设函数f(x)=-x3+ax2+a2x+1(x∈R),其中a∈R.

1个回答

  • 解题思路:(Ⅰ)当a=1时,f(x)=-x3+x2+x+1,得f(2)=-1,且f′(x)=-3x2+2x+1,f′(2)=-7.由此能求出曲线y=f(x)在点(2,f(2))处的切线方程.

    (Ⅱ)f(x)=-x3+ax2+a2x+1,f′(x)=-3x2+2ax+a2=-(3x+a)(x-a),令f(x)=0,解得

    x=−

    a

    3

    或x=a

    .由于a>0,故

    a

    3

    <a

    ,列表讨论,能够求出函数f(x)的极大值和极小值.

    (Ⅲ)若存在满足题意的四边形ABCD,则方程|f(x)-f′(x)|=4至少有两个相异实根,且每个实根对应一条垂直于x轴且与f (x)、f′(x)图象均相交的线段.这些线段长度均相等.由此进行分类讨论,能求出满足题意的平行四边形ABCD有6个.

    (Ⅰ)当a=1时,f(x)=-x3+x2+x+1,得f(2)=-1,

    且f′(x)=-3x2+2x+1,f′(2)=-7.

    所以,曲线f(x)在点(2,f(2))处的切线方程是y+1=-7(x-2),

    整理得7x+y-13=0.…(3分)

    (Ⅱ)f(x)=-x3+ax2+a2x+1,

    f′(x)=-3x2+2ax+a2=-(3x+a)(x-a)

    令f(x)=0,解得x=−

    a

    3或x=a.

    由于a>0,故−

    a

    3<a…(4分)

    当x变化时,f′(x),f(x)的变化如下表:

    因此,函数f(x),在−

    a

    3处取得极小值f(−

    a

    3)且f(−

    a

    3)=1−

    5

    27a3;

    函数f(x)在x=a处取得极大值f(a),且f(a)=1+a3.…(8分)

    (Ⅲ)若存在满足题意的四边形ABCD,

    则方程|f(x)-f′(x)|=4至少有两个相异实根,

    且每个实根对应一条垂直于x轴且与f (x)、f′(x)图象均相交的线段.

    这些线段长度均相等.f(x)=-x3+2x2+4x+1,

    f′(x)=-3x2+4x+4

    =-(3x+2)(x-2)|f(x)-f′(x)|

    =|-x3+2x2+4x+1-(-3x2+4x+4)|

    =|x3-5x2+3|=4…1O分

    ①当x3-5x2+3=4时.x3-5x-1=0,

    令g(x)=x3-5x2-1,g′(x)=3x2-10x

    令g′(x)=0,得x=0或x=

    10

    3,

    当x变化时,g′(x),g(x)的变化如下表:

    由表格知,g(0)为g(x)的极大值,g(

    10

    3)为g(x)的极大值,

    而g(0)=−1<0,g(

    10

    3)=−

    500

    27−1<0,

    故g(x)的图象与x轴有且只有一个交点,g(x)有且只有一个零点.…(11分)

    ②当x3-5x2+3=-4时,x3-5x2+7=0,

    令g(x)=x3-5x2+7,g′(x)=3x2-10x,

    由①知g(0)为g(x)的极大值,g(

    10

    3)为g(x)的极大值而,

    而g(0)=7>0,g

    (

    10

    3)=−

    500

    27+7<0,

    故g(x)的图象与x轴有三个交点,g(x)有三个零点,…(12分)

    由①②知,方程|x3-5x2+3|=4有四个不同的实根,

    从小到大依次记为x1、x2、x3、x4,这四个根对应

    的四条线段中的每两条对应一个平行四边形ABCD,

    共有(x1、x2),(x1、x32、x3),(x2、x4),(x3、x4)6个,

    所以满足题意的平行四边形ABCD有6个.…(14分)

    点评:

    本题考点: 利用导数研究曲线上某点切线方程;利用导数研究函数的极值.

    考点点评: 本题考查切线方程的求法,考查函数的最大值和最小值的应用,考查满足条件的四边形的个数的求法.具有一定的探索性,对数学思维的要求较高.解题时要认真审题,仔细解答,注意合理地进行等价转化.