
-3m
3
)上是减函数,在(-∞,-
-3m
3
),(
-3m
3
,+∞)上是增函数;

(Ⅱ)∵F(x)=x3+mx+nx2+n2,在x=1处有极值10,

∴F′(x)=3x2+2nx+m.

F′(1)=0
F(1)=10
,∴
12+2n×1+m=0
13+n×12+m×1+n2=10

∴m=-11,n=4.或m=3,n=-3.

当m=3,n=-3时,F′(x)=3(x-1)2≥0,函数F(x)在R上是增函数,所以F(x)在x=1处无极值,不合题意.

当m=-11,n=4时,F′(x)=3x2+8x-11=(3x+11)(x-1),

当-

11
3
<x<1时,F′(x)<0;当x>1时,F′(x)>0.

∴函数F(x)在x=1处取得极小值,符合题意.

∴m=-11,n=4.∴切线方程为11x+y-16=0.

(Ⅲ)∵F(x)=x3+mx+nx2+n2

∴F′(x)=3x2+2nx+m.

∵n2<3m,△=4(n2-3m)<0,∴F′(x)>0,

∴F(x)=x3+mx+nx2+n2在R上是增函数.

∵F(

1+lnx
x-1
)>F(
k
x
)对任意x∈(1,+∞)恒成立,∴k<
x(1+lnx)
x-1
对任意x∈(1,+∞)恒成立.

设函数h(x)=

x(1+lnx)
x-1
,则h′(x)=
x-lnx-2
(x-1)2

设m(x)=x-lnx-2,则m′(x)=1-

1
x

∵x∈(1,+∞),m′(x)>0,则m(x)=x-lnx-2在(1,+∞)上是增函数,

因为m(1)=-1,m(2)=-ln2,m(3)=1-ln3<0,m(4)=2-ln4>0,所以∃x0∈(3,4),使m(x0)=x0-lnx0-2=0

所以x∈(1,x0)时,m(x)<0,h′(x)<0,所以h(x)=

x(1+lnx)
x-1
在(1,+∞)上递减,

x∈(x0,+∞)时,m(x)>0,h′(x)>0,所以h(x)=

x(1+lnx)
x-1
在(x0,+∞)上递增,

所以h(x)的最小值为h(x0)=

x0(1+lnx0)
x0-1

又因为m(x0)=x0-lnx0-2=0,所以h(x0)=x0

因为x0∈(3,4),且k<h(x)对任意x∈(1,+∞)恒成立,所以k<h(x)min

所以k≤3,整数k的最大值为3.

综合
名词解释