设函数 $f(x)=x(1+x)^2,x\in (-\infty,0]$.
【难度】
【出处】
2008年全国高中数学联赛山东省预赛
【标注】
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    函数与方程
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    函数最值
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  1. 求 $f(x)$ 的极值点;
    标注
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    答案
    $f(x)$ 有两个极值点:$x=-1$ 是极大值点,$f(-1)=0;x=-\dfrac 13$ 是极小值点,$f\left(-\dfrac 13\right)=-\dfrac 4{27}$
    解析
    \[\begin{split} f'(x)&=(1+x)^2+2x(1+x)\\&=(1+x)(1+3x)\\&=0, \end{split}\]解得 $x=-1,x=-\dfrac 13$.当 $x<-1$ 或 $x>-\dfrac 13$ 时,$f'(x)>0$;当 $-1<x<-\dfrac 13$ 时,$f'(x)<0$.
    所以,$f(x)$ 有两个极值点:$x=-1$ 是极大值点,$f(-1)=0;x=-\dfrac 13$ 是极小值点,$f\left(-\dfrac 13\right)=-\dfrac 4{27}$.
  2. 对任意 $a<0$,以 $F(a)$ 记 $f(x)$ 在 $[a,0]$ 上的最小值点,求 $k=\dfrac {F(a)}{a}$ 的最小值.
    标注
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    答案
    $k$ 的最小值为 $\dfrac 19$,此时 $a=-\dfrac 43$
    解析
    如图所示,过点 $\left(-\dfrac 13,-\dfrac 4{27}\right)$ 作直线 $y=-\dfrac 4{27}$,与 $f(x)$ 的图象相交的另一个交点为 $A\left(x,-\dfrac 4{27}\right)$,则有$$-\dfrac 4{27}=x(x+1)^2.$$即$$27x^3+54x^2+27x+4=0.$$已知有解 $x=-\dfrac 13$,则有$$(3x+1)(9x^2+15x+4)=0,$$解得另一交点为 $\left(-\dfrac 43,-\dfrac 4{27}\right)$.当 $a<-\dfrac 43$ 时,$F(a)=f(a)$,则$$k=\dfrac {f(a)}{a}=(1+a)^2>\dfrac 19;$$当 $-\dfrac 43\leqslant a\leqslant -\dfrac 13$ 时,$F(a)=-\dfrac 4{27}$,则$$k=\dfrac {-\dfrac 4{27}}{a}\geqslant \dfrac {-\dfrac 4{27}}{-\dfrac 43}=\dfrac 19,$$特别当 $a=-\dfrac 43$ 时,有 $k=\dfrac 19$;当 $-\dfrac 13<a<0$ 时,$F(a)=f(a)$,则$$k=\dfrac {f(a)}{a}=(1+a)^2>\dfrac 19.$$所以对任意的 $a<0,k$ 的最小值为 $\dfrac 19$,此时 $a=-\dfrac 43$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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