解题思路:(1)解析式中有两个参数,故需要得到两个方程求参数,由于函数f(x)=ax3+bx2-3x在x=±1处取得极值,由极值存在的条件恰好可以得到两个关于参数的两个方程,由此解析式易求.
(2)欲证对于区间[-1,1]上任意两个自变量的值x1,x2,都有|f(x1)-f(x2)|≤4,可以求出函数在区间[-1,1]上的最值,若最大值减去最小值的差小于等于4,则问题得到证明,故问题转化为研究函数在区间[-1,1]上的单调性求最值的问题.
(3)由于点A(1,m)(m≠-2),验证知此点不在函数图象上,可设出切点坐标M(x0,y0),然后用两种方式表示出斜率,建立关于切点横坐标的方程2x03-3x02+m+3=0,再借助函数的单调性与极值确定其有三个解的条件即可.
(1)f′(x)=3ax2+2bx-3,依题意,f′(1)=f′(-1)=0,解得a=1,b=0.
∴f(x)=x3-3x
(2)∵f(x)=x3-3x,∴f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
当-1<x<1时,f′(x)<0,故f(x)在区间[-1,1]上为减函数,
fmax(x)=f(-1)=2,fmin(x)=f(1)=-2
∵对于区间[-1,1]上任意两个自变量的值x1,x2,
都有|f(x1)-f(x2)|≤|fmax(x)-fmin(x)|
|f(x1)-f(x2)|≤|fmax(x)-fmin(x)|=2-(-2)=4
(3)f′(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),
∵曲线方程为y=x3-3x,∴点A(1,m)不在曲线上.
设切点为M(x0,y0),切线的斜率为3(
x20−1)=
x30−3
x 0−m
x 0−1(左边用导数求出,右边用斜率的两点式求出),
整理得2x03-3x02+m+3=0.
∵过点A(1,m)可作曲线的三条切线,故此方程有三个不同解,下研究方程解有三个时参数所满足的条件
设g(x0)=2x03-3x02+m+3,则g′(x0)=6x02-6x0,
由g′(x0)=0,得x0=0或x0=1.
∴g(x0)在(-∞,0),(1,+∞)上单调递增,在(0,1)上单调递减.
∴函数g(x0)=2x03-3x02+m+3的极值点为x0=0,x0=1
∴关于x0方程2x03-3x02+m+3=0有三个实根的充要条件是
g(0)>0
g(1)<0,解得-3<m<-2.
故所求的实数a的取值范围是-3<m<-2.
点评:
本题考点: 利用导数研究函数的单调性;函数在某点取得极值的条件;导数在最大值、最小值问题中的应用.
考点点评: 本题考点是利用导数研究函数的单调性,考查了函数极值存在的条件,利用导数求函数最值的方法以及导数研究函数在某点切线的问题,本题涉及到了求导公式,求最值的方法,导数的几何意义等,综合性强,难度较大,解题时注意体会.