问题 解答题
已知函数f(x)=-
1
3
x3+
a
2
x2-2x
(a∈R).
(1)当a=3时,求函数f(x)的单调区间;
(2)若对于任意x∈[1,+∞)都有f'(x)<2(a-1)成立,求实数a的取值范围;
(3)若过点(0,-
1
3
)
可作函数y=f(x)图象的三条不同切线,求实数a的取值范围.
答案

(1)当a=3时,f(x)=-

1
3
x3+
3
2
x2-2x,得f'(x)=-x2+3x-2.…(1分)

因为f'(x)=-x2+3x-2=-(x-1)(x-2),

所以当1<x<2时,f'(x)>0,函数f(x)单调递增;

当x<1或x>2时,f'(x)<0,函数f(x)单调递减.

所以函数f(x)的单调递增区间为(1,2),单调递减区间为(-∞,1)和(2,+∞).…(3分)

(2)方法1:由f(x)=-

1
3
x3+
a
2
x2-2x,得f'(x)=-x2+ax-2,

因为对于任意x∈[1,+∞)都有f'(x)<2(a-1)成立,

即对于任意x∈[1,+∞)都有-x2+ax-2<2(a-1)成立,

即对于任意x∈[1,+∞)都有x2-ax+2a>0成立,…(4分)

令h(x)=x2-ax+2a,

要使对任意x∈[1,+∞)都有h(x)>0成立,

必须满足△<0或

△≥0
a
2
≤1
h(1)>0.
…(5分)

即a2-8a<0或

a2-8a≥0
a
2
≤1
1+a>0.
…(6分)

所以实数a的取值范围为(-1,8).…(7分)

方法2:由f(x)=-

1
3
x3+
a
2
x2-2x,得f'(x)=-x2+ax-2,

因为对于任意x∈[1,+∞)都有f'(x)<2(a-1)成立,

所以问题转化为,对于任意x∈[1,+∞)都有[f'(x)]max<2(a-1).…(4分)

因为f′(x)=-(x-

a
2
)2+
a2
4
-2,其图象开口向下,对称轴为x=
a
2

①当

a
2
<1时,即a<2时,f'(x)在[1,+∞)上单调递减,

所以f'(x)max=f'(1)=a-3,

由a-3<2(a-1),得a>-1,此时-1<a<2.…(5分)

②当

a
2
≥1时,即a≥2时,f'(x)在[1,
a
2
]
上单调递增,在(
a
2
,+∞)
上单调递减,

所以f′(x)max=f′(

a
2
)=
a2
4
-2,

a2
4
-2<2(a-1),得0<a<8,此时2≤a<8.…(6分)

综上①②可得,实数a的取值范围为(-1,8).…(7分)

(3)设点P(t,-

1
3
t3+
a
2
t2-2t)是函数y=f(x)图象上的切点,

则过点P的切线的斜率为k=f'(t)=-t2+at-2,…(8分)

所以过点P的切线方程为y+

1
3
t3-
a
2
t2+2t=(-t2+at-2)(x-t).…(9分)

因为点(0,-

1
3
)在切线上,

所以-

1
3
+
1
3
t3-
a
2
t2+2t=(-t2+at-2)(0-t),

2
3
t3-
1
2
at2+
1
3
=0.…(10分)

若过点(0,-

1
3
)可作函数y=f(x)图象的三条不同切线,

则方程

2
3
t3-
1
2
at2+
1
3
=0有三个不同的实数解.…(11分)

g(t)=

2
3
t3-
1
2
at2+
1
3
,则函数y=g(t)与t轴有三个不同的交点.

令g'(t)=2t2-at=0,解得t=0或t=

a
2
.…(12分)

因为g(0)=

1
3
g(
a
2
)=-
1
24
a3+
1
3

所以必须g(

a
2
)=-
1
24
a3+
1
3
<0,即a>2.…(13分)

所以实数a的取值范围为(2,+∞).…(14分)

单项选择题
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