Question

已知函數(shù)f（x）=x³+ax²+bx，且f′（-1）=0．
（1）試用含a的代數(shù)式表示b，并求f（x）的單調(diào)區(qū)間；
（2）令a=-1，設(shè)函數(shù)f（x）在x₁，x₂（x₁＜x₂）處取得極值，記點(diǎn)M （x₁，f（x₁）），N（x₂，f（x₂）），P（m，f（m）），x₁＜m＜x₂，請(qǐng)仔細(xì)觀察曲線f（x）在點(diǎn)P處的切線與線段MP的位置變化趨勢(shì)，并解釋以下問(wèn)題：
（Ⅰ）若對(duì)任意的t∈（x₁，x₂），線段MP與曲線f（x）均有異于M，P的公共點(diǎn)，試確定t的最小值，并證明你的結(jié)論；
（Ⅱ）若存在點(diǎn)Q（n，f（n）），x≤n＜m，使得線段PQ與曲線f（x）有異于P、Q的公共點(diǎn)，請(qǐng)直接寫(xiě)出m的取值范圍（不必給出求解過(guò)程）．

Answer 1

【答案】分析：（1）欲求：“f（x）的單調(diào)區(qū)間”，對(duì)于三次函數(shù)而言，利用導(dǎo)數(shù)解決，本題還得對(duì)字母a進(jìn)行討論；
（2）存在性問(wèn)題，結(jié)合觀察f（x）的圖象，幫助分析問(wèn)題．
解答：解：（1）依題意，得f′（x）=x²+2ax+b，
由f′（-1）=1-2a+b=0得b=2a-1
從而f（x）=x³+ax²+（2a-1）x，
故f′（x）=（x+1）（x+2a-1）
令f′（x）=0，得x=-1或x=1-2a
①當(dāng)a＞1時(shí)，1-2a＜-1
當(dāng)x變化時(shí)，根據(jù)f′（x）與f（x）的變化情況得，
函數(shù)f（x）的單調(diào)增區(qū)間為（-∞，1-2a）和（-1，+∞），單調(diào)減區(qū)間為（1-2a，-1）
②當(dāng)a=1時(shí)，1-2a=-1，此時(shí)有f′（x）≥0恒成立，且僅在x=-1處f′（x）=0，故函數(shù)f（x）的單調(diào)增區(qū)間為R、
③當(dāng)a＜1時(shí)，1-2a＞-1，同理可得，函數(shù)f（x）的單調(diào)增區(qū)間為（-∞，-1）和（1-2a，+∞），
單調(diào)減區(qū)間為（-1，1-2a）
綜上：當(dāng)a＞1時(shí)，函數(shù)f（x）的單調(diào)增區(qū)間為（-∞，1-2a）和（-1，+∞），單調(diào)減區(qū)間為（1-2a，-1）；
當(dāng)a=1時(shí)，函數(shù)f（x）的單調(diào)增區(qū)間為R；
當(dāng)a＜1時(shí)，函數(shù)f（x）的單調(diào)增區(qū)間為（-∞，-1）和（1-2a，+∞），單調(diào)減區(qū)間為（-1，1-2a）
（2）（Ⅰ）由a=-1得f（x）=x³-x²-3x
令f′（x）=x²-2x-3=0得x₁=-1，x₂=3
由（1）得f（x）增區(qū)間為（-∞，-1）和（3，+∞），單調(diào)減區(qū)間為（-1，3），
所以函數(shù)f（x）在處x₁=-1，x₂=3處取得極值，故M（-1，），N（3，-9）
觀察f（x）的圖象，有如下現(xiàn)象：

①當(dāng)m從-1（不含-1）變化到3時(shí)，線段MP的斜率與曲線f（x）在點(diǎn)P處切線的斜率f（x）之差Kmp-f′（m）的值由正連續(xù)變?yōu)樨?fù)、
②線段MP與曲線是否有異于H，P的公共點(diǎn)與Kmp-f′（m）的m正負(fù)有著密切的關(guān)聯(lián)；
③Kmp-f′（m）=0對(duì)應(yīng)的位置可能是臨界點(diǎn)，故推測(cè)：滿足Kmp-f′（m）的m就是所求的t最小值，下面給出證明并確定的t最小值、曲線f（x）在點(diǎn)P（m，f（m））處的切線斜率f′（m）=m²-2m-3；
線段MP的斜率Kmp=，
當(dāng)Kmp-f′（m）=0時(shí)，解得m=-1或m=2，
直線MP的方程為y=（x+），
令g（x）=f（x）-（x+），
當(dāng)m=2時(shí)，g′（x）=x²-2x在（-1，2）上只有一個(gè)零點(diǎn)x=0，可判斷f（x）函數(shù)在（-1，0）上單調(diào)遞增，在（0，2）上單調(diào)遞減，又g（-1）=g（2）=0，所以g（x）在（-1，2）上沒(méi)有零點(diǎn)，即線段MP與曲線f（x）沒(méi)有異于M，P的公共點(diǎn)、
當(dāng)m∈（2，3]時(shí)，g（0）=-＞0，
g（2）=-（m-2）²＜0，
所以存在δ∈（0，2]使得g（δ）=0，
即當(dāng)m∈（2，3]時(shí)，MP與曲線f（x）有異于M，P的公共點(diǎn)
綜上，t的最小值為2．
（Ⅱ）類似（1）于中的觀察，可得m的取值范圍為（1，3]．
點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了函數(shù)導(dǎo)數(shù)的綜合應(yīng)用，本題是函數(shù)的綜合題，綜合考查了利用導(dǎo)數(shù)求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間，求函數(shù)的極值，以及存在性問(wèn)題，有一定的難度，是一道很好的壓軸題．