已知函数f(x)=(1/3)x3+(1/2)ax2+bx在区间[-1,1),(1,3]内各有一个极值点.
(1)求a2-4b的最大值;
(2)当a2-4b=8时,设函数y=f(x)在点A(1,f(1))处的切线为l,若l在点A处穿过函数y=f(x)的图像(即动点在点A附近沿曲线y=f(x)运动,经过点A时,从l的一侧进入另一侧),求函数f(x)的表达式.
(1)因为函数f(x)=(1/3)x3+(1/2)ax2+bx在区[-1,1),(1,3]内分别有一个极值点,所以f′(x)=x2+ax+b=0在[-1,1),(1,3]内分别有一个实根, 设两实根为x1,x2(x1﹤x2),则x1-x2=√a2-4b,且0﹤x2-x1≤4.于是0﹤√a2-4b4,02-4b≤1 6,且当=x1=-1,x2=3,即a=-2,b=-3时等号成立.故a2-4b的最大值是16. (2)解法一:由f′(1)=1+a+6知f(x)在点(1,f(1))处的切线Z的方程是 y-f(1)=f′(1)(x-1),即y=(1+a+b)x-(2/3)-(1/2)a, 因为切线l在点A(1,f(x))处穿过y=f(x)的图像, 所以g(x)=f(x)-[(1+a+b)x-(2/3)-(1/2)a]在x=1两边附近的函数值异号,则 x=1不是g(x)的极值点. 而g(x)=(1/3)x3+(1/2)ax2+bx-(1+a+b)+(2/3)+(1/2)a,且 g′(x)=x2+ax+b-(1+a+b)=x2-+ax-a-1=(x-1)(x+1+a). 若1≠-1-a,则x=1和X-=-1-a都是g(x)的极值点. 所以1=-1-a,即a=-2,又由a2-4b=8,得b=-1,故f(x)=(1/3)x3-x2-x. 解法二:同解法一得 g(x)=f(x)-[(1+a+b)x-(2/3)-(1/2)a]=1/3(x-1)[x2+(1+3a/2)x-(2+(3/2)a)]. 因为切线Z在点A(1,f(1))处穿过y=f(x)的图像,所以g(x)在x=1两边附近的函数值异号,于是存在m1,m2(m1﹤1﹤m2). 当m1﹤x﹤1时,g(x)﹤0,当1﹤x﹤m2时,g(x)﹥0; 或当m1﹤x﹤1时,g(x)﹥0,当1﹤x﹤m2时,g(x)﹤0. 设h(x)=x2+[1+(3a/2)]x-[2(3a+2)],则 当m1﹤x﹤1时,h(x)﹥0,当1﹤x﹤m2时,h(x)﹥0; 或当m1﹤x﹤1时,h(x)﹤0,当1﹤x﹤m2时,h(x)﹤0. 由h(1)=0知x=1是h(x)的一个极值点,则h(1)=2×1+1+(3a/2)=0, 所以a=-2,又由a24b=8,得b=-1,故f(x)=(1/3)x3-x2-x.