问题 解答题

设函数f(x)=(x-a)2(x+b)ex,a、b∈R,x=a是f(x)的一个极大值点;

(Ⅰ)若a=0,求b的取值范围;

(Ⅱ) 当a是给定的实常数,设x1x2x3是f(x)的3个极值点,问是否存在实数b,可找到x4∈R,使得x1,x2,x3,x4的某种排列x1,x2,x3,x4(其中{i1,i2,i3}={1,2,3,4})依次成等差数列?若存在,求所有的b及相应的x4;若不存在,说明理由、

答案

(Ⅰ)a=0时,f(x)=x2(x+b)ex,∴f'(x)=[x2(x+b)]ex+x2(x+b)(ex=exx[x2+(b+3)x+2b],

令g(x)=x2+(b+3)x+2b,∵△=(b+3)2-8b=(b-1)2+8>0,∴设x1<x2是g(x)=0的两个根,

(1)当x1=0或x2=0时,则x=0不是极值点,不合题意;

(2)当x1≠0且x2≠0时,由于x=0是f(x)的极大值点,故x1<0<x2.∴g(0)<0,即2b<0,∴b<0.

(Ⅱ)f'(x)=ex(x-a)[x2+(3-a+b)x+2b-ab-a],

令g(x)=x2+(3-a+b)x+2b-ab-a,则△=(3-a+b)2-4(2b-ab-a)=(a+b-1)2+8>0,

于是,假设x1,x2是g(x)=0的两个实根,且x1<x2

由(Ⅰ)可知,必有x1<a<x2,且x1、a、x2是f(x)的三个极值点,

x1=

(a-b-3)-
(a+b-1)2+8
2
x2=
(a-b-3)+
(a+b-1)2+8
2

假设存在b及x4满足题意,

(1)当x1,a,x2等差时,即x2-a=a-x1时,

则x4=2x2-a或x4=2x1-a,

于是2a=x1+x2=a-b-3,即b=-a-3.

此时x4=2x2-a=a-b-3+

(a+b-1)2+8
-a=a+2
6

或x4=2x1-a=a-b-3-

(a+b-1)2+8
-a=a-2
6

(2)当x2-a≠a-x1时,则x2-a=2(a-x1)或(a-x1)=2(x2-a)

①若x2-a=2(a-x1),则x4=

a+x2
2

于是3a=2x1+x2=

3(a-b-3)-
(a+b-1)2+8
2

(a+b-1)2+8
=-3(a+b+3).

两边平方得(a+b-1)2+9(a+b-1)+17=0,∵a+b+3<0,于是a+b-1=

-9-
13
2

此时b=-a-

7+
13
2

此时x4=

a+x2
2
=
2a+(a-b-3)-3(a+b+3)
4
=-b-3=a+
1+
3
2

②若(a-x1)=2(x2-a),则x4=

a+x1
2

于是3a=2x2+x1=

3(a-b-3)+
(a+b-1)2+8
2

(a+b-1)2+8
=3(a+b+3).

两边平方得(a+b-1)2+9(a+b-1)+17=0,∵a+b+3>0,于是a+b-1=

-9+
13
2

此时b=-a-

7-
13
2

此时x4=

a+x1
2
=
2a+(a-b-3)-3(a+b+3)
4
=-b-3=a+
1-
13
2

综上所述,存在b满足题意,

当b=-a-3时,x4=a±2

6

b=-a-

7+
13
2
时,x4=a+
1+
13
2

b=-a-

7-
13
2
时,x4=a+
1-
13
2

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