问题 解答题
已知函数g(x)=
1
3
ax3+
1
2
x2+b,f(x)=g′(x)ex
,其中e为自然对数的底数
(I)若函数g(x)在点(1,g(1))处的切线与直线2x-y+1=0垂直,求实数a的值;
(II)若f(x)在[-1,1]上是单调增函数,求实数a的取值范围;
(III)当a=0时,求整数k的所有值,使方程f(x)=x+2在[k,k+1]上有解.
答案

(I)由题意得,g′(x)=ax2+x,

∵在点(1,g(1))处的切线与直线2x-y+1=0垂直,

∴在点(1,g(1))处的切线斜率为-

1
2
,即g′(1)=a+1=-
1
2

解得a=-

3
2

(II)由(I)得,f(x)=g′(x)ex=(ax2+x)ex

则f′(x)=(2ax+1)ex+(ax2+x)ex=[ax2+(2a+1)x+1]ex

∵f(x)在[-1,1]上是单调增函数,

∴f′(x)=[ax2+(2a+1)x+1]ex≥0在[-1,1]上恒成立,

即ax2+(2a+1)x+1≥0在[-1,1]上恒成立,

①当a=0时,f′(x)=(x+1)ex,f′(x)≥0在[-1,1]上恒成立,

当且仅当x=-1时取等号,故a=0符合要求;(6分)

②当a≠0时,令g(x)=ax2+(2a+1)x+1,

因为△=(2a+1)2-4a=4a2+1>0,所以g(x)=0有两个不相等的实数根x1,x2,不妨设x1>x2

因此f(x)有极大值又有极小值.

若a>0,因为g(-1)•g(0)=-a<0,所以f(x)在(-1,1)内有极值点,故f(x)在[-1,1]上不单调.

若a<0,可知x1>0>x2,因为g(x)的图象开口向下,要使f(x)在[-1,1]上单调,

因为g(0)=1>0,必须满足

g(1)≥0
g(-1)≥0
,即
3a+2≥0
-a≥0
,得-
2
3
≤a<0

综上可知,a的取值范围是[-

2
3
,0],

(III)当a=0时,方程即为xex=x+2,由于ex>0,所以x=0不是方程的解,

所以原方程等价于ex-

2
x
-1=0,令h(x)=ex-
2
x
-1

因为h′(x)=ex+

2
x2
>0对于x∈(-∞,0)∪(0,+∞)恒成立,

所以h(x)在(-∞,0)和(0,+∞)内是单调增函数,(13分)

又h(1)=e-3<0,h(2)=e2-2>0,h(-3)=e-3-

1
3
<0,h(-2)=e-2>0,

所以方程f(x)=x+2有且只有两个实数根,且分别在区间[1,2]和[-3,-2]上,

所以整数k的所有值为{-3,1}.

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