已知函数f(x)=
(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. |
(Ⅰ)当x<1时,f(x)=-x3+x2+bx+c,则f'(x)=-3x2+2x+b.
依题意得:
,即f(0)=0 f′(-1)=-5
解得b=c=0c=0 -3-2+b=-5
(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,
|
| (
| ||||||
f'(x) | - | 0 | + | 0 | - | ||||||
f(x) | 单调递减 | 极小值 | 单调递增 | 极大值 | 单调递减 |
2 |
3 |
4 |
27 |
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≤
时,f(x)在区间[-1,2]上的最大值为2;2 ln2
当aln2>2时,即a>
时,f(x)在区间[-1,2]上的最大值为aln2.2 ln2
(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
=0OQ
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
=(t+1)lnt(**)1 a
令h(x)=(x+1)lnx(x≥1),则h′(x)=lnx+
+1>01 x
∴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.