问题 解答题
已知函数f(x)=x3
(Ⅰ)记φ(x)=f(x)+
t
3
f′(x),(t∈R)
,求φ(x)的极小值;
(Ⅱ)若函数h(x)=λ•
f′(x)
x
+sinx
的图象上存在互相垂直的两条切线,求实数λ的值及相应的切点坐标.
答案

(Ⅰ)由已知:f(x)=x3,∴φ(x)=x3+tx2φ′(x)=3x2+2tx=3x(x+

2t
3
),

由φ'(x)=0⇒x=0,或x=-

2t
3

当t=0时,φ'(x)=3x2≥0,∴φ(x)在(-∞,+∞)为增函数,此时不存在极值;

当t>0时,x变化时,φ'(x),φ(x)变化如下:

x(-∞,-
2t
3
)
-
2t
3
(-
2t
3
,0)
0(0,+∞)
φ'(x)+0-0+
φ(x)递增极大值递减极小值递增
由上表可知:φ(x)极小=φ(0)=0,

当t<0时,x变化时,φ'(x),φ(x)变化如下:

x(-∞,0)0(0,-
2t
3
)
-
2t
3
(-
2t
3
,+∞)
φ'(x)+0-0+
φ(x)递增极大值递减极小值递增
由上表可知:φ(x)极小=φ(-
2t
3
)=
4
27
t3

综上所述,当t<0时,极小值为

7
24
t3;当t>0时,极小值为0.

(Ⅱ)h(x)=3λx+sinx⇒h'(x)=3λ+cosx,

设两切点分别为(t1,h(t1)),(t2,h(t2)),则h'(t1)h'(t2)=-1,

即(3λ+cost1)(3λ+cost2)=-1,⇒9λ2+3(cost1+cost2)λ+(cost1cost2+1)=0 …(*)

∵λ∈R,∴方程(*)的判别式△=[3(cost1+cost2)]2-36(cost1cost2+1)≥0

(cost1-cost2)2≥4,又-1≤cost1≤1,-1≤cost2≤1,∴(cost1-cost2)2≤4

从而可得:(cost1-cost2)2=4

上式要成立当且仅当

cost1=1
cost2=-1
,或
cost1=-1
cost2=1

此时方程(*)的解为λ=0,

∵x≠0,∴存在λ=0,此时函数h(x)=λ•

f′(x)
x
+sinx的图象在点(2kπ,0)(k∈Z,k≠0)处的切线和在点(2mπ+π,0)(m∈Z)处的切线互相垂直.

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