问题 解答题
已知函数f(x)=-
1
3
x3+x2+b,g(x)=
x+a
x2+1
,其中x∈R
(I)当b=
2
3
时,若函数F(x)=
f(x)(x≤2)
g(x)(x>2)
为R上的连续函数,求F(x)的单调区间;
(Ⅱ)当a=-1时,若对任意x1,x2∈[1,2],不等式g(x1)<f(x2)恒成立,求实数b的取值范围.
答案

(I)当b=

2
3
时,函数F(x)为R上的连续函数,

lim
x→2+
g(x)=
2+a
5
=f(2)=2

∴a=8

∵f′(x)=-x2+2x=-x(x-2)令f′(x)>0,0<x<2

∴当x≤2时,函数f(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,2)上单调递增.

g(x)=

x+8
x2+1
g(x)=
-x2-16x+1
(x2+1)2

当x∈(2,+∞时,g′(x)<0恒成立,

∴当x>2时,函数g(x)在(2,+∞)上单调递减.

综上可知,函数F(x)的单调递增区间为(0,2),单调递减区间为(-∞,0),(2,+∞)

(Ⅱ)对任意x1,x2∈[-1,2],f(x1)<f(x2)恒成立

g(x)max<f(x)min,x∈[-1,2]

∵a=-1

g(x)=

x-1
x2+1

此时g′(x)>0即-x2+2x+1>0

1-

2
<x<1+
2

当x∈[-1,2]时,函数g(x)在[-1,1-

2
]上单调递减,在[1-
2
,2]
上单调递增.

g(-1)=-1,g(2)=

1
5

∴当x∈[-1,2]时,函数g(x)的最大值为g(2)=

1
5

结合(I)中函数f(x)的单调性可知:当x∈[-1,2]时,f(x)min=f(0)=b

∴g(x)max<f(x)min

b>

1
5

即实数b的取值范围为b∈(

1
5
,+∞)

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