设函数f(x)=
mx3+(4+m)x2,g(x)=alnx,其中a≠0.
( I )若函数y=g(x)图象恒过定点P,且点P在y=f(x)的图象上,求m的值;
(Ⅱ)当a=8时,设F(x)=f′(x)+g(x),讨论F(x)的单调性;
(Ⅲ)在(I)的条件下,设G(x)=
,曲线y=G(x)上是否存在两点P、Q,使△OPQ(O为原点)是以O为直角顶点的直角三角形,且该三角形斜边的中点在y轴上?如果存在,求a的取值范围;如果不存在,说明理由.
| 1 |
| 3 |
( I )若函数y=g(x)图象恒过定点P,且点P在y=f(x)的图象上,求m的值;
(Ⅱ)当a=8时,设F(x)=f′(x)+g(x),讨论F(x)的单调性;
(Ⅲ)在(I)的条件下,设G(x)=
|
(I)令lnx=0,则x=1,即函数y=g(x)的图象过定点P(1,0),
又点P在y=f(x)的图象上,所以f(1)=
m+(4+m)=0,
解得m=-3.
(II)F(x)=mx2+2(4+m)x+8lnx,定义域为(0,+∞),
F′(x)=2mx+(8+2m)+
=
=
.
∵x>0,则x+1>0,
∴当m≥0时,2mx+8>0,F′(x)>0,此时F(x)在(0,+∞)上单调递增,
当m<0时,由F′(x)>0得0<x<-
,F′(x)<0,得x>-
,
此时F(x)在(0,-
)上为增函数,在(-
,+∞)上为减函数,
综上,当m≥0时,F(x)在(0,+∞)上为增函数,
m<0时,在(0,-
)上为增函数,在(-
,+∞)上为减函数.
(III)由条件(I)知G(x)=
,
假设曲线y=G(x)上存在两点P、Q满足题意,则P、Q两点只能在y轴两侧,
设P(t,G(t))(t>0),则Q(-t,t3+t2),
∵∠POQ是以O为直角顶点的直角三角形,
∴
•
=0,∴-t2+G(t)(t3+t2)=0①.
(1)当0<t≤1时,G(t)=-t3+t2,
此时方程①为-t2+(-t3+t2)(t3+t2)=0,化简得t4-t2+1=0,
此方程无解,满足条件的P、Q两点不存在.
(2)当t>1时,G(t)=alnt,
方程①为:-t2+alnt•(t3+t2)=0,即
=(t+1)lnt,
设h(t)=(t+1)lnt(t>1),则h′(t)=lnt+
+1,
当t>1时,h′(t)>0,即h(t)在(1,+∞)上为增函数,
∴h(t)的值域为(h(1),+∞)),即(0,+∞),
∴
>0,∴a>0.
综上所述,如果存在满足条件的P、Q,则a的取值范围是a>0.
又点P在y=f(x)的图象上,所以f(1)=
| 1 |
| 3 |
解得m=-3.
(II)F(x)=mx2+2(4+m)x+8lnx,定义域为(0,+∞),
F′(x)=2mx+(8+2m)+
| 8 |
| x |
| 2mx2+(8+2m)x+8 |
| x |
| (2mx+8)(x+1) |
| x |
∵x>0,则x+1>0,
∴当m≥0时,2mx+8>0,F′(x)>0,此时F(x)在(0,+∞)上单调递增,
当m<0时,由F′(x)>0得0<x<-
| 4 |
| m |
| 4 |
| m |
此时F(x)在(0,-
| 4 |
| m |
| 4 |
| m |
综上,当m≥0时,F(x)在(0,+∞)上为增函数,
m<0时,在(0,-
| 4 |
| m |
| 4 |
| m |
(III)由条件(I)知G(x)=
|
假设曲线y=G(x)上存在两点P、Q满足题意,则P、Q两点只能在y轴两侧,
设P(t,G(t))(t>0),则Q(-t,t3+t2),
∵∠POQ是以O为直角顶点的直角三角形,
∴
| OP |
| OQ |
(1)当0<t≤1时,G(t)=-t3+t2,
此时方程①为-t2+(-t3+t2)(t3+t2)=0,化简得t4-t2+1=0,
此方程无解,满足条件的P、Q两点不存在.
(2)当t>1时,G(t)=alnt,
方程①为:-t2+alnt•(t3+t2)=0,即
| 1 |
| a |
设h(t)=(t+1)lnt(t>1),则h′(t)=lnt+
| 1 |
| t |
当t>1时,h′(t)>0,即h(t)在(1,+∞)上为增函数,
∴h(t)的值域为(h(1),+∞)),即(0,+∞),
∴
| 1 |
| a |
综上所述,如果存在满足条件的P、Q,则a的取值范围是a>0.