问题 解答题

已知函数f(x)=ax3+3x2-6ax-11,g(x)=3x2+6x+12,和直线m:y=kx+9.又f′(-1)=0.

(1)求a的值;

(2)是否存在k的值,使直线m既是曲线y=f(x)的切线,又是y=f(x)的切线;如果存在,求出k的值;如果不存在,说明理由.

(3)如果对于所有x≥-2的x,都有f(x)≤kx+9≤g(x)成立,求k的取值范围.

答案

(1)f′(x)=3ax2+6x-6a,

因为f′(-1)=0所以a=-2.2;

(2)因为直线m恒过点(0,9).

先求直线m是y=f(x)的切线.

设切点为(x0,3x02+6x0+12),

∵g′(x0)=6x0+6.

∴切线方程为y-(3x02+6x0+12)=(6x0+6)(x-x0),

将点(0,9)代入得x0=±1.

当x0=-1时,切线方程为y=9,

当x0=1时,切线方程为y=12x+9.

由f′(x)=0得-6x2+6x+12=0,即有x=-1,x=2

当x=-1时,y=f(x)的切线y=-18,当x=2时,

y=f(x)的切线方程为y=9∴y=9是公切线,

又由f′(x)=12得-6x2+6x+12=12

∴x=0或x=1,当x=0时y=f(x)的切线为y=12x-11,

当x=1时y=f(x)的切线为y=12x-10,

∴y=12x+9,不是公切线,

综上所述k=0时y=9是两曲线的公切线;(7分)

(3).(1)kx+9≤g(x)得kx≤3x2+6x+3,

当x=0,不等式恒成立,k∈R.

当-2≤x<0时,不等式为k≥3(x+

1
x
)+6,

3(x+

1
x
)+6=-3[(-x)+
1
(-x)
]+6≤-3•2+6=0∴k≥0

当x>0时,不等式为k≤3(x+

1
x
)+6,

3(x+

1
x
)+6≥12∴k≤12∴当x≥-2时,

kx+9≤g(x)恒成立,则0≤k≤12;(10分)

(2)由f(x)≤kx+9得kx+9≥-2x3+3x2+12x-11

当x=0时,9≥-11恒成立,k∈R,

当-2≤x<0时有k≤-2x2+3x+12-

20
x

h(x)=-2x2+3x+12-

20
x
=-2(x-
3
4
)2+
105
8
-
20
x

当-2≤x<0时-2(x-

3
4
)2+
105
8
为增函数,

-

20
x
也为增函数∴h(x)≥h(-2)=8

∴要使f(x)≤kx+9在-2≤x<0上恒成立,则k≤8(12分)

由上述过程只要考虑0≤k≤8,

则当x>0时f′(x)=-6x2+16x+12=-6(x+1)(x-2)

∴在x∈(0,2]时f′(x)>0,在(2,+∞)时

∴f(x)在x=2时有极大值即f(x)在(0,+∞)上的最大值,

又f(2)=9,即f(x)≤9而当x>0,k≥0时,

∴f(x)≤kx+9一定成立,综上所述0≤k≤8.

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