问题 解答题
函数f(x)=ax3-6ax2+3bx+b,其图象在x=2处的切线方程为3x+y-11=0.
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
(Ⅱ)若函数y=f(x)的图象与y=
1
3
f′(x)+5x+m
的图象有三个不同的交点,求实数m的取值范围;
(Ⅲ)是否存在点P,使得过点P的直线若能与曲线y=f(x)围成两个封闭图形,则这两个封闭图形的面积相等?若存在,求出P点的坐标;若不存在,说明理由.
答案

(Ⅰ)由题意得f'(x)=3ax2-12ax+3b,f'(2)=-3,

∵图象在x=2处的切线方程为3x+y-11=0.

∴x=2时,y=5,即f(2)=5,

12a-24a+3b=-3
8a-24a+6b+b=5
4a-b=1
-16a+7b=5

解得a=1,b=3,

∴f(x)=x3-6x2+9x+3.(4分)

(Ⅱ)由f(x)=x3-6x2+9x+3,可得f'(x)=3x2-12x+9,

1
3
f′(x)+5x+m=
1
3
(3x2-12x+9)+5x+m=x2+x+3+m,

则由题意可得x3-6x2+9x+3=x2+x+3+m有三个不相等的实根,

即g(x)=x3-7x2+8x-m的图象与x轴有三个不同的交点,g'(x)=3x2-14x+8=(3x-2)(x-4),

则g(x),g'(x)的变化情况如下表.

x(-∞,
2
3
)
2
3
(
2
3
,4)
4(4,+∞)
g'(x)+0-0+
g(x)极大值极小值
则函数f(x)的极大值为g(
2
3
)=
68
27
-m
,极小值为g(4)=-16-m.(6分)

y=f(x)的图象与y=

1
3
f′(x)+5x+m的图象有三个不同交点,则有:
g(
2
3
)=
68
27
-m>0
g(4)=-16-m<0

解得-16<m<

68
27
.(8分)

(Ⅲ)存在点P满足条件.(9分)

∵f(x)=x3-6x2+9x+3,

∴f'(x)=3x2-12x+9=3(x-1)(x-3),

由f'(x)=0,得x1=1,x2=3.

当x<1时,f'(x)>0;当1<x<3时,f'(x)<0;当x>3时,f'(x)>0.

可知极值点为A(1,7),B(3,3),线段AB中点P(2,5)在曲线y=f(x)上,且该曲线关于点P(2,5)成中心对称.

证明如下:

∵f(x)=x3-6x2+9x+3,

∴f(4-x)=(4-x)3-6(4-x)2+9(4-x)+3=-x3+6x2-9x+7,

∴f(x)+f(4-x)=10.

上式表明,若点A(x,y)为曲线y=f(x)上任一点,其关于P(2,5)的对称点A(4-x,10-y)也在曲线y=f(x)上,曲线y=f(x)关于点P(2,5)对称.

故存在点P(2,5),使得过该点的直线若能与曲线y=f(x)围成两个封闭图形,这两个封闭图形的面积相等.…(12分)

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