问题 解答题
已知向量
m
=(x2,y-cx)
n
=(1,x+b)
m
n
,(x,y,b,c∈R),且把其中x,y所满足的关系式记为y=f(x),若f′(x)为f(x)的导函数,F(x)=f(x)+af′(x)(a>0),且F(x)是R上的奇函数.
(Ⅰ)求
b
a
和c的值;
(Ⅱ)若函数f(x)在[
a
2
a2]
上单调递减,求b的取值范围;
(Ⅲ)当a=2时,设0<t<4且t≠2,曲线y=f(x)在点A(t,f(t))处的切线与曲线y=f(x)相交于点B(m,f(m))(A,B不重合),直线x=t与y=f(m)相交于点C,△ABC的面积为S,试用t表示△ABC的面积S(t),若P为S(t)上一动点,D(4,0),求直线PD的斜率的取值范围.
答案

(Ⅰ)∵

m
=(x2,y-cx),
n
=(1,x+b),
m
n
∴x2(x+b)=y-cx,

∴f(x)=x3+bx2+cx,f′(x)=3x2+2bx+c,

∴F(x)=f(x)+af′(x)=x3+(3a+b)x2+(2b+c)x+ac 为奇函数

∴F(-x)=-F(x),∴3a+b=0,ac=0,而a>0,

b
a
=-3,c=0.

(Ⅱ)由(Ⅰ)可知f(x)=x3-3ax2,f′(x)=3x2-6ax=3x(x-2a),

由f′(x)<0,得0<x<2a,故f(x)的单调递减区间为[0,2a],

若函数f(x)在[

a
2
,a2]上单调递减,则[
a
2
,a2]⊆[0,2a],⇔
a>0
a
2
a2
a2<2a
1
2
<a<2,

而由(Ⅰ)知b=-3a,故-6<b<-

3
2

(Ⅲ)当a=2时,由(Ⅰ)知b=-6,∴f(x)=x3-6x2,f′(x)=3x2-12x.

曲线y=f(x)在点A(t,f(t))处的切线方程为y-f(t)=f′(x)(x-t),其中f′(x)=3t2-12t.

联立y=f(x)与y-f(t)=f′(x)(x-t),得 f(x)-f(t)=f′(x)(x-t),

∴x3-6x2-t3+6t2 =(3t2-12t)(x-t),∴(x3-t3)-6(x2-t2)-(3t2-12t)(x-t)=0,

∴(x-t)(x2+tx+t2-6x-6t-3t2+12t)=0,∴(x-t)[x2+(t-6)x-t(2t-6)]=0,

∴(x-t)2(x+2t-6)=0

则x=t或x=-2t+6,而A,B不重合,则m=-2t+6,

S(t)=

1
2
|m-t|•|f(m)-f(t)|=
1
2
|6-3t|•|(6-2t)3-6(6-2t)2-t3+6t2|

=

1
2
|6-3t|•|-9t3+54t2-72t|=
27
2
|t-2|•|t(t-2)(t-4)|=
27
2
t(t-2)2(4-t),

其中t∈(0,2)∪(2,4).

记kPD =g(t)=

S(t)
t-4
=-
27
2
t(t-2)2 =-
27
2
(t3-4t2+4t),

∴g′(t)=-

27
2
(3t2-8t+4)=-
27
2
(3t-2)(t-2),t∈(0,2)∪(2,4).

列表如下:

t(0,
2
3
2
3
2
3
,2)
2(2,4)
g′(t)-0+0-
g(t)极小值极大值
又g(0)=0,g(
2
3
)=-16,g(2)=0,g(4)=-216,

由表可知:-216<g(t)≤0,即-216<kPD≤0.

多项选择题
单项选择题