问题 解答题
设函数f(x)=-x3-2mx2-m2x+1-m(其中m>-2)的图象在x=2处的切线与直线x-5y-12=0垂直.
(Ⅰ)求函数f(x)的极值与零点;
(Ⅱ)设g(x)=
1-x
kx
+lnx,若对任意x1∈[0,1],存在x2∈(0,1],使f(x1)>g(x2)成立,求实数k的取值范围.
答案

(Ⅰ)因为f'(x)=-3x2-4mx-m2,所以f'(2)=-12-8m-m2=-5,

解得:m=-1或m=-7,又m>-2,所以m=-1,

由f'(x)=-3x2+4x-1=0,解得x1=1,x2=

1
3

列表如下:

x(-∞,
1
3
)
1
3
(
1
3
,1)
1(1,+∞)
f'(x)-0+0-
f(x)极小值
50
27
极大值2
所以f(x)极小值=f(
1
3
)=
50
27
,f(x)极大值=f(1)=2,

因为f(x)=-x3+2x2-x+2=-(x-2)(x2+1),

所以函数f(x)的零点是x=2.

(Ⅱ)由(Ⅰ)知,当x∈[0,1]时,f(x)min=

50
27

“对任意x1∈[0,1],存在x2∈(0,1],使f(x1)>g(x2)”等价于“f(x)在[0,1]上的最小值大于g(x)在(0,1]上的最小值,

即当x∈(0,1]时,g(x)min

50
27
”,

因为g′(x)=-

1
kx2
+
1
x
=
x-
1
k
x2

①当k<0时,因为x∈(0,1],

所以g(x)=

1-x
kx
+lnx≤0<
50
27
,符合题意;

②当0<k≤1时,

1
k
≥1,

所以x∈(0,1]时,g'(x)≤0,g(x)单调递减,

所以g(x)min=g(1)=0<

50
27
,符合题意;

③当k>1时,0<

1
k
<1,

所以x∈(0,

1
k
)时,g'(x)<0,g(x)单调递减,x∈(
1
k
,1)
时,g'(x)>0,g(x)单调递增,

所以x∈(0,1]时,g(x)min=g(

1
k
)=1-
1
k
+ln
1
k

φ(x)=lnx-x-

23
27
(0<x<1),则φ′(x)=
1
x
-1>0

所以φ(x)在(0,1)上单调递增,

所以x∈(0,1)时,φ(x)<φ(1)=-

50
27
<0,即lnx-x<
23
27

所以g(x)min=g(

1
k
)=1-
1
k
+ln
1
k
<1+
23
27
=
50
27
,符合题意,

综上所述,若对任意x1∈[0,1],存在x2∈(0,1],使f(x1)>g(x2)成立,

则实数k的取值范围是(-∞,0)∪(0,+∞).

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