问题 解答题
设函数f(x)=
1
3
x3
-ax(a>0),g(x)=bx2+2b-1.
(I)若曲线y=f(x)与曲线y=g(x)在它们的交点(1,c)处具有公共切线,求a,b的值;
(II)当a=1-2b时,若函数f(x)+g(x)在区间(-2,0)内恰有两个零点,求a的取值范围;
(III)当a=1-2b=1时,求函数f(x)+g(x)在区间[t,t+3]上的最大值.
答案

(I)f'(x)=x2-a,g'(x)=2bx.

因为曲线y=f(x)与曲线y=g(x)在它们的交点(1,c)处具有公共切线,

所以f(1)=g(1),且f'(1)=g'(1),即

1
3
-a=b+2b-1,且1-a=2b,

解得a=

1
3
,b=
1
3

(II)记h(x)=f(x)+g(x),

当a=1-2b时,h(x)=

1
3
x3+
1-a
2
x2-ax-a,h'(x)=x2+(1-a)x-a=(x+1)(x-a),

令h'(x)=0,得x1=-1,x2=a>0.

当x变化时,h'(x),h(x)的变化情况如下表:

x(-∞,-1)-1(-1,a)a(a,+∞)
h'(x)+0-0+
h(x)极大值极小值
所以函数h(x)的单调递增区间为(-∞,-1),(a,+∞);单调递减区间为(-1,a),

故h(x)在区间(-2,-1)内单调递增,在区间(-1,0)内单调递减,

从而函数h(x)在区间(-2,0)内恰有两个零点,当且仅当

h(-2)<0
h(-1)>0
h(0)<0
,解得0<a<
1
3

所以a的取值范围是(0,

1
3
).

(III)记h(x)=f(x)+g(x),当a=1-2b=1时,h(x)=

1
3
x3-x-1.

由(II)可知,函数h(x)的单调递增区间为(-∞,-1),(1,+∞);单调递减区间为(-1,1).

①当t+3<-1时,即t<-4时,h(x)在区间[t,t+3]上单调递增,

所以h(x)在区间[t,t+3]上的最大值为h(t+3)=

1
3
(t+3)3-(t+3)-1=
1
3
t3+3t2+8t+5;

②当t<-1且-1≤t+3<1,即-4≤t<-2时,h(x)在区间[t,-1)上单调递增,在区间[-1,t+3]上单调递减,

所以h(x)在区间[t,t+3]上的最大值为h(-1)=-

1
3

当t<-1且t+3≥1,即-2≤t<-1时,t+3<2且h(2)=h(-1)=-

1
3

所以h(x)在区间[t,t+3]上的最大值为h(-1)=-

1
3

③当-1≤t<1时,t+3≥2>1,h(x)在区间[t,1)上单调递减,在区间[1,t+3]上单调递增,

而最大值为h(t)与h(t+3)中的较大者.

由h(t+3)-h(t)=3(t+1)(t+2)知,当-1≤t<1时,h(t+3)≥h(t),

所以h(x)在区间[t,t+3]上的最大值为h(t+3)=

1
3
t3+3t2+8t+5;

④当t≥1时,h(x)在区间[t,t+3]上单调递增,

所以h(x)在区间[t,t+3]上的最大值为h(t+3)=

1
3
t3+3t2+8t+5.

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