Question

已知定義在R上的奇函數(shù)f（x）=x³+bx²+cx+d在x=±1處取得極值．
（Ⅰ）求函數(shù)f（x）的解析式；
（Ⅱ）試證：對于區(qū)間[-1，1]上任意兩個(gè)自變量的值x₁，x₂，都有|f（x₁）-f（x₂）|≤4成立；
（Ⅲ）若過點(diǎn)P（m，n），（m、n∈R，且|m|＜2）可作曲線y=f（x）的三條切線，試求點(diǎn)P對應(yīng)平面區(qū)域的面積．

Answer 1

分析：（I）先通過函數(shù)f（x）在R上是奇函數(shù)，得出f（0）=0確定d的值，再通過f（x）在x=±1處取得極值得出f′（1）=f′（-1）=0，進(jìn)而求出a，b的值
（II）導(dǎo)函數(shù)在區(qū)間（-1，1）上f′（x）＜0，得出f（x）在區(qū)間（-1，1）上單調(diào)遞減．進(jìn)而求出函數(shù)的最大最小值．進(jìn)而證明題設(shè)．
（III）設(shè)切點(diǎn)為M（x₀，y₀），求出切線方程．點(diǎn)p代入切線方程，因由三條切線，可推出關(guān)于x₀的方程有3個(gè)根，通過導(dǎo)函數(shù)求出m的值．在（0，2）求得p對應(yīng)的面積，再通過對稱性，得出答案．

解答：解：（I）由題意f（0）=0，
∴d=0，
∴f′（x）=3x²+2bx+c，又f′（1）=f′（-1）=0，
即

3+2b+c=0 3-2b+c=0

，
解得b=0，c=-3．
∴f（x）=x³-3x；
（II）∵f（x）=x³-3x，f′（x）=3x²-3=3（x+1）（x-1），
當(dāng)-1＜x＜1時(shí)，f′（x）＜0，
故f（x）在區(qū)間[-1，1]上為減函數(shù)，
∴f_max（x）=f（-1）=2，f_min（x）=f（1）=-2
對于區(qū)間[-1，1]上任意兩個(gè)自變量的值x₁，x₂，
∴|f（x₁）-f（x₂）|≤f（-1）-f（1）=4；
（III）設(shè)切點(diǎn)為M（x₀，y₀），
則點(diǎn)M的坐標(biāo)滿足y₀=x₀³-3x₀．
因f′（x₀）=3（x₀²-1），
故切線l的方程為：y-y₀=3（x₀²-1）（x-x₀），
∵P（m，n）∈l，∴n-（x₀³-3x₀）=3（x₀²-1）（m-x₀）
整理得2x₀³-3mx₀²+3m+n=0．
∵若過點(diǎn)P（m，n）可作曲線y=f（x）的三條切線，
∴關(guān)于x₀方程2x₀³-3mx₀²+3m+n=0有三個(gè)實(shí)根．
設(shè)g（x₀）=2x₀³-3mx₀²+3m+n，
則g′（x₀）=6x₀²-6mx₀=6x₀（x₀-m），
由g′（x₀）=0，得x₀=0或x₀=m．
由對稱性，先考慮m＞0
∵g（x₀）在（-∞，0），（m，+∞）上單調(diào)遞增，
在（0，m）上單調(diào)遞減．
∴函數(shù)g（x₀）=2x₀³-3mx₀²+3m+n的極值點(diǎn)為x₀=0，或x₀=m
∴關(guān)于x₀方程2x₀³-3mx₀²+3m+n=0有三個(gè)實(shí)根的充要條件是

g(0)＞0 g(m)＜0

，
解得-3m＜n＜m³-3m．
故0＜m＜2時(shí)，點(diǎn)P對應(yīng)平面區(qū)域的面積
S=

∫

2 0

(m3-3m)-(-3m)dm=

∫

2 0

m3dm=

1

4

m4

|

2 0

=4
故|m|＜2時(shí)，所求點(diǎn)P對應(yīng)平面區(qū)域的面積為2S，即8．

點(diǎn)評：本題主要考查了用待定系數(shù)法求函數(shù)的解析式．涉及單調(diào)性和極值問題時(shí)，常可利用導(dǎo)函數(shù)來解決問題．