设函数 $f\left(x\right)={{x}^{3}}+a{{x}^{2}}+bx+c$.
【难度】
【出处】
无
【标注】
-
求曲线 $y=f\left(x\right)$ 在点 $\left(0,f\left(0\right)\right)$ 处的切线方程;标注答案$y=bx+c$解析本题是基本的利用导函数求曲线的切线方程的问题.函数 $f\left(x\right)$ 的导函数\[f'\left(x\right)=3x^2+2ax+b,\]于是 $f\left(0\right)=c$,$f'\left(0\right)=b$,因此曲线 $y=f\left(x\right)$ 在点 $\left(0,f\left(0\right)\right)$ 处的切线方程为 $y=bx+c$.
-
设 $a=b=4$,若函数 $f\left(x\right)$ 有三个不同零点,求 $c$ 的取值范围;标注答案$\left(0,\dfrac{32}{27}\right)$解析本题是利用导函数研究函数的零点的问题,可以分离变量以简化问题.函数 $f\left(x\right)$ 的零点即方程 $x^3+4x^2+4x=-c$ 的实数根,令 $g\left(x\right)=x^3+4x^2+4x$,则其导函数\[g'\left(x\right)=3x^2+8x+4=\left(3x+2\right)\left(x+2\right),\]于是函数 $g\left(x\right)$ 在 $\left(-\infty,-2\right)$ 上单调递增,在 $\left(-2,-\dfrac 23\right)$ 上单调递减,在 $\left(-\dfrac 23,+\infty\right)$ 上单调递增,其极大值为 $g\left(-2\right)=0$,极小值为 $g\left(-\dfrac 23\right)=-\dfrac{32}{27}$.
依题意,函数 $y=g\left(x\right)$ 与 $y=-c$ 有三个不同的公共点,因此\[-\dfrac{32}{27}<-c<0,解得0<c<\dfrac{32}{27},\]因此 $c$ 的取值范围是 $\left(0,\dfrac{32}{27}\right)$. -
求证:${{a}^{2}}-3b>0$ 是 $f\left(x\right)$ 有三个不同零点的必要而不充分条件.标注答案略解析第(3)小题是在第(2)小题的基础上进行的一点点延伸.分两步证明.
必要性
若连续函数 $f\left(x\right)$ 有三个不同零点,那么 $f\left(x\right)$ 的单调性必然变化至少 $2$ 次,因此其导函数必然有 $2$ 个不同的零点,从而 $f'\left(x\right)$ 的判别式\[\Delta=4\left(a^2-3b\right)>0,\]从而 $a^2-3b>0$.
非充分性
取 $a=0,b=-3,c=3$,则函数 $f\left(x\right)=x^3-3x+3$,其导函数\[f'\left(x\right)=3\left(x+1\right)\left(x-1\right),\]于是其极大值为 $f\left(-1\right)=5$,其极小值为 $f\left(1\right)=1$,此时函数 $f\left(x\right)$ 只有 $1$ 个零点.
综上所述,$a^2-3b>0$ 是 $f\left(x\right)$ 有三个不同零点的必要而不充分条件.
题目
问题1
答案1
解析1
备注1
问题2
答案2
解析2
备注2
问题3
答案3
解析3
备注3