已知函数 $f(x)=-\frac{1}{3}x^3+x^2-ax$ 有三个零点 $0,x_1,x_2$($x_1<x_2$),且对任意的 $x\in[x_1,x_2]$,都有 $f(x)>f(1)$,试求实数 $a$ 的取值范围.
【难度】
【出处】
全国高中数学联赛模拟试题(9)
【标注】
【答案】
略
【解析】
易知 $f(x)=\frac{1}{3}x(x^2-3x+3a)$.设 $g(x)=x^2-3x+3a$,则当其判别式 $\triangle=9-12a>0$ 时,函 $f(x)$ 有 $3$ 个零点,解得 $a<\frac{3}{4}$.
注意到 $f(x)=-\frac{1}{3}((x-1)^3+3(a-1)(x-1)+3a-2)$,则函数 $f(x)$ 关于 $(1,f(1))$ 对称,于是不等式 $f(x)>f(1)$ 的解集为 $(-\infty,2-m)\cup (1,m)$,其中 $m>1$,且 $f(m)=f(1)$.根据题意,区间 $[x_1,x_2]$ 是其子集,因此 $1<x_1<x_2$,进而 $f(1)<0$ 即可,即 $g(1)>0$,得到 $3a-2>0$,解得 $a>\frac{2}{3}$.
综上所述,实数 $a$ 的取值范围是 $\left(\frac{2}{3},\frac{3}{4}\right)$.
注意到 $f(x)=-\frac{1}{3}((x-1)^3+3(a-1)(x-1)+3a-2)$,则函数 $f(x)$ 关于 $(1,f(1))$ 对称,于是不等式 $f(x)>f(1)$ 的解集为 $(-\infty,2-m)\cup (1,m)$,其中 $m>1$,且 $f(m)=f(1)$.根据题意,区间 $[x_1,x_2]$ 是其子集,因此 $1<x_1<x_2$,进而 $f(1)<0$ 即可,即 $g(1)>0$,得到 $3a-2>0$,解得 $a>\frac{2}{3}$.
综上所述,实数 $a$ 的取值范围是 $\left(\frac{2}{3},\frac{3}{4}\right)$.
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