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数学
题目

函数f(x)=x3+ax+2存在3个零点,则a的取值范围是( )A. (-∞,-2)B. (-∞,-3)C. (-4,-1)D. (-3,0)

函数f(x)=x3+ax+2存在3个零点,则a的取值范围是( )

A. (-∞,-2)

B. (-∞,-3)

C. (-4,-1)

D. (-3,0)

题目解答

答案

B. (-∞,-3)

解析

考查要点:本题主要考查三次函数零点的存在条件,涉及导数的应用及极值点的分析。

解题核心思路:三次函数存在三个零点的条件是其图像必须与x轴相交三次。此时,函数需满足极大值大于0且极小值小于0(或反之)。通过求导找到极值点,代入原函数计算极值,分析符号即可确定参数范围。

破题关键点:

  1. 求导确定极值点:三次函数的导数为二次函数,解方程得极值点位置。
  2. 分析极值符号:将极值点代入原函数,确保极大值与极小值符号相反。
  3. 参数范围推导:通过极值符号条件解不等式,最终确定参数$a$的取值范围。

步骤1:求导数并确定极值点

函数$f(x) = x^3 + ax + 2$的导数为:
$f'(x) = 3x^2 + a$
令$f'(x) = 0$,解得极值点:
$x = \pm \sqrt{-\frac{a}{3}}$
关键条件:当$a < 0$时,方程有实数解,即存在极值点。

步骤2:计算极值点的函数值

设$t = \sqrt{-\frac{a}{3}}$($t > 0$),则极值点为$x = \pm t$,代入原函数:

  • 极大值点($x = -t$):
    $f(-t) = (-t)^3 + a(-t) + 2 = -t^3 - at + 2$
    代入$a = -3t^2$(由$t^2 = -\frac{a}{3}$):
    $f(-t) = -t^3 - (-3t^2)t + 2 = 2t^3 + 2$
  • 极小值点($x = t$):
    $f(t) = t^3 + at + 2$
    同理代入$a = -3t^2$:
    $f(t) = t^3 + (-3t^2)t + 2 = -2t^3 + 2$

步骤3:分析极值符号

  • 极大值$f(-t) > 0$:$2t^3 + 2 > 0$恒成立($t > 0$)。
  • 极小值$f(t) < 0$:
    $-2t^3 + 2 < 0 \implies t^3 > 1 \implies t > 1$
    结合$t = \sqrt{-\frac{a}{3}}$,得:
    $\sqrt{-\frac{a}{3}} > 1 \implies -\frac{a}{3} > 1 \implies a < -3$

结论:当$a < -3$时,函数存在三个零点。

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