问题 解答题
设函数f(x)=x3-x2-3.
(Ⅰ)求f(x)的单调区间;
(Ⅱ)若函数y=f(x)-m在[-1,2]上有三个零点,求实数m的取值范围;
(Ⅲ)设函数g(x)=
a
x
+xlnx,如果对任意的x1,x2∈[
1
2
,2],都有f(x1)≤g(x2)成立,求实数a的取值范围.
答案

解析:(Ⅰ)由f(x)=x3-x2-3.

得f(x)=3x2-2x=x(3x-2),

当f(x)>0时,解得x<0或x>

2
3

当f(x)<0时,解得0<x<

2
3

故函数f(x)的单调递增区间是(-∞,0),(

2
3
,+∞);单调递减区间是(0,
2
3
)

(Ⅱ)令h(x)=f(x)-m,则h(x)=x3-x2-3-m,∴h(x)=3x2-2x=x(3x-2),

由(Ⅰ)知,当函数h(x)在(-∞,0)上单调递增,在(0,

2
3
)上单调递减,在(
2
3
,+∞)
上单调递增.

函数h(x)在x=0处取得极大值h(0)=-3-m,在x=

2
3
处取得极小值h(
2
3
)=-
85
27
-m

由函数y=f(x)-m在[-1,2]上有三个零点,则有:

h(-1)≤0
h(0)>0
h(
2
3
)>0
h(2)≥0
,即
-5-m≤0
-3-m>0
-
85
27
-m>0
1-m≥0
,解得-
85
27
<m<-3

故实数a的取值范围是(-

85
27
,-3).

(Ⅲ)由(Ⅰ)知,函数f(x)在(

1
2
2
3
)上单调递减,在(
2
3
,2)
上单调递增,

f(

1
2
)=-
25
8
,f(2)=1,

故函数f(x)在区间[

1
2
,2]上的最大值f(x)max=f(2)=1.

∴只需当x∈[

1
2
,2]时,g(x)=
a
x
+xlnx≥1
恒成立即可,即等价于a≥x-x2lnx恒成立,所以,记u(x)=x-x2lnx,所以a≥u(x)max,u(x)=1-x-2xlnx,可知u(1)=0,

x∈(

1
2
,1)时,1-x>0,2xlnx<0,则u(x)>0,∴u(x)在(
1
2
,1)
上单调递增;

当x∈(1,2)时,1-x<0,2xlnx>0,则u(x)<0,∴u(x)在(1,2)上单调递减;

故当x=1时,函数u(x)在区间[

1
2
,1]上取得最大值u(1)=1,

所以a≥1,故实数a的取值范围是[1,+∞).

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