已知函数 $f\left(x\right) = \dfrac{1}{3}x^3 - {x^2} + ax + b$ 的图像在点 $ P\left(0,f\left(0\right)\right) $ 处的切线方程为 $y = 3x - 2$.
【难度】
【出处】
2010年高考福建卷(文)
【标注】
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求实数 $ a$,$b $ 的值;标注答案解析由 $f'\left(x\right)={{x}^{2}}-2x+a$ 及题设得\[ \begin{cases}
f'\left(0\right)=3, \\
f\left(0\right)=-2 ,\\
\end{cases} \]解得 $a=3,b=-2$. -
设 $ g\left(x\right) = f\left(x\right) + \dfrac{m}{{x - 1}}$ 是 $\left[2, + \infty \right)$ 上的增函数.
(i)求实数 $ m $ 的最大值;
(ii)当 $ m $ 取最大值时,是否存在点 $ Q $,使得过点 $ Q $ 的直线若能与曲线 $y = g\left(x\right)$ 围成两个封闭图形,则这两个封闭图形的面积总相等?若存在,求出点 $ Q $ 的坐标;若不存在,说明理由.标注答案解析(i)由 $g\left(x\right) = \dfrac{1}{3}{x^3} - {x^2} + 3x - 2 + \dfrac{m}{{x - 1}}$,得\[g'\left(x\right) = {x^2} - 2x + 3 - \dfrac{m}{{{{\left(x - 1\right)}^2}}} .\]因为 $ g\left(x\right)$ 是 $\left[2, + \infty \right)$ 上的增函数,所以 $ g'\left(x\right) \geqslant 0$ 在 $\left[2, + \infty \right)$ 上恒成立,
即 ${x^2} - 2x + 3 - \dfrac{m}{{{{\left(x - 1\right)}^2}}} \geqslant 0$ 在 $\left[2, + \infty \right)$ 上恒成立.
设 ${\left(x - 1\right)^2} = t$.因为 $ x \in \left[2, + \infty \right)$,所以 $ t \in \left[1, + \infty \right)$,
即不等式 $t + 2 - \dfrac{m}{t} \geqslant 0$ 在 $\left[1, + \infty \right)$ 上恒成立.
所以 $m \leqslant {t^2} + 2t$ 在 $\left[1, + \infty \right)$ 上恒成立.
令 $y = {t^2} + 2t$,$t \in \left[1, + \infty \right)$,可得 ${y_{\min }} = 3$,
故 $m \leqslant 3$,即 $m$ 的最大值为 $ 3 $.
(ii)由(i)得\[g\left(x\right) = \dfrac{1}{3}{x^3} - {x^2} + 3x - 2 + \dfrac{3}{{x - 1}} ,\]将函数 $g\left(x\right)$ 的图像向左平移 $ 1 $ 个长度单位,再向下平移 $\dfrac{1}{3}$ 个长度单位,所得图像相应的函数解析式为\[\varphi \left(x\right) = \dfrac{1}{3}{x^3} + 2x + \dfrac{3}{x} , x \in \left( - \infty ,0\right) \cup \left(0, + \infty \right) .\]由于 $\varphi \left( - x\right) = - \varphi \left(x\right)$,所以 $\varphi \left(x\right)$ 为奇函数,故 $\varphi \left(x\right)$ 的图像关于坐标原点成中心对称.
由此可得,函数 $g\left(x\right)$ 的图像关于点 $Q\left(1,\dfrac{1}{3}\right)$ 成中心对称.
这也表明,存在点 $Q\left(1,\dfrac{1}{3}\right)$,使得过点 $Q$ 的直线若能与函数 $g\left(x\right)$ 的图像围成两个封闭图形,则这两个封闭图形的面积总相等.
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