问题 解答题

已知二次函数y=g(x)的图象经过点O(0,0)、A(m,0)与点P(m+1,m+1),设函数f(x)=(x-n)g(x)在x=a和x=b处取到极值,其中m>n>0,b<a.

(1)求g(x)的二次项系数k的值;

(2)比较a,b,m,n的大小(要求按从小到大排列);

(3)若m+n≤2,且过原点存在两条互相垂直的直线与曲线y=f(x)均相切,求y=f(x).

答案

(1)由题意可设g(x)=kx(x-m),k≠0,

又函数图象经过点P(m+1,m+1),则m+1=k(m+1)(m+1-m),得k=1.…(2分)

(2)由(1)可得y=g(x)=x(x-m)=x2-mx.

所以f(x)=(x-n)g(x)=x(x-m)(x-n)=x3-(m+n)x2+mnx,

f′(x)=3x2-2(m+n)x+mn,…(4分)

函数f(x)在x=a和x=b处取到极值,

故f′(a)=0,f′(b)=0,…(5分)

∵m>n>0,

∴f′(m)=3m2-2(m+n)m+mn=m2-mn=m(m-n)>0…(7分)

f′(n)=3n2-2(m+n)n+mn=n2-mn=n(n-m)<0

又b<a,故b<n<a<m.                                 …(8分)

(3)设切点Q(x0,y0),则切线的斜率k=f/(x0)=3x02-2(m+n)x0+mn

y0=x03-(m+n)x02+mnx0,所以切线的方程是y-x03+(m+n)x02-mnx0=[3x02-2(m+n)x0+mn](x-x0)…(9分)

又切线过原点,故-x03+(m+n)x02-mnx0=-3x03+2(m+n)x02-mnx0

所以2x03-(m+n)x02=0,解得x0=0,或x0=

m+n
2
.  …(10分)

两条切线的斜率为k1=f/(0)=mnk2=f/(

m+n
2
),

m+n≤2

2
,得(m+n)2≤8,

-

1
4
(m+n)2≥-2,

k2=f/(

m+n
2
)=
3(m+n)2
4
-2(m+n)×
m+n
2
+mn=-
1
4
(m+n)2+mn≥mn-2,

…(12分)

所以k1k2≥mn(mn-2)=(mn)2-2mn=(mn-1)2-1≥-1

又两条切线垂直,故k1k2=-1,所以上式等号成立,有m+n=2

2
,且mn=1.

所以f(x)=x3-(m+n)x2+mnx=x3-2

2
 x2+x.              …(14分)

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