问题 解答题

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.

答案

(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=

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3
a,

①当a<0时,由f(x)>0,解得

2
3
a<x<0,

所以f(x)在(

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a,0)上是增函数,与题意不符,舍去;

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<

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3
a,

所以f(x)在(0,

2
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a)上是增函数,

又f(x)在(0,2)上是增函数,所以

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3
a≥2,解得a≥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

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x对任意x∈(0,2)恒成立,

因为y=

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2
x在x∈(0,2)上为增函数,所以a
3
2
×2
=3.

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.

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