问题 解答题
已知函数f(x)=
-x3+x2+bx+c,x<1
alnx,x≥1
的图象过坐标原点O,且在点(-1,f(-1))处的切线的斜率是-5.
(Ⅰ)求实数b,c的值;  
(Ⅱ)求f(x)在区间[-1,2]上的最大值;
(Ⅲ)对任意给定的正实数a,曲线y=f(x)上是否存在两点P、Q,使得△POQ是以O为直角顶点的直角三角形,且此三角形斜边中点在y轴上?说明理由.
答案

(Ⅰ)当x<1时,f(x)=-x3+x2+bx+c,则f'(x)=-3x2+2x+b.

依题意得:

f(0)=0
f′(-1)=-5
,即
c=0
-3-2+b=-5
解得b=c=0

(Ⅱ)由(Ⅰ)知,f(x)=

-x3+x2,x<1
alnx,x≥1

①当-1≤x<1时,f′(x)=-3x2+2x=-3x(x-

2
3
),

令f'(x)=0得x=0或x=

2
3

当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下表:

x(-1,0)0(0,
2
3
)
2
3
(
2
3
,1)
f'(x)-0+0-
f(x)单调递减极小值单调递增极大值单调递减
又f(-1)=2,f(
2
3
)=
4
27
,f(0)=0.∴f(x)在[-1,1)上的最大值为2.

②当1≤x≤2时,f(x)=alnx.当a≤0时,f(x)≤0,f(x)最大值为0;

当a>0时,f(x)在[1,2]上单调递增.∴f(x)在[1,2]最大值为aln2.

综上,当aln2≤2时,即a≤

2
ln2
时,f(x)在区间[-1,2]上的最大值为2;

当aln2>2时,即a>

2
ln2
时,f(x)在区间[-1,2]上的最大值为aln2.

(Ⅲ)假设曲线y=f(x)上存在两点P、Q满足题设要求,则点P、Q只能在y轴两侧.

不妨设P(t,f(t))(t>0),则Q(-t,t3+t2),显然t≠1

∵△POQ是以O为直角顶点的直角三角形,∴

OP
OQ
=0

即-t2+f(t)(t3+t2)=0(*)

若方程(*)有解,存在满足题设要求的两点P、Q;

若方程(*)无解,不存在满足题设要求的两点P、Q.

若0<t<1,则f(t)=-t3+t2代入(*)式得:-t2+(-t3+t2)(t3+t2)=0

即t4-t2+1=0,而此方程无解,因此t>1.此时f(t)=alnt,

代入(*)式得:-t2+(alnt)(t3+t2)=0即

1
a
=(t+1)lnt(**)

令h(x)=(x+1)lnx(x≥1),则h′(x)=lnx+

1
x
+1>0

∴h(x)在[1,+∞)上单调递增,∵t>1∴h(t)>h(1)=0,∴h(t)的取值范围是(0,+∞).

∴对于a>0,方程(**)总有解,即方程(*)总有解.

因此,对任意给定的正实数a,曲线y=f(x)上存在两点P、Q,使得△POQ是以O为直角顶点的直角

三角形,且此三角形斜边中点在y轴上.

单项选择题
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