问题 解答题
已知向量m=(x2,y-cx),n=(1,x+b)(x,y,b,c∈R)且mn,把其中x,y所满足的关系式记为y=f(x).若f′(x)为f(x)的导函数,F(x)=f(x)+af'(x)(a>0),且F(x)是R上的奇函数.
(Ⅰ)求
b
a
和c
的值;
(Ⅱ)求函数f(x)的单调递减区间(用字母a表示);
(Ⅲ)当a=2时,设0<t<4且t≠2,曲线y=f(x)在点A(t,f(t))处的切线与曲线y=f(x)相交于点B(m,f(m))(A与B不重合),直线x=t与y=f(m)相交于点C,△ABC的面积为S,试用t表示△ABC的面积S(t);并求S(t)的最大值.
答案

(Ⅰ)∵f(x)=x3+bx2+cx,∴f'(x)=3x2+2bx+c.…(1分)

∵F(x)=f(x)+af'(x)=x3+(b+3a)x2+(c+2ab)x+ac为奇函数,

由F(-x)=-F(x),可得b+3a=0,ac=0.

∵a>0,∴b=-3a,c=0.

b
a
=-3,c=0.…(3分)

(Ⅱ)由(Ⅰ)可得f(x)=x3-3ax2

∴f'(x)=3x(x-2a).

令3x(x-2a)≤0,解得0≤x≤2a.

∴函数f(x)的单调递减区间为[0,2a]

(Ⅲ)当a=2时,曲线y=f(x)在点A(t,f(t))处的切线方程为:

y-f(t)=f'(t)(x-t),

kAB=f'(t)=3t(t-4).

联立方程组

y-f(t)=f′(t)(x-t)
y=f(x)

化简,得f(x)-f(t)=f'(t)(x-t).

即x3-6x2-t3+6t2=(3t2-12t)(x-t),(x-t)(x2+xt+t2-6x-6t)=(x-t)(3t2-12t).

∵A、B不重合,∴x≠t.

∴x2+xt+t2-6x-6t=3t2-12t.

∴x2+(t-6)x-2t2+6t=0.

即(x-t)(x+2t-6)=0.

∵x≠t,∴x=-2t+6.

又另一交点为B(m,f(m)),∴m=-2t+6.…(2分)

S(t)=

1
2
|m-t|•|f(m)-f(t)|=
1
2
(m-t)2•|kAB|=
9
2
(t-2)2•3t(4-t)=
27
2
(t-2)2(4-t)t,t∈(0,2)∪(2,4)

令h(t)=(t-2)2(4-t)t,其中t∈(0,2)∪(2,4).

∵h(t)=-(t4-8t3+20t2-16t),

∴h'(t)=-4(t3-6t2+10t-4)=-4(t-2)(t-2+

2
)(t-2-
2
).

0<t<4且t≠2
h′(t)≥0

解得0<t≤2-

2
,或2<t≤
2

于是函数h(t)在区间(0,2-

2
]、(2,2+
2
]
上是单调增函数;

在区间[2-

2
,2)、[2+
2
,4)
上是单调减函数.

t=2-

2
t=2+
2
时,函数y=h(t)有极大值.

h(t)max=h(2-

2
)=h(2+
2
)=4.

∴S(t)max=54.…(3分)

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