本文研究三次函数y=ax3+bx2+cx+d(a>0)图像C1内接正方形个数. 首先把问题进行如下的简化,将C1按向量b[]3a,bc[]3a-2b3[]27a2-d平移,则平移后所得图像C2对应的解析式为y=ax3+c-b2[]3ax,再记c-b2[]3a=m,则y=ax3+mx.
若m≥0,则函数y=ax3+mx在(-∞,+∞)上为增函数,因此曲线C2不存在内接正方形.故以下的讨论中假定m0),则BD方程为y=-1[]kx,由y=kx,
y=ax3+mx得ax3=(k-m)x,x=0,或x=±k-m[]a,
所以AC=1+k2·2k-m[]a.同理BD=1+-1[]k2·2-1[]k-m[]a,
由AC=BD得
1+k2·2k-m[]a=1+-1[]k2·2-1[]k-m[]a.(1)
由于AC随k的增大而增大,故不同的k值对应不同的内接正方形,因此方程(1)的解的个数等于内接正方形的个数.将(1)平方化简得k-m=1[]k2-1[]k-m,
k2-mk=1[]k-1[]k-m=-1[]k2-m1[]k,
k2+1[]k2-mk-1[]k=0,
k-1[]k2-mk-1[]k+2=0.(2)
令t=k-1[]k,则方程化为
t2-mt+2=0.(3)
因为t=k-1[]k(k>0)值域为R且t与k是一一对应的,所以方程(2)与方程(3)解的个数是相等的.
①m0,方程(3)有两解,三次函数y=ax3+mx(a>0)图像恰好存在两个内接正方形;
②m=-22时,则Δ>0,方程(3)有一解,三次函数y=ax3+mx(a>0)图像恰好存在一个内接正方形;
③-220)图像不存在内接正方形.