Question

已知函数f（x）=-13x3+a2x2-2x（a∈R）．（1）当a=3时，求函数f（x）的单调区间；（2）若对于任意x∈[1，

已知函数f（x）=-13x3+a2x2-2x（a∈R）．（1）当a=3时，求函数f（x）的单调区间；（2）若对于任意x∈[1，+∞）都有f′（x）＜2（a-1）成立，求实数a的取值范围；（3）若过点(0，?13)可作函数y=f（x）图象的三条不同切线，求实数a的取值范围．

Answer 1

（1）当a=3时，f(x)＝?

1

3

x3+

3

2

x2?2x，得f'（x）=-x²+3x-2．…（1分）
因为f'（x）=-x²+3x-2=-（x-1）（x-2），
所以当1＜x＜2时，f'（x）＞0，函数f（x）单调递增；
当x＜1或x＞2时，f'（x）＜0，函数f（x）单调递减．
所以函数f（x）的单调递增区间为（1，2），单调递减区间为（-∞，1）和（2，+∞）．…（3分）
（2）方法1：由f(x)＝?

1

3

x3+

a

2

x2?2x，得f'（x）=-x²+ax-2，
因为对于任意x∈[1，+∞）都有f'（x）＜2（a-1）成立，
即对于任意x∈[1，+∞）都有-x²+ax-2＜2（a-1）成立，
即对于任意x∈[1，+∞）都有x²-ax+2a＞0成立，…（4分）
令h（x）=x²-ax+2a，
要使对任意x∈[1，+∞）都有h（x）＞0成立，
必须满足△＜0或

△≥0 a 2 ≤1 h(1)＞0.

…（5分）
即a²-8a＜0或

a2?8a≥0 a 2 ≤1 1+a＞0.

…（6分）
所以实数a的取值范围为（-1，8）．…（7分）
方法2：由f(x)＝?

1

3

x3+

a

2

x2?2x，得f'（x）=-x²+ax-2，
因为对于任意x∈[1，+∞）都有f'（x）＜2（a-1）成立，
所以问题转化为，对于任意x∈[1，+∞）都有[f'（x）]_max＜2（a-1）．…（4分）
因为f′(x)＝?(x?

a

2

)2+

a2

4

?2，其图象开口向下，对称轴为x＝

a

2

．
①当

a

2

＜1时，即a＜2时，f'（x）在[1，+∞）上单调递减，
所以f'（x）_max=f'（1）=a-3，
由a-3＜2（a-1），得a＞-1，此时-1＜a＜2．…（5分）
②当

a

2

≥1时，即a≥2时，f'（x）在[1，

a

2

]上单调递增，在(

a

2

，+∞)上单调递减，
所以f′(x)max＝f′(

a

2

)＝

a2

4

?2，
由

a2

4

?2＜2(a?1)，得0＜a＜8，此时2≤a＜8．…（6分）
综上①②可得，实数a的取值范围为（-1，8）．…（7分）
（3）设点P(t，?

1

3

t3+

a

2

t2?2t)是函数y=f（x）图象上的切点，
则过点P的切线的斜率为k=f'（t）=-t²+at-2，…（8分）
所以过点P的切线方程为y+

1

3

t3?

a

2

t2+2t＝(?t2+at?2)(x?t)．…（9分）
因为点(0，?

1

3

)在切线上，
所以?

1

3

+

1

3

t3?

a

2

t2+2t＝(?t2+at?2)(0?t)，
即

2

3

t3?

1

2

at2+

1

3

＝0．…（10分）
若过点(0，?

1

3

)可作函数y=f（x）图象的三条不同切线，
则方程

2

3

t3?

1

2

at2+

1

3

＝0有三个不同的实数解．…（11分）
令g(t)＝

2

3

t3?

1

2

at2+

1

3

，则函数y=g（t）与t轴有三个不同的交点．
令g'（t）=2t²-at=0，解得t=0或t＝

a

2

．…（12分）
因为g(0)＝

1

3

，g(

a

2

)＝?

1

24

a3+

1

3

，
所以必须g(

a

2

)＝?

1

24

a3+

1

3

＜0，即a＞2．…（13分）
所以实数a的取值范围为（2，+∞）．…（14分）