Question

已知函數(shù)f(x)=

-x3+x2，x＜1 alnx，     x≥1.

（1）若曲線y=f（x）在x=2處的切線與直線x+y+2=0互相垂直，求a的值；
（2）若a≥1，求f（x）在[0，e]（e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)）上的最大值；
（3）對(duì)任意給定的正實(shí)數(shù)a，曲線y=f（x）上是否存在兩點(diǎn)P，Q，使得POQ是以O(shè)為直角頂點(diǎn)的直角三角形，且此三角形斜邊中點(diǎn)在y軸上？

Answer 1

分析：（1）先求出導(dǎo)函數(shù)f'（x），求出f′(

π

2

)的值從而得到切線的斜率，根據(jù)兩直線垂直斜率乘積為-1建立等式關(guān)系，解之即可求出a的值．
（2）根據(jù)導(dǎo)函數(shù)f′（x）＞0和f′（x）＜0求出x的范圍，從而得到f（x）的單調(diào)區(qū)間，從而得出函數(shù)在[0，e]上的最大值；
（3）假設(shè)曲線y=f（x）上存在兩點(diǎn)P、Q滿足題設(shè)要求，則點(diǎn)P、Q只能在y軸兩側(cè)．設(shè)P（t，f（t））（t＞0），則Q（-t，t³+t²），顯然t≠1．由此入手能得到對(duì)任意給定的正實(shí)數(shù)a，曲線y=f（x）上存在兩點(diǎn)P、Q，使得△POQ是以O(shè)為直角頂點(diǎn)的直角三角形，且此三角形斜邊中點(diǎn)在y軸上．

解答：解：（1）∵x≥1時(shí)，f(x)=alnx

，

∴f/(x)=

a

x

，
由已知得f/(2)=1， ∴

a

2

=1．
a=2…（3分）
（2）因?yàn)?span id="gpvzbug" class="MathJye">f(x)=

-x3+x2，x＜1 alnx，     x≥1.

，
①當(dāng)0≤x≤1時(shí)，f'（x）=-x（3x-2），解f'（x）＞0得到0＜x＜

2

3

；解f'（x）＜0得到

2

3

＜x＜1．
所以f（x）在(

2

3

，1)上單調(diào)遞減，在(0，

2

3

)上單調(diào)遞增，
從而f（x）在x=

2

3

處取得極大值也是最大值f(

2

3

)=

4

27

． 所以f（x）在[0，1）上的最大值為

4

27

．…（6分）
②當(dāng)1≤x≤e時(shí)，f'（x）=alnx，因a≥1，所以f（x）在[1，e]上單調(diào)遞增，
從而f（x）在[1，e]處取得極大值也是最大值f（e）=a，
因?yàn)閍＞

4

27

，所以，若a≥1，f（x）在[0，e]上的最大值為a．…（9分）．
（3）假設(shè)曲線y=f（x）上存在兩點(diǎn)P，Q，使得POQ是以O(shè)為直角頂點(diǎn)的直角三角形，
則P，Q只能在y軸的兩側(cè)，不妨設(shè)P（t，f（t））（t＞0），則Q（-t，t³+t²），且t≠1．
因?yàn)椤鱌OQ是以O(shè)為直角頂點(diǎn)的直角三角形，所以

OP

•

OQ

=0，
即：-t²+f（t）•（t³+t²）=0（1）…（10分）
是否存在點(diǎn)P，Q等價(jià)于方程（1）是否有解．
若0＜t＜1，則f（t）=-t³+t²，代入方程（1）得：t⁴-t²+1=0，此方程無(wú)實(shí)數(shù)解．
若t≥1，則f（t）=alnt，代入方程（1）得到：

1

a

=（t+1）lnt，（12分）
設(shè)h（x）=（x+1）lnx（x≥1），則h'（x）=lnx+

1

x

+1＞0在[1，+∞）上恒成立．
所以h（x）在[1，+∞）上單調(diào)遞增，從而h（x）≥h（1）=0，
所以當(dāng)a＞0時(shí)，方程

1

a

=（t+1）lnt有解，即方程（1）有解．
所以，對(duì)任意給定的正實(shí)數(shù)a，曲線y=f（x）上存在兩點(diǎn)P，Q，
使得POQ是以O(shè)為直角頂點(diǎn)的直角三角形，且此三角形斜邊中點(diǎn)在y軸上．（14分）

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了利用導(dǎo)數(shù)研究曲線上某點(diǎn)切線方程，以及直線的一般式方程與直線的垂直關(guān)系，還考查導(dǎo)數(shù)的性質(zhì)和應(yīng)用，解題時(shí)要認(rèn)真審題，注意挖掘題設(shè)中的隱含條件，解答關(guān)鍵是利用導(dǎo)數(shù)求閉區(qū)間上函數(shù)的最值．