问题 解答题
已知函数f(x)=ax3+bx2+(b-a)x(a,b是不同时为零的常数),其导函数为f′(x).
(Ⅰ)当a=
1
3
时,若不等式f′(x)>-
1
3
对任意x∈R恒成立,求b的取值范围;
(Ⅱ)若函数f(x)为奇函数,且在x=1处的切线垂直于直线x+2y-3=0,关于x的方程f(x)=-
1
4
t
在[-1,t](t>-1)上有且只有一个实数根,
(i) 求f(x)的解析式;
(ii)求实数t的取值范围.
答案

(Ⅰ)当a=

1
3
时,f(x)=x2+2bx+b-
1
3

若使不等式f′(x)>-

1
3
对任意x∈R恒成立,只需使x2+2bx+b>0对任意x∈R恒成立,

即使(2b)2-4b<0成立,∴b的取值范围为:(0,1)

(Ⅱ)(i)∵f′(x)=3ax2+2bx+(b-a),∴f′(1)=3a+2b+(b-a)=2a+3b

又在x=1处的切线垂直于直线x+2y-3=0,∴2a+3b=2

又函数f(x)为奇函数,∴b=0,∴a=1,

∴f(x)=x3-x

(ii)求导函数可得f′(x)=3x2-1

令f′(x)>0,可得x<-

3
3
或x>
3
3
,令f′(x)<0,可得-
3
3
<x<
3
3

∴函数的单调增区间为(-∞,-

3
3
),(
3
3
,+∞),减区间为(-
3
3
3
3
)

t∈(-1,-

3
3
)时,若使关于x的方程f(x)=-
1
4
t
在[-1,t](t>-1)上有且只有一个实数根,即使f(-1)≤-
1
4
t≤f(t)
,∴t∈(-
3
2
,-
3
3
)

t∈(-

3
3
,0)时,若使关于x的方程f(x)=-
1
4
t
在[-1,t](t>-1)上有且只有一个实数根,即使f(-1)=-
1
4
t
-
1
4
t=f(-
3
3
)
,此时无解

t∈[0,

3
3
]时,若使关于x的方程f(x)=-
1
4
t
在[-1,t](t>-1)上有且只有一个实数根,即使-
1
4
t=f(-
3
3
)
f(
3
3
)≤-
1
4
t<0
,∴t∈(0,
3
3
]

t∈[

3
3
,1)时,若使关于x的方程f(x)=-
1
4
t
在[-1,t](t>-1)上有且只有一个实数根,即使-
1
4
t=f(-
3
3
)
f(t)≤-
1
4
t<0
,∴t∈(
3
3
3
2
]

t∈[1,

2
3
3
)时,若使关于x的方程f(x)=-
1
4
t
在[-1,t](t>-1)上有且只有一个实数根,即使-
1
4
t=f(-
3
3
)
-
1
4
t=f(
3
3
)
,此时无解

t∈[

2
3
3
,+∞)时,若使关于x的方程f(x)=-
1
4
t
在[-1,t](t>-1)上有且只有一个实数根,即使-
1
4
t=f(
3
3
)
f(-
3
3
)<-
1
4
t≤f(t)
,∴t∈(
2
3
3
8
3
9
]

综上,可知实数t的取值范围为:(-

3
2
,-
3
3
)∪(0,
3
2
]∪(
2
3
3
8
3
9
]

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