1624

1624

已知函数 f(x)=(x2)2(xa), aR.

  1. x=2f(x) 的极小值点, 求 a 的取值范围;
  2. 若直线 y=t(x2) (t>0) 与曲线 y=f(x) 的三个交点分别为 A(x1,f(x1)), B(x2,f(x2)), C(x3,f(x3)), 且 x1<x2<x3, x3x1=1. 记 y=f(x)A,C 两点处切线的斜率分别为 k1,k2. 若 k1k2=157, 求 a 的值;
  3. f(x)1πsin(πx) 当且仅当 x2, 求 a 的取值范围.

  1. 求导得 f(x)=3(x2)(x2a+23). 下面关于 2a+23,2 的大小关系进行讨论, 也即 a,2 的大小关系.

    • 如果 a=2, 则 f(x)=3(x2)20, x=2 不是极小值点;
    • 如果 a>2, 则 f(x)(2,2a+23) 上单减, x=2 也不是极小值点;
    • 如果 a<2, 则 f(x)(,2a+23), (2,+) 上单增, 在 (2a+23,2) 上单减, 因此 x=2 是极小值点.

    综上, a<2.

  2. 联立 y=t(x2)y=f(x), 有 x=2 或者 t=(x2)(xa), 也即 (1)x2(2+a)x+2at=0.由于 k1k20, 所以 k1,k20, 所以 x1,x3 均不为 2. 所以 x1,x3(1) 的解, x1+x3=2+a, x1x3=2at. 再结合 x3x1=1, 有 x1=1+a2, x3=3+a2, t=2a(1+a)(3+a)4. 再由 k1k2=(x12)(3x12a2)(x32)(3x32a2)=(a3)(a1)(a1)(a+5)=157, 解得 a=328. 回代入 t 来验证是否大于 0, 发现只有 a=32 符合要求.

  3. a1, f(1)=1a0=1πsin(π1), 但 1 不在指定的 {x2} 解集中, 因此不成立. 同理, 当 a>3, 也可以用 f(3) 来推翻. 下面证明 1<a3 是充分条件. 我们先进行换元 x=t+2, 这样条件等价于 t2(t+2a)+1πsin(πt)0,当且仅当t0.t0, 左边 t2(t1)+1πsin(πt). 记为 g(t). 只需要证明 g(t)0.

    • t1 时, g(t)=3t22t+cos(πt)321=0, 所以 g(t)g(1)=0.
    • 0t12 时, 利用 sin(πx)2x, 有 g(t)t(t2t+2π)t(14+2π)>0.
    • 12<t<1 时做换元 u=1t(0,12), 利用 sinuuu36, 有 g(t)=(1u)2(u)+sin(πu)π(1u)2(u)+1π(πu16(πu)3)=u2(2(π26+1)u)>u2(212(π26+1))>0.

    因此 t0 时不等式成立; 同理, 我们可以证明 t<0 时不等式不成立.
    综上, a(1,3].

对于 3, 你当然可以考虑 g(t) 的若干阶导数. 不过我的放缩比较曼妙.