解答题已知函数f(x)=x3+mx,g(x)=nx2+n2,F(x)=f(x)+g(x).
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)若函数F(x)在x=l处有极值为10,求曲线F(x)在(0,F(0))处的切线方程;
(Ⅲ)若n2<3m,不等式对?x∈(1,+∞)恒成立,求整数k的最大值.
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解:(Ⅰ)∵f(x)=x3+mx,∴f′(x)=3x2+m.
①当m≥0时,f′(x)≥0恒成立,所以f(x)在(-∞,+∞)上是增函数.
②当m<0时,若f′(x)<0,则.若f′(x)>0,则x<,或x>,
所以f(x)在(-,)上是减函数,在(-∞,-),(,+∞)上是增函数;
(Ⅱ)∵F(x)=x3+mx+nx2+n2,在x=1处有极值10,
∴F′(x)=3x2+2nx+m.
∴,∴,
∴m=-11,n=4.或m=3,n=-3.
当m=3,n=-3时,F′(x)=3(x-1)2≥0,函数F(x)在R上是增函数,所以F(x)在x=1处无极值,不合题意.
当m=-11,n=4时,F′(x)=3x2+8x-11=(3x+11)(x-1),
当-<x<1时,F′(x)<0;当x>1时,F′(x)>0.
∴函数F(x)在x=1处取得极小值,符合题意.
∴m=-11,n=4.∴切线方程为11x+y-16=0.
(Ⅲ)∵F(x)=x3+mx+nx2+n2,
∴F′(x)=3x2+2nx+m.
∵n2<3m,△=4(n2-3m)<0,∴F′(x)>0,
∴F(x)=x3+mx+nx2+n2在R上是增函数.
∵F()>F()对任意x∈(1,+∞)恒成立,∴对任意x∈(1,+∞)恒成立.
设函数h(x)=,则h′(x)=.
设m(x)=x-lnx-2,则m′(x)=1-.
∵x∈(1,+∞),m′(x)>0,则m(x)=x-lnx-2在(1,+∞)上是增函数,
因为m(1)=-1,m(2)=-ln2,m(3)=1-ln3<0,m(4)=2-ln4>0,所以?x0∈(3,4),使m(x0)=x0-lnx0-2=0
所以x∈(1,x0)时,m(x)<0,h′(x)<0,所以h(x)=在(1,+∞)上递减,
x∈(x0,+∞)时,m(x)>0,h′(x)>0,所以h(x)=在(x0,+∞)上递增,
所以h(x)的最小值为h(x0)=,
又因为m(x0)=x0-lnx0-2=0,所以h(x0)=x0,
因为x0∈(3,4),且k<h(x)对任意x∈(1,+∞)恒成立,所以k<h(x)min,
所以k≤3,整数k的最大值为3.解析分析:(Ⅰ)求f′(x),解含参数m的不等式f′(x)>0,f′(x)<0即可;(Ⅱ)由函数F(x)在x=l处有极值为10,可得F′(1)=0,F(1)=10,由此可求出F(x),由导数的几何意义及直线点斜式方程可求切线方程;(Ⅲ)由n2<3m,可得F(x)为增函数,从而不等式可转化为,分离出参数k,转化为函数最值问题即可解决.点评:本题考查导数的几何意义、应用导数研究函数的单调性及函数恒成立问题,属于导数的综合应用,有一定难度,特别是恒成立问题,常常转化为函数最值问题,进而可用导数解决.