问题 解答题
设函数f(x)=x3-3ax2+3b2x.
(I)若a=1,b=0,求曲线y=f(x) 在点(1,f(1))处的切线方程;
(II)当b=1时,若函数f(x) 在[-1,1]上是增函数,求实数a的取值范围;
(Ⅲ)若0<a<b,不等式f(
1+lnx
x-1
>f(
k
x
)
对任意x>1恒成立,求整数k的最大值.
答案

(Ⅰ)当a=1,b=0时,f(x)=x3-3x2

所以f(1)=-2,即切点为P(1,-2).

因为f′(x)=3x2-6x,

所以f′(1)=3-6=-3,

所以切线方程为y+2=-3(x-1),

即y=-3x+1.

(Ⅱ)y=f(x)在[-1,1]上单调递增,

又f′(x)=3x2-6ax+3

=3(x2-2ax+1).

依题意f′(x)在[-1,1]上恒有f′(x)≥0,即x2-2ax+1≥0.

①当x=a>1时,f(x)min=f(1)=2-2a≥0

∴a≤1,所以舍去;

②当x=a<-1时,f′(x)min=f′(-1)=1+2a+1≥0,∴a≥-1,舍去;

③当-1≤a≤1时,f′(x)min=f′(a)=-a2+1≥0,

则-1≤a≤1,

综上所述,参数a的取值范围是-1≤a≤1.

(Ⅲ)f′(x)=3x2-6ax+3b2,由于0<a<b,

所以△=36a2-36b2=36(a+b)(a-b)<0,

所以函数f(x)在R上递增.

从而不等式f(

1+lnx
x-1
)>f(
k
x
),

1+lnx
x-1
k
x

(1+lnx)x
x-1
>k对x∈(1,+∞)恒成立,

构造h(x)=

(1+lnx)x
x-1

h(x)=

(2+lnx)(x-1)-(x+xlnx)
(x-1)2

=

x-lnx-2
(x-1)2

构造g(x)=x-lnx-2,g′(x)=1-

1
x
=
x-1
x

对x∈(1,+∞),g(x)=

x-1
x
>0,

所以g(x)=x-lnx-2在x∈(1,+∞)递增.

g(1)=-1,g(2)=-ln2,g(3)=1-ln3<0,g(4)=2-ln4>0.

所以∃x0∈(3,4),g(x0)=x0-lnx0-2=0.

所以x∈(1,x0),g(x)<0,h′(x)<0,

所以h(x)=

(1+lnx)x
x-1
在(1,x0)递减,

x∈(x0,+∞),g(x)>0,h′(x)>0,

所以h(x)=

(1+lnx)x
x-1
在(x0,+∞)递增,

所以,h(x)min=h(x0)=

(1+lnx0)x0
x0-1

结合g(x0)=x0-lnx0-2=0,

得到h(x)min=h(x0)=

(1+lnx0)x0
x0-1
=x0∈(3,4),

所以k<

(1+lnx)x
x-1
对x∈(1,+∞)恒成立,

∴k<h(x)min

所以k≤3,整数k的最大值为3.

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