设函数 $f\left( x \right) = {x^3} + 2a{x^2} + bx + a$,$g\left( x \right) = {x^2} - 3x + 2$,其中 $x \in {\mathbb{R}}$,$a,b$ 为常数,已知曲线 $y = f\left( x \right)$ 与 $y = g\left(x\right)$ 在点 $\left( {2,0} \right)$ 处有相同的切线 $l$.
【难度】
【出处】
2011年高考湖北卷(文)
【标注】
  1. 求 $a,b$ 的值,并写出切线 $l$ 的方程;
    标注
    答案
    解析
    \[\begin{split}f'\left( x \right) & = 3{x^2} + 4ax + b, \\ g'\left( x \right) & = 2x - 3.\end{split}\]由于曲线 $y = f\left( x \right)$ 与 $y = g\left( x \right)$ 在点 $\left( {2,0} \right)$ 处有相同的切线.
    故有\[\begin{split}f\left( 2 \right) & = g\left( 2 \right) = 0 , \\ f'\left( 2 \right) & = g'\left( 2 \right) = 1.\end{split}\]由此得\[\begin{cases}8 + 8a + 2b + a = 0, \\
    12 + 8a + b = 1, \\
    \end{cases} \]解得\[ \begin{cases}a = - 2, \\
    b = 5. \\
    \end{cases} \]所以\[a = - 2,b = 5,\]切线 $l$ 的方程为\[x - y - 2 = 0.\]
  2. 若方程 $f\left( x \right) + g\left( x \right) = mx$ 有三个互不相同的实根 $0,{x_1},{x_2}$,其中 ${x_1} < {x_2}$,且对任意的 $x \in \left[ {{x_1},{x_2}} \right]$,$f\left( x \right) + g\left( x \right) < m\left( {x - 1} \right)$ 恒成立,求实数 $m$ 的取值范围.
    标注
    答案
    解析
    由(1)得\[f\left( x \right) = {x^3} - 4{x^3} + 5x - 2,\]所以\[f\left( x \right) + g\left( x \right) = {x^3} - 3{x^2} + 2x.\]依题意,方程 $x\left( {{x^2} - 3x + 2 - m} \right) = 0$ 有三个互不相同的实根 $ 0 ,{x_1},{x_2}$,
    故 ${x_1},{x_2}$ 是方程 ${x^2} - 3x + 2 - m = 0$ 的两相异的实根.
    所以\[\Delta = 9 - 4\left( {2 - m} \right) > 0,\]即\[m > - \dfrac{1}{4}.\]又对任意的 $x \in \left[ {{x_1},{x_2}} \right]$,$f\left( x \right) + g\left( x \right) < m\left( {x - 1} \right)$ 成立.
    特别地,取 $x = {x_1}$ 时,$f\left( {x_1} \right) + g\left( {x_1} \right) - m{x_1} < - m$ 成立.得\[m < 0.\]由韦达定理,可得\[\begin{split}{x_1} + {x_2} & = 3 > 0, \\ {x_1}{x_2} &= 2 - m > 0,\end{split}\]故\[0 < {x_1} < {x_2}.\]对任意的 $x \in \left[ {{x_1},{x_2}} \right]$,有\[x - {x_2} \leqslant 0,x - {x_1} \geqslant 0,x > 0,\]则\[f\left( x \right) + g\left( x \right) - mx = x\left( {x - {x_1}} \right)\left( {x - {x_2}} \right) \leqslant 0<-m.\]所以对 $\forall x \in \left[ {{x_1},{x_2}} \right]$,$f\left( x \right) + g\left( x \right) < m\left( {x - 1} \right)$ 恒成立.
    综上,$m$ 的取值范围是 $\left( { - \dfrac{1}{4},0} \right)$.
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
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