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已知函数f(x)=-13x3+a2x2-2x.当a=3时,求函数f的单调区间;若对于任意x∈[1,+∞)都有f'<2

题文

已知函数f(x)=-13x3+a2x2-2x(a∈R).
(1)当a=3时,求函数f(x)的单调区间;
(2)若对于任意x∈[1,+∞)都有f'(x)<2(a-1)成立,求实数a的取值范围;
(3)若过点(0,-13)可作函数y=f(x)图象的三条不同切线,求实数a的取值范围. 题型:未知 难度:其他题型

答案

(1)当a=3时,f(x)=-13x3+32x2-2x,得f'(x)=-x2+3x-2.…(1分)
因为f'(x)=-x2+3x-2=-(x-1)(x-2),
所以当1<x<2时,f'(x)>0,函数f(x)单调递增;
当x<1或x>2时,f'(x)<0,函数f(x)单调递减.
所以函数f(x)的单调递增区间为(1,2),单调递减区间为(-∞,1)和(2,+∞).…(3分)
(2)方法1:由f(x)=-13x3+a2x2-2x,得f'(x)=-x2+ax-2,
因为对于任意x∈[1,+∞)都有f'(x)<2(a-1)成立,
即对于任意x∈[1,+∞)都有-x2+ax-2<2(a-1)成立,
即对于任意x∈[1,+∞)都有x2-ax+2a>0成立,…(4分)
令h(x)=x2-ax+2a,
要使对任意x∈[1,+∞)都有h(x)>0成立,
必须满足△<0或△≥0a2≤1h(1)>0.…(5分)
即a2-8a<0或a2-8a≥0a2≤11+a>0.…(6分)
所以实数a的取值范围为(-1,8).…(7分)
方法2:由f(x)=-13x3+a2x2-2x,得f'(x)=-x2+ax-2,
因为对于任意x∈[1,+∞)都有f'(x)<2(a-1)成立,
所以问题转化为,对于任意x∈[1,+∞)都有[f'(x)]max<2(a-1).…(4分)
因为f′(x)=-(x-a2)2+a24-2,其图象开口向下,对称轴为x=a2.
①当a2<1时,即a<2时,f'(x)在[1,+∞)上单调递减,
所以f'(x)max=f'(1)=a-3,
由a-3<2(a-1),得a>-1,此时-1<a<2.…(5分)
②当a2≥1时,即a≥2时,f'(x)在[1,a2]上单调递增,在(a2,+∞)上单调递减,
所以f′(x)max=f′(a2)=a24-2,
由a24-2<2(a-1),得0<a<8,此时2≤a<8.…(6分)
综上①②可得,实数a的取值范围为(-1,8).…(7分)
(3)设点P(t,-13t3+a2t2-2t)是函数y=f(x)图象上的切点,
则过点P的切线的斜率为k=f'(t)=-t2+at-2,…(8分)
所以过点P的切线方程为y+13t3-a2t2+2t=(-t2+at-2)(x-t).…(9分)
因为点(0,-13)在切线上,
所以-13+13t3-a2t2+2t=(-t2+at-2)(0-t),
即23t3-12at2+13=0.…(10分)
若过点(0,-13)可作函数y=f(x)图象的三条不同切线,
则方程23t3-12at2+13=0有三个不同的实数解.…(11分)
令g(t)=23t3-12at2+13,则函数y=g(t)与t轴有三个不同的交点.
令g'(t)=2t2-at=0,解得t=0或t=a2.…(12分)
因为g(0)=13,g(a2)=-124a3+13,
所以必须g(a2)=-124a3+13<0,即a>2.…(13分)
所以实数a的取值范围为(2,+∞).…(14分)

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解析

13

考点

据考高分专家说,试题“已知函数f(x)=-13x3+a2x2-.....”主要考查你对 [函数的奇偶性、周期性 ]考点的理解。 函数的奇偶性、周期性

函数的奇偶性定义:

偶函数:一般地,如果对于函数f(x)的定义域内任意一个x,都有f(-x)=f(x),则称函数f(x)为偶函数。
奇函数:一般地,如果对于函数f(x)的定义域内任意一个x,都有f(-x)=-f(x),那么函数f(x)是奇函数。 
 
函数的周期性

(1)定义:若T为非零常数,对于定义域内的任一x,使f(x+T)=f(x)恒成立,则f(x)叫做周期函数,T叫做这个函数的一个周期。
周期函数定义域必是无界的。
(2)若T是周期,则k·T(k≠0,k∈Z)也是周期,所有周期中最小的正数叫最小正周期。一般所说的周期是指函数的最小正周期。
周期函数并非都有最小正周期,如常函数f(x)=C。

奇函数与偶函数性质:

(1)奇函数与偶函数的图像的对称性:奇函数的图像关于原点对称,偶函数的图像关于y轴对称。
(3)在公共定义域内,①两个奇函数的和是奇函数,两个奇函数的积是偶函数; ②两个偶函数的和、积是偶函数; ③一个奇函数,一个偶函数的积是奇函数。

注:定义域在数轴上关于原点对称是函数f(x)为奇函数或偶函数的必要但不充分条件.

1、函数是奇函数或偶函数的前提定义域必须关于原点对称;定义域在数轴上关于原点对称是函数f(x)为奇函数或偶函数的必要但不充分条件.

2、函数的周期性    令a , b 均不为零,若: 
(1)函数y = f(x) 存在 f(x)=f(x + a) ==> 函数最小正周期 T=|a| 
(2)函数y = f(x) 存在f(a + x) = f(b + x) ==> 函数最小正周期 T=|b-a| 
(3)函数y = f(x) 存在 f(x) = -f(x + a) ==> 函数最小正周期 T=|2a| 
(4)函数y = f(x) 存在 f(x + a) =
已知函数f(x)=-13x3+a2x2-2x.当a=3时,求函数f的单调区间;若对于任意x∈[1,+∞)都有f'<2
  ==> 函数最小正周期 T=|2a| 
(5)函数y = f(x) 存在 f(x + a) = 
已知函数f(x)=-13x3+a2x2-2x.当a=3时,求函数f的单调区间;若对于任意x∈[1,+∞)都有f'<2
  ==> 函数最小正周期 T=|4a|

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