已知函数f(x)=-x3+ax2+b(a,b∈R).
(Ⅰ)若a=1,函数f(x)的图象能否总在直线y=b的下方?说明理由;
(Ⅱ)若函数f(x)在(0,2)上是增函数,求a的取值范围;
(Ⅲ)设x1,x2,x3为方程f(x)=0的三个根,且x1∈(-1,0),x2∈(0,1),x3∈(-∞,-1)∪(1,+∞),求证:a>1或a<-1.
(Ⅰ)当a=1时,f(x)=-x3+x2+b,
因为f(-1)=b+2>b,
所以,函数f(x)的图象不能总在直线y=b的下方.
(Ⅱ)法一、
由f(x)=-x3+ax2+b,得f′(x)=-3x2+2ax,
令f′(x)=-3x2+2ax=0,解得x=0或x=
a,2 3
①当a<0时,由f′(x)>0,解得
a<x<0,2 3
所以f(x)在(
a,0)上是增函数,与题意不符,舍去;2 3
②当a=0时,由f′(x)=-3x2≤0,
所以f(x)在R上是减函数,与题意不符,舍去;
③当a>0时,由f′(x)>0,解得0<x<
a,2 3
所以f(x)在(0,
a)上是增函数,2 3
又f(x)在(0,2)上是增函数,所以
a≥2,解得a≥3,2 3
综上,a的取值范围为[3,+∞).
法二、
由f(x)=-x3+ax2+b,得f′(x)=-3x2+2ax,
要使函数f(x)在(0,2)上是增函数,
则需f′(x)=-3x2+2ax≥0对任意x∈(0,2)恒成立,
即2ax≥3x2对任意x∈(0,2)恒成立,
也就是a≥
x对任意x∈(0,2)恒成立,3 2
因为y=
x在x∈(0,2)上为增函数,所以a≥3 2
×2=3.3 2
所以,a的取值范围为[3,+∞).
(Ⅲ)证明:因为方程f(x)=-x3+ax2+b=0最多只有3个根,
由题意,方程在区间(-1,0)内仅有一根,
所以f(-1)•f(0)=b(1+a+b)<0,
方程在区间(0,1)内仅有一根,
所以f(0)•f(1)=b(-1+a+b)<0,
当b>0时,由b(1+a+b)<0得,1+a+b<0,即a<-b-1,
由b(-1+a+b)<0得,-1+a+b<0,即a<-b+1,
因为-b-1<-b+1,所以a<-b-1<-1,即a<-1;
当b<0时,由b(1+a+b)<0得,1+a+b<0,即a>-b-1,
由b(-1+a+b)<0得,-1+a+b<0,即a>-b+1,
因为-b-1<-b+1,所以a>-b+1>1,即a>1;
当b=0时,因为f(0)=0,所以f(x)=0有一根0,
这与题意不符.
∴a>1或a<-1.