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、x3)2、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.