已知定义在R上的奇函数f(x)=x3+bx2+cx+d在x=±1处取得极值.
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
(Ⅱ)试证:对于区间[-1,1]上任意两个自变量的值x1,x2,都有|f(x1)-f(x2)|≤4成立;
(Ⅲ)若过点P(m,n),(m、n∈R,且|m|<2)可作曲线y=f(x)的三条切线,试求点P对应平面区域的面积.
(I)由题意f(0)=0,
∴d=0,
∴f′(x)=3x2+2bx+c,又f′(1)=f′(-1)=0,
即
,3+2b+c=0 3-2b+c=0
解得b=0,c=-3.
∴f(x)=x3-3x;
(II)∵f(x)=x3-3x,f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
当-1<x<1时,f′(x)<0,
故f(x)在区间[-1,1]上为减函数,
∴fmax(x)=f(-1)=2,fmin(x)=f(1)=-2
对于区间[-1,1]上任意两个自变量的值x1,x2,
∴|f(x1)-f(x2)|≤f(-1)-f(1)=4;
(III)设切点为M(x0,y0),
则点M的坐标满足y0=x03-3x0.
因f′(x0)=3(x02-1),
故切线l的方程为:y-y0=3(x02-1)(x-x0),
∵P(m,n)∈l,∴n-(x03-3x0)=3(x02-1)(m-x0)
整理得2x03-3mx02+3m+n=0.
∵若过点P(m,n)可作曲线y=f(x)的三条切线,
∴关于x0方程2x03-3mx02+3m+n=0有三个实根.
设g(x0)=2x03-3mx02+3m+n,
则g′(x0)=6x02-6mx0=6x0(x0-m),
由g′(x0)=0,得x0=0或x0=m.
由对称性,先考虑m>0
∵g(x0)在(-∞,0),(m,+∞)上单调递增,
在(0,m)上单调递减.
∴函数g(x0)=2x03-3mx02+3m+n的极值点为x0=0,或x0=m
∴关于x0方程2x03-3mx02+3m+n=0有三个实根的充要条件是
,g(0)>0 g(m)<0
解得-3m<n<m3-3m.
故0<m<2时,点P对应平面区域的面积
S=
(m3-3m)-(-3m)dm=∫ 20
m3dm=∫ 20
m41 4
=4| 20
故|m|<2时,所求点P对应平面区域的面积为2S,即8.