已知函数f(x)=x3+3ax-1,a为实常数.

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  • 解题思路:(1)要使函数f(x)=x3-3a2x+1的图象与直线y=3只有一个公共点,只需利用函数的最大值或最小值与3进行比较,先求出函数f(x)的导数,由于实数a的值不确定,故要分类讨论.

    (2)根据题意,由∅(-x)=∅(x),可知∅(x)为偶函数,则原题即为∅(x)在(0,2]上有最小值2.对a值分三种情况讨论,分别求导,判断单调性,求出最小值,令其等于2,可以解得a的值,分析取舍可得答案.

    (1)f′(x)=3x2+3a=3(x2+a).

    ①当a≥0时,f′(x)≥0,所以f(x)在R上单调增,此时y=f(x)与y=3只有一个公共点;

    ②当时,f′(x)=3(x+

    −a)(x−

    −a).由f'(x)=0,得x1=−

    −a,x2=

    −a.

    在x∈R上列表:

    x (-∞,-

    −a) -

    −a (-

    −a,

    −a)

    −a (

    −a,+∞)

    f′(x) + 0 ─ 0 +

    f(x) ↗ 极大值 ↘ 极小值 ↗因为y=f(x)与y=3只有一个公共点,所以f(x)极大值<3或f(x)极小值>3.

    所以f(−

    −a)<3,或f(

    −a)>3,得−

    34

    <a<0.

    综上,a>-1,y=f(x)与y=3只有一个公共点.

    (2)ϕ(x)=|

    f(x)+1

    x2|=|

    x3+3ax−1+1

    x2|=|x+

    3a

    x|.

    由∅(-x)=∅(x),可知∅(x)为偶函数,则原题即为∅(x)在(0,2]上有最小值2.

    设g(x)=x+

    3a

    x(x∈(0,2]),则g′(x)=1−

    3a

    x2=

    x2−3a

    x2.

    ①a<0时,g′(x)>0,所以g(x)在(0,2]上单调增,所以g(x)∈(−∞,2+

    3a

    2].

    因为∅(x)在(0,2]上有最小值2,所以2+

    3a

    2=−2,所以a=−

    8

    3.

    ②a=0时,∅(x)=x,无最小值,不合题意.

    ③a>0时,∅(x)=g(x),g′(x)=

    x2−3a

    x2=

    (x+

    3a)(x−

    3a)

    x2.

    (I)

    3a≥2,即a≥

    4

    3时,g′(x)<0,所以g(x)在(0,2]上单调减,所以g(x)∈[2+

    3a

    2,+∞),

    此时∅(x)在(0,2]上的最小值为2+

    3a

    2≠2,不合.

    (II)

    3a<2,即0<a<

    4

    3时,由g'(x)=0,得x=

    3a.

    在x∈(0,2]上列表:

    x (0,

    3a)

    3a (

    3a,2) 2

    g′(x) ─ 0 +

    g(x) ↘ 极小值 ↗ 2+[3a/2]∴φ(x)min=g(x)min=g(

    3a)=2

    3a=2,所以a=

    1

    3.

    综上,a的值为−

    8

    3或

    1

    3.

    点评:

    本题考点: 利用导数求闭区间上函数的最值;利用导数研究函数的单调性;利用导数研究函数的极值.

    考点点评: 本题主要考查函数的单调性、极值以及函数导数的应用,考查运用数学知识分析问题解决问题的能力.